龙芯，中国CPU追赶美国20年

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龙芯，中国CPU追赶美国20年

Original 有趣有料有深度 市界  2021-07-17

作者丨董温淑

编辑丨李曙光

IT从业者彭磊（化名），拥有一台既不搭载Windows系统，也不使用外国企业CPU的全国产电脑。这台电脑主板上，安装的是国产芯片厂商“龙芯中科”自主研发的CPU产品龙芯3A4000。

这并不多见。

全球CPU市场几乎被英特尔和AMD瓜分。搭载Windows系统的电脑上一般都有一块贴标，或是蓝色的“Intel Inside”，或是黑色的“AMD”，意味着这部电脑中搭载了Intel或者AMD的CPU。

即便是联想、华硕、宏碁等国产电脑品牌，也无一例外地装上了一颗“美国芯”。

去年10月，凭借这台龙芯电脑，彭磊在一个要求参赛者使用国产操作系统和硬件的开发者大赛中，摘得了二等奖的奖项。

       

（使用中标麒麟操作系统的清华同方龙芯电脑）

“在敲代码、写文档、浏览网页、看视频时，我感觉基于龙芯3A4000的台式机，和我办公用的英特尔CPU电脑相比，在体验上基本没有差别。”彭磊对市界说。

这款电脑在淘宝、闲鱼都有售。在B站上，亦有不少对龙芯电脑的测评视频。

在国产化替代成为芯片产业发展的关键词时，龙芯中科这家“国产CPU之光”开始映入大众视野。

6月28日，龙芯中科的科创板上市申请获得受理。这意味着它有望在未来登陆科创板，并融到约35.12亿元的资金。

从背负使命在实验室立项，到苦熬20多年在英特尔和AMD夹击下找到一席生存之地，龙芯中科一路走来殊为不易。

其实，龙芯中科现在的核心技术依旧落后英特尔一大截，在消费市场抢不过，在品牌上争不过。很多人不明白，既然努力许久依旧落后，也抢不到市场，为什么还要花20年去做一件看似没有意义的事情？

“中国芯”之梦

2001年的8月19日，北京海淀区中关村中国科学院计算所北楼309房间，一台计算机上出现了“login:”提示字符，围观的众人一片欢呼。

这意味着，安装首个国产CPU“龙芯1号”的计算机，正常启动工作。这是中国在CPU的领域开天辟地的第一步。

迈出这一步并不容易。改革开放之初，轻纺工业、基础产业成为重点发展的对象，“造不如买，买不如租”的风潮从重工业领域而起，席卷至计算机领域。

到了上世纪八九十年代，个人电脑开始在国内受到家庭、企业、单位的青睐，联想、华硕等国产电脑品牌也纷纷成立。

但流入千家万户的电脑全部依赖着进口的CPU，内藏一颗“外国芯”。

到1994年，联想成为国内最大的计算机企业，并在港交所上市。面对中外企业在计算机领域的激烈竞争，总裁柳传志与总工程师倪光南产生了严重分歧。

（柳传志）

柳传志主张公司走“贸工技”路线，即发挥中国制造的成本优势，通过市场需求来驱动公司的生产经营；倪光南则主张走“技工贸”路线，选择芯片研发为公司的主营方向，攻关核心、尖端技术。

两位联想的关键人物争执不下，最终以倪光南出走作为结局。但这场“柳倪之争”所代表的技术派与市场派的辩论，直到今天仍常常出现。

时至今日，体验了在关键技术上被“卡脖子”的艰辛，“技工贸”的重要性已不必多言。

出走联想后，倪光南并未放弃推进国产CPU研发，他后来为一支名为“方舟”的国产自研CPU团队多方奔走。同一时间，在中科院计算所所长李国杰推动下的龙芯，也成立了。

结果，倪光南背书的“方舟”，被视为国产CPU的最大希望，却最终溃败；龙芯项目一开始只是预研项目，没有正式立项，却磕磕绊绊地坚持至今即将上市。

当时，人们其实把国产CPU的希望寄托在星光熠熠、经验丰富的“方舟”团队身上，而不是名不见经传的龙芯。

“方舟”由前摩托罗拉芯片架构师、前日立微处理器设计总监李德磊牵头，后续得到倪光南鼎力襄助。方舟团队的历史可以追溯到1997年，开端却并不怎么“光彩”。

1997年初，还在日立美国半导体公司任职的李德磊，于北京成立了百拓立克（BBT）公司。与其说是创业，成立这家公司更像是李德磊用于赚外快的手段。彼时，李德磊一边凭借自己日立美国微处理器设计总监的身份，把BBT公司介绍给日立做外包；另一边，又作为BBT公司的创始人，“躺着数钱”。

这样的日子，李德磊过了约两年。到了1999年，日立觉察出不对，决定不再向BBT公司外包业务。这家处在灰色地带中的公司也失去了其最重要的客户，一时之间难以运转。

据倪光南院士在接受采访时透露，李德磊在1999年5月时找到他求助，希望能为BBT公司续命。

已经离开联想的倪光南，仍一心希望推动国产CPU研发，因此在他眼里，BBT公司经过两年外包业务的打磨，在编译器设计、芯片设计以及操作系统设计方面，已经完成了人才的积累，是承接国产CPU研发任务的不二之选。

（倪光南）

在倪光南的支持与帮助下，BBT在业务与资金上开始走上正轨。

不到一年后的2000年3月，北京中芯微系统技术有限公司在京注册成立。尽管中芯微的工商资料中没有李德磊的名字，但这家公司被业界认为是李德磊辞去美国公司职务后回国创建的公司。

同时在倪光南的牵线下，深圳的不具名企业家表示愿意出资支持中芯微。2000年5月，首笔高达2000万元的资金打进了中芯微的账户。

中芯微成立后，以保密状态低调运行，开发人员甚至不被允许随意上网和携带东西出入公司。

直到2001年4月，嵌入式CPU方舟一号正式亮相，一石激起千层浪。2002年，北京中芯微系统技术有限公司正式更名为方舟科技（北京）有限公司。

所谓嵌入式CPU，是相对通用CPU（个人电脑）而言，设计较为简化、应用面较窄的产品，现在主要用于工业控制领域。通用CPU是智能设备中的“大脑”，嵌入式CPU则是智能设备的“神经末梢”，只能对设备的特定行为作出相应的控制，技术要求没有通用型那么高，更讲究定制、合适。

在方舟一号的发布会上，国家部委、工程院的相关人士均有参加。北京市更是第一个吃螃蟹，一口气订购了几万台基于方舟一号的NC终端机。

随后，在中央的支持下，国务院信息化工作办公室、国务院西部地区开发领导小组办公室、科技部联合实施“缩小数字鸿沟—西部行动”，任务重点就是大力推广基于方舟一号的NC终端机。

NC终端机是指在接入一台主机的情况下，多位终端机用户可以各自独立地同时调用主机的软硬件资源和外部设备资源。

一时间，资金如潮水般向方舟涌来。

但方舟的好景不长。由于用户单位普遍反映NC终端机的使用体验较差，方舟一号没有打开更大的市场。到2004年，公司一度面临破产。

“狗剩”逆袭

科研是一场马拉松，在开始时领跑，不代表就是冠军。

龙芯团队几乎与方舟同时成立，在方舟1号亮相的同一年，时任中科院计算所所长李国杰从发展国家信息产业的角度出发，推动CPU研发课题，促成龙芯的成立。

在开始设计之初，李国杰就在全所会议上为龙芯团队确立了目标——要做比方舟团队嵌入式CPU更难的“高性能、通用、一步到位”的CPU。

龙芯初始团队约有10人，计算所系统结构室主任唐志敏担任总负责人、研究员胡伟武负责CPU设计、客座研究员张志敏负责工程管理。

相比鲜花掌声满溢的方舟科技，龙芯既没名气，又没钱。

初期团队仅有李国杰从计算所经费中挤出的100万元可供支配。这种条件下要研发“高性能、通用、一步到位”的CPU，难度无法想象。龙芯实验室墙上贴着“人生能有几回搏”，工作全凭着一口志气和决心。

胡伟武曾写道，团队最初为龙芯起了一个叫做狗剩（英文名为Godson，现已更名为Loongson）的小名，“希望名字贱一点容易养大”。

 （龙芯中科董事长、总经理胡伟武）

往后的时间里，龙芯的确如愿表现出了顽强的生命力。

计算机领域有一条重要的定律，规定计算机性能18个月就要翻一番，三年翻两番。而龙芯从龙芯1号到龙芯2号，3年时间里产品性能提高了20倍。

到2010年左右，龙芯的核心研发力量由胡伟武培养的三四十个博士撑起。多名在读博士生放弃学业，追随龙芯走出实验室奔向商业市场。

2011年5月，公司名称变更为龙芯中科技术有限公司。

截至龙芯中科递交科创板招股书，公司的研发团队规模攀升至419人，占员工总数的64.76%。龙芯中科核心团队的平均薪资，基本上只有华为、阿里、腾讯、百度的1/5到1/10。但是，这是一支国内互联网巨头们用百万年薪也挖不走的团队。

至今，龙芯中科确立了龙芯1号、龙芯2号、龙芯3号三大产品系列，分别面向低、中、高端应用。要注意的是，这里提到的龙芯1号系列，与2001年研发的龙芯1号芯片并非同款产品，而是2010年后公司经过市场调查，重新创建的产品线。

根据龙芯中科招股书的内容，2012年推出的龙芯3A1000芯片，在单核通用处理性能方面，与英特尔在1999年推出的奔腾III相当。

文章开头提到的龙芯CPU电脑，搭载的是2019年推出的龙芯3A4000。

虽然单核通用处理性能不等同于芯片整体性能。但这些年来，龙芯中科已经在以加速度追赶世界先进水平。

 

 （龙芯3号）

另起炉灶还需10年时间？

从各个维度来看，作为后来的竞争者，龙芯的表现应该受到肯定。

英特尔1968年在美国硅谷正式成立时，胡伟武才刚刚在浙江省的一个小村庄中出生。2001年龙芯团队开始切入CPU研发时，相比英特尔已落后了三十余年。

根据招股书，2018、2019、2020年，龙芯中科研发投入分别为7455.46万元、7821.39万元、20844.41万元。而英特尔2020年的研发投入为约136亿美元，约合879.82亿人民币。

2015年，龙芯中科达到盈亏平衡，之后开始盈利。刚刚过去的2020年中，龙芯中科营收为10.82亿元，净利润为7223.74万元。

目前，龙芯中科的产品主要落地在工业控制市场，消费电子市场仍待开拓。未来，要打开消费电子市场的大门，龙芯中科还需要翻过芯片设计产业链中，各个环节的专利壁垒和生态壁垒。

尤其是在更基础的指令集架构研发上。如果将设计和制造芯片比作建造房屋，那么不同的指令集架构就相当于不同的地基建造。

英特尔开创了以X86架构为基础的主流桌面级CPU生态，移动端则将ARM架构奉为圭臬。

经过几十年的发展，基于英特尔X86架构和ARM架构的芯片产品，已然在全世界形成了风格统一的“建筑群”。

包括华为海思在内的国内大部分芯片设计公司为了正常的生产经营，需向英特尔、ARM等企业支付高昂的专利费用，以谋求指令集架构的使用权。

换句话说，如果英美不想给中国授权，国内芯片设计企业的业务将直接停滞。

在胡伟武眼里，这些企业还不够底层，不是纯粹的国产化，他称之为：“当丫鬟的拿了一辈子钥匙，还是个丫鬟，她一辈子也不会自己要当小姐。”

龙芯是则从地基和砖块开始。作为国产CPU的“火种”，龙芯2019年走上最底层的指令集架构自研的道路。目前，龙芯中科的自主指令系统LoongArch，已经通过国内第三方机构的知识产权评估。

（龙芯CPU主机）

胡伟武曾在采访中提到，龙芯致力于“创造一个独立于Wintel（微软-英特尔）和AA（安卓-ARM）的第三套体系”。

但“Wintel”和“AA”联盟已然统治PC和移动两端20多年，现在仍旧牢不可破。

龙芯现在主要落地在外国巨头并未集中布局的工控领域，以及对自主化要求较高的国内党政军市场。

工控领域是片盐碱地，钱少但安全，差异化的服务是很重的一部分，巨头不愿意进来。龙芯在这里扎下根基，逐渐向个人消费领域冲击。但这还需要多久？5年？10年？20年？没人能回答。

胡伟武曾表示：“在实践层面，估计至少还需要10～15年的时间，才能证明自主创新这条路是对的。”

中国芯片公司都面临着一个相同的问题：他们知道这条路是对的，但又需要太多的时间去实现，当时间线被拉很长，质疑就多了。

但中国芯片产业被“卡脖子”是一直以来的事实，上游关键技术握在其他国家手中。在贸易环境出现波动时，必然处处掣肘。

芯片产业的全球分工模式已经持续了几十年。中国企业曾安居分工产业链的下游，并以此受益。但这在今天显然已经行不通，攀上技术高地成为企业新的必答题。

尽管艰难，但这场向核心、尖端技术奋力奔跑的战役，永远无法回避。

参考资料：

1. 《我们的CPU》胡伟武

2. 《打假20年：中国自主创新往事》 CV智识

3. 《复盘方舟和永中的败局点：为什么中国做不出操作系统》梁宁

4. 《远川器识｜对谈胡伟武：龙芯的“自由王国”之路》 远川科技评论

5. 《胡伟武：现在是龙芯加速的好时机》 科大学人