直(zhi)到2020年(nian)美国使出大招，说我们只要用了美国技(ji)术的企业，就不能给华为服务，直(zhi)接切断了华为的生产渠道。因为台(tai)积电的生产设备里有(you)美国技(ji)术，所以它就无法给华为生产。

通过(guo)一次次的事件，大家能够看到芯片是(shi)多么重要，芯片是(shi)扎扎实实地(di)被(bei)卡着脖子。

CPU的研制

什么是(shi)CPU呢？

CPU应该(gai)说是(shi)芯片中的芯片，是(shi)芯片中最难做的一种芯片，它的复杂度、性能要求是(shi)最高的，它是(shi)应用在我们个人电脑、服务器等最需要性能的场合的。

这就是(shi)我们做的几颗芯片的样(yang)子，它最大也只有(you)几平方厘米，但(dan)是(shi)里面大有(you)玄机。一颗芯片里可以藏几十亿个晶(jing)体(ti)管，这是(shi)一个最基础的单元(yuan)，它一秒(miao)钟能够进行上百亿，甚至更(geng)多的运算。

如果我们把科研比作攀登高峰，那么做芯片可以说是(shi)在爬喜(xi)马拉雅山，做CPU就是(shi)爬珠(zhu)穆朗玛峰。

国产芯片的市场情况是(shi)非常堪忧的，我们可以看到，各种领域里，国产芯片的占有(you)率很多都是(shi)0，包括个人电脑和服务器里用的CPU。这个0，当然不代表完全没有(you)，只是(shi)说数量太少，可以忽略不计。

比如CPU这块，我们这两年(nian)进步很大，有(you)希(xi)望把这个数字改成1%，但(dan)也就是(shi)仅此而已。

这样(yang)的占有(you)率对我们来说，会有(you)什么样(yang)的后果呢？

我国每年(nian)在进口芯片上面，要花几千亿美元(yuan)，这是(shi)第一。

第二，因为我们无法做芯片，就占不到产业的上游，真正的IT产业里最赚钱的企业，往往都是(shi)上游这些做芯片的。我们整个电子信息产业中，百强企业的利润加起来还不如美国一家苹果公司的利润，这就是(shi)我们为此付出的代价(jia)。

当然，这个情况不是(shi)没有(you)人看到，比如为什么华为现在被(bei)美国制裁，仍(reng)然能够挺住它的攻击？就是(shi)因为十几年(nian)前，它就已经意识到这个风险，开始启动了备胎芯片的计划，在内部悄悄地(di)做了很多芯片。

在科学界，我们计算所的老所长李国杰院士，也是(shi)早在2000年(nian)前后，就在国家到处呼吁，说我们必须立项做CPU了。当时专家们有(you)很多意见，大家都觉得这个太难了，现在还不到时候，所以当时从国家没要到钱。

后来李所长就下(xia)定决心(xin)，从自己计算所有(you)限(xian)的经费(fei)里挤了100万，先在所里立了一个内部课题，鼓励年(nian)轻人来做CPU，这时才(cai)有(you)了我们龙芯课题组。

真正做起龙芯来时，我们才(cai)发现，做CPU不是(shi)爬一座山，而是(shi)爬N座山，这些山大概可以分成两个群。

一群是(shi)来自CPU里的，要做一个好的芯片，做一个性能很高的、用起来很快的芯片，有(you)非常多挑战。

但(dan)是(shi)，即使做出这样(yang)一颗芯片，要放到市场上去能用起来，就意味着外面要打通一个产业链。得有(you)很多人愿意用龙芯，愿意给它做整机，愿意给它写软(ruan)件，要有(you)一个繁荣的产业生态，这一群山在某种意义上来说难度更(geng)大。

里面CPU的设计难在哪里呢？

主要就是(shi)大、复杂。为什么呢？

现在我们的半(ban)导(dao)体(ti)工艺发展很快，最新的工艺是(shi)5纳(na)米，5纳(na)米是(shi)什么概念呢？一根头发丝是(shi)80微米左(zuo)右，5纳(na)米就意味着能在头发丝里放16000根线，它能在头发丝这么小的地(di)方走那么多。

一颗芯片里，现在典型的能够在里面放几十亿到上百亿的晶(jing)体(ti)管，这么多资源在里面怎么指挥，怎么组织分工协调，才(cai)能让它发出最大的效力？

还有(you)很多其他的局限(xian)性，比如并不是(shi)堆(dui)得越(yue)多越(yue)好，它在工作时是(shi)会发热的，热到一定程度，它就无法再继续工作。而现在的芯片真正工作起来时，里边的热的密度就差(cha)不多已经相当于电炉丝的密度了。

在这种限(xian)制下(xia)，又(you)不能无限(xian)制地(di)堆(dui)，但(dan)是(shi)又(you)要极限(xian)地(di)去追求性能，极限(xian)地(di)压榨工艺的潜力，这时就要想办法去做设计挑战。

设计又(you)可以分成前端后端，比如这张图展示(shi)的。

做前端就是(shi)要研究把100亿个晶(jing)体(ti)管怎样(yang)分类组织，要放几个加法器，放几个乘法器，放几个做存储(chu)，放几个做寄存器。它们彼此之间怎样(yang)互联互通的效率最高，最后形成一个设计，变成一个线路。这个线路要跟具体(ti)的工艺相匹(pi)配，比如是(shi)要到台(tai)积电的7纳(na)米工艺上去做呢，还是(shi)在中兴国际的28纳(na)米工艺上去做。

根据(ju)不同的工艺，它有(you)不同的物理参数、物理特点，我们要把这两个东西很好地(di)匹(pi)配起来。

这里面这么多线，这么多晶(jing)体(ti)管，只要任何一个出错，就有(you)可能导(dao)致整个芯片无法正常工作，所以芯片设计里有(you)很多挑战。

龙芯横空出世

从最早开始，我的运气很好，在2000年(nian)进到计算所时，我的导(dao)师就是(shi)龙芯的总设计师——胡伟武老师。那时胡老师也还年(nian)轻，刚刚开始带学生，当时他从所里揭英(ying)雄榜(bang)，把李所长立的100万做芯片的前期研究的事承担下(xia)来了，正在筹备着做龙芯。

所以我这20年(nian)，就一直(zhi)在做这一件事情，从头到尾，见证了龙芯的发展过(guo)程。

这是(shi)我们最早做的龙芯1号。2000年(nian)课题组成立时，一共(gong)只有(you)2个老师和十几个学生。包括老师在内，没有(you)人做过(guo)CPU，一切从零开始。但(dan)那时大家都非常振奋，非常激动，觉得有(you)这么一个挑战机会非常难得，所以我们就没日没夜地(di)看资料，去做各种设计讨论，然后调试测试。

有(you)一句话说：天道酬勤。

我的印象(xiang)特别深刻，因为当时我们在调试一些问题时，经常会发现，如果朝九晚五，下(xia)班到点就走，好像有(you)些问题永远也解决不了，始终没有(you)灵感。

但(dan)是(shi)如果下(xia)了狠心(xin)，说这个问题一定要解决，不解决就不回去睡觉。这时熬上一天、两天、三天，经常在深更(geng)半(ban)夜，夜深人静时，一个灵感突然来了，问题就突破了。

所以那时，我们隔三差(cha)五地(di)就会熬上一阵，碰到一根硬骨头，就把它熬出来。一年(nian)时间，我们就把一个原型性的芯片做出来了。

中科院的领导(dao)非常高兴，马上就给我们追加了500万的经费(fei)，使得我们能够继续往下(xia)做。

2002年(nian)8月10日凌晨6点08分，这个芯片正式调试成功启动。胡老师也很高兴，登录(lu)到系统里，输(shu)入了一段(duan)话。大概意思就是(shi)说，今天我们中国信息产业无芯的历史结束(shu)了，在场的人们见证了这个过(guo)程。然后把我们在场人的名字全部都列(lie)在那里。

现在我们回过(guo)头去看，这个芯片还是(shi)一个很粗糙的设计，但(dan)是(shi)重要的是(shi)那时能有(you)去做这件事的勇气。

而龙芯一号出来后，大家信心(xin)大涨，我们从国家那边，从863项目(mu)又(you)得到了支持(chi)，继续做龙芯2号。

那时国际上已经做了几十年(nian)芯片了，我们从零开始，还有(you)很多有(you)差(cha)距的地(di)方需要追赶(gan)，所以我们做了很多计划。我们把国际上先进的技(ji)术一个一个拿来研究，研究透一个做一个，就是(shi)用小步快跑(pao)的策(ce)略，做了一系列(lie)的芯片。

但(dan)是(shi)，我们一开始就碰到一个很大的挫(cuo)折。龙芯的第一个芯片叫2A，它拿回来后是(shi)“半(ban)身不遂”的。这个芯片只能在电压很小的范围内工作，高了不行，低了不行，一没达到我们的要求，就用不起来。

最后追究原因时发现，是(shi)我们对物理参数，对工艺的理解不够透彻(che)，因为我们都是(shi)做计算机出身的，工艺更(geng)需要做微电子和做物理的人。所以我们当时从微电子所引进了黄(huang)令仪老师和他们团队，就慢慢地(di)把这块短版(ban)补上了。

再接下(xia)去，就是(shi)把一个个先进的技(ji)术往龙芯2号里面堆(dui)，努力地(di)去追赶(gan)国际先进技(ji)术前沿。

2007年(nian)，芯片863验收时，我们做出来的芯片已经比1号快了一个数量级以上，也就是(shi)10倍以上。这时国家非常重视，当时的科技(ji)部部长徐冠华专门来参加龙芯的验收会。

在龙芯2号做到一定程度时，我们觉得这个芯片已经差(cha)不多了，从很多参数来看，我们的确跟当时国际上最好的一些芯片相比，也没有(you)很大差(cha)距了。当时国家正好做了16个重大专项的部署，其中第一个，就是(shi)核高基重大专项。

核高基就是(shi)核心(xin)电子元(yuan)器件高端通用芯片和基础软(ruan)件，就是(shi)为解决我们缺芯少魂的问题开设的。我们从核高基那边拿到了两亿多元(yuan)，看上去是(shi)一笔巨额的经费(fei)，然后就开始做龙芯3号。

当时我们对龙芯3号雄心(xin)勃勃，我们想通过(guo)多核技(ji)术，能够一下(xia)站到世界前沿。多核是(shi)什么意思呢？就是(shi)我们在一个芯片里，同时摆好几个CPU的核心(xin)，让它能够同时独立地(di)做好几个不同的程序，这样(yang)能够增加程序的吞吐(tu)力。

当时主流(liu)的个人电脑还是(shi)单核或双核，但(dan)我们上来就给3A1000就设计了四核，3B1500设计了八个核。

但(dan)是(shi)事实证明，我们走了一个很大的弯路。因为首先，多核芯片本身的技(ji)术很复杂，一下(xia)规模大增，各种测试验证的复杂度都大了很多。

我们花了三年(nian)多的时间，才(cai)好不容易把这个芯片成功地(di)量产。但(dan)是(shi)这时拿到市场上一看，特别是(shi)桌面上的用户(hu)会说，感觉好像跟你三年(nian)前的龙芯2号也差(cha)不多。

然后我们一看，坏了，是(shi)我们的指标体(ti)系出了很大的问题，这就是(shi)我们做科研的一个毛病。当时那些峰值指标确实已经是(shi)世界的领先水平了，但(dan)是(shi)，能表现出来的，在应用软(ruan)件能享受到的，还只是(shi)其中的一个核。

那时很多软(ruan)件是(shi)为单核写的，它用不起那么多核，就像有(you)一堆(dui)小学生，也并不能做一个大人能做的事情。我们当时就没有(you)全面地(di)做好评估，所以就忽略了单核这方面的提升。

然后我们痛定思痛，回过(guo)头来再去提升单核。从3A1000到3A/B2000，我们用完全一样(yang)的工艺，只靠设计，就把它的性能提高了三四倍，到今天最新的产品(pin)，已经足足提高了15倍以上。

我们也注意到，从用户(hu)能体(ti)验到的性能，比如打开一个很复杂的文档(dang)，在原来3A1000的时候要33秒(miao)，到3A/B2000的时候就只要6秒(miao)了，到现在鼠标一点就可以瞬开。

这就是(shi)我们面向(xiang)市场、面向(xiang)用户(hu)去不断地(di)优化后获得的一些成绩。

当然，目(mu)前我们离最新的国际最先进的技(ji)术还有(you)点距离，但(dan)是(shi)很多距离是(shi)来自于我们用的工艺。国际上最新的已经是(shi)5纳(na)米了，我们的3A5000用的还只是(shi)12纳(na)米。

这是(shi)因为我国在工艺这块仍(reng)然是(shi)一个短板，我们不敢用国际上最先进的工艺，担心(xin)随时被(bei)掐。但(dan)在这一块，应该(gai)说我们已经具备了一个很好的国际主流(liu)水平，进入了一个新的创(chuang)新空间。

龙芯生态体(ti)系建(jian)设

当时很多专家认为我们做不了芯片，不是(shi)说我们做不出那么一颗东西来，而是(shi)觉得这个东西无法把外面的产业生态做起来。

什么叫做产业生态呢？

简单地(di)说分为两个部分，一个是(shi)得有(you)人愿意来做你的芯片，就是(shi)他用你的芯片去做机器，然后去卖给用户(hu)。另外一方面是(shi)电脑和别的东西不同，电脑上要跑(pao)软(ruan)件，上面得有(you)丰富的软(ruan)件，用户(hu)觉得东西好用，他才(cai)会买。

这两个东西都很麻烦，首先怎么解决做机器的问题。

所里2004年(nian)在江苏省建(jian)了一个龙芯产业化基地(di)，2005年(nian)把我派(pai)过(guo)去，因为那个基地(di)就在红色景(jing)区沙家浜旁边，所以我们叫南下(xia)沙家浜。

我们到那边去做产业基地(di)，这对我来说是(shi)一个很大的挑战。因为我原来是(shi)天天坐在实验室里的研发人员，到那边去要负责产业化，就是(shi)脱离了自己的舒适(shi)区。

我要想办法学习，跟产业化的伙伴打交(jiao)道。我要去说服别人，展示(shi)龙芯有(you)很多优点，让大家用，然后从别人那边收集反馈，有(you)哪些方面不行，想办法去补。

作为芯片设计人员，我要想办法把我看到的问题反馈给芯片的改进团队，然后想办法帮助下(xia)游的企业，解决它的问题。

我还要去招人，要去管团队，这些工作对我来说都是(shi)勉为其难，赶(gan)鸭子上架，但(dan)是(shi)既然做了，我们就一定要把它做成。所以我咬着牙也就做下(xia)来了。

具体(ti)做什么事情呢？我们首先要在那里把要做的事情分为两步，一个就是(shi)我们把实验室的龙芯样(yang)品(pin)，变成一个可以稳定地(di)批量生产的产品(pin)。

这一点并不容易，最早的芯片是(shi)研究所做的，很多时候研究所没有(you)产业化的经验，想不到很多东西。比如我们最开始拿芯片去找别人生产，别人说你给我一个手(shou)册，不好意思，手(shou)册还没写好。或者是(shi)要相关参数，要不然没法做，那个参数还没有(you)测出来。

当时作为自己做设计的人，我们就起到了集中的作用。我们把产业的信息收集起来再反馈回去，要帮他们解决这个问题，从一步步把这个样(yang)品(pin)做到可以量产的产品(pin)，这里我们学习到很多东西。

但(dan)是(shi)要能够稳定可靠地(di)做产品(pin)，还是(shi)不够，还得想办法要让人愿意买。这个东西稳定归稳定，但(dan)是(shi)如果慢得像蜗牛一样(yang)，或者乏善可陈，那也没有(you)人买。所以我们要想办法去找一个市场，可以体(ti)现出这个芯片的优点，能够让用户(hu)心(xin)甘(gan)情愿地(di)买单。在这个过(guo)程中，要想办法更(geng)多地(di)了解我们的芯片和实际需求的吻合程度。

我们走过(guo)一个很大的弯路，如果当时我们对产品(pin)生态的理解能够更(geng)好一点，也许就不会走那么大的弯路，不至于在单核明明还有(you)很大提升空间的情况下(xia)，就先放着了。

从产品(pin)到商品(pin)，是(shi)产业化基地(di)做的一个很重要的工作，想单单在产业化基地(di)里零敲碎打地(di)找一些人来做合作，找到几个零碎的市场站住脚(jiao)是(shi)不够的。经过(guo)一段(duan)时间的摸爬滚打，我们总结了一些经验，就是(shi)要与(yu)业界优秀的企业合作。

现在电脑里面基本上都是(shi)美国英(ying)特尔公司的天下(xia)，所有(you)的人都围着它转。但(dan)是(shi)就在这个情况下(xia)，也有(you)像苹果等公司，仍(reng)然有(you)它的一席之地(di)，它的MAC电脑很多人都爱用。谷歌也在短短的几年(nian)内，做出一个自己的很大的移动生态，所有(you)手(shou)机都用它的操作系统，它们是(shi)怎么做到的呢？

我们总结了六个字，就是(shi)要开放、兼(jian)容、优化。

什么叫开放？就像谷歌，它的很多软(ruan)件都是(shi)开源的，源代码(ma)直(zhi)接可以下(xia)过(guo)来，大家都可以用，包括它的移动操作系统。

当时移动的老大是(shi)诺(nuo)基亚，但(dan)谷歌的东西又(you)好用、又(you)不要钱，直(zhi)接就能用。所以所有(you)厂(chang)家就蜂拥而上，大家都去用它的系统，一下(xia)就把诺(nuo)基亚打成了过(guo)去时。

英(ying)特尔也有(you)很多值得学习的地(di)方，它十年(nian)前的电脑拿到现在，来也还能跑(pao)今天的软(ruan)件，今天的电脑拿到十年(nian)前的软(ruan)件，装起来也还能用。这些东西很大地(di)减少了整个产业链的损耗，这样(yang)产业链的人就会愿意用，因为这个东西不会总是(shi)改，不会浪(lang)费(fei)很多时间。

还有(you)更(geng)重要的苹果，它的iPad很好用，但(dan)其实iPad在最早开始出来时，它的芯片论运算能力，其实和英(ying)特尔当时的好芯片差(cha)距还是(shi)很大的。但(dan)是(shi)大家感觉不到，大家的体(ti)验很好，因为它的硬件和软(ruan)件高度匹(pi)配。

因为我们早期性能不太够时，也不得不去做很多各种软(ruan)硬件协同的优化，然后发现这里面的空间非常大。

比如最早的龙芯上网，在网页里上下(xia)拖动时，能感觉到有(you)一点迟钝。但(dan)是(shi)我们后来经过(guo)对软(ruan)件对硬件，两个合起来做了优化后，速(su)度提升了几十倍，用起来时，有(you)时感觉比PC还快，这就是(shi)一个典型的例子。

围绕着这六字方针，我们足足花了20年(nian)的时间，一点点地(di)把自己的生态从无到有(you)建(jian)立起来，从有(you)到越(yue)来越(yue)优化、越(yue)来越(yue)好。

前段(duan)时间，我听(ting)到一个同事在说，领了一台(tai)3A4000的笔记本拿来日常办公，都没想到有(you)那么好用。他说这个用起来就没觉得和原来的笔记本有(you)什么区别，这就是(shi)我们的生态。

现在具体(ti)是(shi)什么样(yang)的状态呢？

应该(gai)说我们从0%到1%，就是(shi)这两年(nian)发生的事情，这两年(nian)整个国产的链条都发展得非常快，龙芯从端到云，有(you)一个产业生态体(ti)系。目(mu)前大概有(you)超(chao)过(guo)2000家各种各样(yang)的合作伙伴，有(you)做电脑的，有(you)做软(ruan)件的，有(you)做各种集成服务的……有(you)几万个龙芯的开发人员，现在在天天做龙芯相关的开发。

我们2020年(nian)已经卖了超(chao)过(guo)100万颗龙芯的芯片，这些芯片很多都用在非常重要的领域。2019年(nian)还是(shi)50万，2020年(nian)就超(chao)过(guo)100万了。我们已经走上了一条发展的快车道，我们耳熟能详(xiang)的整机厂(chang)，像联想、同方、方正、浪(lang)潮、曙(shu)光，这些我国最大的厂(chang)商，现在都在卖它们牌子的龙芯电脑。

可以说我们的产业链已经初具规模了，这也是(shi)我们努力20年(nian)的结果。

龙芯选(xuan)择(ze)的是(shi)一个HARD模式，即非常难的一种模式，走的是(shi)高度自主的路线。

因为CPU有(you)很多种做法，我们可以去买一个别人现有(you)的设计过(guo)来，只要花钱足够，也有(you)人能卖给你一些CPU设计。

也可以买别人CPU的指令集授权(quan)，然后自己做芯片，买别人指令集的用处就是(shi)借用别人软(ruan)件的生态，即别人已经做好的软(ruan)件。但(dan)指令集相当于CPU的语言，如果用这个语言，就不用再重新做一套软(ruan)件了。

而我们选(xuan)择(ze)了自己打造一个生态，选(xuan)择(ze)自己做一个指令集。因为我们把培育能力当做最优先的考虑，因为我们国家要做自主可控，最终还是(shi)要掌握这些东西。借助别人的东西，可以快速(su)地(di)达到一定的发展效果，但(dan)是(shi)最终要想实现自由(you)，还是(shi)要掌握自己的能力。

在这一方面，我们付出了很大的代价(jia)，过(guo)了20年(nian)，才(cai)拥有(you)一点点规模，相对于现在成熟的几千万一年(nian)的生态还是(shi)很小的。但(dan)是(shi)，我们现在已经具备了一个很好的发展条件，我们的销量每年(nian)在成倍地(di)增长。

有(you)一个这样(yang)的起步，相信我们会走得越(yue)来越(yue)快，越(yue)来越(yue)能展示(shi)出我们的后发优势。

我们自己做下(xia)来了，优势很明显。我们在什么地(di)方都没有(you)黑盒子，可以非常容易地(di)解决问题。无论问题在哪个地(di)方，都可以把它抓出来解决掉。我们还可以做各种创(chuang)新。

最后，分享我们计算所墙上的一句话，叫做“科研为国分忧，创(chuang)新与(yu)民造福”。

我的导(dao)师的导(dao)师夏培肃院士，是(shi)整个国家计算机的创(chuang)始人之一，她是(shi)做两弹一星的计算机的专家。到我们这一代做龙芯，包括我们计算所做的其他的项目(mu)，比如曙(shu)光机等，都是(shi)这样(yang)，我们整个所都奉行这样(yang)的价(jia)值观。

我们也希(xi)望通过(guo)我们的努力，能够真正地(di)让我们龙的传(chuan)人，都很快地(di)用上龙芯。