唐志敏:打造“龙芯”产业链

唐志敏：打造“龙芯”产业链

唐志敏，1966年生于江苏省江阴县，1985年在南京大学计算机科学系获理学学士学位，1990年中国科学院计算技术研究所获博士学位。现任中国科学院计算技术研究所研究员、博士生导师，还曾兼任“十五”863计算机软硬件技术主题专家组成员、国家基金委计算机学科评审组成员、中国科学院研究生院信息科学与工程学院副院长、《计算机学报》执行副主编等职。

CPU是英文Central Processing Unit(意为中央处理器)的简称，一个比拇指盖大不了许多的东西。就是这样一个小东西，却在计算机的整个运行中起着心脏和发动机的作用。但从计算机被发明到电脑日益普及的今天，CPU芯片的生产一直掌控在英特尔等几家超大型公司的手中。

长期以来，我国的芯片严重依赖进口，在当今世界芯片制造业中，我国仅占1.2%的份额，而需求却占整个世界芯片市场的20%。2003年我国进口芯片的费用高达358亿美元。如果没有自己的核心芯片，我国的制造业就只能永远处于来料加工和组装的地步。CPU的研发和生产也是体现一个国家综合竞争力的重要方面。

随着信息产业的高速发展，有人将信息安全比喻成“国家安全的长城”，因此，要在信息领域不受制于人，消除政治、经济、国防等方面的安全隐患，就一定要将这一事关国家安全的核心技术掌握在自己手里。2000年，中国科学院计算技术研究所决定开始自主研发CPU芯片；2001年中国科学院知识创新工程重大项目“高性能通用CPU芯片研制”正式启动。2002年8月，第一个具有自主知识产权的CPU芯片——“龙芯1号”被中国科学院计算技术研究所的一群平均年龄不到30岁的年轻科研工作者研制成功，从而结束了中国计算机产业“无芯”的历史；2005年4月，“龙芯2号”研制成功，标志着中国CPU的研制生产水平又上了一个新的台阶。对于高科技飞速发展的今天，中国“龙芯”系列产品的成功，其意义不仅仅在于经济和科技领域，同时，在政治、军事等领域的影响力也非常深远。

作为中国科学院知识创新工程重大项目“高性能通用CPU芯片研制”的首席科学家，唐志敏经历并领导了“龙芯”项目自确立到今天所走过的每一步。新年伊始，唐志敏在他的办公室接受了《人物》杂志的专访。

一

唐志敏被他的同事——龙芯的项目负责人胡伟武称为具有“高屋建瓴”的眼光和大度谦和的领导风格。身为 “高性能通用CPU芯片研制”首席科学家，唐志敏领导着“龙芯”系列CPU芯片的研发和应用推广工作。

“事情总是在各方面的条件比较成熟的时候才可以开始做，龙芯也是这样。尽管当时也有一些争论。” 唐志敏说。“十五”之始，随着我国在计算机和IT领域的迅猛发展，在计算机科研领域积累了一批高科技人才；同时，微电子产品元件的设计制造能力大大提升，这就确保了“龙芯”系列在设计完成后批量生产的水平。唐志敏回忆说，尽管存在一些争议，但事情的进展还是非常顺利的。他说，当时的争议主要集中在“中国要不要做CPU”这一关键性问题上。这个问题解决了之后，主要面临的是“发展通用CPU还是嵌入式CPU”以及“我们能否跨越式发展”的问题。

唐志敏说，立项之始也有人提出过“中国要不要做CPU”这样的问题，对此唐志敏曾撰写文章，他的回答只有一个，“要做！”他认为，一般说来，政府需要大力支持的事情，主要有三种类型：一是对国家安全至关重要，二是可能有重大经济利益，三是社会公益需要。就CPU而言，与第三个方面关系不大。CPU有巨大的市场，开发CPU产品可能获得巨大的经济利益。但是，必须看到，CPU已经是一项非常成熟的技术，要想在技术上领先我们10年乃至更多年的巨无霸企业占据的地盘上分一杯羹，谈何容易。因此有人说，正是因为如此，单靠企业不能成事，这需要政府的支持。唐志敏说，自龙芯立项以来，国家已投入了近亿元，

也正是有了国家的投入，龙芯的设计研发才得以顺利进行。

在发展通用CPU还是嵌入式CPU这个问题上，唐志敏认为，从结构上看，并没有通用和嵌入式之分。通用和嵌入式的区别，主要是根据应用模式的不同而划分的。通用CPU的功能一般比较强，能运行复杂的操作系统和大型应用软件。嵌入式CPU在功能和性能上有很大的变化范围，有些嵌入式CPU(如SONY著名的游戏机产品PS2里的CPU)比通用CPU更为复杂。随着集成度的提高，在嵌入式CPU的应用中，人们倾向于把CPU、存储器和一些外围电路集成到一个芯片上，构成所谓的系统芯片(简称为SOC)，而把SOC上的那个CPU称为CPU芯核。有人认为，嵌入式CPU有巨大的市场空间，可针对应用而设计，目前在业界也没有特别强大的垄断者，所以应该是首选的开发目标。但唐志敏认为这应该是企业自主做的事，不是政府应该做的事。也有人认为，目前我们实力较差，很难开发出高水平的CPU芯片，所以应根据电子政务对安全性的要求，开发适用于网络终端机的CPU芯片。但信息系统的安全性主要体现在服务器端，终端上的CPU即使很安全，也于事无补。所以，政府应该支持的，是通用CPU芯片，尤其是应用于服务器系统的高性能通用CPU芯片的研制。纵观各类CPU芯片，我们可以发现，通用CPU芯片领导着技术发展的主流，提高芯片性能的各类技术，都是首先在通用CPU芯片中得到应用和推广，然后再逐步应用到嵌入式CPU中去的。同时，人们经常谈论的涉及半导体技术发展速度的摩尔定律，也主要是针对通用CPU芯片而言的。因此，通用CPU的发展是关键。

第三个问题是我们能否跨越式发展？唐志敏认为，国外CPU芯片的发展迄今已走过了30多年的历程，通用CPU技术相对来说已经比较成熟。如果我们简单地采取跟踪战略，先做低端，再做高端，亦步亦趋地跟在别人后面，是没有前途的。应尽可能从高起点出发，突破真正的核心技术，再逐步向低端发展。我们没有历史包袱，可以直接采用最先进的设计，借鉴国外的许多研究成果，一步到位，实现跳过中间阶段的跨越式发展。通用CPU芯片的研制是一项复杂的系统工程，长期的科学积累是成功的基础，高水平的研发队伍是成功的关键，稳定的微电子工艺线是成功的保障，大量的应用是持续发展的动力。在设计龙芯2号时，他们已分析了Intel P4、Sun Sparc、HP的Alpha、IBM Power4等多种主流芯片的微体系结构，要求龙芯2号的体系结构有自己明显的特色，以最有效的方法实现四发射，即在一个时钟周期里可执行四条指令(P4实现了三发射)，而且要为下一步研制多线程CPU和多核CPU打下基础。这样才有可能在不远的将来赶上国际水平。

2002年8月，在唐志敏和胡伟武这两位年轻科学家的带领下，中国成功推出了拥有自主知识产权的国产CPU芯片“龙芯1号”，结束了中国计算机产业“无芯”的历史。2005年4月18日，国家科技部、中国科学院和信息产业部在人民大会堂共同主办了“龙跃神州‘芯’动中国”——“龙芯2号”成果发布及产业化基地成立大会。在这次大会上，中国科学院计算技术研究所正式对外发布了龙芯系列CPU的最新研究成果——“龙芯2号高性能通用处理器”。

“龙芯2号”采用了先进的四发射超标量超流水结构，片内一级指令和数据高速缓存各64KB，片外二级高速缓存最多可达8MB。“龙芯2号”实现了先进的转移猜测、寄存器重命名、动态调度等乱序执行技术，以及非阻塞的高速缓存和取数操作猜测执行等动态存储访问机制。“龙芯2号”的最高频率为500MHz;功耗为3-5瓦，远远低于国外同类芯片。“龙芯2号”CPU的性能比“龙芯1号”提高了10倍。支持64位Linux操作系统和X-window视窗系统，能够流畅地支持视窗系统、桌面办公、网络浏览、DVD播放等应用。

我国有八亿农民，目前市场上的电脑价格对大部分人来讲还是很高的。“龙芯”系列产品较之国外高价格的CPU而言还具有成本低的优势，“让每一个人都能使用上廉价电脑，在保持性能的基础上，生产出百元左右的CPU、千元以内的电脑”也成为中国科学院计算技术研究所发展“龙芯”产品的目标。他们计划在“十一五”期间实现这个目标。

二

在2005年4月18日的这次会议上，计算所还与江苏梦兰集团签署了《关于设立龙芯产业化基地的战略合作协议》。江苏省和苏州市、常熟市政府共投入3000万元，建立“中科梦兰”龙芯产业化基地，此举是打造龙芯产业链的重要一步。

在这条产业链中，中科院计算所负责芯片的核心技术的研发，神州龙芯集成电路公司作为联结研发与产业的纽带，为下游的整机厂商和系统集成商分别提供基于龙芯CPU的IP核、芯片与解决方案，而龙芯产业联盟、龙芯开放实验室和龙芯产业化基地等企业单位组成了庞大的龙芯下游伙伴。唐志敏说，在未来的两三年中架构会逐步清晰，从产业链的分工来说，围绕“龙芯”应该具有很多个实体，核心技术掌握在计算所。

为了更好地将“龙芯”系列产品投入应用领域，由中国科学院计算技术研究所和江苏综艺股份有限公司等共同投资创办的北京神州龙芯集成电路设计有限公司，注册资金1亿元人民币，专门致力于开发、销售具有自主知识产权的龙芯系列微处理器芯片以及相应产品。

“CPU芯片和原子弹不一样，你摆一颗在那儿是没有用的。CPU产业必须是一个完整的产业链条，在这个链条中你必须从最初的设计一直做到最终端的客户服务。现在国产的CPU产品性能很好，但问题是大家都没有使用过，大家用的还都是国外的产品。国产CPU的市场化是我们的目标。”唐志敏说。

“我们低估了两个方面的难度：一个是技术和资金的难度，另一个是芯片从设计出来到真正走到用户这一过程的难度，尤其是后者。CPU是一个科研产品，要让它走向市场，我们首先必须和计算机整机的厂商进行合作，这样才能够走入千千万万的消费者手中，但现在最大的困难在于，在你非常弱小的时候，别的整机厂商是不敢把你的产品用在自己的计算机上的，因为一旦你死掉了，整机企业的风险性就非常大。” 唐志敏面对记者坦率地说。

在立项之初，“龙芯”瞄准的市场目标是政府采购，希望凭政府订单迅速站稳脚跟。不少人认为拥有政府采购支持的网络电脑将成为它最大的市场方向。在“龙芯1号”研制成功后，其产业化的成果无论是在规模和销量上都差强人意。其中在2003年北京市政府招标采购中，由于要求主频必须在400MHz以上，而“龙芯1号”的主频仅达到266MHz，最后只能与订单擦肩而过。

在“龙芯2号”问世后，他们将视野放在了更为广阔的新兴领域，其中包括数字机顶盒、NC、税控机和服务器等领域。据唐志敏介绍，目前已签下卫星数字机顶盒芯片、税控机芯片、可视电话和中国AVS音视频标准的解码芯片等项目。

唐志敏说，国外CPU芯片的发展迄今已走过了30多年的历程，我们希望面向的是一种新兴的市场需求，而不是现在已经很成熟的市场。国际上能做芯片的企业主要集中在美国、欧洲以及日本这样的发达国家，像英特尔、AMD这样的大公司都是自己设计自己加工，而一些规模相对较小的企业(像SUN、威盛等公司)都是只做设计，加工交给别人。多年前，虽然IBM及其他知名半导体公司都曾试图进入PC处理器的市场，但都铩羽而归。在全球PC处理器市场上，目前CPU的主要生产厂家包括英特尔、AMD以及威盛等。“龙芯2号”不会与英特尔、AMD发生正面竞争，新兴领域是“龙芯2号”进军的主要方向。

在新兴市场中，需要用CPU的领域是非常丰富的。因为未来的信息技术要进入人类生活的方方面面，信息产品也会以各种各样的形式出现。在各种新的形态中，CPU应该具有什么样的新的特点？唐志敏表示，我们要降低它的成本，比如更低的电耗，更少的维护成本，“这就是我们希望我们的产品所走的路子。因此，我们并没有说是瞄着英特尔去和它比，但是，大家总是愿意去问这个问题，因此我们有时候也会说，目前我们和英特尔的某款性能差不多。但这并不是我们的目的，我们要瞄准新的模式和新的应用。这才是龙芯的出路。”

在采访中唐志敏告诉记者，“目前基于90纳米工艺的1G主频的龙芯2号增强型芯片已经送去加工了。现在大家都在等待结果，同时也在规划下一阶段的工作。‘十一五’期间我

们的思路是做多核CPU，至于是多少个核，目前还在讨论之中。要实现跨越式发展，我们进步的速度就要比我们的国际同行更快一些，这包括研发和推广应用两个方面。”