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胡伟武:市场带技术 自主掌握CPU核心技术

胡伟武 · 2021-03-01 · 来源:铁君公众号
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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。如果走“市场换技术” 的道路,通过引进技术发展自主CPU产品,只是将一副锁链换成另外一副锁链。

  本文转载 根据胡伟武讲话整理

  第一部分:什么是CPU

  首先,什么是CPU?CPU不等于芯片。

  从Inside角度来说,目前计算机采用冯诺依曼结构,有五部分,分别是运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。屏幕是输出,键盘鼠标输入,硬盘既是输入设备又是输出设备,存储器就是内存条。其中,运算器加控制器叫中央处理器(Central Processing Unit,CPU),这是学术定义。

  什么是CPU?IBM 时代,CPU体现为一堆柜子。Intel时代,CPU体现为一个芯片。因此,在Intel时代,大家都觉得CPU与芯片几乎划等号。再看现在ARM时代,CPU体现为一个IP,软 IP 为源代码,硬 IP 为版图。

  什么叫自主CPU,即自己从源代码开始研制运算器和控制器,CPU相当于集成电路里边的珠穆朗玛峰。

  从Outside角度来说,2018年电脑企业联想做整机,英特尔做芯片,英特尔净利润210亿美元,联想净利润只有6亿美元。但我们看手机,苹果做整机,净利润595亿美元。

  经常有人问我,我们国家不缺钱不缺人,全国人民都很重视CPU,为什么做不出来?

  因为CPU非常复杂。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。

  十九届五中全会提出要建立国内大循环。习近平总书记指出,要打通供应链,产业链的痛点和堵点。

  自主的生态体系大循环主要包括三个环节,第一是基于自主IP核的芯片设计。龙芯之所以被称为“自主”,是因为龙芯的IP核是自己做的;第二是基于自主指令系统的软件生态;第三是基于自主材料设备的生产工艺。  

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  第二部分:自主CPU发展道路

  我国要发展CPU,应该走什么道路?

  发展核心技术有两条路线:一条叫市场换技术,一条叫市场带技术。

  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。我国的汽车产业是市场换技术的典型代表。

  另一条是市场带技术,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。航天产业是市场换技术的典型代表。

  核心技术产业只能在试错中发展起来。高复杂系统变量多,若把此类产品的品质比作函数,那就有上万个变量。核心技术突破的难点往往不在于科学原理,而在于工程细节的完善。而工程问题要靠迭代来解决。

  举两个例子,人类在发明蒸汽机一百多年之后才建立了热力学,而热力学是蒸汽机的科学原理;飞机上天几十年之后,我们才建立了空气动力学。

  试错需要时间。因此,时间是核心技术产品最重要的门槛。

  三流产品有钱就能做,这类产品中国人已经做透了;二流产品有钱加有手艺才能做,我们正在大力发展,手艺就是人才,目前我国对科技人才的需求真的是非常急迫;一流产品有钱加有手艺以及长期积累才能做,这就像“养孩子”。

  有些产品的研发过程就像“养猪”,一年就出成果,这是资本最喜欢的。有句话说“在风口上猪都能飞起来”,但在风口上被吹起来的猪是很危险的,因为风停了,猪摔下来就死了。

  有些产品的研发像“养牛”,养三年就可以开始拉犁了。有些产品像“养孩子”,二三十年后才能退出,资本不喜欢这样的,资本没有这么长期的耐心。但中央政府有这个耐心,有些地方政府也没这样的耐心。

  像“养孩子”一样做产品,企业要对产品有长期的耐心,政府、投资人也需要对产品有这个耐心。说实话,资金可以筹来,人才可以挖来,机制可以改进,但时间是没法超越的。

  龙芯CPU是在试错中发展起来的。2001年我们在中科院计算所开始研制龙芯CPU。在2001-2010年间,国家关于芯片技术怎么发展还没有形成共识。五中全会是转折点,会上把科技自立自强作为国家发展的战略支撑,才使得一直在争论的问题有了个句号。

  在这期间,我们得到了国家863、973、自然科学基金和核高基重大专项等的支持。这十年间,我们的研发费用花掉了国家四个多亿,虽未给国家交税,但培养了人才,掌握了技术。到2010年,我们认识到要自己办企业。  

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  龙芯目前有三个产品系列,分别是面向桌面/服务器类应用的龙芯3号“大CPU”系列、面向工控和终端类应用的龙芯二“中CPU”号系列、面向特定应用的龙芯一号“小CPU”系列。

  2008、2010、2012年美国MIT Review 三篇文章都在说中国的龙芯快追上Intel了。但当我们把那些芯片装起来用的时候,却发现它不可用。浏览器和office打不开或打开很慢。

  我们打开文件靠的是通用处理性。我以“做饭”举例,一个人一小时可以做好一顿给一家三口吃的饭,但要求60个人在一分钟把饭做好,那是不行的。因为此性能非彼性能。

  我们的芯片和Intel的差距到底在什么地方呢?2012-2013年,我们左右反思,总结出三个方面。

  首先,我们的芯片通用处理性能不行而非专用处理能力;其次,我们的单核性能不足而非核数不够;最后,我们的设计能力不行而非工艺不行。

  通用处理性能是需要平衡的,计算性能、访存性能、 IO(输入输出)性能平衡。这就像盖楼,Intel盖了个100层的楼,这个楼很热闹,有很多人在里面住,有繁华的生产,有酒店。龙芯也盖了一个100层的楼,或者盖到80层就说龙芯的楼快超过Intel了。盖好之后我们才发现,第一,没建停车场;第二,这个楼只有一条单车道进出。而Intel建的楼配套设施齐全,很平衡。我们的楼光有高度,没有停车场且只有单车道通马路。

  当时,我们的芯片没强调平衡。我们只强调计算性能,并没有强调IO和访存能力。2013年,我们下定决心练内功,通过设计优化提高单核通用处理性能。

  2010年开始办企业,共经历了3代,到2020年终于把性能这课补完了。

  第一代(2011-2015)实现基本可用(小学毕业)。按照统一标准跑分(单核性能跑程序spec CPU 2006),市场主流产品在20~40分之间。Intel的最新产品能达到40多分,它卖的最多的产品在35~40分,而我们的产品当时才2~3分。

  第二代(2016-2019)实现可用(中学毕业)。跑分达到10-11分,提高四倍。

  第三代(2020-)达到好用(大学毕业)。单核通用处理性能提高到2-3倍(20-30分),达到AMD水平。

  经过20年发展,自主CPU和OS基本完成性能“补课”。一是百万片规模应用验证了成熟度,二是CPU通用处理性能达到市场主流CPU水平,OS成熟度接近Windows XP水平。

  性能之后,更关键的是软件生态。如果我们把自主和兼容当做一对矛盾,那么这个矛盾既有对立面,也有统一面。我们的目标是构建自己的生态,我们称之为Loongarch龙芯架构。

  第三部分:关于信创产业发展有几点思考

  “信创”的全称是信息技术应用创新产业。

  要发展信创产业,首先要建立自主可控的信息产业体系。这与我国构建国内大循坏为主体、国内国际双循环互相促进的新发展格局是一致的。以自主化应用带动CPU快速发展。自主化替代的关键在于体系替代而非产品替代。龙芯CPU适合支撑产业集群。

  其次要建立开放的生态。龙芯的生态建设模式被称为“四两拨千斤”。在浙江金华,我们通过产业聚集(技术基础、市场牵引、产业链主干和培养人才)辐射出千亿级的产业规模。

  最后要以自主生态产业形成内循环带动外循环。自主生态的建设需要30年,到2030年我们的自主生态要跟Wintel、AA形成三足鼎立。

  中国的计算机事业发展可以分为三个阶段。

  第一个阶段是1950-1980年,没有市场化,构建的是内循环。

  第二个阶段是1980-2010年,融入国际循环完全市场化,但是丧失自主性。

  第三个阶段是2010年至今,在市场化条件下实现自主性,构建双循环。

  发展核心技术不仅要撸起袖子加油干,还要耐着性子坚持干。高复杂系统建设是以30年为周期的,需要多轮试错、爬楼梯,不要幻想弯道超车。

  中国人民从来没想省努力和省钱,唯一想省的就是时间。然而,对于核心技术的发展,时间是省不得的。

  如果把创新比作函数,机制、人才、经费和时间都是变量,波浪式发展螺旋上升是一切事物的发展过程。

  写在最后:三条人生建议

  对在座的各位同学,我有三条人生建议。

  第一条,做好全局优化的人生设计。人生不是百米赛跑,而是马拉松。首先眼睛是向上看还是向下看,这是一道分水岭。这就像爬山,你若盯着最高峰,虽然有时会走回头路、弯路或下坡,但如果坚持走一辈子,你总会比别人爬得高。

  其次是要有远大志向。眼睛是向上看还是向下看代表两种思维。前者是对自己有好处,后者是对人民和国家有好处。后者选择对自己的好处最大。

  最后,成功的人不轻易调整目标,但不断调整方法。而失败的人不调整方法,但不断调整目标。

  第二条,勤于学习。首先要有“志”和“向”。本科、硕士、博士所学的书本知识,作用是有限的,更重要的是在实践中学习。

  其次,学是书本知识,习是实践,有志还要有效。失败是成功之母,学习是成功之父。成功之父就是在实践中不断学习和调整。

  第三条,艰苦奋斗。首先,要建立一种“我做的好就是因为比别人努力”的世界观。

  其次,不以物喜,不以己悲,受侮不辩、闻谤不答。也就是要耐得住寂寞,挡得住诱惑,受得了委屈。

  最后,我想用下面这段话作结语:

  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。如果走“市场换技术” 的道路,通过引进技术发展自主CPU产品,只是将一副锁链换成另外一副锁链。

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