2019年12月24日，北京龍芯中科技術(shù)服務(wù)中心有限公司發(fā)布了龍芯新一代通用CPU產(chǎn)品。這一芯片產(chǎn)品采用新工藝，使用其最新研制的新一代處理器，通過設(shè)計優(yōu)化成倍提升了性能。同時，新一代芯片內(nèi)集成了安全機制，實現(xiàn)了自主可控和安全可靠的統(tǒng)一。請關(guān)注今日出版的《解放軍報》的新聞報道——
圖為“中國芯”CPU。
打造新時代“中國芯”
2019年12月24日，北京龍芯中科技術(shù)服務(wù)中心有限公司發(fā)布了龍芯新一代通用CPU產(chǎn)品。這一芯片產(chǎn)品采用新工藝，使用其最新研制的新一代處理器，通過設(shè)計優(yōu)化成倍提升了性能。同時，新一代芯片內(nèi)集成了安全機制，實現(xiàn)了自主可控和安全可靠的統(tǒng)一。
我國的CPU研發(fā)起步并不晚，但發(fā)展過程較為坎坷，相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展一直面臨“缺芯”問題。近年來，一大批國產(chǎn)CPU設(shè)計單位成長壯大，自主研發(fā)也逐漸嶄露頭角，相關(guān)產(chǎn)品不斷迭代升級，實現(xiàn)了從“可用”到“好用”的突破。
巨頭壟斷的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)
CPU，即中央處理器，被視為計算機的“大腦”和“心臟”，是計算機運算核心和控制核心，屬信息處理、程序運行的最終執(zhí)行單元。它可被看作一個巨復雜系統(tǒng)，又可謂一個國家的大宗戰(zhàn)略產(chǎn)品。在信息化、智能化時代，是國家戰(zhàn)略安全、產(chǎn)業(yè)安全的重要保障。
1971年，Intel公司發(fā)布了世界第一款微處理器芯片，這也是第一款商用計算機微處理器。自此，CPU產(chǎn)業(yè)發(fā)展之快超乎想象，目前通用CPU產(chǎn)品主要用于計算機和服務(wù)器領(lǐng)域，而嵌入式CPU產(chǎn)品則廣泛應用于如工業(yè)控制、汽車電子、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、消費電子、移動通信、智能家電等電子設(shè)備上。如今，一片小小的CPU芯片，不僅直接關(guān)乎一個國家的戰(zhàn)略安全、產(chǎn)業(yè)安全，同時也早已滲透、影響到人們生活的方方面面。
早期，全球CPU芯片僅由全球寥寥幾家大企業(yè)掌握，他們主導和參與著由CPU指令集、CPU內(nèi)核研發(fā)到最終芯片形成的整個制造環(huán)節(jié)。
歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，隨著全球產(chǎn)業(yè)分工、產(chǎn)業(yè)模式不斷調(diào)整，逐漸形成了某些專門提供CPU內(nèi)核的知識產(chǎn)權(quán)企業(yè)。他們不設(shè)計芯片，而是基于某種CPU指令集，專注于CPU內(nèi)核的設(shè)計，并將設(shè)計好的CPU內(nèi)核以知識產(chǎn)權(quán)的方式提供給芯片設(shè)計企業(yè)使用。
在當時，這類企業(yè)主要有英國的ARM公司以及美國的MIPS公司，他們提供CPU內(nèi)核給芯片設(shè)計企業(yè)使用，而芯片設(shè)計廠商則通過獲得他們的指令集架構(gòu)授權(quán)進行設(shè)計。
目前，全球CPU指令集架構(gòu)市場基本是由Intel和ARM兩大巨頭廠商壟斷。在通用CPU芯片領(lǐng)域，Intel占據(jù)了全球超過90%市場份額，在嵌入式CPU芯片領(lǐng)域，ARM的芯片也占據(jù)了全球90%以上的市場份額。其中在通用CPU芯片領(lǐng)域，Intel和AMD是占據(jù)主流市場的兩大廠商，Intel更是以其雄厚的技術(shù)積累長期處于“領(lǐng)頭羊”的位置。2019年，AMD爆發(fā)出前所未有的強悍能量，推出全新產(chǎn)品，向Intel發(fā)起了全面挑戰(zhàn)。
CPU產(chǎn)品除了自身技術(shù)因素外，更多依托的是生態(tài)，生態(tài)的作用在CPU市場上的表現(xiàn)十分突出。在傳統(tǒng)的電腦市場上，Intel和微軟構(gòu)成的“Wintel”體系一直牢不可破，Intel引領(lǐng)著CPU的發(fā)展，并領(lǐng)導著一批PC硬件和制造企業(yè)為其適配。在移動市場上，ARM和Android的組合同樣具備強大的影響力，ARM占據(jù)了全球95%的移動芯片授權(quán)市場，而Android在移動操作系統(tǒng)市場上的份額也高達85%。
目前，在設(shè)計環(huán)節(jié)，芯片仿真設(shè)計軟件的核心技術(shù)被美國企業(yè)壟斷。在制造環(huán)節(jié)，最先進的7nm制程技術(shù)則被跨國公司掌握。
自主研發(fā)的坎坷之路
CPU作為一個巨復雜系統(tǒng)，同其他芯片器件不同，它不但強調(diào)邏輯控制，還需要有強勁的性能，技術(shù)實現(xiàn)難度非常之高。特別是經(jīng)過近50年的發(fā)展，其內(nèi)部架構(gòu)和邏輯關(guān)系已經(jīng)變得錯綜復雜，全球能夠獨立研發(fā)高性能CPU的國家非常少。
我國的CPU研發(fā)長期以來一直處于追趕者的位置，絕大多數(shù)CPU都是進口或者采購國外企業(yè)在華產(chǎn)品，相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展市場受制于人。
近年來，我國CPU自主研發(fā)逐漸進入快車道。自2001年開始，我國開始啟動CPU自主設(shè)計項目，產(chǎn)生了以龍芯中科、天津飛騰、申威等為代表的國產(chǎn)CPU品牌，產(chǎn)品性能逐漸提高，應用領(lǐng)域不斷擴展，使中國長期以來無“芯”可用的局面得到極大扭轉(zhuǎn)，為構(gòu)建安全、自主、可控的國產(chǎn)化計算平臺奠定了基礎(chǔ)。
雖然進步明顯，但目前國產(chǎn)CPU整體性能與國際領(lǐng)先水平還有一定差距，高端芯片還嚴重依賴于進口，我們長期以來一直處于追趕者的位置依然沒變。據(jù)龍芯首席科學家胡偉武介紹，龍芯新一代通用CPU產(chǎn)品是我國自主研發(fā)CPU從中低端走向中高端的重要標志。
與此同時，國產(chǎn)CPU研制還面臨諸多困境：
一是生態(tài)環(huán)境。在產(chǎn)業(yè)環(huán)境方面，集成電路（IC）自給率低，同時中國企業(yè)即便是能夠達到Intel的硬件水平，仍很難突破微軟的軟件壟斷。
二是系統(tǒng)架構(gòu)。目前國內(nèi)CPU的架構(gòu)全是出自國外授權(quán)，不論是構(gòu)建自己技術(shù)體系的龍芯、申威，自主設(shè)計微結(jié)構(gòu)的飛騰、君正、眾志，還是和國外廠商合資的兆芯、宏芯等，都面臨著難以逾越的專利壁壘。
三是專業(yè)人才。硬件產(chǎn)業(yè)是技術(shù)密集型行業(yè)，需要大量高級管理和技術(shù)人才，而人才的引進不是件輕而易舉的事。
四是制造裝備。CPU的制造需要經(jīng)歷幾百道不同工藝加工，且全是基于精細化操作，而目前我國能生產(chǎn)出中端光刻機的企業(yè)并不多，制造儀器的落后也是影響國產(chǎn)CPU發(fā)展的關(guān)鍵因素。
面向未來任重而道遠
統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2019年前7個月，我國芯片累計進口額為1645.71億美元，繼續(xù)超過原油居國內(nèi)進口產(chǎn)品首位。其中，處理器及控制器芯片（主要為CPU）進口額為749.71 億美元，占到芯片進口額的46%。
近年來，西方國家對我國超算、服務(wù)器、智能手機、通信系統(tǒng)設(shè)備等整機制造核心企業(yè)的壓制持續(xù)升級，以Intel、AMD為代表的國際巨頭廠商在技術(shù)研發(fā)上繼續(xù)用力，CPU產(chǎn)品不斷迭代升級，“擠壓”著國產(chǎn)CPU的發(fā)展。
作為電子信息終端制造大國，一旦在CPU這種關(guān)鍵器件上遇到“卡脖子”問題，我國如缺乏有效的應對和準備，將會對整個電子信息行業(yè)甚至國民經(jīng)濟、社會發(fā)展產(chǎn)生大的影響。
國內(nèi)有志之士形成共識：引進國外高新技術(shù)不是長久之計，關(guān)鍵核心技術(shù)是國之重器，必須牢牢掌握在自己手中。國產(chǎn)CPU的發(fā)展，最根本的就是走自主可控的發(fā)展道路。
面向未來，不論是營造可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境，還是培養(yǎng)高級管理與技術(shù)人才，國產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)的發(fā)展任重而道遠。龍芯首席科學家胡偉武指出，我國信息產(chǎn)業(yè)的根本出路在于建立獨立的第三套生態(tài)體系。自1980年以來，Wintel聯(lián)盟就一直主導著全球PC市場。在這種聯(lián)盟的影響下，全球個人電腦產(chǎn)業(yè)形成了所謂的“雙寡頭壟斷”格局。
中國要發(fā)展自己的 CPU產(chǎn)業(yè)，也必須有堅強的同盟，走合作發(fā)展之路，軟件、硬件企業(yè)不能各自為戰(zhàn)，要進行強強聯(lián)合，不斷提升整體性能水平，共同推動產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化進程。
以龍芯為例，龍芯提供開源的基礎(chǔ)版操作系統(tǒng)，支持下游的操作系統(tǒng)企業(yè)、整機設(shè)備企業(yè)、解決方案企業(yè)推出產(chǎn)品版操作系統(tǒng)，通過基礎(chǔ)版操作系統(tǒng)統(tǒng)一系統(tǒng)架構(gòu)，實現(xiàn)操作系統(tǒng)跨主板兼容和CPU代際兼容，實現(xiàn)應用在不同整機平臺的兼容。
據(jù)悉，在此前完成設(shè)計能力“補課”的基礎(chǔ)上，龍芯團隊計劃于今年和明年推出更新的產(chǎn)品，其通用處理性能將達到產(chǎn)品級的世界先進水平。（文/顏士強 周騰飛）
