美國對(duì)中國芯片行業(yè)的卡脖子，讓我們意識(shí)到在別人的墻基上砌房子，再大再漂亮也可能經(jīng)不起風(fēng)雨，甚至?xí)豢耙粨簟?/p>

也讓國內(nèi)芯片行業(yè)吵了幾十年的“引進(jìn)吸收”還是“自主研發(fā)”明確了方向，五中全會(huì)首次明確提出，要把科技自強(qiáng)自立作為國家發(fā)展戰(zhàn)略的支撐。

作為芯片產(chǎn)業(yè)最重要的芯片之一，CPU實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)自主可控對(duì)支撐國家信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展和保證信息安全都至關(guān)重要。

2021年4月15日，堅(jiān)持了20年自主研發(fā)的龍芯中科技術(shù)股份有限公司正式推出龍芯自主指令系統(tǒng)架構(gòu)LoongArch，實(shí)現(xiàn)了歷史性的突破，讓中國的芯片從必然王國走到自由王國。

完全自主在國內(nèi)多次被“打假”后，龍芯自主指令系統(tǒng)架構(gòu)（LoongArch）能否經(jīng)得起檢驗(yàn)？在強(qiáng)大的Wintel（Windows+Intel）和AA（Android+Arm）格局下，龍芯建立全球CPU的第三套生態(tài)有沒有機(jī)會(huì)成功？中國核心技術(shù)的發(fā)展，為什么不應(yīng)幻想彎道超車？

龍芯中科2010年脫胎于中科院計(jì)算所，很長一段時(shí)間，龍芯都是國內(nèi)為數(shù)不多堅(jiān)持CPU自研，走芯片自主可控路線的少數(shù)派。

公司創(chuàng)立的前五年，龍芯主攻工控市場，2015年龍芯CPU出貨幾萬顆，從無到萬顆用了五年。這并沒有動(dòng)搖龍芯堅(jiān)持自主可控的決心。

“十三五”期間，龍芯一方面繼續(xù)深耕工控市場，一方面開始進(jìn)軍電子政務(wù)市場，出貨量不斷增加，2019年出貨幾十萬顆，從幾萬顆到幾十萬顆的出貨量用了四年。

2020年，龍芯自主CPU的出貨量又提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到了百萬級(jí)。龍芯中科董事長兼龍芯CPU首席科學(xué)家胡偉武告訴雷鋒網(wǎng)：“龍芯經(jīng)過過去20年完成了技術(shù)補(bǔ)課，CPU不斷迭代，我覺得2022年我們的CPU能夠穩(wěn)定在每年幾百萬片的出貨量，我們也將逐步走向開放市場。”

龍芯中科董事長兼龍芯CPU首席科學(xué)家胡偉武

完成技術(shù)補(bǔ)課準(zhǔn)備走向開放市場的龍芯在2018年左右發(fā)現(xiàn)，MIPS已經(jīng)不是他們最好的選擇。

這是龍芯放棄MIPS的內(nèi)因，外因是MIPS的所有權(quán)一直在變化。

為了LoongArch能夠長遠(yuǎn)發(fā)展，龍芯中科高度重視與龍芯架構(gòu)相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，委托了國內(nèi)第三方知識(shí)產(chǎn)權(quán)機(jī)構(gòu)對(duì)龍芯基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行了深入細(xì)致的知識(shí)產(chǎn)權(quán)評(píng)估，將LoongArch與ALPHA、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86等國際上主要指令系統(tǒng)有關(guān)資料和幾萬件專利進(jìn)行深入對(duì)比分析。

今年1月第三方機(jī)構(gòu)得到了三個(gè)評(píng)估結(jié)果：

LoongArch在指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)、指令格式、指令編碼、尋址模式等方面進(jìn)行了自主設(shè)計(jì)。

LoongArch指令系統(tǒng)手冊(cè)在章節(jié)結(jié)構(gòu)、指令說明結(jié)構(gòu)和指令內(nèi)容表達(dá)方面與上述國際上主要指令系統(tǒng)存在明顯區(qū)別。

LoongArch基礎(chǔ)架構(gòu)未發(fā)現(xiàn)對(duì)上述國際上主要指令系統(tǒng)中國專利的侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。

接下來，龍芯中科和第三方知識(shí)產(chǎn)權(quán)評(píng)估機(jī)構(gòu)還會(huì)進(jìn)行境外專利分析和進(jìn)一步的知識(shí)產(chǎn)權(quán)評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估情況逐步發(fā)布完整的LoongArch指令系統(tǒng)手冊(cè)。

2030年基本建成全球第三套CPU生態(tài)體系

CPU指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的軟硬件界面，是CPU所執(zhí)行的軟件指令的二進(jìn)制編碼格式規(guī)范。

這9個(gè)能力每三個(gè)分為一類，第一類是3個(gè)基礎(chǔ)編譯器，包括GCC、LLVM、GOLANG；第二類是三個(gè)虛擬機(jī)，包含Java虛擬機(jī)、JavaScript虛擬機(jī)、.NET虛擬機(jī)；第三類是二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)，包括X86、ARM和MIPS指令系統(tǒng)的翻譯。

編譯器是將C語言這類高級(jí)語言編為機(jī)器標(biāo)碼，因?yàn)橛虚_源，許多經(jīng)驗(yàn)豐富的團(tuán)隊(duì)都能開發(fā)編譯器。

“更上一層就是虛擬機(jī)，全球一大半的服務(wù)器都跑在Java上，.NET與Java一樣，一個(gè)屬于微軟體系，一個(gè)屬于Linux體系。JavaScript是瀏覽器的核心引擎。因此虛擬機(jī)也很重要。”

二進(jìn)制翻譯的能力，是考慮到自主和兼容，為生態(tài)發(fā)展提供的基礎(chǔ)能力。“LoongArch的基礎(chǔ)指令有300多條，為了二進(jìn)制翻譯，兼容x86、ARM以及MIPS，我們又增加了近200條指令。”

胡偉武進(jìn)一步表示，“LoongArch通過軟硬結(jié)合，提升了兼容其他指令系統(tǒng)應(yīng)用的二進(jìn)制翻譯效率，這方面我們有十幾年的積累。我們希望，到2025年前后，在龍芯的LoongArch平臺(tái)上可以不運(yùn)行Windows但能運(yùn)行Windows應(yīng)用，不運(yùn)行Android但能運(yùn)行Android應(yīng)用。”

不僅如此，LoongArch還拋棄了MIPS的很多歷史負(fù)擔(dān)，結(jié)合新的應(yīng)用特點(diǎn)增加了一些新的功能，這樣僅指令系統(tǒng)就能帶來10%-20%的性能提升，硬件要實(shí)現(xiàn)這樣的提升需要大概兩代。

“兼容其它指令系統(tǒng)只是建設(shè)生態(tài)的輔助性手段，我們的目標(biāo)是打造全球第三套CPU生態(tài)體系，為人民做龍芯。”胡偉武說：“全球的IT產(chǎn)業(yè)被Wintel體系和AA體系制約，只要硅谷的企業(yè)產(chǎn)品升級(jí)，中國和其它國家的企業(yè)就得跟著升級(jí)，我們沒有產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)權(quán)。”

胡偉武說LoongArch的生態(tài)是要有組織的開放，建立生態(tài)。“要建設(shè)好一個(gè)生態(tài)首先要開放，組建聯(lián)盟吸引生態(tài)合作伙伴。其次還要兼容，無組織的開放會(huì)造成嚴(yán)重碎片化，生態(tài)沒辦法發(fā)展起來，要找到開放和兼容的平衡點(diǎn)。最后還需要系統(tǒng)優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)量級(jí)的體驗(yàn)提升。”

一類是針對(duì)特定應(yīng)用做SoC的公司，這些公司只要加入龍芯生態(tài)聯(lián)盟就可以使用LoongArch指令系統(tǒng)，并且能夠免費(fèi)使用像ARM Cortex A53和A57性能級(jí)別的龍芯CPU IP核，用于各種SoC設(shè)計(jì)，這也是龍芯已有的客戶。

另一類是整機(jī)和解決方案公司，龍芯有信心LoongArch芯片性能不會(huì)比其它指令系統(tǒng)的CPU弱，隨著性能的提升，總體性價(jià)比也會(huì)更高。

“我們基于LoongArch除了發(fā)展面向桌面、服務(wù)器應(yīng)用的通用信息系統(tǒng)平臺(tái)，還可以做出新的平臺(tái)，比如我們可以建設(shè)一個(gè)面向制造業(yè)的平臺(tái)，在該平臺(tái)上把各種裝備和設(shè)備APP化，如高鐵APP，飛機(jī)APP等。”胡偉武說。

“LoongArch的技術(shù)和工程的路已經(jīng)走通，今年下半年我們工作的重點(diǎn)就會(huì)轉(zhuǎn)向生態(tài)建設(shè)，我預(yù)計(jì)2025年龍芯的CPU出貨量將達(dá)到千萬級(jí)，生態(tài)建設(shè)也將邁出一大步。”胡偉武表示，“在國內(nèi)建設(shè)新的CPU生態(tài)，沒有人和我競爭，快慢由我。保守估計(jì)，到2030年我們應(yīng)該可以初步建成基于Loongarch的生態(tài)體系。”

五中全會(huì)首次明確科技自立自強(qiáng)作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐，這可以視作芯片行業(yè)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在中美摩擦越來越多的背景下，支持芯片自主研發(fā)的人也越來越多。

第一個(gè)環(huán)節(jié)是IP核以及EDA工具的芯片研發(fā)，龍芯CPU芯片的IP核主要自主研發(fā)，過去二十年積累了自主研發(fā)的CPU、GPU、內(nèi)存控制器、高速接口控制器、工業(yè)接口控制器等上百種IP核，但EDA工具的卡脖子問題想要解決依舊需要時(shí)間。

第二個(gè)環(huán)節(jié)就是基于自主指令系統(tǒng)的軟件生態(tài)，龍芯的LoongArch可以建設(shè)CPU的第三套生態(tài)。

第三個(gè)環(huán)節(jié)是基于自主材料設(shè)備的生產(chǎn)工藝。“大趨勢是，7nm之后的工藝是小眾工藝，工控CPU 28nm足夠了，桌面CPU 14nm就足夠了，服務(wù)器CPU 7nm足夠了。我們國家發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)不應(yīng)該總盯著7nm、5nm甚至3nm，先實(shí)現(xiàn)28nm和14nm的全自主，有了扎實(shí)的基礎(chǔ)迭代起來不會(huì)慢。”

龍芯如今的成績已經(jīng)證明了堅(jiān)定自主研發(fā)不僅是可行的路線，而且是正確的路線。我們總在說要彎道超車，但目前看來我們沒有一次成功。IT產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)就像蓋樓，每層樓兩大核心技術(shù)。第一層樓是CPU和操作系統(tǒng)，第二層樓是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和圖形技術(shù)，第三層樓是虛擬化技術(shù)和智能化技術(shù)。我們不可能不蓋前兩層直接蓋第三層。

因?yàn)楹髞碚咭坏┯谐揭延猩鷳B(tài)控制者的趨勢，就會(huì)受到各種阻礙。并且使用別人的授權(quán)，還可能受到非常嚴(yán)苛的審計(jì)，這是許多公司還未意識(shí)到的風(fēng)險(xiǎn)。

走自主研發(fā)的道路，在技術(shù)發(fā)展的初期一定會(huì)有巨大的技術(shù)和生態(tài)挑戰(zhàn)，但我們的優(yōu)勢在于有廣闊的市場和優(yōu)秀的制度，在市場帶技術(shù)的模式下，最終肯定能發(fā)展起來。

龍芯在工控和電子政務(wù)的成功就是最好的例子，這也是龍芯能在2015年實(shí)現(xiàn)盈虧平衡，并在“十三五”期間實(shí)現(xiàn)CPU單核通用處理性能提高十倍、銷售收入提高十倍的“雙十倍”跨越，在2021年推出自主指令系統(tǒng)架構(gòu)底氣所在。

堅(jiān)定目標(biāo)，保持耐心，相信中國的CPU生態(tài)在所有參與者的共同努力下能夠?qū)崿F(xiàn)安全的自主可控，與X86和ARM生態(tài)在全球三足鼎立，你中有我，我中有你共同向前發(fā)展。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的20年“炼出”国内首个自主CPU指令集架构 龙芯凭什么？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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