2021年4月12日18:30，明德讲堂M679期讲座在国科大雁栖湖校区国际会议中心举行，龙芯中科技术股份有限公司董事长、总经理胡伟武先生应邀主讲，国科大人文学院汪前进教授主持本场讲座。
本次讲座胡伟武先生从什么是CPU讲起，探讨自主CPU发展是走“市场换技术”道路还是“市场带技术”道路问题，与同学们分享发展核心技术的体会。
胡老师讲述什么是CPU
“现代计算机采用冯诺依曼结构，由五部分组成，即（运算器+控制器）+存储器+输入设备+输出设备，我们所说的CPU就是运算器和控制器组成的，CPU是计算机的心脏。在IBM时代，CPU体现为若干个柜子，60年代我国曾自行研制晶体管大型通用数字电子计算机，计算性能达到每秒5万次，这台计算机主要是为当时两弹一星工程服务的，我们称之为‘功勋机’。Intel时代，CPU体现为一个芯片。ARM时代，CPU体现为一个IP，软IP为源代码，硬IP为版图。”
“那么，什么是自主CPU呢？自主CPU就是自主研制运算器和控制器，目前我国CPU自给率还很低，我国手机芯片自给率（约20%）高于计算机芯片自给率（约4%），但我国手机CPU自给率（0%）不如计算机CPU自给率（约2%）。CPU是一个巨大的经济市场，但是占据这个市场主导权的是欧美、日本等国家。电脑领域芯片企业比整机企业挣钱，手机领域整机企业比芯片企业挣钱。IT产业本质上是“解决方案为王”的产业，解决方案决定用户习惯和产业主导权。电脑的使用和升级Wintel说了算，手机的使用和升级谷歌和苹果说了算，2017年我国规上工业企业平均利润率为6.5%，IT产业平均利润率为5.4%。中国IT产业没有自己占主导的生态环境，因而也在很多领域中丧失了话语权。IT产业的利润在于建制与生态，中国“码农”对国家的贡献不如中国工厂中的工人，中国的IT产业好比美国的佃户，哪一天地主收回了土地，中国的IT行业就无法生产，我们做龙芯的目的，就在于开辟另一块土地。”
“CPU还涉及到国家安全。2012年3月23日，伊朗布什尔核电站遭到震网病毒攻击，20%离心机报废，核电站监控录像被篡改，监控人员看到的却是正常画面，可怕的是遭攻击电脑是物理隔离的。2007年9月，以色列轰炸了叙利亚东北部一个潜在的核设施，在此之前，叙利亚预警雷达刚好出现故障，刚开始以为是正常的随机故障，事后发现是雷达中的通用（Off-the-shelf）处理器后门引起。类似的问题在委内瑞拉、乌克兰等地都曾出现过，也包括在我们中国。”
“CPU研制是一项复杂系统工程，自主体系建设需要打通信息产业国内大循环的‘堵点’，这主要包括三个环节：基于自主IP核的芯片设计、基于自主指令系统的软件生态、基于自主材料设备的生产工艺。”
胡老师讲述CPU发展中的两条路线
“一直以来如何发展我国的核心技术，存在两条线路，即市场换技术和市场带技术。所谓市场换技术，就是通过合资等方式把中国市场给予国外企业，希望在合资过程中得到先进技术，典型代表就是我国的汽车工业。所谓市场带技术，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，代表就是我国的航天工业。这两条线路都在我国的发展中起到了很大作用。”
“目前CPU也存在上述两条路线。境外主要CPU企业均通过合资或授权的方式成为‘自主CPU’，这条路线强调自主CPU要‘融入’已有生态。而龙芯和申威CPU自主编写CPU源代码，并在应用中不断演进，强调自主CPU要建立自主生态。龙芯走的是市场带技术的道路，我们认为要同台竞技要先通过楼梯‘上台’，一步楼梯就是一次在市场应用中试错，最终建立自己的生态。”
“我曾经对记者说，CPU不是有钱、有人就能做出来的，核心技术产业只能在试错中发展，时间是核心技术产品最重要的门槛。三流产品有钱就能做，中国人民已经做透了。二流产品有钱+有手艺（人才）才能做。一流产品有钱+有手艺（人才）+长期积累才能做。资金可以筹集、人才可以挖来，体制机制可以改进，只有时间没法超越。养猪一年就能出栏，一头小牛犊需要养三年才能犁地，做CPU就像养孩子，从幼儿园、小学、初中、高中到大学，结婚买房子要首付，才算是养大了。”
胡老师讲述龙芯的发展过程
“我们开始自主研制CPU的初心都很简单，中国这么大一个国家，怎么能没有自己的CPU。我们2001年在中科院计算所开始研制龙芯CPU，得到了863、973、NSFC、核高基等重大专项的支持，完成了近十年的技术积累，同时我们也发现CPU不能只在实验室里面做。”
“2010年龙芯团队转型成立公司，与市场结合，把科学院的技术（样品）转换成产品。在之后的几年中，我们走过许多弯路，不重视单核性能和CPU的通用性、盲目叠加核心数，比如当时Intel的核心数是四核，我们能做到八核、十六核，实验室测试时的数据很好看，许多国外媒体甚至说龙芯已经达到世界先进水平，然而在实际应用中，现实却很残酷。中国的自主CPU同国外性能差距依然很大，申威“太湖之光”的计算能力世界第一，但它只能处理部分问题，换句话说就是通用处理能力不行，通用处理能力需要计算、访存、IO能力的平衡。Intel 是28核，华为能做到64核，看起来很强大，但是单核处理能力不行，就像一群小学生跟一个大人比赛拔河，‘人多谈不上力量大’。同时，我们的设计能力和工艺同国外还有很大差距，Intel使用130nm工艺实现Pentium IV主频4GHz，2010年1GHz的3A1000性能是同期Intel处理器1GHz性能的1/5。”
“在一次次试错中，我们制定了龙芯的设计原则，就是练好内功，通过设计优化提高单核通用处理性能。在多轮“试错”中，技术平台和产业链不断完善，性能不断提高，逼近市场主流CPU的性能，形成了包括几千家企业的产业链。在行业市场的带动下，龙芯上了几级‘楼梯’：2011-2015年，重要设备试点应用，从无到万片/年；2016-2019年，电子政务试点应用，从万片到十万片/年；2020-2022年，关键行业信息基础设施全面推广，希望达到从十万片到百万片/年。”
胡老师讲述龙芯的指令系统与软件生态
除了芯片外，龙芯还致力于搭建自主生态。“指令系统是软件生态的重要载体，目前的Wintel体系和AA体系主要构建在X86和ARM指令系统上。指令系统是计算机的“语言文字”，中国人可以用英文写文章，但不可能基于英文发展中华民族文化。我国关于指令系统自主和兼容的长期争论是：能不能做到既自主又兼容？我们认为，自主和兼容不存在绝对的矛盾，基于长期积累，我们可以做出充分考虑兼容需求的自主指令系统。十几年来，龙芯OS在试错中趋于成熟，功能逐渐丰富，可支持大量IO驱动，如打印机、扫描仪、高拍仪、身份证读卡器，架构上逐渐稳定，应用现场问题追溯到CPU和OS上的越来越少，成熟度接近Windows XP的水平（多轮快速迭代后达到十几年稳定），性能成倍提高，从被动优化到主动优化，打通技术链，在每个局部都不如国外的情况下整体性能优于国外系统。”
“经过20年的发展，2020年龙芯自主CPU和OS基本完成‘补课’，百万片规模的应用验证了龙芯CPU的成熟度，CPU通用处理性能达到市场主流CPU水平，OS成熟度接近Windows XP的水平。但也面临了几个问题，如应用迁移和产业配套成为自主CPU和OS发展的下一个瓶颈，硬件配套不足，应用软件不足。”
“高复杂系统能力的建设需要以30年为周期。‘运十’1986年拆解，“C919”2017年首飞，自主CPU也需要30年。曾有人问，有没有办法避免上述耗时的多轮试错，不用爬楼梯，一步就上楼呢？在这几十年里，我们进行了各种尝试：造不如买、市场换技术、研不如买、弯道超车。我们逐渐意识到，时间是创新的第四个变量，发展核心技术只有一步一个脚印地追赶，不要幻想‘弯道超车’。在不断试错中改进是复杂系统创新的必要过程，好的体制机制及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，反而发展更慢。两弹一星的先辈和几亿农民工靠的都‘5+2’、‘白+黑’的‘直道追赶’，我们今天也没有取巧的理由，有些表面上的“直道”是更弯的弯道。”
“ 走‘市场带技术’的道路，通过自主研发掌握CPU的核心技术，建立自主创新的信息技术体系，我们失去的只有锁链，得到的将是整个世界。”
汪前进教授主持讲座
讲座现场
国科大学子提问
主讲人简介：胡伟武，浙江永康人，著名计算机领域专家，研究员、博士生导师，研究方向为微处理器设计、计算机系统结构。我国第一颗通用处理器龙芯的总设计师、创始人。主持研制龙芯系列芯片，使我国CPU研制完成零的突破并达到世界先进水平；致力构建自主的信息技术体系和产业生态，在龙芯产业化过程中推动自主信息产业体系初具雏形。现任龙芯中科技术股份有限公司董事长、总经理，第十一届全国青联常委，第十一届全国人大代表，党的十八大、十九大代表。
【图文/郑锌煌，审核/吴慧】
