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胡偉武:市場帶技術 自主掌握CPU核心技術

胡偉武 · 2021-03-01 · 來源:鐵君公眾號
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走“市場帶技術”的道路,通過自主研發掌握CPU 的核心技術,建立自主可控的信息技術體系,我們失去的只有鎖鏈,得到的將是整個世界。如果走“市場換技術” 的道路,通過引進技術發展自主CPU產品,只是將一副鎖鏈換成另外一副鎖鏈。

  本文轉載 根據胡偉武講話整理

  第一部分:什么是CPU

  首先,什么是CPU?CPU不等于芯片。

  從Inside角度來說,目前計算機采用馮諾依曼結構,有五部分,分別是運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備。屏幕是輸出,鍵盤鼠標輸入,硬盤既是輸入設備又是輸出設備,存儲器就是內存條。其中,運算器加控制器叫中央處理器(Central Processing Unit,CPU),這是學術定義。

  什么是CPU?IBM 時代,CPU體現為一堆柜子。Intel時代,CPU體現為一個芯片。因此,在Intel時代,大家都覺得CPU與芯片幾乎劃等號。再看現在ARM時代,CPU體現為一個IP,軟 IP 為源代碼,硬 IP 為版圖。

  什么叫自主CPU,即自己從源代碼開始研制運算器和控制器,CPU相當于集成電路里邊的珠穆朗瑪峰。

  從Outside角度來說,2018年電腦企業聯想做整機,英特爾做芯片,英特爾凈利潤210億美元,聯想凈利潤只有6億美元。但我們看手機,蘋果做整機,凈利潤595億美元。

  經常有人問我,我們國家不缺錢不缺人,全國人民都很重視CPU,為什么做不出來?

  因為CPU非常復雜。IT產業本質上是解決方案為王的產業,解決方案決定用戶習慣和產業主導權。

  十九屆五中全會提出要建立國內大循環。習近平總書記指出,要打通供應鏈,產業鏈的痛點和堵點。

  自主的生態體系大循環主要包括三個環節,第一是基于自主IP核的芯片設計。龍芯之所以被稱為“自主”,是因為龍芯的IP核是自己做的;第二是基于自主指令系統的軟件生態;第三是基于自主材料設備的生產工藝。  

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  第二部分:自主CPU發展道路

  我國要發展CPU,應該走什么道路?

  發展核心技術有兩條路線:一條叫市場換技術,一條叫市場帶技術。

  市場換技術就是通過合資等方式把中國市場給予國外企業,希望在合資過程中得到先進技術。我國的汽車產業是市場換技術的典型代表。

  另一條是市場帶技術,通過體制內市場引導帶動技術進步,再參與體制外市場競爭。航天產業是市場換技術的典型代表。

  核心技術產業只能在試錯中發展起來。高復雜系統變量多,若把此類產品的品質比作函數,那就有上萬個變量。核心技術突破的難點往往不在于科學原理,而在于工程細節的完善。而工程問題要靠迭代來解決。

  舉兩個例子,人類在發明蒸汽機一百多年之后才建立了熱力學,而熱力學是蒸汽機的科學原理;飛機上天幾十年之后,我們才建立了空氣動力學。

  試錯需要時間。因此,時間是核心技術產品最重要的門檻。

  三流產品有錢就能做,這類產品中國人已經做透了;二流產品有錢加有手藝才能做,我們正在大力發展,手藝就是人才,目前我國對科技人才的需求真的是非常急迫;一流產品有錢加有手藝以及長期積累才能做,這就像“養孩子”。

  有些產品的研發過程就像“養豬”,一年就出成果,這是資本最喜歡的。有句話說“在風口上豬都能飛起來”,但在風口上被吹起來的豬是很危險的,因為風停了,豬摔下來就死了。

  有些產品的研發像“養牛”,養三年就可以開始拉犁了。有些產品像“養孩子”,二三十年后才能退出,資本不喜歡這樣的,資本沒有這么長期的耐心。但中央政府有這個耐心,有些地方政府也沒這樣的耐心。

  像“養孩子”一樣做產品,企業要對產品有長期的耐心,政府、投資人也需要對產品有這個耐心。說實話,資金可以籌來,人才可以挖來,機制可以改進,但時間是沒法超越的。

  龍芯CPU是在試錯中發展起來的。2001年我們在中科院計算所開始研制龍芯CPU。在2001-2010年間,國家關于芯片技術怎么發展還沒有形成共識。五中全會是轉折點,會上把科技自立自強作為國家發展的戰略支撐,才使得一直在爭論的問題有了個句號。

  在這期間,我們得到了國家863、973、自然科學基金和核高基重大專項等的支持。這十年間,我們的研發費用花掉了國家四個多億,雖未給國家交稅,但培養了人才,掌握了技術。到2010年,我們認識到要自己辦企業。  

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  龍芯目前有三個產品系列,分別是面向桌面/服務器類應用的龍芯3號“大CPU”系列、面向工控和終端類應用的龍芯二“中CPU”號系列、面向特定應用的龍芯一號“小CPU”系列。

  2008、2010、2012年美國MIT Review 三篇文章都在說中國的龍芯快追上Intel了。但當我們把那些芯片裝起來用的時候,卻發現它不可用。瀏覽器和office打不開或打開很慢。

  我們打開文件靠的是通用處理性。我以“做飯”舉例,一個人一小時可以做好一頓給一家三口吃的飯,但要求60個人在一分鐘把飯做好,那是不行的。因為此性能非彼性能。

  我們的芯片和Intel的差距到底在什么地方呢?2012-2013年,我們左右反思,總結出三個方面。

  首先,我們的芯片通用處理性能不行而非專用處理能力;其次,我們的單核性能不足而非核數不夠;最后,我們的設計能力不行而非工藝不行。

  通用處理性能是需要平衡的,計算性能、訪存性能、 IO(輸入輸出)性能平衡。這就像蓋樓,Intel蓋了個100層的樓,這個樓很熱鬧,有很多人在里面住,有繁華的生產,有酒店。龍芯也蓋了一個100層的樓,或者蓋到80層就說龍芯的樓快超過Intel了。蓋好之后我們才發現,第一,沒建停車場;第二,這個樓只有一條單車道進出。而Intel建的樓配套設施齊全,很平衡。我們的樓光有高度,沒有停車場且只有單車道通馬路。

  當時,我們的芯片沒強調平衡。我們只強調計算性能,并沒有強調IO和訪存能力。2013年,我們下定決心練內功,通過設計優化提高單核通用處理性能。

  2010年開始辦企業,共經歷了3代,到2020年終于把性能這課補完了。

  第一代(2011-2015)實現基本可用(小學畢業)。按照統一標準跑分(單核性能跑程序spec CPU 2006),市場主流產品在20~40分之間。Intel的最新產品能達到40多分,它賣的最多的產品在35~40分,而我們的產品當時才2~3分。

  第二代(2016-2019)實現可用(中學畢業)。跑分達到10-11分,提高四倍。

  第三代(2020-)達到好用(大學畢業)。單核通用處理性能提高到2-3倍(20-30分),達到AMD水平。

  經過20年發展,自主CPU和OS基本完成性能“補課”。一是百萬片規模應用驗證了成熟度,二是CPU通用處理性能達到市場主流CPU水平,OS成熟度接近Windows XP水平。

  性能之后,更關鍵的是軟件生態。如果我們把自主和兼容當做一對矛盾,那么這個矛盾既有對立面,也有統一面。我們的目標是構建自己的生態,我們稱之為Loongarch龍芯架構。

  第三部分:關于信創產業發展有幾點思考

  “信創”的全稱是信息技術應用創新產業。

  要發展信創產業,首先要建立自主可控的信息產業體系。這與我國構建國內大循壞為主體、國內國際雙循環互相促進的新發展格局是一致的。以自主化應用帶動CPU快速發展。自主化替代的關鍵在于體系替代而非產品替代。龍芯CPU適合支撐產業集群。

  其次要建立開放的生態。龍芯的生態建設模式被稱為“四兩撥千斤”。在浙江金華,我們通過產業聚集(技術基礎、市場牽引、產業鏈主干和培養人才)輻射出千億級的產業規模。

  最后要以自主生態產業形成內循環帶動外循環。自主生態的建設需要30年,到2030年我們的自主生態要跟Wintel、AA形成三足鼎立。

  中國的計算機事業發展可以分為三個階段。

  第一個階段是1950-1980年,沒有市場化,構建的是內循環。

  第二個階段是1980-2010年,融入國際循環完全市場化,但是喪失自主性。

  第三個階段是2010年至今,在市場化條件下實現自主性,構建雙循環。

  發展核心技術不僅要擼起袖子加油干,還要耐著性子堅持干。高復雜系統建設是以30年為周期的,需要多輪試錯、爬樓梯,不要幻想彎道超車。

  中國人民從來沒想省努力和省錢,唯一想省的就是時間。然而,對于核心技術的發展,時間是省不得的。

  如果把創新比作函數,機制、人才、經費和時間都是變量,波浪式發展螺旋上升是一切事物的發展過程。

  寫在最后:三條人生建議

  對在座的各位同學,我有三條人生建議。

  第一條,做好全局優化的人生設計。人生不是百米賽跑,而是馬拉松。首先眼睛是向上看還是向下看,這是一道分水嶺。這就像爬山,你若盯著最高峰,雖然有時會走回頭路、彎路或下坡,但如果堅持走一輩子,你總會比別人爬得高。

  其次是要有遠大志向。眼睛是向上看還是向下看代表兩種思維。前者是對自己有好處,后者是對人民和國家有好處。后者選擇對自己的好處最大。

  最后,成功的人不輕易調整目標,但不斷調整方法。而失敗的人不調整方法,但不斷調整目標。

  第二條,勤于學習。首先要有“志”和“向”。本科、碩士、博士所學的書本知識,作用是有限的,更重要的是在實踐中學習。

  其次,學是書本知識,習是實踐,有志還要有效。失敗是成功之母,學習是成功之父。成功之父就是在實踐中不斷學習和調整。

  第三條,艱苦奮斗。首先,要建立一種“我做的好就是因為比別人努力”的世界觀。

  其次,不以物喜,不以己悲,受侮不辯、聞謗不答。也就是要耐得住寂寞,擋得住誘惑,受得了委屈。

  最后,我想用下面這段話作結語:

  走“市場帶技術”的道路,通過自主研發掌握CPU 的核心技術,建立自主可控的信息技術體系,我們失去的只有鎖鏈,得到的將是整個世界。如果走“市場換技術” 的道路,通過引進技術發展自主CPU產品,只是將一副鎖鏈換成另外一副鎖鏈。

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