“龙芯之父”胡伟武:中国IT产业的出路在于构建自己的体系

2021-12-13
作者: 王欣 来源: 凤凰网科技

截图20211211145626.jpg

  【原编者按:在2021凤凰网科技峰会的“‘芯’突破:抢占智能时代制高点”论坛上,龙芯中科董事长胡伟武围绕“自主CPU发展道路”的话题发表了演讲。

  为什么要自主研发国产CPU?胡伟武认为,实际上做芯片、做整机并不重要,重要的是控制解决方案,控制产业什么时候升级,中国IT产业的根本出路在于构建自己新的体系。

  胡伟武表示,现在全世界信息产业有两个美国主导的体系支撑:一个是Intel+微软,一个是ARM+Android,只要硅谷几个企业产品一升级,整个中国的信息产业跟着动,全世界的信息产业也会跟着动。“我们要做一个自己的生态,要构建独立于Wintel和AA体系的安全可控信息技术体系和产业生态,构建安全可控的信息技术体系。”

  因此,胡伟武指出,想要做出中国的生态体系,需要时间和试错的机会。“三流产品全球能做,二流产品有钱加上手艺,需要人才才能做,一流产品需要有钱、有手艺,以及长期即使积累。”

  胡伟武解释道,试错有两个方面的含义,一个是试性能,一个是试生态。在试错的过程中,技术平台和产业链才有可能不断完善,性能才能不断提高。

  而龙芯中科正是希望通过自主研发掌握CPU的核心技术,建立自主可控的信息技术体系。胡伟武认为,如果龙芯中科选择走市场换技术的道路,通过引进国外的技术发展,所谓的自主CPU产品,只是将一副锁链,换成另外一副锁链。“现在龙芯的CPU已经逼近市场主流产品的性能,可以说是及格水平,同时几千家企业正在形成一个产业链,和一个新的产业生态。”胡伟武表示。

  “挑战与变革——2021年凤凰网科技峰会”是凤凰网科技频道倾力打造的年度巨献,议程设置紧跟碳中和、芯片、AI与元宇宙以及新消费等科技最前沿话题,邀请了360集团创始人、董事长周鸿祎,携程集团董事局主席梁建章,国美控股集团CEO杜鹃,峰瑞资本创始合伙人李丰,梅花创投创始合伙人吴世春,创世伙伴CCV创始合伙人周炜等24位重量级嘉宾,共同论道科技发展,思辨未来趋势。】

  以下是演讲内容(在不修改原义基础上有删改):

  大家好!我是龙芯的胡伟武,很高兴有机会在凤凰网给大家介绍一下我国CPU的发展情况,所以我的报告叫做“自主CPU发展道路”。

  什么是CPU?很多人说CPU就是芯片,这个说法也对也不对,我们先给一个稍微有点学术性质的定义。现在的计算机都采用一种冯·诺伊曼结构,这是美国一位数学家在上个世纪四十年代提出的结构,论文中说计算机由五部分组成:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备,其中运算器+控制器合在一起叫中央处理器,就是Central Processing Unit,简称CPU,存储器我们知道,就是计算机中的内存条,输入设备和输出设备就是键盘、鼠标显示器,硬盘等,计算机就是这么组成的。

  CPU在不同的阶段有不同的表现方式,可以体现为很多机柜,可以体现为一个芯片,也可以体现为一个IP。

  今天我们讲自主CPU,什么是自主CPU?根据冯·诺伊曼的学术定义,(能够)自主研制运算器和控制器的叫自主CPU。我国的手机芯片做得非常好,国内有不少做手机芯片的企业,国内手机芯片的自给率,尤其是里面的主处理器自给率超过20%,计算机芯片的自给率可能也就是3%-5%。什么意思呢?计算机全球一年卖2.5-3亿台,中国要用掉5000万台,3%-5%就是每年用自己的芯片来做的计算机大概有200万台左右。但如果就CPU来说,我国手机CPU的自给率是0%,所有做手机芯片的都是买ARM的CPU核来做芯片,我国计算机CPU的自给率至少有1%-2%。比如龙芯CPU的运算器、控制器都是自己做的,每年大概有100万片左右,除以5000万就是2%左右。

  为什么要在概念上把芯片和CPU分得那么清?因为我们要看它的作用,就是看它的Outside。屏幕上列了两张表,一个是2017年的,一个是2018年的,都是从网络上找的数据,列了几个企业,有两个是做电脑的,其中联想是做计算机,Intel是做计算机芯片。有两个是做手机的,苹果做手机,展锐做手机芯片。两个是美国的,两个是中国的,两个是做整机,两个是做芯片。这里的数字单位都是亿美元,2018年人民币和美元的汇率是6.7,我们看到一个很奇怪的现象,电脑是做芯片的赚钱,我们来看Intel (在)2018年赚了211亿美元,联想只赚了6亿美元,2017年甚至有点亏损,所以我们觉得芯片很重要,全中国人民都觉得芯片很重要。

  表面上看,凡是中国企业做的都不赚钱,不管是做整机还是做芯片,实际上IT产业是解决方案为王的产业。什么是解决方案?解决方案决定用户习惯和产业主导权,电脑怎么用谁说了算?Intel和微软说了算,电脑什么时候升级谁说了算?也是Intel和微软说了算,到现在为止,只要Intel和微软推出新的操作系统和CPU,全球的计算机产业都跟着升级。手机什么时候升级是Google、ARM和苹果说了算,中国不管是做手机芯片的、做整机的,至少对手机的大升级我们说了不算。ARM最近推出ARMv9指令系统,全球手机肯定要跟着升级,Google推出一个新Android,全球的手机也要跟着升级。

  我们看到实际上做芯片、做整机并不重要,重要的是控制解决方案,控制产业什么时候升级,中国IT产业的根本出路在于构建自己新的体系。我们知道现在全世界信息产业有两个美国主导的体系支撑:一个是Intel+微软,一个是ARM+Android,只要硅谷几个企业产品一升级,整个中国的信息产业跟着动,全世界的信息产业也会跟着动。我们要做大的解决方案,就是一个自己的生态,要构建独立于Wintel和AA体系的安全可控信息技术体系和产业生态,构建安全可控的信息技术体系是习总书记2016年对我们整个产业提的要求。

  CPU的研制是一个复杂的过程,十九届五中全会提出要构建一个国内的大循环为主体,国际国内两个循环相互促进的新发展格局,我们就是要构建国内大循环。信息产业要构建国内大循环,我认为有三个主要的环节:

  基于自主IP核的芯片,现在我们做芯片可以买别人的IP来攒芯片,其实不难,如果买ARM的IP,买Imagination的IP来做手机芯片,相信一两年就够,但做ARM那样的CPU核没有五到十年是不行的。恰恰是芯片的IP决定芯片的性能、成本、功耗、安全性,当然IP分为软IP和硬IP,屏幕右上角的方块就是IP,中间的版图也可以抠出一些硬IP,所以芯片的研发要IP自己来做。

  基于自主指令系统的软件生态,X86承载着电脑的生态,ARM承载手机的生态,软件生态包括什么?包括操作系统,像Windows和Android,数据库比如Oracle,中国的企业要做产品,融入X86和ARM的生态是相对容易的,比如手机芯片,Android一跑起来,所有APP都能跑,但基于自己的指令系统建自己的生态是很难的。

  基于自主材料和设备的生产工艺,我们知道境内的生产工艺像14纳米已经很稳定了,7纳米也研发成功了,生产工艺是不错的,但是关键是材料和设备受制于人,光刻机、光刻胶。我们做芯片设计有几个不如境外工艺的地方,IP不够全,因为需要自己造IP,性能不够高,(要)通过优化设计提高性能。当然,我们还是需要在自主的工艺,在材料和设备上还是需要攻关。

  基于自主IP核、基于自主指令系统、基于自主的材料和设备,这三个基于就是今天信息产业要形成国内大循环的痛点和堵点。

  我们要解决这些问题、发展核心技术,我认为改革开放以来只有两条路线:一个是市场换技术。另一个是市场带技术,就是通过体制内市场引导带动技术进步,再参与体制外市场竞争。

  今天我们发展CPU也存在两条路线,现在我们确实看到,因为中国要发展自主CPU已经成为国家战略,境外的主要CPU企业都是通过合资或者授权,境内也有很多企业觉得这个好,这条路当然也是对的。为什么呢?我们CPU需要融入业务生态,如果不和X86和ARM兼容就没有软件可跑,连一个浏览器都跑不起来,所以这条路有好几个企业在做。当然也有龙芯这样的企业,包括太湖之光,强调都是要自己做CPU、自己的指令系统,并且在应用中不断演进,强调要建自己的生态,我们叫做第三套生态体系,独立Wintel体系和AA体系的第三套生态体系。

  时间是核心技术产业最重要的门槛,因为我们迭代和试错需要时间。三流产品全球能做,中国人民已经做透了,二流产品有钱加上手艺,需要人才才能做,我们正在大力发展,一流产品需要有钱、有手艺还要有长期积累才能做。

  我们现在是第三轮迭代,上了三步台阶。整个“十二五”期间我们在很多重要设备,比如电力设备、轨道交通设备等等中应用,到了2015年,我们每年销售几万片CPU,从零开始。第二轮试错是2016年到2019年电子政务中应用,2019年每年CPU出货几十万片。第三轮试错是2020年到2022年,我认为三年就够,(在)金融、教育、电子政务中应用。2020年开始我们就上百万片,全面推广。

  试什么错呢?一个是试性能,一个是试生态。在这个过程中技术平台和产业链不断完善,性能不断提高,应该说现在的龙芯CPU已经逼近市场主流产品的性能,及格了,几千家企业形成了产业链,一个新的产业生态正在形成。

  我们自主CPU和国外先进水平主要差距在什么地方?

  当时我们重点做的是高性能的浮点峰值性能,计算机里用的是通用处理性能。比如当时Intel芯片是四核的时候我们做了八核,Intel当时的运算通路是128位,可以做两个64位的运算,当时我们就做256位,可以做四个64位的运算,通路比他们宽一倍,核数比他们多一倍,Intel主频是3个多G,我们是1G,确实看起来峰值性能不错。但我们计算机用的是通用处理性能,那些上浮点运算的是专用处理性能。神威太湖之光做到世界第一,我们中国人都以此为自豪,但它不跑浏览器也不跑Office,通用处理性能需要平衡,计算、缓存的平衡。

  我们知道2005年前后全球的市场从单核向多核发展,英特尔做四核我们做八核,其实核多是好办法,就是人多力量大。

  我们的设计能力不行还是工艺不行?一说起CPU就经常说我们工艺不行,好像所有东西都怪到工艺上,比如Intel用130纳米工艺,现在都是10纳米、7纳米,奔腾IV主频做到3.8G。我们2010年四核的龙芯主频是1G,如果把当时Intel市场主流产品降到1G,我们的性能仍然只有他们的1/5。什么叫做1/5?跑相同的程序我的时间是他们的五倍。

  所以从三个方面让我们看到,要提高通用处理性能、要提高单核性能,要通过设计能力的提高,而不是依靠工艺提高性能。我们决定练好内功,通过设计优化提高单核通用处理性能,不是把核弄得很多。经过这么多年的努力,我们终于完成了性能上的技术补课。屏幕上是Intel的CPU性能提高图,绿色的部分是从1985年到2003年每年性能提高52%,确实一年就翻一番。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%,确实Intel已经逼近天花板。经过多年的补课,我们到了灰色的部分,现在市场上Intel灰色的阶段的CPU其实还在用,我们只要再有一两年就可以达到红色的区间。

  刚才讲的是CPU的性能,还有对CPU最重要的软件生态。说实话,CPU指令系统是绕不过去的话题。我们做CPU到底应该是兼容国外的指令系统还是我们自己做自主指令系统?各有各的道理,要是自己做的话没有可跑的软件,要是兼容的话又受制于人,总是很难的。龙芯CPU基于自主指令系统做自己生产,有没有办法一个自主指令系统既自主又兼容?我们2020年推出自主指令系统,我们领(悟)出了一个道理,指令系统是计算机系统里最基础的语言,就是软硬件界面和语言,就像英语和汉语这些自然语言一样。我们知道可以基于英文写文章挣钱,甚至拿诺贝尔奖都是可以的,我们可以用英文写小说发行赚钱,但中国人不可能基于英文构建出我们的民族文化,中华民族的文化唐诗、宋词、元曲、先秦散文肯定得构建在汉语上,所以如果信息产业只满足于做产品,那就可以和ARM、X86兼容,但如果中国人立足要做自己的生态体系,再难也得做自己的指令系统。

  刚才说过,指令系统要自己做就有一个兼容问题,经过多年的积累,我们想到了一个方法,就是充分考虑兼容需求的自主指令系统。我们从基础指令系统加上一些扩展,大概将近2000条指令,现在芯片也出来了。

  还有微软操作系统的问题,其实操作系统有两种模式:一种是微软模式,一种是Android模式。Android模式就是由一个企业提供基础操作系统,Google提供Android是免费的、开源的,把它做成产品操作系统。龙芯也提出了基础操作系统,包括操作系统企业、整机企业可以基于龙芯这样的基础操作系统做自己的产品,这个也走通了,涉及到浏览器、Java虚拟机等等核心模块都要掌握。

  我们建党百年的时候龙芯也进入了新阶段,从Inside到了Outside,经过20年的发展,到了2021年自主CPU基本完成技术补课。百万片规模的应用验证了自主CPU的成熟度,CPU处理性能达到市场主流产品水平,操作系统成熟度接近Windows XP的程度。现在差的是产业链和生态,所以“十四五”期间我们要努力完成三个转变:从技术补课到生态建设者转变,从政策性市场向开放市场转变,从跟随性发展的必然王国到自主发展的自由王国转变。

  这个事情不仅要撸起袖子加油干,还要耐着性子坚持干。我认为自主CPU发展需要三十年,现在我们已经发展了二十年,正在呈现出加速发展的态势。

  有没有办法避免上述耗时的多轮试错?不用爬楼梯,一步就上?

  发展核心技术只有一步一个脚印地追赶,不能幻想弯道超车,在不断试错中改进是复杂系统创新的必要过程,好的体制机制和更多的经费可以加速试错迭代,但不能取代试错迭代。浮躁会让我们的产业发展走入误区,反而发展得更慢。两弹一星的先辈们和改革开放头三十年发展的主力军几亿农民工,靠的都是5+2、白加黑的追赶,我们今天也没有取巧的理由,因为有些表面上的直道我们以为是抄了近道,其实是更弯的弯道。

  我们走市场带技术的道路,通过自主研发掌握CPU的核心技术,建立自主可控的信息技术体系,我们失去的只有锁链,得到的将是整个世界。如果我们还是走市场换技术的道路,通过引进国外的技术发展所谓的自主CPU产品,只是将一副锁链,换成另外一副锁链。

「 支持红色网站!」

红歌会网

感谢您的支持与鼓励!
您的打赏将用于红歌会网日常运行与维护。
帮助我们办好网站,宣传红色文化。
传播正能量,促进公平正义!

×
赞赏备注
确认赞赏

评论(共9条)

大家都在看

热评文章
热点文章
热赞文章