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龙芯:18年自主研发,从实验室走进北斗卫星

2018-05-08 14:11:16  来源:北京日报  作者:孙奇茹
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  过去一年,龙芯中科公司实现营收1.5亿元,已连续三年盈利。而放眼全国,做CPU(计算机中央处理器)盈利的极为少见。

  2001年8月19日清晨,龙芯1号诞生,电脑屏幕上那行“godsonlogin”的显示,终结了中国计算机产业“无芯”的尴尬历史。但现场欢呼雀跃的研发团队成员并未预想到,从实验室通往市场的道路,会如此曲折艰辛。尽管曾经先后在包括北斗卫星在内的十几种国家重器以及党政信息系统中得到应用,但以龙芯为代表的自主研发芯片,想要撬开个人电脑等大众消费市场还面临巨大考验。

  “狗剩”断奶:摆脱补贴依赖连续三年盈利

  北京西北六环附近的龙芯产业园,负责软硬件开发的工程师正在全力推进龙芯新产品的设计和测试。

  4月初,一张粉红色的信纸被送到了这里:“龙芯的抗辐照系列芯片在组网卫星中得到了成功应用,实现了国产处理器自主可控,以过硬的产品提升了北斗的质量。”这是一封来自客户的感谢信,寥寥数行,却重若千钧。

  能经受零下55摄氏度至零上175摄氏度的极端温度考验,能抵抗外太空宇宙射线的强辐照,还要有持续稳定运行15年之久的使用寿命……长期以来,中国人造卫星所需要的宇航级芯片绝大部分依赖进口。2015年4月,随着搭载龙芯抗辐照芯片的第17颗北斗卫星升空并顺利开机运行,我国卫星导航系统在自主可控的征程上迈出了关键一步。

  “龙芯抗辐照芯片,突破了西方国家的技术封锁,价格只是国外同等芯片的十分之一。”龙芯中科总裁、中科院计算技术研究所总工程师胡伟武自豪地说。

  但就在五年前的春天,龙芯和胡伟武本人还在经历极寒时刻:“账上的钱,眼看都不够发工资了。”

  龙芯研发之初,项目团队给起了一个极接地气的中文名,“狗剩”(godson),寓意是名字贱一点儿、好养活。后来胡伟武带着课题组骨干毅然告别中科院体制,组建龙芯中科公司,就是想摆脱对政府补贴“喂奶”的持续依赖,从伸手要经费,变为从市场赚经费。

  市场的残酷很快让龙芯走到了彻底“断奶”的关口。2013年,受同行业“汉芯造假”的负面影响波及,加上国产芯片产业化进展迟缓,国家转而支持几家与国外企业合资、合作的芯片研发企业,龙芯的项目经费逐渐枯竭。

  为了养活自己,龙芯紧跟特定客户需求,开始发力研制针对宇航、石油等行业的专用芯片,希望尽快获得宝贵的现金流。“坐在桌边,被对面的客户指着鼻子骂,低头听吧。”当年市场拓展的艰辛,胡伟武记忆犹新,“有时甚至要放下尊严。”在不懈努力下,慢慢地,除了上天的卫星芯片,入地的石油钻井芯片,电动汽车充电桩、红绿灯、机顶盒等也开始越来越多地搭载刻有“龙芯”字样的芯片。

  自主之痛:跳出巨头掌控市场接轨难

  面临同样困境的,不只是龙芯。因为海外巨头建立的专利壁垒,已经强大到很难绕开。

  “当我们做出CPU,而且"芯"跳了。我们把它捧到手上,想献给别人,中国却没有一家第三棒(下游)企业能接。”曾参与国产自主CPU方舟项目,又亲历永中Office产业化困局的业内人士梁宁回忆,当他们的自主芯片做出来后,因为没有自主设计核心电路板的能力,没有配套软件可用,国产软件遭遇格式不兼容及不尽如人意的用户体验,最终“溃败如山”。

  目前,我国的信息产业主要建立在Wintel(Intel的CPU和微软Windows操作系统)和AA(基于ARM指令集的CPU和谷歌Android操作系统)两大技术平台上,接受与这两大平台合作,在对方的技术体系中做开发,不仅出成果更快,在应用层面与市面上主流操作系统、软件等的兼容也会顺畅许多。如华为麒麟芯片、上海兆芯X86通用CPU的研发,就属于这种模式,与市场接轨相对容易。但风险也不容回避,因为ARM和英特尔授权到期就得再购买,外商每一次更新指令集还得购买。

  胡伟武毅然选择了自主程度更高、风险也更高的研发模式,“每一行源代码都要自己写。”在他看来,在别人掌控的技术体系中做产品,不可能形成安全可控的信息技术体系。这份执着坚持,也让龙芯付出了沉重代价。时至今日,普通消费者依然还用不上搭载龙芯处理器的笔记本电脑。

  原因很简单,一方面龙芯电脑在价格和性能上与主流电脑相比毫无优势,另一方面,这些电脑不能兼容Windows操作系统,与之匹配的购物、游戏、炒股等各种应用软件少之又少。

  持续碰壁之后,龙芯团队终于意识到,芯片设计难度大,但与市场接轨的相关软件系统开发难度更大。

  “生态圈”起步:研发“长跑”力争走进百姓家

  2018年4月18日晚,在中科院计算所的会议上,当一张罗列着2017年中国集成电路产业现状的图表出现在大屏幕上时,会场气氛一下变得压抑低沉。

  图表中的数据看起来令人悲观:在中国的计算机系统、通用电子系统、通信设备、内存设备、显示及视频系统五大系统中,超过一半以上的核心集成电路芯片国产率为“0”,即便是国产率最高的移动通信终端处理器芯片,这一数字也只不过是22%。

  抛开市场份额不说,潜心发展多年后,国产自主芯片的技术水平到底如何?

  胡伟武坦言,除了在北斗卫星等国之重器中的应用,龙芯在行业、民用市场的应用还是以低端芯片为主,性能超过了国外主流CPU低端系列产品。预计龙芯3A4000、3A5000研制成功后,性能会向世界中高端产品逼近,届时将可以大力拓展大众消费市场。

  “龙芯已经走了18年,再干12年,这条路应该走得通。”年过半百、头发花白的胡伟武,为这场30年“长跑”定下的目标,就是围绕龙芯建立一套完整的软硬件体系,形成独立自主的国产芯片“生态圈”。

  为了改进用户体验,龙芯着力于应用程序编程接口和软硬件交互的大幅优化,与金山公司、紫光股份、搜狗输入法等合作,提升龙芯电脑的兼容适配性。龙芯还在开源社区上公布了最新操作系统“Loongnix”,吸引开发者入驻参与。

  经过多年努力,围绕龙芯CPU进行下游产品研发的单位已有500多家,技术人员达上万人,基于自主可控CPU的生态产业链初步形成。

  但是,要建立起与Wintel体系、AA体系相抗衡的第三大IT自主体系,即便是有中国庞大的潜在应用规模作为支撑,依然是无比艰巨的任务。

  对此,不少业界人士指出,“中国芯”的崛起,要依靠多条腿走路,在海外成熟平台的基础上研发新品和保障党政军信息系统安全的纯自主模式将长期并存。

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