《電子技術(shù)應(yīng)用》
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15年了 龍芯拿什么與國外芯片巨頭對抗

2015-09-25

  也許是龍芯名稱中的“龍”字,承載著太多國人的希望,自誕生之初就處于社會輿論的風(fēng)口浪尖。有人說龍芯是騙經(jīng)費(fèi)的項(xiàng)目,也有人說龍芯的科研人員是為理想而奮斗的志士,還有人說龍芯的科研人員“太天真”,是土八路斗美械師,自尋死路。龍芯究竟怎么樣?無數(shù)篇橫看成嶺側(cè)成峰的報(bào)道給龍芯包裹上了層層迷霧。那么今天,就讓我們一起揭開迷霧下的真相,洞察志士的艱辛與心血。

  1、龍芯的誕生

  回溯歷史,中國也曾經(jīng)擁有過自己的CPU和全自主的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。但因在上世紀(jì)80年代奉行“造不如買、買不如租”、“市場換技術(shù)”等方針路線,不僅沒能拉近和國外的技術(shù)差距,反而把原本的家底敗得精光,國內(nèi)市場完全被外資占領(lǐng)。在中國失去獨(dú)立研制高性能計(jì)算機(jī)的能力之后,美國要求中國把高價進(jìn)口的高性能計(jì)算機(jī)放在透明玻璃房中,并提出了非常苛刻的要求——玻璃房門的鑰匙在美國人手里,使用用途需要向美國人匯報(bào),使用前都要經(jīng)過美國人許可。

  銀河號事件、臺海危機(jī)、中國駐南聯(lián)盟大使館被炸事件給中國政府敲響警鐘,“落后就要挨打”。亡羊補(bǔ)牢,猶為未晚。中國于2000年前后重啟了一大批軍工科研項(xiàng)目,中科院計(jì)算機(jī)所也開始著手芯片設(shè)計(jì)研發(fā)。于是,龍芯開始了漫漫長征路。

  龍芯課題組成立之初是著眼于解決國防和信息安全領(lǐng)域無芯可用的困境。課題組成立于2001年,成立的時候可以說用臺詞“七八號人,兩三條槍”來形容再合適不過了。只有一間50-60平米的實(shí)驗(yàn)室,人員也是東拼西湊——有已經(jīng)年近70,曾在上世紀(jì)70年代參與國產(chǎn)芯片研發(fā)的老研究院員,聽說計(jì)算機(jī)所要設(shè)計(jì)龍芯,就主動帶著幾個學(xué)生過來,其中也有剛走出校門的青年學(xué)子。

  課題組成立時,龍芯團(tuán)隊(duì)總計(jì)也就10來個人。到2006年,龍芯團(tuán)隊(duì)逐步發(fā)展為將近100人的研發(fā)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。到2014年,龍芯中科公司有研發(fā)設(shè)計(jì)人員將近400人。

  2、龍芯是國家的“親兒子”?

  龍芯的“龍”字會給國人一種錯覺,認(rèn)為龍芯是國家的“親兒子”,是用舉國體制輸送資金和人才打造的國產(chǎn)芯片。但實(shí)際上,龍芯成立之初僅僅是中科院計(jì)算機(jī)所里的一個芯片研發(fā)課題組,國家對龍芯的扶持也非常有限。

  在人才方面,在課題組成立時候才10來個人, 2006年才發(fā)展到100余人,2014年才400人,可以說龍芯團(tuán)隊(duì)的骨干人才都是自己培養(yǎng)的,不少設(shè)計(jì)師都是胡偉武親自帶出來的博士生。與之形成鮮明對比的是兆芯和宏芯的親兒子待遇——2013年4月成立的兆芯,到2015年已有員工已擴(kuò)充至1000人;而在2014年成立的宏芯,國家則直接從計(jì)算機(jī)所抽調(diào)人才,停薪留職去支援宏芯。

  在資金方面,自2001年成立以來,從國家863計(jì)劃、核高基專項(xiàng)中累計(jì)獲得項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)5億人民幣。龍芯中科公司成立后,獲得北京市政府2億人民幣的股權(quán)投資。也就是說龍芯成立至今共從國家獲得資金7億元。平均下來,每年獲得國家補(bǔ)助為幾千萬元。對比紫光、兆芯和宏芯獲得的補(bǔ)助可謂少得可憐——

  2014年紫光獲得國家集成電路大基金400億元人民幣;宏芯成立時獲6億注冊資本,從2014年至今,獲得補(bǔ)助不少于20億元人民幣;兆芯成立時上海市政府出資12億元,從2013年成立至今,獲得補(bǔ)助不少于70億元人民幣。

  另外,芯片研發(fā)對資金需求極大,國家對龍芯的補(bǔ)助無異于杯水車薪。舉個列子,俄羅斯貝爾加電子的Baikal-T1處理器研發(fā)成本折算為人民幣是1.85億元,該芯片是購買MIPS Warrior P5600微結(jié)構(gòu)集成雙核CPU,主頻1.2G,用于路由器、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等產(chǎn)品。如果貝爾加電子自主研發(fā)微結(jié)構(gòu)的話,成本會更高。

  換言之,貝爾加電子研發(fā)一枚路由器芯片的研發(fā)成本(而且還不是自己研發(fā)微結(jié)構(gòu))相當(dāng)于國家對龍芯的總投入的四分之一。若以國外巨頭作參照,則差距更大,2014年Intel研發(fā)經(jīng)費(fèi)超過100億美元,員工達(dá)10萬余人。

  3、龍芯經(jīng)營現(xiàn)狀

  自2010年龍芯市場化運(yùn)營以后,龍芯選擇了走主動挖掘民用市場、提升造血能力的道路,將過去的向國家要經(jīng)費(fèi)轉(zhuǎn)變?yōu)閺氖袌鲑嵤杖耄瑳]有再向國家要過一分錢。2014年,龍芯在純商業(yè)行為的收入占總收入的比重從0上升到1/3,國家安全市場的比重占2/3,實(shí)現(xiàn)了自主經(jīng)營、自負(fù)盈虧、收支平衡。

  4、龍芯科研隊(duì)伍兩個特點(diǎn)

  一是用毛澤東思想武裝科研隊(duì)伍

  龍芯中科研發(fā)團(tuán)隊(duì)繼承了老一代無產(chǎn)階級革命家的革命精神,在技術(shù)研發(fā)走獨(dú)立自主的發(fā)展道路,不依附于國外技術(shù)體系(例如Wintel、AA)。在工作中踐行艱苦奮斗,自強(qiáng)不息的拼搏精神,每周6天班,每天加班到深夜,不少研究員以實(shí)驗(yàn)室為家。當(dāng)為解決客戶的問題之時,一周平均每天只睡3小時更是常態(tài)。雖然工資待遇很一般,工作強(qiáng)度非常大,但骨干研發(fā)隊(duì)伍異常穩(wěn)定。在龍芯公司化后,除少數(shù)研究員因計(jì)算機(jī)所科研需要外,龍芯團(tuán)隊(duì)的大部分科研人員以破釜沉舟的勇氣和決心脫離體制下海,接受市場的檢驗(yàn)。

  二是骨干研發(fā)人員全部自己培養(yǎng)

  龍芯科研骨干基本來自國內(nèi)頂級學(xué)府,有的是所在市、縣高考狀元,有的是是科大少年班的天才少年。比如龍芯總裁胡偉武,就曾是浙江永康高考狀元,師從著名計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專家夏培肅院士,博士論文曾獲“中科院院長獎學(xué)金特別獎”、首屆“全國百篇優(yōu)秀博士論文”,獲得了公費(fèi)出國獎勵,受夏培肅院士教誨,胡偉武決定留在國內(nèi)做科研。再比如入選MIT2015年TR35杰出青年創(chuàng)新人物的陳云霽,也是胡偉武的學(xué)生,他就來自科大少年班。

  5、指令集

  指令集就是一個編碼集合。它是用一些代碼表達(dá)讀、寫等操作,命令計(jì)算機(jī)做各種運(yùn)算的一套命令標(biāo)準(zhǔn)。指令集可分為復(fù)雜指令CISC、精簡指令RISC、超長指令集VLIW。CISC指令集的每個指令可執(zhí)行若干低階操作。諸如從內(nèi)存讀取、儲存、和計(jì)算操作,全部集于單一指令之中,指令數(shù)目多而復(fù)雜,指令編碼格式混亂,導(dǎo)致編碼器復(fù)雜,流水線設(shè)計(jì)較為困難,指令不定長也帶來指令對齊方面的額外挑戰(zhàn),因此付出了性能的代價。CISC指令集經(jīng)典代表:X86。

  RISC指令集對指令數(shù)目和尋址方式都做了精簡,固定指令長度,統(tǒng)一指令編碼格式,加速常用指令,流水線設(shè)計(jì)更容易,因此效率也更高。有一段時間,因?yàn)镽ISC的高效率,Intel在發(fā)展CISC產(chǎn)品線的同時,也不得不研發(fā)了RISC處理器。RISC指令集典型代表:Alpha、Mips。

  CISC和RISC與在競爭的過程中相互學(xué)習(xí)、取長補(bǔ)短,CISC指令集在解碼階段上實(shí)現(xiàn)向RISC類指令的轉(zhuǎn)化,將后端流水線轉(zhuǎn)換成類RISC的形式。而隨著技術(shù)發(fā)展,RISC指令集也達(dá)到數(shù)百條甚至上千條(loongISA有1907條),在指令集上殊途同歸了。

  超長指令集(VLIW)使用非常長的指令組合,把許多條指令連在一起,以能并行執(zhí)行。因?yàn)楹虲ISC和RISC軟件生態(tài)不兼容的原因已經(jīng)很罕見了,Intel的安騰,英偉達(dá)的丹佛都是其代表。

  龍芯選擇兼容Mips,一方面是因?yàn)檎n題組當(dāng)時只有10余名成員,人力財(cái)力精力有限。另一方面,龍芯自己定義一套指令集技術(shù)上沒有難度,但是無法兼容現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)體系。

  舉例來說,你既可以用“+”、“-”、“*”、“/”來定義加、減、乘、除和也可以用 “-”、“+”、“/”、“*”來定義加、減、乘、除,既可以用大寫漢字來“壹”來表示1,也可以用“一”來表示1。

  1+1=2,這種表述方式全世界都看得懂。但是壹+壹=貳,就只有中國人才看得懂了。而你若將“-”定義為加,那么壹-壹=貳,就只有你自己看得懂了——因?yàn)槟銦o法讓全世界的人跟著你的指揮棒走,讓全世界人民在日常數(shù)學(xué)運(yùn)算中用“-”來表示加,無法讓全世界學(xué)校的教科書中用“-”來表示加,無法讓已經(jīng)被證明的數(shù)學(xué)公式和定理中用“-”來表示加。

  因此,重新定義指令集技術(shù)上難度近乎于零,美國也一度禁止將單獨(dú)的指令集申請為專利,只有當(dāng)指令集與實(shí)現(xiàn)方法相結(jié)合的時候才被允許申請專利。研發(fā)兼容Mips指令集的CPU,就如同我們在數(shù)學(xué)上放棄了傳統(tǒng)的漢字而使用阿拉伯?dāng)?shù)字去證明數(shù)學(xué)定理,Mips指令集和阿拉伯?dāng)?shù)字只是知識的載體而非知識本身,真正具有價值的是指令集的實(shí)現(xiàn)方法和被證明的數(shù)學(xué)定理。

  ARM于2012年購買了498條Mips指令專利,但這并不會對ARM的自主知識產(chǎn)權(quán)造成影響。同理,龍芯使用兼容Mips指令并不會對自主知識產(chǎn)權(quán)構(gòu)成影響。而真正對龍芯自主可控路線產(chǎn)生影響的是指令集的發(fā)展權(quán)——是否有資格自主擴(kuò)展指令,是否能讓軟件生態(tài)跟著你的指揮棒走。

  6、龍芯的指令集

  龍芯走兼容MIPS指令集發(fā)展路線,在2008年金融危機(jī)后,以比較低的價格購買了MIPS指令的永久授權(quán),在十幾年的發(fā)展中對指令集進(jìn)行了相當(dāng)大的擴(kuò)展,逐漸發(fā)展出了自己的指令集loongISA。

  loongISA指令集共1907條指令。源自mips:

  216條mips基礎(chǔ)指令,獲得永久授權(quán)。

  311條DSP指令,獲得永久授權(quán)。

  自主指令:

  mips基礎(chǔ)指令擴(kuò)展——148條loongEXT,

  虛擬機(jī)擴(kuò)展——5條loongVM指令,

  二進(jìn)制翻譯擴(kuò)展——213條loongBT,

  向量指令擴(kuò)展——1014條loongSIMD

  龍芯在MIPS的指令系統(tǒng)的創(chuàng)新方面已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了MIPS公司,之所以購買Mips指令永久授權(quán)主要是減少市場化過程中的麻煩。舉例來說,Transmeta公司曾經(jīng)市場前景良好,但I(xiàn)ntel起訴它,打了兩年官司。雖然最終Intel輸了,但兩年過程中沒有人敢跟Transmeta做生意, Transmeta被官司拖垮了。

  MIPS公司破產(chǎn)后,所擁有的技術(shù)專利分的比較散。雖然MIPS被英國Imagination公司收購,但I(xiàn)magination的主營業(yè)務(wù)是GPU,在CPU設(shè)計(jì)方面技術(shù)底蘊(yùn)不足,它既沒有能力,也沒有意志扛起MIPS陣營的大旗,指令集擴(kuò)展和微結(jié)構(gòu)研發(fā)都不如龍芯。

  而龍芯只要保持現(xiàn)有的發(fā)展勢頭,使應(yīng)用軟件跟著龍芯走,構(gòu)建并壯大自己的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,那么龍芯對Mips的擴(kuò)展就是行之有效的,而且有機(jī)會奪取Mips陣營的主導(dǎo)權(quán)。

  7、編譯器

  程序員在編程的時候?qū)懙氖蔷幊陶Z言,但是計(jì)算機(jī)運(yùn)行的時候是機(jī)器語言,編譯器就是將程序員的編程語言翻譯成機(jī)器語言的工具,而編譯器的好壞也非常影響一款計(jì)算機(jī)的整機(jī)性能,比如SUN就曾經(jīng)依靠對編譯器的優(yōu)化使CPU的spec跑分提升了50%,大幅提升了整機(jī)性能和用戶體驗(yàn)。

  國際上使用最為廣泛的編譯器是GCC,該編譯器對X86、ARM、MIPS、Alpha等指令集的CPU優(yōu)化各不相同,對市場占有率高的X86和ARM優(yōu)化得較好,版本也比較新(GCC部分代碼就是Intel提供的),但對龍芯、申威的優(yōu)化比較差,版本也比較老舊。

  因此,龍芯自主研發(fā)了LCC以提高編譯器的效率,雖然LCC誕生的時間還很短,對自家CPU的優(yōu)化能力無法與Intel公司的ICC編譯器相比較,以GS464E的spec2000跑分為例,使用LCC比使用GCC4.8整數(shù)提升7%,浮點(diǎn)提升36.8%。畢竟萬丈高樓平地起,期待龍芯能不斷提升LCC編譯效率。

  8、微結(jié)構(gòu)和主頻

  CPU性能(單核)=主頻*IPC(這個公式必須是同指令集才能成立,不同指令集不可比較)。主頻就是CPU工作的時鐘頻率,同一款CPU在一個時鐘周期內(nèi)完成的指令數(shù)量是固定的,因此主頻越高,完成一個時鐘周期所消耗的時間越短,CPU的運(yùn)行速度就越快。

  IPC是單位時間內(nèi)調(diào)用的指令集數(shù)量,微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得越好,單位時間內(nèi)能調(diào)用的指令集數(shù)量越多,CPU的性能就越好。微結(jié)構(gòu)好壞取決于前端設(shè)計(jì)水平,主頻的高低一方面受微結(jié)構(gòu)流水線級數(shù)的影響,但更多的是取決于后端的設(shè)計(jì)水平。再往細(xì)的方面說,前端設(shè)計(jì)主要指芯片的執(zhí)行結(jié)構(gòu)、數(shù)字邏輯層設(shè)計(jì)、執(zhí)行狀態(tài)仿真等方面,后端設(shè)計(jì)主要指物理層電路的具體優(yōu)化,包括單元布局、時序優(yōu)化等方面。

  微結(jié)構(gòu)研發(fā)不僅技術(shù)門檻高,而且費(fèi)時費(fèi)錢,一個微結(jié)構(gòu)從研發(fā)到產(chǎn)品一般需要3年,而所需資金更是難以計(jì)數(shù)。龍芯自2001年以來,共研發(fā)GS132、GS232、GS264、GS464、GS464V、GS464E共6個微結(jié)構(gòu),以龍芯及其有限的人力和財(cái)力,實(shí)現(xiàn)了以平均2.33年更新一個微結(jié)構(gòu)的發(fā)展速度,相較于國家非常有限的扶持,龍芯拿出了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過投入的產(chǎn)出。

  龍芯在2015年8月發(fā)布的GS464E微結(jié)構(gòu)測試參數(shù)非常亮眼。根據(jù)中電集團(tuán)的測試報(bào)告,GS464E的SPEC2000使用GCC4.8編譯器跑分為:整數(shù)768/G、浮點(diǎn)1153/G,使用LCC編譯器跑分為:整數(shù)828/G、浮點(diǎn)1578/G,微結(jié)構(gòu)的效率在整數(shù)性能方面基本追平了AMD目前最好的微結(jié)構(gòu),在浮點(diǎn)性能方面接近Intel在2013年發(fā)布的Ivy,分支預(yù)測和訪存帶寬更是能直接與Ivy比肩(Intel公司2013年的Ivy和2015年的Skylake差距很?。?。

  現(xiàn)在,龍芯和國外巨頭在微結(jié)構(gòu)方面的差距已經(jīng)比較小了,差距主要在主頻方面和制程工藝方面。在主頻方面,2015年發(fā)布的龍芯3A2000的主頻只有1G,而代碼已凍結(jié),即將流片的龍芯3A3000的也只有1.6-1.8G的主頻。相比之下,Intel的CPU主頻大多在3G以上,部分CPU主頻接近4G;在制程工藝方面,受限于中芯國際的代工水平,龍芯能使用的最好的制程為28nm,而市面上出售的Intel芯片制程大多為22nm,Intel最新的產(chǎn)品普遍采用14nm制程工藝。

  9、龍芯產(chǎn)品

  目前,龍芯有龍芯1、龍芯2、龍芯3三個系列。武漢數(shù)字工程研究院研發(fā)了基于龍芯1A的可信移動終端。龍芯1B多用于工業(yè)應(yīng)用,有工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)稅控機(jī)、北斗車載終端和嵌入式數(shù)據(jù)采集器等產(chǎn)品。龍芯1C是針對民用市場定義的芯片,被用于智能指紋鎖、3d打印機(jī)、開源主板、考務(wù)終端、考勤/門禁等產(chǎn)品。龍芯1D、1E、1F是直接根據(jù)特地客戶提出的需求定制的,龍芯1D是超聲波熱表、水表和氣表測量專用芯片;龍芯1E和1F是宇航級芯片,被用于北斗衛(wèi)星。

  龍芯2系列芯片的微結(jié)構(gòu)為GS264,龍芯2F被用于上網(wǎng)本和一體機(jī)等產(chǎn)品。中國兵器工業(yè)集團(tuán)研發(fā)了基于龍芯2F+1A的四余度火控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。龍芯2H被用于上網(wǎng)本、防火墻、交換機(jī)、車載計(jì)算機(jī)平臺等產(chǎn)品。龍芯2K是工控芯片,用于數(shù)控機(jī)床。龍芯2J是按軍方需求定制,該芯片被用戶單位總師評價為,“已知范圍內(nèi)性能最高,設(shè)計(jì)最復(fù)雜的軍品CPU?!饼埿?A1000微結(jié)構(gòu)為GS464被用于筆記本。

  龍芯3B1000和3B1500微結(jié)構(gòu)是GS464V,3B1000被用于高性能計(jì)算機(jī)KD-90和超算曙光6000,KD-90集成了10片3B1000處理器,理論峰值計(jì)算能力達(dá)到每秒1萬億次。曙光6000超算使用了2500片3B1000,另外曙光還出品了3B1500的服務(wù)器和堡壘機(jī)。

  中電十四所用GS464V微結(jié)構(gòu)研發(fā)了華睿2號(DSP),華睿2號能將雷達(dá)信號處理算法提煉成FFT、FIR、相關(guān)、矩陣求逆等17種基本計(jì)算構(gòu)件,較好地解決了雷達(dá)系統(tǒng)大帶寬、高吞吐的應(yīng)用需求。龍芯3A2000和龍芯3B2000的微結(jié)構(gòu)是GS464E,龍芯3A2000有臺式機(jī)和筆記本產(chǎn)品,龍芯3B2000將被用于服務(wù)器。

  10、BIOS、操作系統(tǒng)和軟件生態(tài)

  在BIOS方面,龍芯聯(lián)合中電科技集團(tuán)開發(fā)的全中文龍芯安全bios----昆侖固件。昆侖固件支持龍芯、飛騰、申威等國產(chǎn)芯片。在操作系統(tǒng)方面,龍芯在2015年8月發(fā)布基于linux的社區(qū)版操作系統(tǒng)loongnix。此外,龍芯還支持國產(chǎn)中標(biāo)麒麟操作系統(tǒng)以及Reworks嵌入式操作系統(tǒng)。在軟件方面,龍芯支持金山WPS文字處理,JAVA和Flash,火狐瀏覽器和Chrome瀏覽器,達(dá)夢、金倉、神州通用數(shù)據(jù)庫,東方通、金蝶、中創(chuàng)中間件,中軟政務(wù)處理系統(tǒng)等,主要針對有信息安全要求的黨、政、軍、國企、事業(yè)單位辦公電腦和服務(wù)器市場。在軟件中有很多核心代碼,針對X86和ARM的芯片都是用匯編優(yōu)化過的,而針對其它結(jié)構(gòu)是用C語言寫的普通功能性代碼,有著很大的優(yōu)化提升空間。

  例如某單位的指揮系統(tǒng)剛移植到龍芯CPU時,開機(jī)就需要50分鐘,但經(jīng)過兩個月的磨合優(yōu)化,開機(jī)時間降低到了30秒。又如有一個數(shù)據(jù)庫,剛開始啟動需要10分鐘,后來降到10秒。因此,龍芯目前軟件生態(tài)的重點(diǎn)是對編譯器、C庫、JAVA、數(shù)據(jù)庫、中間件進(jìn)行優(yōu)化,以及對一些專業(yè)應(yīng)用,比如軍用的GIS應(yīng)用加速、網(wǎng)絡(luò)安全的協(xié)議棧等。

  對于普通消費(fèi)者常用的軟件,因龍芯電腦的市場占有率過于渺小,加上龍芯人力、物力、財(cái)力都非常有限,在這方面實(shí)在是心有余而力不足,這也是民用PC市場基本看不到龍芯電腦的主要原因。

  11、龍芯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟構(gòu)建

  龍芯想要市場化運(yùn)營就離不開一個強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的支持。目前,龍芯的合作伙伴主要有中國電子科技集團(tuán)、中航工業(yè)集團(tuán)、中國核工業(yè)集團(tuán)、中船重工、中國船舶工業(yè)集團(tuán)、中國航天科技集團(tuán)、中國核建、中國工業(yè)兵器集團(tuán)、曙光、浪潮、中科夢蘭、銳捷網(wǎng)絡(luò)、東軟集團(tuán)、神州數(shù)碼、研華科技、中興、西安華芯、清華同方、眾達(dá)精電等。到2014年底,龍芯下游已有兩三百家合作伙伴企業(yè),下游里僅僅是圍繞龍芯做研發(fā)的技術(shù)人員已有上萬人。

  12、Tick—Tock發(fā)展戰(zhàn)略

  龍芯將設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)一分為二,一個團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)前端設(shè)計(jì),任務(wù)是提升微結(jié)構(gòu),一個團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)后端設(shè)計(jì),任務(wù)是提升主頻。龍芯2015年發(fā)布的3A2000是Tock,是微結(jié)構(gòu)的提高,明年發(fā)布的3A3000是Tick,提升主頻和制程工藝。兩只設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)交替進(jìn)行,猶如鐘表“滴答滴答”(Tick—Tock原意是鐘表聲“滴答”)。采用Tick—Tock發(fā)展戰(zhàn)略,不僅降低了科研人員的工作強(qiáng)度,還使產(chǎn)品更新頻率也從原來的2.3年一次更新縮短到18個月一次更新,提升了產(chǎn)品研發(fā)的效率。

  13、 龍芯的名譽(yù)

  龍芯的名譽(yù)毀于媒體和網(wǎng)絡(luò)??赡苁菄鴥?nèi)部分傳統(tǒng)媒體的記者們因缺乏基本的硬件知識,無法理解設(shè)計(jì)師的話語,導(dǎo)致寫出來的文章不僅空洞無物,還詞不達(dá)意。八股式報(bào)道模式總是一副趕英超美的科技大躍進(jìn)的口吻,將龍芯高高捧起,而現(xiàn)實(shí)卻無情的一次又一次的打臉,當(dāng)宣傳和現(xiàn)實(shí)多次沖突后,造成很多不明真相的群眾感覺龍芯就是一個大忽悠。

  而國內(nèi)很多網(wǎng)媒,總是喜歡取非常聳人聽聞的標(biāo)題,一副語不驚人死不休的模樣。一會兒龍芯“秒天秒地秒月球”,一會兒又把龍芯黑成奧巴馬,而一些連龍芯和漢芯都分不清的網(wǎng)民又參與其中,人人一副我比政治局更聰明的樣子,大言不慚地指點(diǎn)江山,在彼此間的網(wǎng)絡(luò)互動中把原本應(yīng)該理性、祥和的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變得充斥著虐氣,使真正理性的聲音淹沒在嘈雜的奇談怪論中。

  14、龍芯的性能

  根據(jù)中電集團(tuán)的測試報(bào)告:GS464E的SPEC2000使用GCC4.8編譯器跑分為:整數(shù)768/G、浮點(diǎn)1153/G,使用LCC編譯器跑分為:整數(shù)828/G、浮點(diǎn)1578/G,用Intel的芯片對標(biāo)的話,以即將流片,也是龍芯目前性能最強(qiáng)的3A3000為例。它的整數(shù)性能相當(dāng)于Q8200,浮點(diǎn)性能相接近主頻降到1.6-1.8G的3代I5。

  事實(shí)上,單純比較CPU的性能對我們普通消費(fèi)者而言意義不大。因?yàn)橛绊懹脩羰褂皿w驗(yàn)的是整機(jī)性能,CPU性能僅僅是整機(jī)性能的一方面。CPU、編譯器、操作系統(tǒng)與CPU的磨合,應(yīng)用軟件針對CPU的優(yōu)化都會對整機(jī)性能和用戶體驗(yàn)產(chǎn)生很大的影響,而后者才是龍芯目前的短板。因此,龍芯把越來越多的資源向軟件傾斜。

  15、龍芯的定位

  龍芯課題組成立之初是著眼于解決國防和信息安全領(lǐng)域無芯可用的困境。所有工作都是圍繞著國防和信息安全需要開展,開發(fā)嵌入式芯片也是為了從民用市場中賺錢,有了穩(wěn)定的資金來源后更好的支持用于國防和信息安全領(lǐng)域的高性能芯片研發(fā)。

  對于目前的龍芯來說,PC和服務(wù)器產(chǎn)品在整機(jī)性能上和國外產(chǎn)品的差距依然很大。對于在家用PC市場和國外產(chǎn)品競爭,龍芯電腦在整機(jī)性能、價格、軟件生態(tài)方面處于絕對劣勢。以龍芯及其產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的實(shí)力要在商業(yè)上打敗微軟和Intel構(gòu)建的體系確實(shí)是癡人說夢。

  未來5年內(nèi),龍芯在PC市場的目標(biāo)僅僅是在硬件性能穩(wěn)步提升的同時,通過不斷加強(qiáng)編譯器的優(yōu)化、軟件和硬件的磨合,使龍芯電腦和服務(wù)器的整機(jī)性能和軟件生態(tài)能夠滿足黨政機(jī)關(guān)的辦公需求。至于國內(nèi)家用PC市場,只有等龍芯的軟件生態(tài)足夠豐富、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟足夠強(qiáng)大之后,龍芯的產(chǎn)品才會有競爭力。

  16、關(guān)于自主可控

  自主,顧名思義,是自主知識產(chǎn)權(quán),不需要給國外繳納專利費(fèi),可以自由選擇發(fā)展方向和技術(shù)路線。

  以龍芯為例,龍芯可以自由擴(kuò)展指令集,比如龍芯擴(kuò)展了1014條向量指令,使龍芯微結(jié)構(gòu)的浮點(diǎn)性能大幅提升,以至于都能客串DSP;

  從國外購買指令集授權(quán)的話,不僅要支付一筆授權(quán)費(fèi),而且授權(quán)到期要再購買一次,外商每一次更新指令集還要再購買一次。另外,還會受到很多限制,比如不具備發(fā)展權(quán),不能擴(kuò)展指令集,只能按照國外巨頭的劃定路線圖走,跟在身后亦步亦趨。

  可控,指的是芯片安全可控。無論是自主指令集還是購買國外指令集,只要是獨(dú)立自主設(shè)計(jì)微結(jié)構(gòu),就不存在安全問題。

  但如果是購買國外微結(jié)構(gòu)授權(quán)或者仿制國外CPU則存在安全隱患。因?yàn)橘I到的微結(jié)構(gòu)若不是開源的,對于國內(nèi)廠商來說就是一個黑箱;即使是開源的,光指令系統(tǒng)里的源碼至少一兩千萬行,在完全吃透技術(shù)以前,根本沒法保證里面沒有安全隱患;仿制國外CPU很容易陷入知其然,不知其所以然的情況,無法識別CPU里的到底有沒有后門電路。

  因此,要做到真正自主可控就至少要有自己的指令集和微結(jié)構(gòu),目前國內(nèi)符合條件的只有龍芯和申威。購買國外廠商指令集授權(quán),比如ARM指令授權(quán),自己設(shè)計(jì)微結(jié)構(gòu),雖然無法自主選擇發(fā)展路線,但是在硬件方面安全可控,而且依附于AA體系后,雖然會造成受制于人的情況。但可以不需要研發(fā)自己的編譯器,可以兼容AA體系的軟件生態(tài),大幅降低研發(fā)的技術(shù)門檻、時間成本和資金成本。在沒有自己的體系可以依托或沒有資本和技術(shù)自建體系的情況下,依附于國外體系,有利于市場化運(yùn)營。

  購買國外微結(jié)構(gòu),比如ARM的A53或A57,集成自己的SOC,這種做法雖然能依附于AA體系,有利于市場化運(yùn)營,能賺快錢,但既不自主,也不可控,而且在利潤方面也被外商控制。因?yàn)樵谫徺I微結(jié)構(gòu)要支付授權(quán)費(fèi),每生產(chǎn)一片芯片還要支付專利費(fèi)。

  而且每個環(huán)節(jié)做什么,有多少利潤,在AA體系中已經(jīng)形成潛規(guī)則,國內(nèi)IC設(shè)計(jì)公司依附于AA體系基本上淪為外商的馬仔,這也是國內(nèi)ARM陣營IC設(shè)計(jì)公司雖然營業(yè)收入不低,但利潤普遍不高的原因之一。

  即使是國內(nèi)IC設(shè)計(jì)公司營業(yè)收入排行第一的海思,在有母公司輸血的情況下也曾經(jīng)連年虧損,利潤主要依靠華為搭載海思芯片產(chǎn)品的高溢價,而非在市場上直接出售芯片。

  17、總結(jié)

  龍芯課題組成立14年來,忍受著社會上的冷嘲熱諷,用少得可憐的人力和財(cái)力研發(fā)了自己的loongISA,設(shè)計(jì)了6個微結(jié)構(gòu),研發(fā)了自己的LCC編譯器,開發(fā)了自己的社區(qū)操作系統(tǒng)loongnix。推出了幾十款產(chǎn)品,涵蓋軍用芯片、宇航級芯片、服務(wù)器芯片,桌面芯片,嵌入式芯片以及這些芯片配套的軟件生態(tài)。構(gòu)建了一個涵蓋兩三百家企業(yè),上萬名技術(shù)人員的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。而這一切都是一支只有400余人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)完成的。

  相對于國內(nèi)依附于Wintel體系、AA體系的IC設(shè)計(jì)公司在技術(shù)上和利潤上都受制于人。龍芯可以自主擴(kuò)展指令集,在發(fā)展方向上可以自主選擇;在安全可控方面,可以實(shí)現(xiàn)從軟件和硬件上同時實(shí)現(xiàn)安全可控;在利潤方面,可以實(shí)現(xiàn)所有利潤都留在龍芯構(gòu)建的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟內(nèi),國外廠商除非加入龍芯的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,給龍芯當(dāng)馬仔,否則無法分走一分一毫利潤。

  下一步,龍芯將以“l(fā)oongISA+LCC+GS464E等自主研發(fā)的微結(jié)構(gòu)+社區(qū)操作系統(tǒng)loongnix+軟件生態(tài)+產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”為基礎(chǔ),力爭打造自己的體系。若能成功構(gòu)建自己的體系,該體系將成為繼Wintel體系,arm+安卓體系之后的第三極,雖然弱小,但星星之火,可以燎原。


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