原編者按：本文為龍芯中科技術(shù)股份有限公司董事長、“龍芯之父”胡偉武在2022年11月16日于江蘇南京舉行的“自主芯驅(qū)動，共啟新征程——2022年信息技術(shù)自主創(chuàng)新高峰論壇”上的演講稿整理稿。在演講中，胡偉武指出衡量芯片自主性有三個指標(biāo)，一個是是否有自主IP核，還有就是是否是自主工藝的芯片生產(chǎn)，最后還有是否有基于自主指令系統(tǒng)的軟件生態(tài)。第一個是最難的，龍芯用了20年實(shí)現(xiàn)了，目前龍芯CPU性能已經(jīng)完成了對國際主流產(chǎn)品的追趕；并且龍芯還推出了自主架構(gòu)LoongArch架構(gòu)，龍芯CPU的自主性是國內(nèi)最強(qiáng)的，這個一點(diǎn)是沒有異議的。第二個，龍芯的供應(yīng)鏈最安全，我相信這個也沒有異議。關(guān)于第三點(diǎn)，有了自己完備的軟件生態(tài)，龍芯的電腦才能真正走向千家萬戶。胡偉武說，生態(tài)是做出來的，不是跟出來的。多年來，龍芯一直致力于建設(shè)自己的軟件生態(tài)，并且不斷提高兼容性，比如龍芯的二進(jìn)制翻譯取得了積極進(jìn)展，現(xiàn)在有一百多個windows應(yīng)用能在龍芯上跑，估計(jì)再有一年的功夫可以做到很流暢、很完備。胡偉武預(yù)計(jì)，從2022年起的2到3年時間，是龍芯把自主研發(fā)的優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為性價(jià)比和軟件生態(tài)優(yōu)勢的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。龍芯是自主研發(fā)而非引進(jìn)技術(shù)，所以龍芯性能最高；因?yàn)辇埿臼亲灾餮邪l(fā)而非引進(jìn)技術(shù)，所以龍芯成本最低；因?yàn)辇埿臼亲灾餮邪l(fā)而非引進(jìn)技術(shù)，所以龍芯所建的軟件生態(tài)最好；因?yàn)辇埿臼亲灾餮邪l(fā)而非引進(jìn)技術(shù)，所以龍芯供應(yīng)穩(wěn)定。胡偉武希望大家慢慢打破說龍芯是最基礎(chǔ)，但生態(tài)和性能差一點(diǎn)，要在實(shí)踐中兩三年就能做到，因?yàn)槟芰σ呀?jīng)形成了，槍桿子已經(jīng)練成。本文原標(biāo)題為《龍架構(gòu)軟件生態(tài)建設(shè)》，網(wǎng)題為編者所擬。
昨天，我和東南大學(xué)首席教授、江蘇省集成電路學(xué)會理事長、南京集成電路培訓(xùn)基地主任時龍興教授交流過，達(dá)成了兩個意向，第一個我們LoongArch架構(gòu)依托時教授那個平臺向全球開源，第二個我知道時教授還在江北EDA平臺（國產(chǎn)EDA工具），我希望明年能發(fā)布一個芯片，全部都是自主化，那個EDA工具跑在龍芯服務(wù)器上的，不僅要做出來，還要賣出去，所以非常感謝時教授的支持。早上在跟江蘇省有關(guān)部門的幾位領(lǐng)導(dǎo)聊天的時候，領(lǐng)導(dǎo)說對于芯片這個深奧的領(lǐng)域，我們要把一些名詞及其背后的戰(zhàn)略意義理解的比較深入，是很不容易，目前大家對龍架構(gòu)還不甚了解。借此機(jī)會，我就給大家匯報(bào)一下，龍架構(gòu)的軟件生態(tài)建設(shè)。
剛才江蘇省工業(yè)和信息化廳副廳長池宇同志講到了信創(chuàng)的很多計(jì)劃，信創(chuàng)發(fā)展過程中我們是親歷者也是推動者，主要矛盾變化經(jīng)歷了三個階段，2019年以前CPU性能是主要矛盾，那時候用的是3A1000、3B15000，通用處理性能只有市場主流產(chǎn)品的1/10，解決操作系統(tǒng)與硬件結(jié)合部的穩(wěn)定性問題，達(dá)到基本可用，在2017年、2018推出了3A3000，性能是3A1000的4倍。第二個階段是2019年到2021年，操作系統(tǒng)是主要矛盾，這時候CPU系統(tǒng)又提高了雙倍，有很強(qiáng)的服務(wù)能力，這個過程中還解決了操作系統(tǒng)硬件磨合的問題，為每臺整機(jī)專門配備了操作系統(tǒng)，這個問題在第二階段也解決了，現(xiàn)在信創(chuàng)的主要矛盾是應(yīng)用生態(tài)，現(xiàn)在還會提高，這是永恒的主題，但應(yīng)用產(chǎn)品大大拓展、Linux平臺本身的應(yīng)用兼容性問題，過去是在操作系統(tǒng)和硬件的結(jié)合部，現(xiàn)在轉(zhuǎn)向了操作系統(tǒng)和應(yīng)用的結(jié)合部。
二十大報(bào)告提出新時代的發(fā)展論是問題導(dǎo)向，剛才池宇同志提到的四個措施里面第一條也是堅(jiān)持問題導(dǎo)向，我們看看信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)面臨哪些問題？一個性能問題，一個供應(yīng)鏈問題，一個軟件生態(tài)，我們信創(chuàng)做到了CPU和操作系統(tǒng)自主化，但還有比CPU和操作系統(tǒng)更底層的關(guān)鍵核心技術(shù)容易卡脖子，現(xiàn)在開始通過信創(chuàng)系統(tǒng)操作CPU和其他芯片，比如說ARM推出了新的架構(gòu)，還沒有給中國任何一家企業(yè)進(jìn)行架構(gòu)授權(quán)，不授權(quán)的話，未來我們的手機(jī)就跑不了V9的APP，自主IP是中間那一段，還有自主生產(chǎn)工藝，再往下一層把信創(chuàng)推下紅色的那些方塊，我們就到底了，這個只依賴人力資源和自然資源，不依賴別的東西，信息產(chǎn)業(yè)形成國內(nèi)大循環(huán)有三個環(huán)節(jié)，一個是自主IP核，還有自主工藝的芯片生產(chǎn)，還有基于自主指令系統(tǒng)的軟件生態(tài)，蘋果由于自主研發(fā)CPU核，它的性能就是最高的。第二基于自主工藝的芯片生產(chǎn)，首先是慢一點(diǎn)，其次是沒有IP，我們就要自己做，保障供應(yīng)鏈安全。第三基于自主指令系統(tǒng)的軟件生態(tài)，我們知道X86/ARM生態(tài)好，但有一個很大的短板，就是Linux桌面是不可用的，我們恰恰用Linux桌面做信創(chuàng)，我們要克服這個問題，所以我們龍芯堅(jiān)持自信自立，也是我們新時代的世界觀、方法論的一條，將信創(chuàng)的自主化延伸到自主IP、自主指令系統(tǒng)、自主工藝，我下面就從這幾個角度跟大家報(bào)告一下。
龍芯CPU的自主性最強(qiáng)，這個沒有異議，供應(yīng)鏈最安全，我相信這個也沒有異議，第三條就是龍芯性能肯定不如引進(jìn)的，大家知道3A5000相同工藝下龍芯單核性能是最強(qiáng)的，開始迅速增加核數(shù)了，單核、多核都要性能領(lǐng)先，而且要走向開放市場競爭。軟件生態(tài)更不容易引進(jìn)的，因?yàn)閄86和ARM已經(jīng)形成生態(tài)壁壘了，我們分開來看服務(wù)器主要基于紅帽Centos平臺，生態(tài)壁壘不大，我們龍芯要把自主研發(fā)的優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為性價(jià)比和軟件生態(tài)的優(yōu)勢，X86和ARM也是通過自主研發(fā)，它們沒有引進(jìn)別的方面。
首先性能問題剛才講了，增長最快的是85年到03年性能提高50%，15年之后擠牙膏，性能提高的很慢了，龍芯在2002年推出龍芯20，性能跟人家比差20倍，去年推出的3A5000已經(jīng)在灰色的那個地方了，我是講單核的裸性能，就一個核比一個核，我們擴(kuò)了第二代、第三代，這是我們的性能，桌面單核性能龍芯3A5000是最高的。我們有一個升級計(jì)劃，過去二十年完成了單核性能不可，因?yàn)閱魏诵阅苁亲铍y做的，總體原則在完成單核性能補(bǔ)課的基礎(chǔ)上開始玩花活，增加核數(shù)提高性能、完善SOC提高性價(jià)比，優(yōu)化功耗，在2到3年內(nèi)形成開放市場性價(jià)比優(yōu)勢。桌面CPU已經(jīng)產(chǎn)四核3A5000的基礎(chǔ)上大幅提高性價(jià)比，如果再提高40到60%，意味著什么呢？成本可以降低20%，另外我們要做到八核，其實(shí)桌面四核就夠，但很多地方就做了八核，我希望性能和3A5000相同的同時，主版也用的差不多，32核已經(jīng)研制成功了，下面還要再提升一代，提高CPU核性能，這樣基準(zhǔn)上已經(jīng)到頭了，這里面的瓶頸是帶寬，兩三年內(nèi)這些都會做完，我覺得3A6000的成功標(biāo)志著我們的設(shè)計(jì)能力可以和蘋果他們競爭了。
下面跟大家匯報(bào)我認(rèn)為性能的功課補(bǔ)了二十年已經(jīng)不完了，肯定做到領(lǐng)先了，下面就往性價(jià)比上，不同層面的軟件生態(tài)，一個是API，應(yīng)用程序基于API編寫，再翻譯成CPU能識別的ISA表達(dá)形式，如果在window上面寫APP，首先要問怎么寫出來APP，那個東西人用起來特別方便，所以有編程環(huán)境，但計(jì)算機(jī)不認(rèn)識，所以要編譯成指令系統(tǒng)，中間就有一個橋，我們總結(jié)起來只要掌握六座橋，一個是三個虛擬機(jī)，包括GAVA、GS、.NET，一個三個編譯器，包括GCC、Golang、LLVM，六座橋都會了，可以把所有的源應(yīng)用做到一個不缺，龍芯恰恰是國內(nèi)唯一掌握這六個橋的單位，還有應(yīng)用遷移適配主要應(yīng)用于API差異引起的，指令系統(tǒng)需要授權(quán)的，正是因?yàn)闀芰鶚蚩梢园延脩魧懙某潭榷季幊升埿荆酝瞥隽她埣軜?gòu)，第一有先進(jìn)性，第二有自主性，第三是兼容性。什么是先進(jìn)性呢？我們?nèi)绻岩粋€源代碼變成龍架構(gòu)，如果有一百萬條指令，X86需要105萬條，效率低，我們表達(dá)能力強(qiáng)，但是ARM比龍芯還高一點(diǎn)，95萬條就夠，這就是指令的效率，比如說聯(lián)合國的文本，如果找中文的就找最薄的那一本，因?yàn)楸磉_(dá)效率高。就指令系統(tǒng)本身差一代工藝，因?yàn)橹噶畋任叶啵?00萬條，你120萬條，現(xiàn)在一代工藝性能只能提升15%，所以我們和時教授明年開這個東西，先進(jìn)性是沒問題的，它正在成為與X86/ARM并列的頂層開源生態(tài)系統(tǒng)，在我們推這個之前國家有幾個推出的都沒有成功，一個是橋不全，我們有瀏覽器、有社區(qū)，第二層是操作系統(tǒng)，它的社區(qū)和基礎(chǔ)應(yīng)用，第三是應(yīng)用軟件，安卓的軟件來自于國際開源社區(qū)，你要得到國際開源社區(qū)的支持，我們已經(jīng)得到了廣泛認(rèn)可和支持，首先要有一個號，這是你的身份證，相當(dāng)于七十多個開源社區(qū)接納了龍架構(gòu)，而且LA分支的維護(hù)者均是龍芯公司員工，下面.NET和ACPI國際標(biāo)準(zhǔn)唯三支持龍架構(gòu)，也得到了國內(nèi)基礎(chǔ)軟件企業(yè)的認(rèn)可，包括歐拉、龍蜥、統(tǒng)信、麒麟、微信、釘釘?shù)榷贾С帧，F(xiàn)在完成LoongArch基礎(chǔ)軟件體系建設(shè)，原生支持Linux全部主流開源基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用環(huán)境，在Linux平臺上，X86、ARM有的，龍芯也有，但Linux只在服務(wù)器上取得成功，服務(wù)器的用戶是開發(fā)者、桌面的用戶是使用者，Linux直接拿桌面用是不行的，要進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。我們怎么做系統(tǒng)優(yōu)化的？首先是信息化系統(tǒng)中的兼容性和應(yīng)用遷移，window的瀏覽器和LoongArch的瀏覽器不兼容，現(xiàn)在很多信息系統(tǒng)都是基于IE瀏覽器做出來的，我們能不能把IE瀏覽器跑起來，還有服務(wù)器，有些地方喜歡使用.NET，所以要解決.NET應(yīng)用遷移到Java平臺上，還要解決編程類應(yīng)用的兼容問題。龍芯一年前提出了三句口號，一個是夯實(shí)基礎(chǔ)，操作系統(tǒng)和硬件的兼容，第二是Linux平臺本身的兼容，還有廣泛的兼容，到最后要有自主應(yīng)用，我們要自主應(yīng)用框架，不能沒完沒了的遷，所以我畫了一個框架的圖。
首先統(tǒng)一系統(tǒng)架構(gòu)，這個我就不展開講了，這個做完了，就像window一樣，它有三個本事，是安卓不具有的，就是主板整機(jī)兼容，十年前的windows現(xiàn)在還可以跑，還有所有的接口都可以認(rèn)，兼容性已經(jīng)做完了，最近做了一個比較大的事情就是打印機(jī)驅(qū)動，剛才江蘇省領(lǐng)導(dǎo)說打印機(jī)適配弄完了，我可以跟大家報(bào)告，到現(xiàn)在為止，現(xiàn)在97%、98%以上的打印機(jī)龍芯不用你遷，在X86和ARM上都沒有做到，凡是windows有的驅(qū)動我們都能干。還有少量的2%、3%的問題，年底之前肯定解決，也就是說你在X86和ARM平臺上肯定很多打印機(jī)認(rèn)不了，在龍芯的平臺上到明年開始我保證100%的打印機(jī)都能識別，如果少量識別不了的，我派技術(shù)人員幫你解決，整個體系建起來了，在Linux基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了windows的打印系統(tǒng)。現(xiàn)在Linux本身的兼容性問題現(xiàn)在已經(jīng)解決了，因?yàn)長inux開放性會引起應(yīng)用兼容的問題，包括打包格式不兼容、API環(huán)境不兼容，還有內(nèi)核升級引起的不兼容，所以Linux不管兼容，我們把這個問題解決了，用傳統(tǒng)的鏡像，我們做一個實(shí)驗(yàn)，把統(tǒng)信的微信遷到麒麟上，一個方法就是微信用的所有包都變成一個鏡像，我最終弄起來，它的文件大小從114兆增加到一個G，我只弄了統(tǒng)信和麒麟差別的部分，我們弄了一整個平臺，這個應(yīng)用在統(tǒng)信上寫的想在麒麟上跑沒問題，最關(guān)鍵的是操作系統(tǒng)升級如果依賴開源社區(qū)管不了升級以后的兼容問題，我們也能解決，就是不斷引進(jìn)、不斷兼容。
還有二進(jìn)制翻譯取得積極進(jìn)展，我們現(xiàn)在有一百多個windows應(yīng)用能在平臺上跑，我估計(jì)再有一年的功夫可以做到很流暢、很完備，我們事先做了一個IE兼容，關(guān)鍵是windows很多插件基本上可以支持，已經(jīng)做了十幾個案例，所以生態(tài)做出來了。最后要形成自主編程框架，為什么自主CPU和操作系統(tǒng)的整機(jī)產(chǎn)品需要無休止的遷移適配？因?yàn)檫@些系統(tǒng)是不在我平臺上寫的，現(xiàn)有的應(yīng)用都是基于別人的編程框架編出來的，自主編程框架是自主操作的重要特征，目前國產(chǎn)操作系統(tǒng)都不是真正意義上的自主操作系統(tǒng)，只是開源操作系統(tǒng)的自主發(fā)行版，APP開發(fā)者使用的自主編程框架進(jìn)行編程才能徹底解決無休止的適配問題，所以龍芯在明年?duì)幦⊥瞥鲎灾骶幊炭蚣埽际窃谠瓉硪延械耐卣梗豢赡軣o中生有，也就是原來的還能跑，用我的還能跑的更好，我希望未來就像手機(jī)APP有蘋果版和安卓版，未來電腦的系統(tǒng)有龍芯版和windows版，這樣我們就有自己的生態(tài)了。
生態(tài)是做出來的，不是跟出來的，我自己覺得2022年龍芯桌面Linux生態(tài)已經(jīng)局部超過X86和ARM，我說的是Linux桌面，剛才說瀏覽器能做IE兼容，打印機(jī)都能適配，還有三維地球也肯定做的最好，包括中小學(xué)編程軟件、視頻編輯器，我們又研發(fā)了一個，就是基礎(chǔ)應(yīng)用要研發(fā)出來，2023年希望總體超過X86核ARM，2024年希望全面超過，同時推出自主編程框架，2025年龍架構(gòu)軟件生態(tài)體系全面建成，X86、ARM移動終端都能應(yīng)用，自主編程框架具有不可替代性。我自己覺得2022年起的2到3年是龍芯把自主研發(fā)的優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為性價(jià)比和軟件生態(tài)優(yōu)勢的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，我希望今天會后的一兩年內(nèi)整個產(chǎn)業(yè)鏈形成這樣的共識，因?yàn)辇埿臼亲灾餮邪l(fā)而非引進(jìn)技術(shù)，所以龍芯性能最高，因?yàn)辇埿臼亲灾餮邪l(fā)而非引進(jìn)技術(shù)，所以龍芯成本最低，因?yàn)辇埿臼亲灾餮邪l(fā)而非引進(jìn)技術(shù)，所以龍芯生態(tài)最好，因?yàn)辇埿臼亲灾餮邪l(fā)而非引進(jìn)技術(shù)，所以龍芯供應(yīng)穩(wěn)定，我希望大家慢慢打破說龍芯是最基礎(chǔ)，但生態(tài)和性能差一點(diǎn)，要在實(shí)踐中兩三年就能做到，因?yàn)槟芰σ呀?jīng)形成了，槍桿子已經(jīng)練成。
謝謝大家！
2022年11月16日于江蘇南京
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