自从我们于2001年5月正式开始龙芯处理器的研制以来,龙芯已经有了六年的历史.从那时起,龙芯就是在关心者和反对者的疑虑和质疑中前进的.我们每前进一步,老的问题就会消失,同时新的更难的问题就会出来.总结起来,龙芯的成长过程中,必须先后回答三个问题,或者打三大战役.第一个问题是 “中国要不要研制通用CPU”;第二个问题是“中国有没有能力研制通用CPU”;第三个问题是“龙芯能不能卖出去”.在过去六年中,我们已经成功回答了前两个问题,取得了前两场战役的胜利,现在面临的是第三个问题,或者第三场战役,也是龙芯前进道路上最关键的一场战役.
在刚开始研制龙芯的时候,我们要回答的第一个问题是“中国要不要研制通用CPU”,这个问题现在看起来简单,实际上在当时是不好回答的.由于种种原因, 我国在“八五”和“九五”计划期间没有部署通用处理器的研制;在“十五”计划初期,比较主流的观点是我国应以研制专用的嵌入式处理器为主,不要研制高性能通用处理器.李国杰所长从1999年开始就呼吁我们在“十五”期间应该花大力气做通用处理器,认为错过这五年,以后就没有机会了.并在2001年在申请不到任何经费的情况下拿出计算所当年的所有创新经费(1000万)设立通用处理器研制项目.惭愧得很,我在刚开始时也认为所里到处宣传研制通用处理器是一种炒作而已,后来是由于一个偶然的机会开始做,一直做到今天.
因此,以2002年8月10日龙芯1号研制成功为标志,“要不要研制通用CPU”这个问题我们回答了,这一仗我们打赢了.在此之后的“十五”计划期间,我们先后得到国家863计划和中科院知识创新工程的经费支持.
我们要回答的第二个问题或要打的第二仗是“中国有没有能力研制通用CPU”的问题.这是一场硬仗,因为高性能处理器是所有芯片中最核心的芯片,也是最难设计的芯片.我们在2002年研制成功的龙芯1号处理器主频266MHz,很多人就认为达到了奔腾II处理器性能,开始时我们自己的认识也不是很清楚.但用国际公认的标准测试程序SPEC CPU2000测试后,发现龙芯1号的实际性能是相同主频的奔腾II处理器的一半左右,龙芯1号研制成功的喜悦随即被性能不高的郁闷所取代(实际上,奔腾 II处理器已经采用了三发射的指令级并行结构,自然比采用单发射结构的龙芯1号性能高.目前龙芯1号通过结构优化性能已经有了很大的提升).
知耻而后勇,在随后的龙芯2号系列处理器研制中,我们采用了四发射乱序执行的结构,2003年研制成功的龙芯2B性能是龙芯1号的3倍,超过了相同主频的奔腾II处理器的性能;2004年研制成功的龙芯2C通过提高主频和优化结构性能又是龙芯2B的三倍,达到了奔腾III处理器的性能,但没有达到性能是相同主频奔腾III处理器的2倍的目标;2005年研制成功的龙芯2E除了通过使用90nm工艺提高主频外,还在访存带宽上下了很大工夫,其性能又是龙芯 2C 的3倍,达到了中低档的奔腾IV处理器的性能.
这样,通过连续三年、每年性能提高三倍的“三级跳”,使龙芯2E(以及在此基础上进行量产改进的龙芯2F)在单处理器方面达到了世界先进水平,实现了我国高性能通用CPU的跨越发展.在上述三级跳的过程中,由于技术上的起点已经不低,最后一级是最困难的.我们自己在考虑“十五末”的最后一跳时也没有制定这么高的目标,科技部高新司的领导经过分析认为我们应该走跨越创新的道路,并成功地将我们置于背水一战的境地.我们经过深入分析和探索,制定了一条有一定风险但经过努力有可能实现的技术路线,并成功完成了龙芯2E的研制.
龙芯处理器的研制成功在国际上引起了很大反响.2005年7月,美国著名的市场分析公司In-stat公司在权威刊物《微处理器报告》上发表文章,详细介绍了龙芯2号的设计,文章中提到“中国已经有设计世界一流处理器的能力…… 龙芯2号的设计,说明中国人正准备生产不亚于世界上任何其他厂家的处理器.”华盛顿著名的智囊机构哈德森研究所(Hudson Institute)向美国国会提交了一份名为《中国向前跳了一大步》的报告,分析了中国的科技和军事竞争力.在报告中,哈德森研究所列举了我国自主创新的三个案例,其中一个就是龙芯2号问世.世界著名半导体公司意法半导体公司购买了龙芯2E/2F的生产和销售授权,开创了我国计算机核心技术对外授权的先例.
因此,以龙芯2E研制成功为标志,我们回答了“中国有没有能力研制通用处理器”的问题.确切地说,在龙芯2号系列处理器的边学习边研制的过程中我们建立了能力.这一仗我们打赢了.通过龙芯处理器的研制我们也认识到,我们要有进行自主创新的信心,中国人在信息产业的核心技术方面,完全能够通过创新跨越取得突破.自主创新需要一种不怕鬼、不信邪的精神.
现在,我们正面临着第三个问题或第三个战役,即“龙芯能不能卖出去”.这个问题我们自己也有一个认识提高的过程.在2005年之前,龙芯的研发和产业化基本上处于隔离的状态.记得2005年4月我们在人民大会堂召开龙芯2号的成果发布会后,有很多电话打到我的办公室问什么地方可以买到龙芯2号芯片,我居然无言以对.于是从2005年开始,龙芯课题组派出骨干参与到龙芯的产业化工作中,并明确提出“让下游客户找得到龙芯”的口号.经过两年多的努力,在龙芯能不能卖出去这个问题上,我们已经取得了一些进展,或取得了部分小的战斗的胜利,例如龙芯在国家安全方面的应用取得重要突破,包括对意法半导体的授权在内的龙芯IP的授权取得了经济效益,以及基于龙芯处理器的系统已经完成中试正在逐步走向市场.但离取得最后的胜利还有很远的路要走,还需要付出长期而艰苦的努力.这一仗我们的目标是“十一五”期间龙芯成为市场上不可忽视的力量,在“十二五”期间龙芯成为市场上具有重要影响的力量.
走节约型的信息化道路
经常有人问我,国外大企业每年投入几十亿美元,几千人的研发队伍,而我们人员只有百来人,经费只有几千万,怎么做得过国外大企业呢?这个问题也困扰了我们很长时间.后来发现我们都被一些表面的现象所蒙蔽,因此得出了弱小者不能战胜强大者的结论.事实上,历史就是在弱小者不断战胜强大者的过程中得到发展的,决定一件事情或一个组织的成败,不在于眼前是否强大,而在于这件事或这个组织是否符合历史发展的潮流,是否得到广大人民的拥护.正因为如此,弱小的共产党能够战胜强大的国民党取得了政权;也正因为如此,上世纪80年代弱小的Intel公司能够战胜强大的IBM公司成为CPU市场的龙头老大.毛主席早就告诉过我们:星星之火,可以燎原.
事实上,弱小和强大是相对的.现在强大的,如果丧失先进性,未来未必强大;现在弱小的,只要具有先进性,就会逐步强大起来. 未来的状态是由现在的状态和未来的输入决定的,这是计算机的理论基础.对龙芯来说,现在的状态已经确定了,关键是未来的输入怎么样.在我看来,只要“未来的输入”正确,龙芯“未来的状态”有以下几方面的优势.
第一、坚持信息化为广大人民服务的定位,龙芯具有先进性.龙芯处理器的研制宗旨是:坚持自主创新,掌握信息领域的核心技术,通过自主、可靠、安全的处理器设计,为战略性的国家需求服务;坚持信息化为广大人民服务,走节约型的信息化道路,通过高性能、低成本、低功耗的处理器设计,大幅度降低信息化的成本.
国外垄断集团追求暴利的本质决定了他们不可能以实现中国人民的信息化作为目标,他们通过不断升级计算机产品迫使用户更新计算机的信息化方式并不符合中国人民和广大第三世界国家人民的需求.中国不可能在西方垄断公司获取暴利的情况下完成全国人民的信息化,中国人民也不可能通过全民族的盗版完成信息化.
目前美国已经有50%以上的人已经拥有电脑,而中国13亿人中只有5000-6000万台电脑(这5000-6000万台电脑正在面临着为了运行Vista而全面被淘汰的命运).在中国,只有包括广大农民在内的全国人民的信息化,才是真正的信息化.就像中国人不能学习美国人把别墅作为住房标准一样,我们应该认真思考是否继续走美国给我们指定的信息化道路.例如,按照目前的模式,5亿台电脑需要消耗5个三峡电站的电.中国人民只能走有中国特色的、节约型的可持续发展信息化道路,必须自己掌握核心技术,大幅度降低信息化成本.
主流PC处理器的技术路线是在150-500美元的价格范围内不断利用摩尔定律提高性能;消费类电子的技术路线是在适用的性能下不断利用摩尔定律降低成本.龙芯的技术路线是在较低的价格范围(如15-50美元)以及功耗范围(如3-5瓦)内利用摩尔定律不断提高性能.计算机的应用主要体现在两个方面.一是提高生产效率,主要包括低端的上网、办公、农村信息化、工业控制、行业应用终端;以及高端的解决巨大挑战问题的大型科学计算.二是提高生活水平,主要体现在包括3D游戏在内的娱乐方面.根据中国的国情,龙芯的应用定位主要在于提高生产效率.虽然龙芯把低功耗低成本作为重要设计目标,不追求极端的性能,但作为电脑用的CPU,还是需要适用的性能,例如,多数人认为性能在1GHz的奔腾III和2GHz的奔腾 IV之间(单核的龙芯2号性能大致在这个范围),对于多数办公上网的应用是足够了.目前在这个性能范围内,龙芯在成本和功耗方面是有明显优势的.
龙芯的先进性是保证龙芯长远发展的主要动力.由于龙芯的上述定位,使龙芯在保证适用性能的前提下可以走低成本、低功耗的技术路线.相比之下,本质上以追求暴利为目标的国外垄断集团不可能真心实意地走低成本信息化的道路,他们具有历史包袱.
第二、技术和市场的转型有利于龙芯发挥后发优势,实现跨越发展.目前国际上高性能通用CPU的发展正面临技术转型期.摩尔定律的持续高速发展;互连网的普及正在改变计算机的应用模式;主频至上的计算机处理器设计技术正在终结;性能功耗比继性能价格比之后正在成为计算机的主要设计指标.上述技术转型为我国在未来几年发挥后发优势,另辟蹊径,通过跨越创新实现突破提供了机遇.
在“十五”期间我们通过龙芯2号的研制实现了跨越创新,在“十一五”期间我们还要通过龙芯3号的研制实现更大的跨越创新.如果说龙芯1号是在迷雾中起步,还看不到先行者的影子;龙芯2号完成后我们已经超过了一些同行者,看清了领先者的背影;那么龙芯3号的完成将使我们大踏步赶上并超过领先者.龙芯3号将继续坚持低成本低功耗的技术路线,在确保GHz以上并适度提高主频的基础上把降低功耗和成本作为主要设计指标.争取4核的龙芯3号功耗5-10瓦,16核的龙芯3号功耗20-30瓦.
相比之下,国外的垄断企业具有较大的历史包袱,船大了不好掉头.这些历史包袱决定他们不可能真正地走低成本的信息化道路.例如Intel最近推出的Classmate 电脑很有诱惑力,让大家觉得Intel也要走低成本的路线了.我们只要算一笔帐就可以看出,这只是Intel无奈之下的搅局的举动,其前提是该电脑对传统的主流电脑不要造成影响.Intel每年销售1亿多片CPU,销售额为350-400亿美元,平均每片价格为200多美元,毛利润应该在150美元以上.
假设Intel为低成本电脑推出价格为20美元左右的CPU,毛利润为每片5美元左右,每年销售2亿片,销售额为40亿美元,毛利润为10亿美元.如果这2 亿片低成本芯片的销售不影响原来的1亿多片的芯片销售,则Intel是愿意做的;但如果由于这2亿片低成本芯片的销售使得其他处理器的销售减少了2000 万片,则Intel主流产品的销售额减少40亿美元,利润减少30亿美元.因此,Intel非常明智地把Classmate定位在新兴的市场 (emerging market),他们决不允许该业务对其主流业务造成影响.问题在于,在我们没有能力的时候,Intel的确可以确定上述游戏规则;但当我们拥有能力以后,别人一厢情愿确定的游戏规则就不一定灵了.既然我们可以以20美元的价格拥有性能适用的CPU,我们为什么还要跟着别人玩不断淘汰、不断升级的游戏?
对于像Intel这样的大企业来说,上万人的工程师队伍既是优势,又是劣势.一方面,得有足够的利润养着这样的队伍,迫使Intel必须走过去的高利润路线;另一方面,工程师的技术习惯以及组织方式一旦形成,就会形成一种惯性.Intel还有其他历史包袱,例如Intel曾经想通过 Itanium处理器甩掉X86兼容的历史包袱,但铩羽而归,并且让AMD钻了空子,元气大伤.
