CPU是底層硬件基礎(chǔ)設(shè)施的核心，也是智能設(shè)備的心臟。而高端處理器更是人類科技制造的皇冠，既代表一國的技術(shù)實力，也關(guān)乎一國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的未來。
在沖擊高端處理器這一科技巔峰的道路上，從不缺少中國企業(yè)的身影。目前，我國共有14萬家與處理器相關(guān)的企業(yè)，并逐漸形成了海光、龍芯、申威、兆芯、鯤鵬、飛騰六大廠商作為中堅代表，并稱國產(chǎn)CPU六君子。我們將以系列文章回顧國內(nèi)六大CPU企業(yè)的研發(fā)歷程，以思考國內(nèi)高端CPU的破局方向。
本期，我們先來看看已經(jīng)默默前行20多年歷程的龍芯。
二十年百折不撓自研路
2001年，中科院計算機研究所成立龍芯課題組，龍芯正式開始研發(fā)。20多年，雖然龍芯經(jīng)歷過技術(shù)路線錯誤這樣的重大挫折，但依然堅定地走出了自己的道路。
在龍芯研發(fā)的早期，需要靠犯錯誤積累經(jīng)驗，因此不斷踩坑。龍芯CPU的性能一度落后同期主流的x86指令集CPU產(chǎn)品10倍。但經(jīng)歷過前期的試錯積累，2009龍芯發(fā)布LoongArch指令集，緊接著推出基于LoongAarch指令集的3A5000，這是目前國內(nèi)唯一的純自研指令集，從此我國也有了自己的CPU“語言體系“。這是國產(chǎn)CPU獨立自主研發(fā)之路上里程碑式的勝利。
今年，龍芯又發(fā)布了龍芯新一代高性能CPU3D5000。這是龍芯5000系列的最新成員，也是國內(nèi)首款采用芯粒(chiplet)技術(shù)的服務器CPU，主要面向高性能計算領(lǐng)域。
業(yè)內(nèi)人士認為，盡管3D5000與目前主流CPU仍有性能差距，但這表明了國產(chǎn)CPU自研路線，也能達到相當卓越的水平，是國產(chǎn)CPU自研之路上的又一關(guān)鍵突破。
正如馬斯克說，技術(shù)不一定會自動進步，它需要有很多人不斷努力。龍芯二十年自研路，就是龍芯團隊在屢次失敗，一度四面楚歌后，依然不放棄自主研發(fā)CPU的歷程。這一路走來，龍芯已經(jīng)儼然成為國產(chǎn)CPU百折不撓的精神圖騰。
彎路比直路長，落寞比喜悅多
“百折不撓“這四個字，事實永遠比后來者的回憶更沉重。
2001年，龍芯研發(fā)上馬，選擇了MIPS架構(gòu)+Linux系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)路線。當時生態(tài)競爭格局還未完全確定，MIPS架構(gòu)+Linux系統(tǒng)的組合確實不失為后來者另辟蹊徑的選擇。但很不幸，Intel的x86架構(gòu)和微軟的Windows操作系統(tǒng)很快在市場上建立了絕對壟斷地位，WinTel聯(lián)盟主導了市場生態(tài)，MIPS架構(gòu)+Linux系統(tǒng)被遠遠甩在后面。
2010年，龍芯團隊轉(zhuǎn)型成立公司，企圖通過企業(yè)化運營讓龍芯可以投放到更大的市場，為龍芯的研發(fā)帶來更多的資金，但當年冬天推出的龍芯3B1000 CPU連操作系統(tǒng)也啟動不了。這次失利，讓龍芯意識到單核性能是CPU性能的關(guān)鍵，盲目堆核的數(shù)量的路線走不通，這是龍芯真金白銀砸出來的經(jīng)驗。
這表明我們對CPU設(shè)計能力的差距體現(xiàn)在理解深度上。有過編程經(jīng)驗的人都知道，程序不是寫出來的，而是調(diào)試出來的，花足夠多的時間，犯足夠多的錯誤，對CPU設(shè)計的理解越深入，就越可能走對方向，但國產(chǎn)CPU起步時間短，犯錯誤少，流片成本高都是國產(chǎn)CPU落后于國際巨頭的地方。
龍芯調(diào)整技術(shù)方向，在單核微結(jié)構(gòu)上下足力氣，并在借鑒MIPS指令集后，于2019年開始宣布自研指令集，第二年發(fā)布了LoongArch指令集。但接著龍芯又陷入了專利糾紛。2021年上海芯聯(lián)芯認為龍芯的LoongArch指令集是對MIPS的二次開發(fā)，且未繳納相關(guān)授權(quán)費用，而并不是龍芯宣稱的“徹底拋棄MIPS發(fā)布自主指令系統(tǒng)”，并因此向龍芯提起訴訟。
目前，這場訴訟以一審判定龍芯勝訴暫告段落，而上海芯聯(lián)芯已表示將上訴，這場糾紛仍然未完待續(xù)。這不是龍芯第一次陷入專利糾紛。在2006年，龍芯即曾被MIPS指出抄襲，此糾紛在2009年以龍芯與MIPS達成授權(quán)協(xié)議結(jié)束。顯然，在技術(shù)上的試錯之外，現(xiàn)實世界中龍芯也在摸著石頭過河，一不小心就遇上麻煩。
這幾乎是所有不甘放棄的后來者的必然命運。
生態(tài)建設(shè)的孤獨之路
提升性能不是設(shè)計CPU 真正的難點，這是一個靠投入資源和自身努力后，靠時間和經(jīng)驗積累終究能解決的問題，建設(shè)CPU的軟硬件生態(tài)，才是真正的困難。
因為一個生態(tài)的建成，是CPU廠商、開發(fā)者和使用者形成共同意愿后的結(jié)果，這是一個純粹的市場競爭過程，靠CPU廠商單方面的努力，起不到多大作用，而行政指令和民族情懷，在這個領(lǐng)域都無能為力。
當前，無論PC還是服務器，x86架構(gòu)都占到了絕對的主導，Counterpoint Research的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2022年全球服務器市場上，x86指令集仍然是服務器CPU市場的主導，占到了91%左右，贏家通吃的局面已經(jīng)形成。
而龍芯采用的MIPS路線與主流計算機體系絕緣，如果龍芯自己不去培養(yǎng)生態(tài)，龍芯的芯片就沒有配套，如一片荒原寸草不生，這使用者來說是絕對不友好的。
設(shè)想一下，一個說漢語某個小眾方言的人，要跟世界各地的人溝通，只能先學會說英語，還必然會因為口音問題而增加學習難度。對龍芯來說，只要想繼續(xù)堅持自主路線，就必須做的比別人更多，沒有捷徑可走。
因此，龍芯天然了包括了系統(tǒng)、中間件到最上層的應用。在系統(tǒng)層面，龍芯規(guī)定好從CPU、BIOS到操作系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范，統(tǒng)一系統(tǒng)架構(gòu)，在中間件層面，龍芯做好API接口方便軟件開發(fā)，在應用層面，龍芯還要針對目標市場，優(yōu)化瀏覽器、辦公軟件等應用。也就是說，一家龍芯，在努力做完Intel和微軟兩大世界級企業(yè)的工作，形成一個像蘋果那樣的封閉生態(tài)系統(tǒng)， 中間艱難可想而知。
而且，為了兼容Windows和安卓，龍芯還要給CPU配備翻譯器，用來把x86指令集和ARM指令集翻譯成LoongArch指令集。這種做法是給“說方言的人配上兩個翻譯”，本質(zhì)上是犧牲性能換取生態(tài)兼容性。從降低生態(tài)建設(shè)難度的角度說，這是一個是正確但無可奈何的做法。
在CPU市場上，有性能與生態(tài)相互促進的現(xiàn)象。性能優(yōu)異的CPU受市場歡迎，就有更多使用者，更多使用者帶來好的市場前景，就有更多開發(fā)者愿意做配套，使生態(tài)更加繁榮。而CPU廠商因此提高收入，投入更多研發(fā)從而進一步提高性能，再吸引更多使用者。這種”滾雪球”的增長方式，是x86 CPU建立絕對壟斷地位的根源。
而顯然，龍芯在性能上還在追趕主流水平，又與主流產(chǎn)品不兼容，沒辦法形成生態(tài)，也就更難以增加研發(fā)投入，又進而限制性能的提升。這是一個“反向的”滾雪球。 因此，龍芯只能暫時依賴政策市場的扶持，從特種領(lǐng)域切入，先保持著跟隨的局勢不掉隊，尋求一點點建立生態(tài)的機會。
沒有人否認龍芯在探索國產(chǎn)CPU發(fā)展之路上的豐功偉績，自主研發(fā)走過的彎路、積累的經(jīng)驗和人才，都是國產(chǎn)CPU寶貴財富。龍芯就像一名屠龍的勇士，在面對國際巨頭時，以弱小的身軀持劍矗立，沒有主角光環(huán)，只有拼盡全部力氣，但依然無所畏懼更寸步不讓。這是英雄的風姿，是戰(zhàn)士的榮譽。
但眼下也不得不承認，龍芯若想在主流市場、主流用戶的核心業(yè)務上替代其他產(chǎn)品，還力不從心，這也像屠龍勇士，深夜摘下榮耀的冠冕時，孤獨縈繞，傷痕滿身。
這是要建立一個新時代時必然要面對的現(xiàn)實，但愿龍芯能讓那個屬于理想主義者夢想，早日到來。
