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12月10日消息，在2021鳳凰網科技峰會的“‘芯’突破：搶占智能時代制高點”論壇上，龍芯中科董事長胡偉武圍繞“自主CPU發展道路”的話題發表了演講。以下是演講內容（在不修改原義基礎上有刪改）。

大家好！我是龍芯的胡偉武，很高興有機會在鳳凰網給大家介紹一下我國CPU的發展情況，所以我的報告叫做“自主CPU發展道路”。

什么是CPU？很多人說CPU就是芯片，這個說法也對也不對，我們先給一個稍微有點學術性質的定義?，F在的計算機都采用一種馮·諾伊曼結構，這是美國一位數學家在上個世紀四十年代提出的結構，論文中說計算機由五部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備，其中運算器+控制器合在一起叫中央處理器，就是Central Processing Unit，簡稱CPU，存儲器我們知道，就是計算機中的內存條，輸入設備和輸出設備就是鍵盤、鼠標顯示器，硬盤等，計算機就是這么組成的。

CPU在不同的階段有不同的表現方式，可以體現為很多機柜，可以體現為一個芯片，也可以體現為一個IP。

今天我們講自主CPU，什么是自主CPU？根據馮·諾伊曼的學術定義，（能夠）自主研制運算器和控制器的叫自主CPU。我國的手機芯片做得非常好，國內有不少做手機芯片的企業，國內手機芯片的自給率，尤其是里面的主處理器自給率超過20%，計算機芯片的自給率可能也就是3%-5%。什么意思呢？計算機全球一年賣2.5-3億臺，中國要用掉5000萬臺，3%-5%就是每年用自己的芯片來做的計算機大概有200萬臺左右。但如果就CPU來說，我國手機CPU的自給率是0%，所有做手機芯片的都是買ARM的CPU核來做芯片，我國計算機CPU的自給率至少有1%-2%。比如龍芯CPU的運算器、控制器都是自己做的，每年大概有100萬片左右，除以5000萬就是2%左右。

為什么要在概念上把芯片和CPU分得那么清？因為我們要看它的作用，就是看它的Outside。屏幕上列了兩張表，一個是2017年的，一個是2018年的，都是從網絡上找的數據，列了幾個企業，有兩個是做電腦的，其中聯想是做計算機，Intel是做計算機芯片。有兩個是做手機的，蘋果做手機，展銳做手機芯片。兩個是美國的，兩個是中國的，兩個是做整機，兩個是做芯片。這里的數字單位都是億美元，2018年人民幣和美元的匯率是6.7，我們看到一個很奇怪的現象，電腦是做芯片的賺錢，我們來看Intel在2018年賺了211億美元，聯想只賺了6億美元，2017年甚至有點虧損，所以我們覺得芯片很重要，全中國人民都覺得芯片很重要。

表面上看，凡是中國企業做的都不賺錢，不管是做整機還是做芯片，實際上IT產業是解決方案為王的產業。什么是解決方案？解決方案決定用戶習慣和產業主導權，電腦怎么用誰說了算？Intel和微軟說了算，電腦什么時候升級誰說了算？也是Intel和微軟說了算，到現在為止，只要Intel和微軟推出新的操作系統和CPU，全球的計算機產業都跟著升級。手機什么時候升級是Google、ARM和蘋果說了算，中國不管是做手機芯片的、做整機的，至少對手機的大升級我們說了不算。ARM最近推出ARMv9指令系統，全球手機肯定要跟著升級，Google推出一個新Android，全球的手機也要跟著升級。

我們看到實際上做芯片、做整機并不重要，重要的是控制解決方案，控制產業什么時候升級，中國IT產業的根本出路在于構建自己新的體系。我們知道現在全世界信息產業有兩個美國主導的體系支撐：一個是Intel+微軟，一個是ARM+Android，只要硅谷幾個企業產品一升級，整個中國的信息產業跟著動，全世界的信息產業也會跟著動。我們要做大的解決方案，就是一個自己的生態，要構建獨立于Wintel和AA體系的安全可控信息技術體系和產業生態，構建安全可控的信息技術體系是習總書記2016年對我們整個產業提的要求。

CPU的研制是一個復雜的過程，十九屆五中全會提出要構建一個國內的大循環為主體，國際國內兩個循環相互促進的新發展格局，我們就是要構建國內大循環。信息產業要構建國內大循環，我認為有三個主要的環節：

1）基于自主IP核的芯片?，F在我們做芯片可以買別人的IP來攢芯片，其實不難，如果買ARM的IP，買Imagination的IP來做手機芯片，相信一兩年就夠，但做ARM那樣的CPU核沒有五到十年是不行的。恰恰是芯片的IP決定芯片的性能、成本、功耗、安全性，當然IP分為軟IP和硬IP，屏幕右上角的方塊就是IP，中間的版圖也可以摳出一些硬IP，所以芯片的研發要IP自己來做。

2）基于自主指令系統的軟件生態。X86承載著電腦的生態，ARM承載手機的生態，軟件生態包括什么？包括操作系統，像Windows和Android，數據庫比如Oracle，中國的企業要做產品，融入X86和ARM的生態是相對容易的，比如手機芯片，Android一跑起來，所有APP都能跑，但基于自己的指令系統建自己的生態是很難的。

3）基于自主材料和設備的生產工藝。我們知道境內的生產工藝像14納米已經很穩定了，7納米也研發成功了，生產工藝是不錯的，但是關鍵是材料和設備受制于人，光刻機、光刻膠。我們做芯片設計有幾個不如境外工藝的地方，IP不夠全，因為需要自己造IP，性能不夠高，要通過優化設計提高性能。當然，我們還是需要在自主的工藝，在材料和設備上還是需要攻關。

基于自主IP核、基于自主指令系統、基于自主的材料和設備，這三個基于就是今天信息產業要形成國內大循環的痛點和堵點。

我們要解決這些問題、發展核心技術，我認為改革開放以來只有兩條路線：一個是市場換技術。另一個是市場帶技術，就是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。

今天我們發展CPU也存在兩條路線。現在我們確實看到，因為中國要發展自主CPU已經成為國家戰略，境外的主要CPU企業都是通過合資或者授權，境內也有很多企業覺得這個好，這條路當然也是對的。為什么呢？我們CPU需要融入業務生態，如果不和X86和ARM兼容就沒有軟件可跑，連一個瀏覽器都跑不起來，所以這條路有好幾個企業在做。當然也有龍芯這樣的企業，包括太湖之光，強調都是要自己做CPU、自己的指令系統，并且在應用中不斷演進，強調要建自己的生態，我們叫做第三套生態體系，獨立Wintel體系和AA體系的第三套生態體系。

時間是核心技術產業最重要的門檻，因為我們迭代和試錯需要時間。三流產品全球能做，中國人民已經做透了，二流產品有錢加上手藝，需要人才才能做，我們正在大力發展，一流產品需要有錢、有手藝還要有長期積累才能做。

我們現在是第三輪迭代，上了三步臺階。整個“十二五”期間我們在很多重要設備，比如電力設備、軌道交通設備等等中應用，到了2015年，我們每年銷售幾萬片CPU，從零開始。第二輪試錯是2016年到2019年電子政務中應用，2019年每年CPU出貨幾十萬片。第三輪試錯是2020年到2022年，我認為三年就夠，在金融、教育、電子政務中應用。2020年開始我們就上百萬片，全面推廣。

試什么錯呢？一個是試性能，一個是試生態。在這個過程中技術平臺和產業鏈不斷完善，性能不斷提高，應該說現在的龍芯CPU已經逼近市場主流產品的性能，及格了，幾千家企業形成了產業鏈，一個新的產業生態正在形成。

我們自主CPU和國外先進水平主要差距在什么地方？當時我們重點做的是高性能的浮點峰值性能，計算機里用的是通用處理性能。比如當時Intel芯片是四核的時候我們做了八核，Intel當時的運算通路是128位，可以做兩個64位的運算，當時我們就做256位，可以做四個64位的運算，通路比他們寬一倍，核數比他們多一倍，Intel主頻是3個多G，我們是1G，確實看起來峰值性能不錯。但我們計算機用的是通用處理性能，那些上浮點運算的是專用處理性能。神威太湖之光做到世界第一，我們中國人都以此為自豪，但它不跑瀏覽器也不跑Office，通用處理性能需要平衡，計算、緩存的平衡。

我們知道2005年前后全球的市場從單核向多核發展，英特爾做四核我們做八核，其實核多是好辦法，就是人多力量大。

我們的設計能力不行還是工藝不行？一說起CPU就經常說我們工藝不行，好像所有東西都怪到工藝上，比如Intel用130納米工藝，現在都是10納米、7納米，奔騰IV主頻做到3.8G。我們2010年四核的龍芯主頻是1G，如果把當時Intel市場主流產品降到1G，我們的性能仍然只有他們的1/5。什么叫做1/5？跑相同的程序我的時間是他們的五倍。

所以從三個方面讓我們看到，要提高通用處理性能、要提高單核性能，要通過設計能力的提高，而不是依靠工藝提高性能。我們決定練好內功，通過設計優化提高單核通用處理性能，不是把核弄得很多。經過這么多年的努力，我們終于完成了性能上的技術補課。屏幕上是Intel的CPU性能提高圖，綠色的部分是從1985年到2003年每年性能提高52%，確實一年就翻一番。2003年到2010年每年性能提升23%，2010年到2015年每年性能提升12%，2015年之后每年性能提高3%，確實Intel已經逼近天花板。經過多年的補課，我們到了灰色的部分，現在市場上Intel灰色的階段的CPU其實還在用，我們只要再有一兩年就可以達到紅色的區間。

剛才講的是CPU的性能，還有對CPU最重要的軟件生態。說實話，CPU指令系統是繞不過去的話題。我們做CPU到底應該是兼容國外的指令系統還是我們自己做自主指令系統？各有各的道理，要是自己做的話沒有可跑的軟件，要是兼容的話又受制于人，總是很難的。龍芯CPU基于自主指令系統做自己生產，有沒有辦法一個自主指令系統既自主又兼容？我們2020年推出自主指令系統，我們領（悟）出了一個道理，指令系統是計算機系統里最基礎的語言，就是軟硬件界面和語言，就像英語和漢語這些自然語言一樣。我們知道可以基于英文寫文章掙錢，甚至拿諾貝爾獎都是可以的，我們可以用英文寫小說發行賺錢，但中國人不可能基于英文構建出我們的民族文化，中華民族的文化唐詩、宋詞、元曲、先秦散文肯定得構建在漢語上，所以如果信息產業只滿足于做產品，那就可以和ARM、X86兼容，但如果中國人立足要做自己的生態體系，再難也得做自己的指令系統。

剛才說過，指令系統要自己做就有一個兼容問題，經過多年的積累，我們想到了一個方法，就是充分考慮兼容需求的自主指令系統。我們從基礎指令系統加上一些擴展，大概將近2000條指令，現在芯片也出來了。

還有微軟操作系統的問題，其實操作系統有兩種模式：一種是微軟模式，一種是Android模式。Android模式就是由一個企業提供基礎操作系統，Google提供Android是免費的、開源的，把它做成產品操作系統。龍芯也提出了基礎操作系統，包括操作系統企業、整機企業可以基于龍芯這樣的基礎操作系統做自己的產品，這個也走通了，涉及到瀏覽器、Java虛擬機等等核心模塊都要掌握。

我們建黨百年的時候龍芯也進入了新階段，從Inside到了Outside，經過20年的發展，到了2021年自主CPU基本完成技術補課。百萬片規模的應用驗證了自主CPU的成熟度，CPU處理性能達到市場主流產品水平，操作系統成熟度接近Windows XP的程度?，F在差的是產業鏈和生態，所以“十四五”期間我們要努力完成三個轉變：從技術補課到生態建設者轉變，從政策性市場向開放市場轉變，從跟隨性發展的必然王國到自主發展的自由王國轉變。

這個事情不僅要擼起袖子加油干，還要耐著性子堅持干。我認為自主CPU發展需要三十年，現在我們已經發展了二十年，正在呈現出加速發展的態勢。

有沒有辦法避免上述耗時的多輪試錯？不用爬樓梯，一步就上？發展核心技術只有一步一個腳印地追趕，不能幻想彎道超車，在不斷試錯中改進是復雜系統創新的必要過程，好的體制機制和更多的經費可以加速試錯迭代，但不能取代試錯迭代。浮躁會讓我們的產業發展走入誤區，反而發展得更慢。兩彈一星的先輩們和改革開放頭三十年發展的主力軍幾億農民工，靠的都是5+2、白加黑的追趕，我們今天也沒有取巧的理由，因為有些表面上的直道我們以為是抄了近道，其實是更彎的彎道。

我們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。如果我們還是走市場換技術的道路，通過引進國外的技術發展所謂的自主CPU產品，只是將一副鎖鏈，換成另外一副鎖鏈。

作者/胡偉武  文字整理/王欣   來源/鳳凰網科技