胡伟武:龙芯发展过程中的几次危机与转折
龙芯发展过程中的几次危机与转折
——龙芯二十五周年讲话
胡伟武
今天是龙芯25岁生日。2001年8月19日清晨,北京的天空风雨交加、电闪雷鸣,龙芯1号FPGA原型验证系统成功启动Linux操作系统。从此,每年的8月19日被定为龙芯的生日。从2000年10月我回母校中国科学技术大学招生萌发做CPU的想法算起,到2001年8月刚好是10个月,这个阶段可以算是龙芯的“十月怀胎”。

胡伟武在龙芯二十五周年大会上讲话
25年来,我们确立了构建独立于X86体系和ARM体系的新型信息技术体系的目标,坚持将自主进行到底,不依赖任何境外技术授权和供应链,系统掌握了指令系统、通用CPU、通用GPU、操作系统等关键核心技术。基于自研IP和自主工艺,CPU性能达到市场主流产品水平,已经交付流片的龙芯3B6600可以用1Xnm工艺达到Intel/AMD公司7nm或更先进工艺产品的性能。基于自主指令系统龙架构建成与X86、ARM并列的Linux基础软件体系并在自主化应用实践中不断完善应用软件生态,系统解决了Linux桌面的外设兼容问题、Windows浏览器兼容问题,初步建立起自研通用GPU完整的图形和算力软件栈。龙芯CPU在安全应用、电子政务、能源、交通、制造、教育等领域得到大量应用,并稳步走向开放市场和海外市场。
25年的时间既漫长又短暂。之所以漫长,是因为有不少人在龙芯从青丝变白发、从青涩变老成,有不少事像发黄的老照片一样模糊了、淡去了;之所以短暂,是因为总有不少人和事如刀凿斧刻般留在记忆里,至今历历在目。回顾龙芯25年的发展历史,经历了多次生存危机,每次都促成了龙芯的重大转折。继往可以开来,鉴古可以知今,下面跟大家回顾一下龙芯过去25年发展过程中经历的主要危机和转折。
“十五”期间推动研制自主CPU成为国家战略
我做CPU的萌芽源自1998年4月由我的导师夏培肃老师联合金怡濂老师、周毓麟老师发起的第94次香山科学会议,会议邀请了三十多名专家学者就我国发展高性能计算机这一专题开展讨论。那时我国的高性能计算机相比美国有很大差距,有时通过元首外交,美国总统特批卖给我国用于天气预报、石油勘探等民用领域的高性能计算机,机房里还需要修一堵“玻璃墙”,美国商务部可以派人在墙外监督,确保相关的高性能计算机不用于军事目的。那次香山科学会议开到第三天的时候,讨论高性能计算机用的CPU,金怡濂院士有一句话深深地嵌在我脑中:“我看CPU无论如何得做一下,哪怕做个586也得试试看。”1998年的时候Intel公司已经推出Pentium Ⅲ了,80586(Pentium)与Pentium Ⅲ之间还隔着Pentium Pro、Pentium II两代。
2000年,我国开始制定第十个五年计划,时任计算所所长的李国杰老师大声疾呼我国“十五”期间要开展通用CPU的研发,否则就没有机会了。但即使在学术界,“十五”期间我国要不要做通用CPU也存在巨大争议,没有形成共识。当时国家863计划有一个集成电路专项,重点解决二代身份证中的嵌入式CPU问题,即使是这么小的嵌入式CPU,也还有人认为我国自己做不了,需要引进国外技术。
无奈之下,李国杰所长在2001年初利用计算所自有经费立了一个100万元的课题开展自主通用CPU的前瞻研发,并任命我为课题组长。刚开始时,课题组只有一间50平方米的实验室、几个员工和十来个学生。经过努力,2001年8月19日,我们设计的龙芯1号FPGA验证系统成功运行Linux操作系统。计算所基于这个成果召开了鉴定会并得到了中国科学院知识创新工程方向性项目500万元的经费支持,联合中国科学院微电子所研制龙芯1号,并于2002年8月10日流片成功。在龙芯1号研制过程中,黄令仪老师带领一个由5人组成的微电子所攻关小组与计算所龙芯课题组战斗在一起,在龙芯1号物理设计以及龙芯物理设计团队的组建中发挥了重要作用。
龙芯1号有两大积极意义,一是推动了国家863计划支持通用CPU的研发,二是国内另外两家计算机体系结构头部单位国防科大和江南计算所也加入了自主通用CPU研发的阵营,形成了“十五”期间我国通用CPU研发的良好格局。在国家863计划及中国科学院知识创新工程重大专项的支持下,我们先后于2003年10月17日研制成功龙芯2B,性能是龙芯1号的3倍;2004年9月28日(中秋节)研制成功龙芯2C,性能是龙芯2B的3倍。
龙芯CPU的研发牵动着国人的心。当时舆论对我国研制自主CPU在高度关注的同时信心不足,对龙芯的质疑很多。那时如果在百度搜索上输入“龙芯”两个字,第一个跳出来的关联词是“龙芯造假”,甚至有人专门做了个龙芯打假网站。在巨大的舆论压力下,受国家863计划支持的龙芯2C由于SPEC CPU分值指标没有达到合同书要求,没有通过项目验收,时任863计划306主题专家组组长的怀进鹏老师还专门打电话安慰我。2006年初的“汉芯”事件把好不容易点起来的我国自主CPU的“火苗”几乎浇灭,不少人做出了“中国自己做不出CPU”的判断,质疑“863计划不应该支持自主CPU”。
2005年4月初,我接到通知让我第二天早上去见科技部高新司信息处处长,此前李国杰所长给我打电话说科技部可能找我探讨能否完成863计划设立的“十五”期间实现主频1GHz、SPEC CPU2000分值达到500分的目标,并告诉我“他们还留着一亿元经费”。第二天,处长一见到我就开门见山问我“十五”期间能不能完成主频1GHz、SPEC CPU2000分值500分的目标。我回答说,离“十五”结束只剩九个月了,而且流片生产至少需要3-4个月,时间上来不及。处长说,按照863计划有关规定,只要在2006年3月底之前提出验收申请,就算按期完成。我说,那可以试试看。他又问需要多少经费,我说至少需要四五千万。他说,纳税人的钱能省则省,那就四千万。就这样,在自主CPU研发受到普遍质疑时,我们在“十五”末承担了863计划背水一战的CPU项目,研制龙芯2号增强型CPU龙芯2E。时任科技部高新司司长事后告诉我,863专家组内部讨论这个项目时“没有通过”,提了“满满两页纸的十几条反对意见”,是领导直接拍板决定的“非共识项目”。可以说这个项目的成败直接决定863计划“十五”攻关任务能不能完成,更深远的意义是决定我国要不要自己研制CPU。
经过艰苦的努力,2006年3月15日,我们拿到龙芯2E芯片并成功启动操作系统。为了实现SPEC CPU2000分值达到500分的目标,我们首次在片内集成二级高速缓存以及内存控制器,虽然龙芯2E主频是龙芯2C的2倍,但实测性能是龙芯2C的3倍。刚开始时,主频和SPEC CPU分值离目标都有一定差距,通过适度的超频以及编译优化,最终实测主频1GHz,SPEC CPU2000定浮点分值均为503分,在这个过程中计算所编译组发挥了重要作用。我们及时向863专家组申请组织项目验收。
龙芯2E的项目验收会于2006年9月13日召开。此前测试组要对龙芯2E进行测试,由于当时“汉芯”事件不断发酵,不少专家都回避参加CPU项目的测试、鉴定和验收工作。据测试组组长刘鹏老师事后说,他接到龙芯2E的测试任务后,先私下问了不少了解龙芯的人,确认龙芯2E是真的,他才敢担任测试组组长。一般召开863项目的验收会由专家组牵头召开,科技部信息处会派人参加,但龙芯2E比较受关注,我们刚开始接到通知说处长要亲自参加,后来又说高新司司长要亲自参加,最后说科技部部长徐冠华同志要亲自参加。科技部部长参加龙芯2E的验收会,中国科学院就得派院领导陪同接待。验收会前,参加龙芯2E验收会的科学院副院长施尔畏专门打电话问我,他参加龙芯2E的验收会是“受表扬的”还是“受批评的”。
在验收会上,徐冠华部长说,他担任科技部部长多年,这是第一次参加863项目的验收会,龙芯2号增强型研制成功表明,“十五”863计划关于自主CPU的部署是正确的。会后,徐部长接受《新闻联播》的记者采访时说:“这将对于我们国家提高我们信息产业的核心竞争力,保证我们国家的经济安全、保证我们国家的国防安全,将起到重要作用。”当时听到这句话,我热泪盈眶。
大家今天可能难以想象那时候我们工作的夜以继日,难以想象我们承受的压力和内心的煎熬。现在,大家都把“996”作为努力工作的标志,“996”刨去中午饭和晚饭的时间算起来每周工作60小时,而我们那时候每周工作时间都在100小时以上。通宵加班是家常便饭,组织攻关都是晚上十点开例会,根据例会讨论结果调整设计并在计算机上跑起来,十二点后才回家,现在组织攻关调整成晚上七点开例会了。2001年到2005年的五年间,龙芯课题组只休息了一个“五一”长假、一个“十一”长假、两个“春节”长假,其余长假都是在加班。
“十五”期间,我们从无到有研制出龙芯CPU并在自主CPU的研发受到普遍质疑时坚定了国家对自主CPU的信心,推动研制自主CPU成为国家战略,包括“核高基”重大专项的设立。这是龙芯从“0”到“1”的转折。
“十一五”期间实现产业化转型
龙芯CPU研制成功引起国内外的广泛关注。记得龙芯1号公开报道后,我收到一封邮件,邮件的内容说,我是一个杭州的退休工人,退休金不高,但我知道你们做了自主CPU,请你给我个账号,我给你们捐1000元。2005年,华盛顿著名的智囊机构哈德森研究所(Hudson Institute)向美国国会提交了一份名为《中国向前跳了一大步》的报告,分析中国科技和军事竞争力。在报告中,哈德森研究所列举了我国自主创新的三个案例(Recent examples of independent Chinese innovation),其中一个就是龙芯2号芯片问世。英特尔处理器技术实验室主管在2005年10月表示,“龙芯2号的突飞猛进让人感到惊异,其研发团队的设计和开发能力的提高相当迅速”。国际知名半导体、电信及消费电子领域的行业研究机构In-stat公司在微处理器专业期刊《Microprocessor Report》评价龙芯,“龙芯2号的复杂度表明中国人已经能够设计国际水平的微处理器”。在网络论坛上关于龙芯CPU的水平和应用前景发生了激烈争论,有的海外华人在BBS论坛上发出“剑外忽传收蓟北”的赞叹,也有的说如果龙芯CPU能用起来,他从此倒着走路。类似的关注还有很多。
“十一五”期间,龙芯面临着巨大的产业化压力。一是龙芯1号研发成功已经好几年,公众和舆论开始关注龙芯CPU的应用,甚至有人在论坛上问,我想支持龙芯,哪里可以买得到龙芯计算机?二是计算所在2002年以龙芯1号的6件专利入资,和综艺股份合资成立了神州龙芯公司开展龙芯1号相关的产业化工作,由于综艺股份是上市企业,龙芯的研发进展跟资本市场发生了联系,加上神州龙芯公司和龙芯课题组之间没有完全打通技术链和产业链,加大了龙芯产业化的压力。
在龙芯1号研制成功之后,李国杰所长就带我到相关产业和装备主管部门汇报进展,希望能够得到应用。因为李老师是大院士,有关部门一般都会热情接待,然后以龙芯CPU与市场主流产品差距大或成熟度不够为由婉拒。印象最深刻的是有一次李老师带我到某装备主管部门去汇报,建议在涉及国家安全的装备中使用自主研发的CPU,一位主管局长就在走廊里找了几把椅子听我讲PPT,听完后说了一句话:我们现在连反向设计的都不敢用,别说你们正向设计的了。那时候中国加入WTO没多久,中美关系好得很,即使是在涉及国家安全的重要装备中,使用国外CPU也是无可厚非的。李老师在2005年参与编写中长期科技规划时跟我说过,当时我国主流的经济学家反对“自主创新”的提法,主张“开放创新”的提法,因为中国的比较优势是劳动力成本优势。后来虽然坚持住了“自主创新”的提法,但包括原始创新、集成创新、引进消化吸收再创新三种路径,真正做到原始创新的少之又少。
我们坚信国家是有自主CPU应用需求的,只是有些人不相信自己能干成,我们还是老办法:做给你看。在“十一五”期间,龙芯课题组在计算所从三条路线开展了艰难的产业化探索。
一是对意法半导体开展技术授权。“十五”期间,法国总统希拉克访华时,中法两国政府签署了信息领域战略合作协议,科技部安排了三个中法合作课题,其中一个是中国科学院计算所和意法半导体合作研制龙芯CPU,上述龙芯2E就是在意法半导体的90nm工艺流片的。在合作过程中,意法半导体的专家对我国能够设计高性能CPU很吃惊,并促成意法半导体购买龙芯2号的技术授权,授权费300多万美元加上一定比例的销售提成作为版税。基于上述合作框架,我们在龙芯2E基础上推出了第一个产品级芯片龙芯2F,产权归意法半导体所有。在龙芯2E和龙芯2F的合作过程中,我们学会了如何把芯片从样品转化成产品,英文叫Qualification。可以说意法半导体是我们的第一个芯片产品化老师,我们那时候经常跟意法半导体的工程师吵架(在吵架过程中英文口语水平快速提高),觉得很多工作没有必要,但现在回想起来,他们都是对的,一个CPU流片成功只完成了产品芯片研发30%的工作。后来意法半导体决定转向ARM架构,在支付了200多万美元后跟我们协商不再支付后续授权费,并把龙芯2号系列的产权归还计算所。
二是建设常熟龙芯产业化基地。2004年下半年,计算所跟江苏梦兰集团达成在常熟建设龙芯产业化基地的意向,时任全国人大代表的梦兰集团董事长钱月宝女士非常热心支持龙芯产业化。我是后来才知道这件事的,有一次去苏州出差被吴少刚拉去常熟跟钱董事长见面,当时还觉得常熟没有信息产业的基础。2005年两会期间,有一天晚上九点多,我接到李国杰所长的电话,叫我到所里与钱董事长谈龙芯与梦兰集团的合作事宜。当时媒体上关于梦兰集团从“枕芯”到“龙芯”的转型有很多报道,并得到江苏省主要领导的关注,钱董事长也很着急要把此事落实。后来我带队专门到常熟做了一次考察,感觉到要是不把已经名声在外的常熟龙芯产业化基地做实,龙芯会非常危险。就像打牌一样,要想翻盘,至少该出“小王”了。2005年4月初,张福新写完了博士论文交给我审阅,我跟他说要到常熟出差,你也一起去,路上讨论一下你的论文。我们买了周五晚上“Z”字头到苏州的火车票。但周五下午北京下起了大雨,在中关村打不着车,好不容易赶到北京站时,火车已经开走了,改签了去扬州的火车票,通知已经在常熟的吴少刚第二天一早到扬州站接我们。第二天一早火车六点多到扬州时,吴少刚还堵在江阴长江大桥,下午一点才接到我们,到常熟时已经晚上了。当时我戏称,看来龙芯产业化道路注定是充满坎坷的。第二天就任命张福新为常熟龙芯产业化基地研发中心主任,并在2006年成立的中科梦兰公司以及后续的龙梦公司任总经理,刚结婚的张福新在常熟一待就是十几年。张福新、胡明昌和吴少刚三个人组成“三驾马车”,把常熟龙芯产业化基地支撑起来。那时候我们做了CPU,但没有人愿意用龙芯CPU做电脑,只有让龙梦去做电脑。经过多方努力,江苏省在2010年开展了5000个电脑教室、15万套龙芯中小学生电脑的试点,由广达公司代工。在与广达公司磨合的过程中,我们学会了怎么样做计算机产品。在较长一段时间内,龙梦公司都是龙芯CPU唯一的主板ODM伙伴。今天,龙芯产业链初步建立起来了,但我们千万不要忘了龙梦的贡献,不要忘了钱月宝董事长的支持,不要忘了张福新刚结婚就为了龙芯的产业化事业经历十几年的两地分居。
三是持续推动龙芯CPU在安全应用领域的应用。安全应用领域对可靠性要求高,但对性能和软件生态要求低。在得不到总部机关支持的情况下,我们从一些外围、边缘的应用做起。例如支持江苏某所基于龙芯2C、龙芯2E、龙芯2F等芯片做CPCI板卡,经历了严格的可靠性试验,并在装备的维修保障中用龙芯CPU板卡替换非自主CPU板卡取得成功。该所有一次在北京召开一个小型的用户推介会,准备了一个几十人的会议室,结果来了150多人,很多人站着开会,机关领导在致辞时说:“今天是历史性的一天”。在这个过程中,我们把胡明昌从常熟调回来负责安全应用领域的客户支持工作。经过努力,2008年某重大装备立项选用了龙芯CPU,2010年相关主管部门发文在多型安全装备中推荐使用以龙芯2F为代表的自主CPU,标志着“十一五”期间我们推动使用自主CPU成为国家战略。
在上述产业化试点基础上,龙芯团队开始了产业化转型工作。2006年,我们希望参与神州龙芯的经营,衔接技术链和产业链,但多次努力无果,不得已在计算所的产业孵化器转移中心下成立龙芯事业部,2008年由转移中心和计算所国资管理公司中科算源成立“北京龙芯中科技术服务中心有限公司”。为此,2006年晋红从原单位辞职,加入龙芯中科负责搭建公司管理架构并发挥了重要作用。2009年在中国科学院北京分院的支持下开始筹备龙芯课题组整体产业化转型,时任中国科学院院长路甬祥同志专门批示支持此事,并要求给予龙芯团队股权激励。计算所所务会专门开会,责成龙芯团队和所下属子公司各掏500万元成立龙芯产业化的种子公司,该种子公司通过销售提成的方式向计算所取得龙芯无形资产的使用授权。
当时2009年互联网创新正热,是没有人愿意投资通用CPU的。我感觉当时自己就是个唐·吉坷德,想拿一个叫龙芯的长矛去斗叫作X86和ARM的两个大风车。中关村管委会为此开了26次协调会,推动北工投领投并带动民营企业跟投,投资龙芯中科。记得北工投董事长在计算所会议室说过一句话:我知道投龙芯肯定是赔的,但赔了也要投,因为这是政治任务。2010年初,2亿元融资到位。从此,龙芯团队开始产业化转型。
2010年龙芯团队的整体产业化转型是龙芯历史上一次重大转折。在这个过程中,很多人为了龙芯的产业化事业放弃计算所事业单位编制,有的甚至放弃在读的博士学位退学。早期在计算所拿到博士学位并评上高级职称后离职加入龙芯公司的包括高翔、张戈、胡明昌、范宝峡等,放弃在读博士学位退学加入龙芯公司的包括杨旭、钟石强、李晓钰、刘动等,后续杨梁、王焕东、苏孟豪、汪文祥、王朋宇等博士毕业后即全力投入龙芯中科的产品研发工作,不再走在计算所申请项目、写论文、评职称的道路,只有王剑根据安排留守计算所微处理器中心。龙芯的历史应该记住这些在龙芯产业化早期具有很大不确定性的情况下,放弃体制内发展前途加入龙芯公司艰苦创业的同志的名字。
“十二五”期间肃清“学院派”流毒
龙芯课题组在2010年整体完成组织上产业化转型后,当时我们有“核高基”重大专项服务器CPU和桌面CPU课题经费共3亿多元,加上龙芯中科资本金2.1亿元,以及江苏省15万套中小学生应用试点的龙芯2F芯片采购收入,头两年日子比较好过。
但龙芯团队的“学院派”思维没有得到根本性改变,“本本主义”思想比较严重。当时国际上CPU发展方向是多核和SoC,因此我们在2010-2012年间研发重点是把龙芯3A1000的四核升级到3B1000及3B1500的八核,忽略了单核性能;把龙芯2F升级到“大而全”的SoC龙芯2H,忽略了SoC与应用的适用性。2006年研制成功的龙芯2E与当时Intel的主流产品Pentium IV单核SPEC CPU性能差距1-2倍;2012年研制成功的龙芯3B1000虽然比当时Intel的主流产品酷睿2-3代核数多,浮点峰值性能高,但单核SPEC CPU性能差距5-10倍。龙芯2H在安全应用领域还有一定的市场价值,截止至2025年累计销售超亿元;龙芯3B1000和3B1500在信息化领域用途不大。
龙芯3B1000/3B1500和龙芯2H的定位失误导致我们承担的“核高基”课题中桌面CPU和服务器CPU产业化指标难以按期完成。有关国家项目专家组在制定“十二五”规划时,制定了龙芯主要做安全应用领域的工控应用,桌面CPU引进X86技术路线,服务器CPU引进PowerPC和ARM技术路线的思路。我们不认可这个思路,因此失去了国家项目的支持。加上江苏省15万套试点采购结束,2013年的龙芯陷入了市场还没有起来但失去国家经费支持的困境。那时候,我出去开会,不少领导和专家碰到我都会安慰几句,并关心地问我下一步准备做什么?他们认为没有国家经费支持的龙芯肯定会死。
但用毛泽东思想武装的龙芯人是不会跌倒一次就爬不起来的。错误的经验教育了我们,我们在实践的教训中得到了成长,肃清了“学院派”的流毒。
我们开启了2013-2015年的三年研发转型。一是通过迭代大幅提升单核性能。2015年推出四核龙芯3A2000,使用40nm工艺,与3A1000引脚兼容,在主频为1GHz不变的情况下单核性能是3A1000的2.5倍;此后2017年推出龙芯3A3000,使用28nm工艺,主频1.5GHz,单核性能是3A2000的1.6倍;2019年推出3A4000,仍使用28nm工艺,最高主频2.0GHz,单核性能是3A3000的2倍。从3A1000到3A4000,主频从1GHz提高到2GHz,SPEC CPU2006定点分值从2.5分提高到20分,其中3A3000和3A4000在安全应用领域和信息化领域都有较好表现,3A4000是龙芯首款销售超过100万片的CPU。此后3A5000和3A6000分别通过工艺升级和结构升级进一步提升单核性能,2023年发布的3A6000,SPEC CPU2006定点分值超过50分,达到当时市场主流产品水平。二是结合市场需求研制高性价比的龙芯1A、1B、2K1000等SoC,其中2K1000充分兼顾国际标准的PCI软件规范,比龙芯2H大幅提高性价比,现在仍是热卖产品,每年在安全应用、能源、交通、制造等领域销售十几万片。三是结合特定应用需求研制多款高质量等级CPU,在安全应用领域形成持续、稳定的收入,在龙芯2013-2015年的困难时期,成为支撑公司营收的主力产品。四是成立系统研发部,配合龙芯CPU研制和完善包括内核、编译器、虚拟机、浏览器、图形系统、操作系统等基础软件。
在市场上,我们放下身段,认真了解安全应用领域的客户需求,扎扎实实地做好服务工作,尤其是建立起满足安全应用领域需求的质量体系和归零服务体系。经过三年转型,2015年龙芯中科营收上亿元并实现盈亏平衡。
但龙芯的发展仍面临缺少资金问题。我们采取“减员增效”的措施,公司人员(含研究生)从2012年的420多人降低到2015年的330多人。同时我们开展新一轮融资,但2015年互联网投资正热,没人愿意投资龙芯。由于“十二五”期间龙芯在安全应用领域的市场已经逐步展开,某大型电子科技央企集团有意投资龙芯并成为最大股东,我们也觉得背靠大树好乘凉,而且有利于龙芯开展安全应用领域业务,但他们对龙芯中科估值偏低,与原股东意见不一致,从2014年初开始接触一直到2014年底仍没有完成相关流程。2015年初,眼看公司资金即将耗尽,不得已在2015年春节期间我说服我兄长负责的鼎晖百孚投资龙芯。4月公司资金基本耗尽,通过打折的方式说服某客户提前给龙芯中科支付设计服务款,5月初的工资才发出来,5月下旬鼎晖百孚的投资到位,把龙芯中科从死亡的边缘拉回来。据我兄长说鼎晖投决会讨论投资龙芯时也是意见很不一致的,在鼎晖董事长吴尚志的支持下强行“闯关”通过。
“十二五”期间国家项目对龙芯“断奶”,倒逼龙芯人肃清了“学院派”流毒,结合市场需求开展研发工作,促进社会资本入资龙芯是龙芯发展历史上的一个重大转折,意味着龙芯以后必须走通过资本市场发展的道路,也为龙芯未来从政策性市场走向开放市场种下了基因。
“十三五”推出自主指令系统
2001年开始做龙芯CPU时,选择了MIPS指令系统,一是因为那时计算机体系结构教科书多用MIPS指令系统,二是MIPS公司商业上开放,授权费低,可以取得永久授权,且允许自己加指令。
在2008年学习科学发展观时,我们讨论了“什么是龙芯的科学发展”问题,并得出了构建独立于X86和ARM的自主可控信息技术体系的结论。由于MIPS开放,授权费低,尤其是允许自己加指令,我们仍然认为基于MIPS构建自主体系是可行的。
在2015年后,容量巨大的电子政务市场开始自主化试点。基于X86和ARM的“自主CPU”加入信创市场竞争,我们指出,引进X86和ARM技术的CPU难以构建自主可控的信息技术体系和产业生态,主要原因是其不够开放,不允许用户自己加指令,当时仍觉得可以基于比较开放的MIPS指令系统构建自主信息技术体系。
2018年底,当时MIPS的拥有者Wave Computing宣布MIPS开源,MIPS中国区的负责人到访龙芯中科,当面跟我确认以后龙芯销售CPU不用给MIPS公司缴纳版税了,更加坚定了我们基于MIPS构建自主信息技术体系和产业生态的决心,还想通过向Wave Computing指定的基金会每年缴纳10万美元会员费成为其具有表决权的白金会员。但2019年Wave Computing宣布终止开源计划,并在MIPS开源期间就把中国业务打包销售给上海某企业,该企业指责龙芯中科没有按期给其缴纳版税、超范围使用授权,要求我们支付巨额费用。根据我们与MIPS的协议,每5年龙芯中科给MIPS缴纳一笔几十万美元的费用续约,但该企业要求重新谈判。
2019年,龙芯的营收开始快速增长。2019和2020两年,公司的营收增长5倍以上,2020年净利润2亿多元。但MIPS的开源闹剧以及把龙芯中科的业务随意转让的做法让龙芯的未来陷入巨大的不确定性。我开始认真研究RISC-V指令系统,把RISC-V作为“备胎”。
2019年9月,计算所在山东临沂召开秋季战略研讨会。会间计算所徐志伟老师找到我说,我们能不能做一个自主指令系统,RISC-V虽然开源,但计算所RISC-V团队想让负责RISC-V开源社区的伯克利大学给计算所开个账号,他们一拖再拖,令人失望。徐老师的话启发了我,既然从头开始,何不推出自主指令系统!RISC-V虽然开源,但就像MIPS一样,以后还可以终止开源,而且它主要面向物联网应用设计,其16位指令占了四分之三的指令槽,指令扩展空间小,表达能力差。
但一个指令系统承载一个软件生态,研制指令系统要下很大决心。经过多年努力,龙芯已经在MIPS指令系统上扩展了上千条指令,并基于MIPS初步构建了信息化生态,如MIPS的Java虚拟机、浏览器都是龙芯人在维护和发展,而当时MIPS的其他应用主要在嵌入式领域。自己构建指令系统意味着一切从头开始。在信息产业的发展历史上,更换指令系统的企业结果都不好,连Intel公司曾经想在服务器领域推行Itanium指令系统都铩羽而归,最后回归到X86路线。国内有其他2-3家推出自主指令系统的单位,发展得也不好。在2019年的二、三季度,我都处在对龙芯CPU指令系统的极度担心和焦虑中。
2018年和2019年,中兴通讯和华为受到美国的制裁。同时MIPS的拥有者Wave Computing的不断变脸也让我认识到一个真理:丫鬟拿了一辈子钥匙还是个丫鬟,永远做不了主人。用国外指令系统研制CPU的前提是不能超过指令系统的拥有者,一旦接近超过的临界值,就会被限制。美西方希望中国的信息产业永远处在“攒电脑”或“攒芯片”的产业链低端,中国的信息产业只有把根牢牢扎在自己的土地上,才能长成参天大树,指令系统就是信息产业根技术的“主根”。习近平总书记在2016年4月19日网络和信息安全座谈会上指出,“在别人的墙基上砌房子,再大再漂亮也可能经不起风雨,甚至会不堪一击”。直至今日,中国信息产业的“墙基”仍然是国外企业拥有的X86和ARM指令系统。甚至当时评价自主CPU优劣主要是看谁的美国“主子”厉害,不少人说龙芯不如引进X86和ARM技术的其他国产CPU,主要是因为MIPS不如X86和ARM。真是岂有此理!当时龙芯的性能和软件生态都超过MIPS自己了。
2019年9月中下旬的一个早上,我在上班的路上,忧心忡忡地思考龙芯的指令系统问题。突然想起毛主席在抗美援朝前说过的一句话:“打得一拳开,免得百拳来”,想起彭德怀元帅在抗美援朝前说过的一句话:“大不了相当于解放战争多打几年”,下定决心研制自主指令系统!到公司后第一件事就找到汪文祥和吴瑞阳,要求把正在研制的3A5000处理器核改成自主指令系统,并确定了研制自主指令系统的几条原则:一是先进性,要发挥后发优势,充分借鉴X86、ARM、RISC-V、MIPS等指令系统的成果;二是自主性,要开展充分的知识产权调研,规避已有指令系统的专利;三是兼容性,要支持通过二进制翻译等手段实现对现有桌面、服务器、手机等主流应用的兼容。
在2019年冬天,龙芯自主指令系统龙架构(LoongArch)基本成型,该指令系统融合了X86、ARM、RISC-V、MIPS等的优点,具有指令功能强、实现简洁的特点。同时芯片研发部内核组研制了指令系统功能模拟器,在当时的X86电脑上模拟龙架构指令,相当于一台300MHz左右的龙架构计算机。系统研发部在该模拟器上开展了Loongnix操作系统的移植。2020年春节期间,“新冠”疫情迅速扩散,国家延长了春节假期,但很多龙芯人都在加班研制龙架构的芯片和软件生态。到2020年10月龙芯3A5000流片回来的时候,已经可以直接运行龙架构的Loongnix操作系统了。在龙架构软件生态建设过程中,除了BIOS、内核外,包括Gcc、Golang、LLVM在内的三大编译器和包括Java、JavaScript、LLVM在内的三大虚拟机的攻关是龙架构软件生态建设的关键,它们都把一种高级语言编译成龙架构指令系统。我们原来没有GoLang和LLVM编译团队,在龙架构生态建设过程中也建设起来了。
2025年12月,Debian社区官宣支持龙架构,标志着龙架构的Linux基础软件体系趋于成熟。Debian操作系统有几万个包,其中与指令系统直接相关的600多个软件包的开源社区主干支持龙架构是Debian支持龙架构的先决条件,Debian操作系统在构建过程中会直接到相关软件包的上游社区(如浏览器社区、内核社区等)抓取相应包构建操作系统。现在,Debian社区每天都自动为龙架构构建操作系统镜像,标志着与指令系统相关的600多个国际上游社区均已实现对龙架构的支持。国内外操作系统如统信、麒麟、欧拉、龙蜥、开源鸿蒙、AltLinux等以及基础应用如微信、QQ、钉钉、腾讯会议、腾讯视频、Codesys等也均实现了对龙架构的支持。
下面摘录豆包关于Debian支持龙架构的评论:2025年12月20日,全球知名开源操作系统Debian官方宣布,龙芯自主研发的LoongArch(龙架构)正式成为其官方支持架构。这是中国自主CPU架构首次纳入Debian核心支持体系,为国产芯片生态走向国际化奠定了关键基础……作为拥有近30年历史的经典开源操作系统,Debian以稳定性强、生态完备著称,其官方架构支持代表着开源社区对硬件平台兼容性与技术成熟度的权威背书。LoongArch成为Debian官方一级架构,是国产自主CPU从封闭信创生态迈入全球主流开源体系的里程碑,龙芯从“下游移植”变成上游原生架构,和X86、ARM、RISC-V平权,成为国产CPU技术标准化的国际凭证……统信UOS、银河麒麟、Deepin、Ubuntu等全部基于Debian衍生的操作系统,可直接复用上游适配成果,不用单独投入巨额人力做龙芯适配,大幅降低国产OS研发成本。政企除国产自研OS外,可直接选用原版Debian部署服务器、工控设备,丰富自主可控的底层系统备选方案。海外客户、工控厂商、云计算厂商可像采购X86/ARM硬件一样直接选用龙芯,预装原生Debian,不用额外定制系统,打开东南亚、中东、俄罗斯等海外市场通道……全球开源正式形成X86、ARM、RISC-V、LoongArch四大主流CPU架构,中国拥有独立自主、被国际开源公认的指令集体系,在CPU指令集、开源标准制定层面拥有席位,改变了过去底层架构标准全由欧美主导的局面,落地我国“第三套自主IT体系”战略目标。
在此过程中,龙芯中科还赢得了与MIPS相关公司关于龙芯中科以及龙架构是否构成对MIPS侵权的仲裁和诉讼,排除了其对龙芯中科上市的干扰,奠定了龙架构作为自主指令系统的法律基础。
历史经验表明,指令系统的拥有者决定商业模式和产业结构,中国任何一个组织如果想做手机芯片,没有ARM公司的同意是做不成的。我国的信息产业不可能基于X86、ARM、RISC-V等美西方的信息技术“墙基”支撑中华民族伟大复兴。2020年公司推出龙架构自主指令系统是龙芯发展历史上的重大转折,为我国构建独立于X86和ARM的第三套信息技术体系和产业生态打下坚实基础,也为龙芯发展打开了广阔空间。
“十四五”期间从自主化导向转向性价比导向
经过2013-2015三年的研发转型,龙芯开启了持续增长模式。2015年营收上亿元并实现盈亏平衡,2016年营收1.26亿元,2017年营收1.52亿元,2018年营收1.93亿元,2019年营收4.86亿元利润1.93亿元,2020年营收10.82亿元利润0.72亿元(扣除1.68亿元股份支付后),2021年营收12.01亿元利润2.37亿元。
龙芯的营收主要来自党政信创和安全应用两大政策性市场。2022-2024年,党政信创和安全应用两大市场趋于停滞,推动龙芯营收增长的两大“引擎”同时“熄火”,导致2022年到2024年龙芯的营收下降,从2021年的12亿元下降到2024年的5亿元。表面上是市场停滞导致龙芯营收下降,根本原因是龙芯CPU产品本身竞争力不够,需要政策性市场照顾,产品竞争力不足以参与开放市场竞争。即使是政策性市场,也面临X86和ARM CPU的激烈竞争。
结合龙芯CPU在自主化应用中发现的问题以及龙芯中科2022年上市融资的实际情况,2022-2024年间龙芯中科开展了以提高性价比和完善软件生态为主题的面向开放市场的三年研发转型。经过三年的努力,取得了突破性进展。一是推出了以3A6000桌面CPU、3C6000系列服务器CPU、3B6000M/2K3000终端/嵌入式CPU为主要代表的新一代CPU“三剑客”,性能比龙芯上一代CPU成倍提高,达到市场主流产品水平,成本大幅降低,性价比是上一代产品的3倍以上,开始具有开放市场性价比竞争力。二是基于自主指令系统龙架构建成与X86、ARM并列的Linux基础软件体系,通过二进制翻译运行X86/Linux及X86/Windows应用,龙架构软件生态壁垒得到有效破解。
由于龙芯CPU产品性价比的提高和软件生态的完善,2025年龙芯中科营收进入新一轮增长周期。2025年,公司销售收入6.35亿元,比2024年的5.04亿元增长26%;毛利润2.99亿元,比2024年的1.57亿元增长91%,毛利率47%,比2024年的31%增长16个百分点。龙芯发展的主要矛盾开始从产品研发端转向市场销售端。
目前,龙芯正站在一个新的历史起点上,开始享受自主化的“红利”。充分发挥自主研发IP的优势,大幅降低CPU及其配套芯片的成本,支持高自主产线的研发;今年上半年交付流片的龙芯3B6600使用1Xnm高自主工艺,实测性能将达到使用7nm或更先进工艺的市场主流X86 CPU性能。系统解决了Linux桌面系统的外设支持问题以及Windows浏览器的兼容问题,龙架构Linux桌面的应用生态局部超过X86和ARM。充分发挥龙芯自主架构的优势,实现对外CPU技术授权,完善龙芯产业生态,形成可持续的收入。
要深刻认识到龙芯这一轮转型的核心是从自主化导向转向性价比导向,工作重心要从应用牵引到产业链建设,主要方向要从政策性市场转向充分竞争市场。过去我们的主要做法是先推动应用部门自主化需求,然后根据自主化需求支持产业链伙伴自由参与,自主应用是根据,产业链建设是条件。随着龙芯6000系列CPU的推出,已经有不少企业因为龙芯CPU的性价比高而选用龙芯,产业链建设是根据,自主化应用是条件。例如,龙芯2P0300打印机主控芯片性价比很高,打印机企业基于性价比考虑选用龙芯2P0300研制打印机,这款打印机既可以在开放市场销售又可以在信创市场销售,提高了企业对使用龙芯打印机主控芯片的信心。又如,最近不少珠三角的头部嵌入式企业基于性价比考虑选用龙芯2K3000研制板卡,而2K3000内置的安全密码处理器可以助力其产品在政策性市场销售。
要主动选择市场,而不是被市场选择。把“一米宽、一百米深”的市场做透,而不是在“一百米”的宽度上全面铺开做“一米深”。商场如战场,销售人员和销售部门经理就是商场战斗或战役的指挥员。龙芯做的是通用CPU,包括面向服务器、桌面、工控应用的多个系列产品,应用面很广。就像长征路上的红军和解放战争初期的新四军,四面都是敌人,都可以打,只要打都能消灭一些敌人,但长征途中只有毛主席知道打哪里对红军损失最小收益最高,解放战争初期的粟裕也是在四面都是敌人的情况下善于打损失最小收益最高的仗。销售人员和销售部门经理要在充分了解龙芯CPU及其解决方案的基础上,善于找到龙芯产品具有优势的市场(不分政策性市场和开放市场),不要在龙芯产品不具优势的市场勉强支撑(尤其是有些政策性市场),打得赢就打,打不赢就跑。面对国家推进的自主化需求或客户找上门来的需求,要进行鉴别,要十里挑一,找那些产业基础好、生态壁垒低、市场容量大、容易发挥龙芯性价比优势的客户做。例如,云中心和算力中心的存储服务器占服务器总量的20%-30%,存储服务器软件生态单一,龙芯3C3000、3B6000、3C6000性价比高,如果我们能够在存储服务器这个“一米宽”的赛道上做到“一百米深”,就可以使龙芯的营收有数量级的增长。
在选择市场时,要聚焦核心客户的核心需求。例如,部分安全应用领域的核心需求是“定位准确、机理清楚”的技术归零能力以及长达20年以上的供应保障,而使用第三方IP难以做到“定位准确、机理清楚”,这就对我们使用自主IP和自主工艺提出了很高的要求。龙芯通过自主研发形成的品牌效应、建立的高可靠芯片研发管理体系以及新一代产品的竞争力将持续推动龙芯芯片在安全应用领域营收的稳步提高。又如,最近某云终端龙头企业提出,如果能够基于3B6000M四核版设计无风扇的云终端,将是信创领域唯一的无风扇云终端,市场前景很好,“无风扇”就是核心客户的核心需求。经过事业部和研发部近期的功耗优化,已经可以满足无风扇云终端的需求。
经过2022-2024年的研发转型,龙芯进入新一轮的增长周期,龙芯发展的主要矛盾从研发端转向市场端。2025-2027年是龙芯三年市场转型期,转型的主要方向是从自主化导向转向产业链导向,从政策性市场走向开放市场,从被市场选择到主动选择市场。这是龙芯在打牢第三套信息技术底座的基础上,迈出产业生态建设的关键一步。
结束语
挨了雷电,是因为站在云巅;中了冷箭,是因为走在前面。过去25年,在前进的道路上充满坎坷,我们跨出的每一步都要克服重重困难,因为我们在为中国的信息产业开一条前人没有走过的新路。过去25年,每次面临危机的龙芯人都能转危为机,多次置之死地而后生,促成龙芯凤凰涅槃般的转型,因为在前进的道路上,我们坚持了以下做法。
一是从国家和人民利益的角度考虑龙芯的发展,站在对国家和人民有利而不是对龙芯自己有利的角度做出关键选择。我们2001年开始做龙芯1号是觉得国家需要,2010年转型走产业化道路也是觉得国家需要,2020年推出龙架构更是认识到做自主体系必须基于自主指令系统。只要认识到国家和人民需要,再难的事情也要去做,即使是遍布荆棘,即使是刀山火海,“虽千万人吾往矣”。
二是碰到问题不埋怨、不抱怨,主要查找自身原因。在“十二五”期间失去国家项目支持时,我们实行2013-2015年的第一轮研发转型,研制出龙芯3A3000、3A4000、2K1000等第二代产品,并通过“减员增效”降低成本,到2015年实现盈亏平衡,“十三五”期间实现CPU单核性能和营收“双十倍”的提高。在“十四五”期间面对安全应用和党政信创市场停滞以及国内X86和ARM技术路线的激烈竞争,我们实行2022-2024年的第二轮研发转型,推出龙芯3A6000、龙芯3B6000M/2K3000、龙芯3C6000系列芯片等“三剑客”,比上一代产品性能成倍提高、成本大幅降低,并实行“稳员增效”控制成本,实现2025年营收、毛利率量质齐升,进入新一轮增长周期,逐步摆脱对政策性市场的过度依赖。
三是在实践中不断总结经验教训,采取灵活机动的战略战术,在产业化中学习产业化。正是因为我们在受了气之后认识到用国外指令系统研制CPU的前提是不能超过指令系统的拥有者,一旦接近超过的临界值,就会被限制,丫鬟拿了一辈子钥匙还是个丫鬟,永远做不了主人,我们才推出自主指令系统龙架构。正是因为我们在吃了亏之后认识到我国CPU与国外CPU的主要差距在于单核性能,并不是核数不够,因此花了十年时间只做四核,从3A1000到3A6000,主频从1.0GHz提高到2.5GHz,SPEC CPU2006定点单核实测性能从2.5分提高到50分;在四核3A6000完成单核性能“补课”后,只花了不到两年就推出16/32/64核3C6000/S/D/Q。龙芯的软件生态也在试错迭代中不断进步,“十二五”期间龙芯CPU主要面向比较单一的工控类应用,“十三五”期间龙芯CPU开始应用于办公类信息化系统,“十四五”期间龙芯CPU开始应用于业务类信息化系统,“十五五”期间龙芯CPU将进军海外和开放市场。在上述过程中,我们结合应用需求先后组织了浏览器和Java虚拟机、统一系统架构、虚拟机和云平台、龙架构基础软件、跨指令系统兼容平台、自研通用GPU基础软件等从“0”到“1”的系列基础软件专项攻关,并提出了“夯实基础、广泛兼容、自主应用”的龙芯软件生态“三步走”战略。随着基于自研通用GPU的图形和算力软件栈完成研发攻关,龙芯基础软件研发将摆脱“补课”型攻关的阶段,实现“功能完整、架构稳定、问题收敛、性能优化”的阶段目标,进入常态化维护、完善和优化的新阶段,并开始大力发展自主应用。
经过25年的努力,大家不再怀疑龙芯是假的,也不再怀疑龙芯没有用。龙芯是给国家“保底”的CPU,这一点已经得到公众、领导、产业链伙伴的充分认可;但对于我们要构建第三套信息技术体系和产业生态的目标,信的人不多,怀疑的是多数。这是一条不容易走通的道路,但走通后前途最光明,对国家和人民的好处最大!我们已经在这条路上走了25年了,我们还要咬紧牙关,拍拍身上的灰尘,振作疲惫的精神,继续走下去。“我们走在大路上,我们的道路洒满阳光,我们的前程无比辉煌,我们献身这壮丽的事业,无限幸福无上荣光。”

龙芯中科芯片家族
龙芯的发展最后都落实到一支有战斗力的团队上。中国共产党在发展历史上,做了很多大家都觉得不可能做到的事情,包括长征、抗美援朝、“两弹一星”等。龙芯过去25年的发展,也做了一些大家都觉得做不到的事情:推出自主指令系统龙架构并建成与X86、ARM并列的Linux基础软件体系,使用1Xnm工艺设计出与Intel、AMD使用7nm或更先进工艺性能可比的CPU,设计出与英伟达算力密度可比的通用GPU核,解决国际上制约Linux桌面几十年的外设兼容问题,等等。这些都依靠一支理想坚定、作风过硬、敢打硬仗、有战斗力的团队。这个团队的最本质特征就是“三个坚持”,即坚持为人民做龙芯的根本宗旨,坚持自力更生、艰苦奋斗的工作作风,坚持实事求是的思想方法。
为谁做龙芯的问题是我们思想的“总开关”,是龙芯生存的基础,决定着龙芯的前途和命运。一个人工作的目的可以分为四个层次,或者爬四级“台阶”。在第一级“台阶”上,工作的目的是挣钱,可以说是图利。在第二级“台阶”上,除了挣钱之外,还希望自己取得事业上的成就,有时候为了事业的成就少挣点钱也没关系,可以说是图名。在第三级“台阶”上,工作的目的是国家的富强,“两弹一星”的前辈许国忘家,“干惊天动地事、做隐姓埋名人”就到了这个境界,为了国家牺牲自己的名和利。在第四级“台阶”上,工作的目的是人民的幸福,境界又高了一个层次,作为社会的精英阶层,不仅没有瞧不起底层的工人农民,而且为了让他们过上好日子而努力工作,这是共产主义者的境界,是佛陀的境界。现在很多人把“打工人”比作“牛马”,毛主席曾高度称赞鲁迅先生“俯首甘为孺子牛”的精神,为人民做“牛马”是光荣的,为人民“打工”是高尚的。大家可以经常想一想,自己站在哪个“台阶”上。作为龙芯人,我们要不断提高自己的修养,践行龙芯的“三个坚持”,努力站上更高的“台阶”,成为一个对国家和人民有用的人。
历史是人民创造的,龙芯的历史是全体龙芯人创造的。值此龙芯25周岁之际,让我们拿起笔来,记录自己在龙芯的所做、所见、所想、所思、所忆,可以是一段亲身经历的历史,可以是一件记忆深刻的小事,也可以是纠结很久后的恍然大悟,大家一起记录龙芯25年的历史,到年底编辑成册,在年终总结会上发给每一位龙芯人。
2026年8月19日
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