CPU是底層硬件基礎(chǔ)設(shè)施的核心，也是智能設(shè)備的心臟。而高端處理器更是人類科技制造的皇冠，既代表一國的技術(shù)實(shí)力，也關(guān)乎一國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的未來。

在沖擊高端處理器這一科技巔峰的道路上，從不缺少中國企業(yè)的身影。目前，我國共有14萬家與處理器相關(guān)的企業(yè)，并逐漸形成了海光、龍芯、申威、兆芯、鯤鵬、飛騰六大廠商作為中堅(jiān)代表，并稱國產(chǎn)CPU六君子。我們將以系列文章回顧國內(nèi)六大CPU企業(yè)的研發(fā)歷程，以思考國內(nèi)高端CPU的破局方向。

本期，我們先來看看已經(jīng)默默前行20多年歷程的龍芯。

二十年百折不撓自研路

2001年，中科院計(jì)算機(jī)研究所成立龍芯課題組，龍芯正式開始研發(fā)。20多年，雖然龍芯經(jīng)歷過技術(shù)路線錯(cuò)誤這樣的重大挫折，但依然堅(jiān)定地走出了自己的道路。

在龍芯研發(fā)的早期，需要靠犯錯(cuò)誤積累經(jīng)驗(yàn)，因此不斷踩坑。龍芯CPU的性能一度落后同期主流的x86指令集CPU產(chǎn)品10倍。但經(jīng)歷過前期的試錯(cuò)積累，2009龍芯發(fā)布LoongArch指令集，緊接著推出基于LoongAarch指令集的3A5000，這是目前國內(nèi)唯一的純自研指令集，從此我國也有了自己的CPU“語言體系“。這是國產(chǎn)CPU獨(dú)立自主研發(fā)之路上里程碑式的勝利。

今年，龍芯又發(fā)布了龍芯新一代高性能CPU3D5000。這是龍芯5000系列的最新成員，也是國內(nèi)首款采用芯粒(chiplet)技術(shù)的服務(wù)器CPU，主要面向高性能計(jì)算領(lǐng)域。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，盡管3D5000與目前主流CPU仍有性能差距，但這表明了國產(chǎn)CPU自研路線，也能達(dá)到相當(dāng)卓越的水平，是國產(chǎn)CPU自研之路上的又一關(guān)鍵突破。

正如馬斯克說，技術(shù)不一定會(huì)自動(dòng)進(jìn)步，它需要有很多人不斷努力。龍芯二十年自研路，就是龍芯團(tuán)隊(duì)在屢次失敗，一度四面楚歌后，依然不放棄自主研發(fā)CPU的歷程。這一路走來，龍芯已經(jīng)儼然成為國產(chǎn)CPU百折不撓的精神圖騰。

彎路比直路長，落寞比喜悅多

“百折不撓“這四個(gè)字，事實(shí)永遠(yuǎn)比后來者的回憶更沉重。

2001年，龍芯研發(fā)上馬，選擇了MIPS架構(gòu)+Linux系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)路線。當(dāng)時(shí)生態(tài)競爭格局還未完全確定，MIPS架構(gòu)+Linux系統(tǒng)的組合確實(shí)不失為后來者另辟蹊徑的選擇。但很不幸，Intel的x86架構(gòu)和微軟的Windows操作系統(tǒng)很快在市場上建立了絕對(duì)壟斷地位，WinTel聯(lián)盟主導(dǎo)了市場生態(tài)，MIPS架構(gòu)+Linux系統(tǒng)被遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在后面。

2010年，龍芯團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)型成立公司，企圖通過企業(yè)化運(yùn)營讓龍芯可以投放到更大的市場，為龍芯的研發(fā)帶來更多的資金，但當(dāng)年冬天推出的龍芯3B1000 CPU連操作系統(tǒng)也啟動(dòng)不了。這次失利，讓龍芯意識(shí)到單核性能是CPU性能的關(guān)鍵，盲目堆核的數(shù)量的路線走不通，這是龍芯真金白銀砸出來的經(jīng)驗(yàn)。

這表明我們對(duì)CPU設(shè)計(jì)能力的差距體現(xiàn)在理解深度上。有過編程經(jīng)驗(yàn)的人都知道，程序不是寫出來的，而是調(diào)試出來的，花足夠多的時(shí)間，犯足夠多的錯(cuò)誤，對(duì)CPU設(shè)計(jì)的理解越深入，就越可能走對(duì)方向，但國產(chǎn)CPU起步時(shí)間短，犯錯(cuò)誤少，流片成本高都是國產(chǎn)CPU落后于國際巨頭的地方。

龍芯調(diào)整技術(shù)方向，在單核微結(jié)構(gòu)上下足力氣，并在借鑒MIPS指令集后，于2019年開始宣布自研指令集，第二年發(fā)布了LoongArch指令集。但接著龍芯又陷入了專利糾紛。2021年上海芯聯(lián)芯認(rèn)為龍芯的LoongArch指令集是對(duì)MIPS的二次開發(fā)，且未繳納相關(guān)授權(quán)費(fèi)用，而并不是龍芯宣稱的“徹底拋棄MIPS發(fā)布自主指令系統(tǒng)”，并因此向龍芯提起訴訟。

目前，這場訴訟以一審判定龍芯勝訴暫告段落，而上海芯聯(lián)芯已表示將上訴，這場糾紛仍然未完待續(xù)。這不是龍芯第一次陷入專利糾紛。在2006年，龍芯即曾被MIPS指出抄襲，此糾紛在2009年以龍芯與MIPS達(dá)成授權(quán)協(xié)議結(jié)束。顯然，在技術(shù)上的試錯(cuò)之外，現(xiàn)實(shí)世界中龍芯也在摸著石頭過河，一不小心就遇上麻煩。

這幾乎是所有不甘放棄的后來者的必然命運(yùn)。

生態(tài)建設(shè)的孤獨(dú)之路

提升性能不是設(shè)計(jì)CPU 真正的難點(diǎn)，這是一個(gè)靠投入資源和自身努力后，靠時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)積累終究能解決的問題，建設(shè)CPU的軟硬件生態(tài)，才是真正的困難。

因?yàn)橐粋€(gè)生態(tài)的建成，是CPU廠商、開發(fā)者和使用者形成共同意愿后的結(jié)果，這是一個(gè)純粹的市場競爭過程，靠CPU廠商單方面的努力，起不到多大作用，而行政指令和民族情懷，在這個(gè)領(lǐng)域都無能為力。

當(dāng)前，無論P(yáng)C還是服務(wù)器，x86架構(gòu)都占到了絕對(duì)的主導(dǎo)，Counterpoint Research的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2022年全球服務(wù)器市場上，x86指令集仍然是服務(wù)器CPU市場的主導(dǎo)，占到了91%左右，贏家通吃的局面已經(jīng)形成。

而龍芯采用的MIPS路線與主流計(jì)算機(jī)體系絕緣，如果龍芯自己不去培養(yǎng)生態(tài)，龍芯的芯片就沒有配套，如一片荒原寸草不生，這使用者來說是絕對(duì)不友好的。

設(shè)想一下，一個(gè)說漢語某個(gè)小眾方言的人，要跟世界各地的人溝通，只能先學(xué)會(huì)說英語，還必然會(huì)因?yàn)榭谝魡栴}而增加學(xué)習(xí)難度。對(duì)龍芯來說，只要想繼續(xù)堅(jiān)持自主路線，就必須做的比別人更多，沒有捷徑可走。

因此，龍芯天然了包括了系統(tǒng)、中間件到最上層的應(yīng)用。在系統(tǒng)層面，龍芯規(guī)定好從CPU、BIOS到操作系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范，統(tǒng)一系統(tǒng)架構(gòu)，在中間件層面，龍芯做好API接口方便軟件開發(fā)，在應(yīng)用層面，龍芯還要針對(duì)目標(biāo)市場，優(yōu)化瀏覽器、辦公軟件等應(yīng)用。也就是說，一家龍芯，在努力做完Intel和微軟兩大世界級(jí)企業(yè)的工作，形成一個(gè)像蘋果那樣的封閉生態(tài)系統(tǒng)， 中間艱難可想而知。

而且，為了兼容Windows和安卓，龍芯還要給CPU配備翻譯器，用來把x86指令集和ARM指令集翻譯成LoongArch指令集。這種做法是給“說方言的人配上兩個(gè)翻譯”，本質(zhì)上是犧牲性能換取生態(tài)兼容性。從降低生態(tài)建設(shè)難度的角度說，這是一個(gè)是正確但無可奈何的做法。

在CPU市場上，有性能與生態(tài)相互促進(jìn)的現(xiàn)象。性能優(yōu)異的CPU受市場歡迎，就有更多使用者，更多使用者帶來好的市場前景，就有更多開發(fā)者愿意做配套，使生態(tài)更加繁榮。而CPU廠商因此提高收入，投入更多研發(fā)從而進(jìn)一步提高性能，再吸引更多使用者。這種”滾雪球”的增長方式，是x86 CPU建立絕對(duì)壟斷地位的根源。

而顯然，龍芯在性能上還在追趕主流水平，又與主流產(chǎn)品不兼容，沒辦法形成生態(tài)，也就更難以增加研發(fā)投入，又進(jìn)而限制性能的提升。這是一個(gè)“反向的”滾雪球。 因此，龍芯只能暫時(shí)依賴政策市場的扶持，從特種領(lǐng)域切入，先保持著跟隨的局勢不掉隊(duì)，尋求一點(diǎn)點(diǎn)建立生態(tài)的機(jī)會(huì)。

沒有人否認(rèn)龍芯在探索國產(chǎn)CPU發(fā)展之路上的豐功偉績，自主研發(fā)走過的彎路、積累的經(jīng)驗(yàn)和人才，都是國產(chǎn)CPU寶貴財(cái)富。龍芯就像一名屠龍的勇士，在面對(duì)國際巨頭時(shí)，以弱小的身軀持劍矗立，沒有主角光環(huán)，只有拼盡全部力氣，但依然無所畏懼更寸步不讓。這是英雄的風(fēng)姿，是戰(zhàn)士的榮譽(yù)。

但眼下也不得不承認(rèn)，龍芯若想在主流市場、主流用戶的核心業(yè)務(wù)上替代其他產(chǎn)品，還力不從心，這也像屠龍勇士，深夜摘下榮耀的冠冕時(shí)，孤獨(dú)縈繞，傷痕滿身。

這是要建立一個(gè)新時(shí)代時(shí)必然要面對(duì)的現(xiàn)實(shí)，但愿龍芯能讓那個(gè)屬于理想主義者夢想，早日到來。