技术断档20年，中国CPU还有机会吗

芯片，国之命脉。

这一枚小小的方块，竟卡住了我国无数尖端行业的咽喉，成了科技巨头们的阿喀琉斯之踵。

2021年，36氪重磅推出《芯征程》系列产业观察。本系列将对半导体产业上下游进行一次全方位的深度研究，包括不断突破摩尔定律极限的制造巨头、设备供应商、材料供应商、以及芯片设计企业。希望我们的内容能够为饱受“缺芯”困扰的中国产业界提供一些借鉴与参考。

2013，国家“核高基”计划逐步放弃了CPU芯片的自主研发路径，转而支持起海外技术引进。在这样的背景下，IBM、AMD等手握*CPU芯片技术的海外巨头纷纷涌入，以合资公司、授权低端技术的模式横扫了国内市场。

这招釜底抽薪，无疑把当时一大批依靠国家补助为生的国产CPU逼上了绝路。而这其中，就有我们今天文章的主角——龙芯。

这是个埋头苦干了20年的国产CPU团队，它起源于中科院，几乎代表了纯国产CPU的最高水平。它有过诉讼缠身的困境、遭受过市场的“毒打”、也经历过从科研到企业的残酷蜕变。

它不仅从2013-2014年那场合资潮中幸存了下来，更在2015年实现企业盈亏平衡，摘掉了“补贴”的帽子。2019年全年，龙芯CPU出货量超过50万片。而到了2020年前九个月，这个数字飙升到了200万。

就在今年1月，中国证监会北京监管局官网披露。

断档20年的中国芯片

中国的CPU技术从80年代开始断档。

在80年代之前，中科院计算所、国防科技大学、清华大学等科研机构从未间断对集成电路（芯片）的持续研究，在某些领域，我们甚至已与国外*水平相差无几。

然而，随着集成电路技术的日益复杂，研究所需的资金投入增长惊人。80年代中期，在“造不如买、买不如租”、“市场换技术”等理论的影响下，国家陆续放弃了对大规模集成电路技术的研究，转而大量购买国外芯片产品。

彼时中科院计算所的研究员黄令仪在回忆起这段日子时，曾经痛苦地写下：“我知道他的意思了，一走出北楼门口，忍不住失声痛哭了，难道我们呕心沥血十几年创建的研究室就这样结束？计算所今后设计计算机的人真的只能看到黑匣子，而里面是什么都不懂了？难道计算所今后真的走向了’无芯’的未来？”

在接下来20年间，芯片技术突飞猛进，“美国硅谷”突然成为了全球最*的科研创新场所，英特尔、AMD、IBM、摩托罗拉等企业乘势崛起，摇身一变成为垄断全球的芯片大亨，徒留中国一脸错愕。

在猛然意识到大规模集成电路的重要战略意义后，90年代，风气开始转变。2000年10月，中国提出“十五计划”，并将“大力发展集成电路”列入了十五计划纲要，国务院更是印发了18号文件，铁下心来大力扶持集成电路产业发展。

在这样的大背景下，无数人才、无数机遇齐齐涌入。

1999年，留美芯片设计师李德磊通过撬动日立的行业资源，将一整套为日立做CPU技术外包的团队收入囊中，并在2001年推出了*块“国产”CPU芯片——方舟1号。

这是个受到倪光南院士力捧芯片项目，也是在断档20年后，中国大规模集成电路的*产品。这款终结了20年“无芯史”的方舟芯片甫一面世便被推上了神坛，国家部委联合召开盛大的新闻发布会，出席代表阵容豪华，一夜之间将方舟芯片捧成了最闪耀的明星。

受方舟项目的刺激之下，中科院计算所、国防科技大学、无锡江南计算技术研究所等机构陆续成立了龙芯、飞腾、申威等CPU项目，一时间百花竞艳，好不热闹。

「龙芯」项目由中科院计算所孵化，计算所所长李国杰院士直接推动，研究员（同时也是日后龙芯的总设计师）胡伟武牵头负责。

想要造出一款CPU，光有政策、有热度还远远不够，还要有真金白银的研发经费，和一大批精通集成电路操作系统、编译、体系结构、I/O、软硬件、逻辑门、触发器、译码器的技术人才。

然而，龙芯团队的总研发费用只有区区200万元，其中100万还要留下来培养研究生，真正能用在CPU研发上的最多只有100万元——当时，英特尔仅一年的研发费用就高达40亿美元。

CPU是现代科技工艺的*之作，其设计环节之繁琐、应用之复杂难以想象。面对上万倍的资源差异、几十年的*优势，追赶起来谈何容易。

在那几年间，龙芯团队没日没夜地泡在实验室里，一点一点地抠代码、写文件、烧FPGA，每天三四点钟入睡，八九点就起来继续工作，有时凌晨在实验室里“手里扶着鼠标、靠在椅子上就睡着了”。

胡伟武回忆说，“我是容易受感动的人，看到这样的场景忍不住想落泪。但我还是狠下心叫醒他们，询问昨天晚上的进展并让他们接着干。”

由于实在缺少拥有实践经验的CPU物理设计人才，为了保证CPU项目的顺利推进，胡伟武甚至托人请动了在抗日战争中长大，曾经参与见证*代微电子产业发展的泰斗级研究员黄令仪女士。

当时的龙芯团队中普遍有这样一种观点：我们现在落后这么多，别人不比我们笨，如果大家都一样一周五天一天8小时上班，恐怕很难赶上人家，唯有像当年搞“两弹一星”一样拼命，至少得累死一批人。唯有这样，我们才能不受欺负。

为了让研制出来的*块CPU“龙芯1号”顺利长大，龙芯项目组内部甚至给这块芯片取了一个*中国特色的小名——“狗剩1号”，希望名字贱一点容易养活。而“狗剩”的音译“Godson”也顺理成章地成为了龙芯最初的英文译名。

2002年8月10日，清晨6点08分。在龙芯FPGA样板点亮的一年以后，流片成功的“龙芯1号”CPU终于正式面世了。在中科院计算所北楼105房间里，那块搭载着“狗剩1号”CPU的计算机屏幕上，“login:”的字样如约而至，标志着*块国产CPU的成功。

团队的欢呼声几乎冲破了天际，胡伟武迫不及待地抱起了键盘，用vi编辑下了龙芯1号产生的*个文件。在那块窄小的屏幕上，他写道：

“The historical time of 6:08 on 2002.8.10 ends an era while begins a new one.”

（2002年8月10日，6点08分，一个崭新的时代开始了。）

震惊全国的“汉芯造假”

2002年，在“龙芯1号”项目跑通了之后，胡伟武带着团队乘胜追击，“龙芯2B”于2003年流片成功。

然而，在短暂的胜利之后，迎接龙芯团队的却不是鲜花与掌声，而是一段荆棘遍布的旅程。

2004年底，“龙芯2C”虽然流片成功，却因没有达到国家“863课题”合同要求的300分而没有完成验收，压在胡伟武身上的担子陡然重了起来。

上文提到，2000年底，国家将发展集成电路列入了“十五计划”纲要里，“863课题”中也对龙芯定下了“主频1GHz、SPEC CPU2000分值达到500分”的目标。

眼见着2005年“十五计划”收官在即，龙芯团队只剩下一年的时间。龙芯2C连300分都没有完成，下一代的“龙芯2E”要完成500分，谈何容易？

然而，这担子不抗不行。胡伟武深知，倘若“十五”的任务完不成，那“十一五”国家是不是还支持自主CPU研发，谁都不知道。

2005年11月底，“龙芯2E”正式交付流片，2006年3月流片成功，通过编译优化“勉勉强强”、“硬着头皮”达到了500技术指标。

然而不幸的是，恰逢其时，震惊全国的“汉芯造假事件”爆发。

在2000～2005这五年时间里，中国掀起了一场轰轰烈烈的“全民造芯”运动，各大“国产处理器”层出不穷，汉芯、龙芯、以及上文提到的飞腾、申威等都是出自这一时期。

热潮之下，免不了投机取巧、浑水摸鱼之徒。

当时，「汉芯」团队的负责人陈进通过从美国购买芯片，再雇人将芯片表面的原有LOGO用砂纸磨掉，然后加上「汉芯」的LOGO，摇身一变成为拥有“自主知识产权”的集成电路“重大突破”。汉芯项目也成功通过层层验收，成为国家级重点科技攻关项目。

消息一出，全民哗然。

当时的市场并不理解“自主可控”的重要意义，在“造不如买、买不如租”的思想指导下，耗资巨大的CPU自主研发项目本就争议缠身，汉芯事件一曝光，龙芯、飞腾、申威统统被拉下了水，质疑之声不绝于耳。

在“十五计划”的863课题结束后，“十一五”的“核高基”课题（核心电子器件、高端通用芯片和基础软件产品重大专项）却迟迟启动不了。

海外的CPU研发进程一天都没有停止，我们本已落后不少，如今再一耽搁，只怕追赶起来更为困难。

幸运的是，当时的中科院领导顶住了压力，紧急拨给了龙芯团队所急需的500万元的前期研发经费，督促龙芯加快“龙芯3号”的研发。

在“龙芯3号”的*款芯片“龙芯3A1000”完成设计，却因缺少流片费用而无法投产时，科技部高新司冯记春在863计划内紧急安排了2000万经费，全力支持龙芯的研发。

当时的中科院计算所所长李国杰甚至在会议上当众表态，“胡伟武，你不能以任何经费的理由放缓龙芯3号的研制，计算所就是砸锅卖铁也要支持龙芯的研发。”

一直到2010年，“十五计划”结束的5年之后，龙芯团队才收到了*笔“核高基”的课题经费。而在此之前，龙芯课题组已经预支了计算所近8000万元的研发经费。

顺便一提，2010年，英特尔全年研发费用为65.7亿美元。

龙芯的十年研发，却还抵不上英特尔一个月的研发费用。

卡住脖子的不是芯片，而是操作系统

从2006年开始，市面上陆续出现了使用“龙芯2E”、“龙芯2F”的电脑，它们大多是袖珍主机或者一体机，由中科院和江苏梦兰合资的龙梦公司生产，运行Linux操作系统，价格低廉。

比如，搭载“龙芯2F”的福珑2F迷你电脑，售价仅为人民币1800元，远低于市场同类产品。

然而，在Windows系统独霸天下的电脑市场，运行Linux系统的龙芯电脑始终难以打进主流市场。

芯片与操作系统是强绑定的，如果芯片是一片土地，那么操作系统就像一棵大树，我们所使用的视频、文字、浏览器等应用就像是大树上的果子。

正如橘生淮北，同样的树木移植到另一片土地上就会无法生长，同样的操作系统也无法跨芯片使用，更别谈那些长在树上的“果子”了。

因此，在微软Windows与英特尔芯片结成强绑定的这几十年里，这棵树苗已经长成了枝繁叶茂、荫蔽四方的庞然大物，树枝上结满了各式各样的“果子”，从Word文档、PPT幻灯片、到迅雷下载、暴风影音、QQ、Photoshop……

终端用户不关心芯片、也不关心操作系统，他们需要的只是树上的果子。

只要微软一天不给龙芯授权，龙芯的电脑就一天不能用Windows系统，也就无法面向最广大的消费用户。

“走！下海去”

“龙芯在科学院里面已经做得很好了，不能再好了，要想更好，就必须下海办企业。”

——这是原国家外专局局长马俊如时常对胡伟武说的话。

一直以来，龙芯都只是中科院里的一个课题组项目，既不自负盈亏，也无真正的生存压力。

学院研究环境给予了龙芯宽松的成长空间，让尚处襁褓中的国产CPU有了喘息之机。

可随着龙芯项目的进一步成长，商业化、市场化的需求日益迫切——正如一条逐渐成长的大鱼，已无法在窄小的鱼缸中继续生活。

2009年，“龙芯3号”的*款龙芯3A1000正式投产，这款芯片采用65nm制程，是我国*个四核CPU芯片，也是*能支持多路服务器的自主CPU，它标志着龙芯CPU商用步伐的又一重要里程碑。

在此鼓舞之下，2010年初，龙芯团队下定决心，技术骨干们集体从中科院计算所辞职“下海”，将「龙芯」从课题组转化为公司形式，变成了如今人们所熟知的「龙芯中科」。

这本该是令人兴奋而惊喜的好消息，然而，谁都没有想到，龙芯史上最深的一个“坑”、最残酷的一次挑战、最惨痛的一个教训，竟然来得那么快。

由于刚刚转向公司管理，龙芯团队原有的“作坊式”的设计流程被打破，专业的公司化工作流程却没有建立起来，各方人员手忙脚乱，失误频频。

2010年6月，龙芯3B1000送去流片，却因一个极其简单的低级错误而导致流片失败，送回来的样片连系统都无法正常启动。

这是龙芯历史上*次出现这样简单的工作失误，却不是最后一次。与龙芯3B1000同一时期流片的龙芯1A、龙芯2I等芯片，全部都出现了类似的低级失误，致使大量流片费用全都打了水漂——对于一家自负盈亏的企业来说，这样的打击无疑是巨大的。

然而，管理上残留的“学院派”并不是把龙芯逼上绝路的罪魁祸首。

真正把龙芯逼到绝境的，是脱离用户需求，产品方向走上了“学院派”。

在“十一五”期间，多核CPU成为了国际学术界的热点研究方向。受学院派思想主导的龙芯团队脱离了市场需求，在龙芯3B芯片的设计之初就把研发重心放在了多核上，而且盲目追求“核数做得比国外还多”。

2013年，一波三折的“龙芯3B”终于正式面世，龙芯团队磕磕绊绊地拿出了当时国际上最高峰值浮点运算速度（160GFLOPS）的芯片产品，其论文不仅被Hotchips、ISSCC这些*国际芯片会议录用，还在学术界引起了巨大的反响。

然而，由于过度追求多核、浮点峰值性能这些单一性能指标，“龙芯3B”的通用处理性能严重不足，和2006年的“龙芯2E”相比只提高了30%-50%。

可这7年之间，英特尔等市场主流的CPU的单核通用处理性能却足足提高了500%以上。

7年前，“龙芯2E”的性能还只是和国外*水平差了1-2倍；可7年之后，“龙芯3B”的性能足足差了一个数量级，追赶无望。

技术上的差距体现在市场上就是不好用，甚至是不能用。由于“纯国产”CPU无法满足通用处理器的性能要求，从2013年开始，国家的“核高基”计划陆续放弃了CPU自主研发路线，转而开始扶持起了“CPU技术引进”型企业。

广阔的中国市场打开，迎面涌来的是海量商机。IBM、AMD、英特尔、威盛、ARM等一大批海外巨头全都坐不住了，纷纷来到中国寻求合资与技术授权，「芯片合资潮」瞬间模式横扫了国内市场。

此时的龙芯虽然已经转型成为一家自负盈亏的企业，却依旧主打的是“国产替代”市场，在涉及国家安全的通用PC和服务器市场实现自主可控，主要靠国家支持进行研发。

对于龙芯来说，“核高基”放弃了自主CPU的支持无异于釜底抽薪，把困难重重的「龙芯中科」逼上了绝路。

在事后谈起这段日子时，胡伟武回忆道，“‘十五’期间负责863计划的科技部高新司领导在龙芯2C没有达到预期技术指标，龙芯2E立项专家提出19条反对意见的情况下作为非共识项目支持龙芯2E的研发，给了我们一次改进的机会。”

“而这次，机会没有了，需要我们自己想办法。”

痛定思痛，知耻后勇。2013年5月，龙芯迅速调整产品方向，暂停了已经完成主要设计的16核“龙芯3C”，开始回头重启四核“龙芯3A2000”的研发，放弃高性能机专用CPU的研制，重点把双核、四核处理器做精做透。

与此同时，龙芯将聚焦点从科研挪开，回到产业，回到商业落地，针对宇航、石油、流量表等特定产业、特定应用研制基于“龙芯1号”的专用芯片。由于专用芯片产业链短，能够让龙芯形成技术优势，并快速形成销售。

为了省下流片的费用，当时龙芯中科还承接了一个“基于40nm工艺的高可靠嵌入式CPU研制”项目，用实验中的技术免费流片。

而在最困难的时候，龙芯甚至还不得不向“娘家”中科院计算所借了500万元，以缓解研发的燃眉之急。

功夫不负有心人，在熬过了整整一年多的至暗时刻后，从2014年下半年开始，龙芯的一系列调整开始有了回报。

2014年，龙芯中科全年营收同比增长51%；2015年再增57%，并顺利跨过了盈亏平衡的门槛，摘掉了“国家补贴”的帽子，能够通过市场销售养活产品和研发团队。

2016年底，具有里程碑意义的“龙芯3A3000”也正式研发成功，这款芯片跟2013年的“龙芯3B”相比，不仅通用处理性能飙升了5倍以上，更是在不少领域超过了同类型的四核“合资CPU”。

2016年10月7日，当胡伟武走出人民大会堂，回忆起过去这十年风雨时，他感慨万千：

“当十年前我开始龙芯3号研制时，完全没有想到龙芯3号系列CPU发展道路之曲折，奋斗之艰辛，付出之巨大。”

所幸，一切都是值得的。2019年全年，龙芯CPU出货量超过50万片。而到了2020年前九个月，这个数字飙升到了200万。

侵权风波

其实龙芯从诞生之初，便时常被负面消息缠绕着。而其中影响*、持续时间最长、最饱受争议的，就是龙芯和MIPS之间的恩恩怨怨。

弄清楚MIPS之前，首先要弄清楚什么是“指令集”。

指令集是一套软件，位于芯片和操作系统之间。芯片使用的是“硬件语言”、操作系统使用的是“软件语言”，指令集的作用可以理解为二者之间的“翻译官”。

指令集和芯片、操作系统都是强绑定的，英特尔的x86指令集与Windows系统绑定、ARM的指令集与安卓系统绑定。

而指令集就像一门语言，有自己的单词、句子、语法规则。英特尔和ARM的指令集就像是「英语」，现在全球都在使用这门语言，用的人多了自然就强大起来。你现在手机、电脑上的所有应用，都是在这个语言体系里长出来的。

理论上任何人都坐在家里都可以设计出一门自己的语言——就像《星际迷航》《魔戒》等文学作品里，作者也会为克林贡人、精灵、矮人设计它们自己的语言。但这些编出来的语言并不会有人去大规模使用。

这就是龙芯在2000年项目最开始之时遇到的*个问题。

龙芯的指令集，要用哪一个？

20年前的芯片市场，可比现在热闹多了。当时，英特尔还是高性能计算领域的后起之秀，其x86虽然势头正猛，却离今天垄断全球的霸主地位相差甚远。

市场上各类架构百花齐放，不仅有英特尔的x86，还有IBM的Power指令集、DEC的Alpha指令集、SUN的SPARC指令集等等。当时，连苹果都来凑了个热闹，拉上IBM、摩托罗拉一起搞了个PowerPC架构。

由于每种指令集都注册了技术专利，没有得到授权无法直接使用。尤其是x86指令集，英特尔已经将围绕x86的所有专利全都注册了个遍，围得像个铁桶，完全无法切入。

几经商议之下，龙芯最后将目标投向了既能用在机顶盒、桌面电脑，又能用在高性能服务器里的MIPS指令集，采用了“MIPS兼容”的模式：

1、超过专利保护期的MIPS指令集已经公开，可以直接使用；

2、还在专利保护期内的部分，龙芯采用自己的结构实现了MIPS指令系统，可以理解为一个是普通话，一个是四川普通话。

在龙芯只是一个科研项目时，这种做法并不会引来多少非议，然而随着龙芯逐渐走向商用，美国MIPS公司逐渐关注到了大洋彼岸的龙芯。

MIPS要求龙芯支付100万美元的技术授权费用——对于当时的中科院计算所来说，这无疑是笔天价——双方多次协商会谈，却始终没有达成协议。

据当时的媒体报道，2005年时，龙芯曾与微软接洽，力争得到微软Windows CE嵌入式操作系统的合作授权，最后却因MIPS专利纠纷问题而最终没有成功。

一直到2006年，龙芯才最终通过和意法半导体合作的方式，获得MIPS专利的使用权。

虽然一开始采用的是MIPS兼容模式，但是在这20年间，龙芯其实从未停止过对自主研发指令集的探索。早在”龙芯2号”中，龙芯团队就加入了自研的多媒体编解码指令集LoongMMI。而在“龙芯3号”中，龙芯团队又加入了二进制翻译指令。

同样在这20年间，随着英特尔的x86架构一骑绝尘，MIPS生态逐渐衰弱了下去，MIPS的专利权也几经易主，辗转流落到了几个公司手上，最后被美国初创Wave Computing收入囊中。

趁着这一机会，2015年——就是龙芯公司正式迎来盈亏平衡的那一年——在“龙芯3A2000”的发布会上，龙芯正式发布了LoongISA指令集，其中既包括500多条MIPS64命令，也包括1400多条龙芯新增的指令。

2021年4月，在Wave Computing申请破产重组一年后，龙芯更是正式拿出了自研LoongArch指令集，并宣布公司一年前发布的“龙芯3A4000/3B4000”全部支持该指令集。

目前，这两款龙芯CPU已经搭载在了联想长风、天玥、同方、方正、海尔等品牌的台式电脑、笔记本电脑、服务器等设备上。

汉芯风波在前，MIPS风波在后，此后的龙芯在专利问题上变得越来越谨小慎微，绝不轻易对外公布指令集的细节，以防再度惹上官司。有时哪怕是开发者们向龙芯索取信息，也往往会吃个闭门羹。

然而，就在几天前的6月2日，龙芯再度卷入了MIPS侵权风波中。上海芯联芯公司发布公开声明称：

1、芯联芯自2019年起已取得MIPS在中国的*、*和不可撤销的经营权，龙芯中科未向芯联芯支付足额的技术授权金，目前双方在香港地区进入审理仲裁阶段；

2、龙芯中科公司“彻底抛弃MIPS，发布自主指令系统LoongArch”的报道宣传偏离事实；

3、龙芯中科只公开了LoongArch的部分源代码，不具备行业公信力，涉嫌侵权。

对此，龙芯中科公开回应称：芯联芯公司向龙芯中科的合作伙伴、社会公众不断发布各种恶意中伤、诽谤龙芯中科。龙芯中科已经采取法律行动。

尾声

面对龙芯，“不吹不黑”是*的态度。毕竟这个时代里，为任何市场化的企业扣上“民族希望”的大帽子，都将会是一种捧杀。

客观来讲，龙芯CPU目前切入的依旧是一个小市场，即便现在年出货量突破200万片，有了联想长风、天玥、同方、方正等一些列电脑品牌方采用，它在技术、管理、人才、以及产品、生态、市场占比上，都与国际*水平差了一个量级。

然而，这不代表龙芯毫无技术亮点，是只懂“圈钱骗补”的PPT项目；也不代表龙芯的技术*全球，承载着民族振兴的新希望。

它所代表的仅仅是，自研CPU很困难，但已经有人在做了。

参考资料：

1、《2019龙芯产品发布暨用户大会合作伙伴联合发布基于龙芯平台最新产品》

2、《甘当20年备胎的龙芯能有什么坏心思呢》guee

3、《尴尬中国芯：龙芯CPU的艰涩之旅》财经文摘

4、《回望50年》黄令仪

5、《我们的CPU》胡伟武

6、《我们的龙芯1号》胡伟武

7、《我们的龙芯3号—致龙芯15周年》胡伟武

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