中国信息技术发展的“灵魂”

“中国芯”：中国信息技术发展的“灵魂”

●计算机硬件的发展可谓日新月异！我们今天购买的计算机，过几个月就可能成为“非主流”的计算机了。

〇确实如此，不知你是否听说过“摩尔定律”？

●愿听您的详解。

〇摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）提出来的。其内容为：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，而价格下降一半；或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。计算机技术本质是由微电子技术，即集成电路支撑起来的。因此，从这一定律我们可以看出，今天的先进技术，明天就会成为“明日黄花”。从我们购买个人PC机的经验可知，笔记本电脑，从过去的一、二万元，降到现在最便宜的笔记本电脑只需要两千多元，可见信息技术发展之迅猛。

●是啊，确实有这种感受！据我所知，我国的计算机硬件技术比较落后，特别是芯片生产方面，市场上使用的计算机芯片几乎都是来自于西方发达国家。就拿CPU来说吧，目前主要由美国两大CPU生产厂家控制着CPU市场，英特尔公司是公认的老大，它一直领导着CPU的世界潮流，从8086、8088、80286、80386、80486、Pentium、Pentium pro、PentiumⅡ、PentiumⅢ，到现在的PentiumⅣ，它一直推动着CPU的更新换代。而AMD公司则是CPU生产方面的老二，但它却自认为，由于他们在CPU核心架构方面的优势，同一主频的AMD处理器具有更好的整体性能。^[1]

〇确实在市场占有份额上，CPU市场几乎被英特尔公司和AMD公司所垄断。但我国最近几年在CPU的开发研制方面取得了惊人的进步，并且在尖端超级计算机方面也取得了更大的成果，计划研发峰值运算速度达每秒千万亿次的超级计算机，目前世界上运算能力最强的超级计算机的计算能力可达每秒百万亿次。此计划的研发费用可能会超过10亿人民币。

●那您能不能给我们讲一下我国在CPU研制上的过去、现在和未来？这样我们才会有一个连贯的思路！

〇我们都知道，信息产业的核心技术在于CPU。长期以来，我国的PC、服务器一直都是用国外的“芯”，由于缺乏关键核心技术，造成了中国的IT发展在很大程度上依赖于国外厂商，并且只能处于整个IT业价值链的最底层，利润微薄。一颗服务器用的微处理器芯片价格高达几万元，占到服务器成本的百分之七十以上，每年的芯片，国外大公司就从中国赚走一百多亿美元，这是中国第一大进口货物。我国芯片产业的发展必须走自主创新的道路，如果不掌握核心技术，国家安全将受到严重的威胁。美国著名杂志《连线》曾刊登了一篇题为“人民的CPU（中央处理器）”的报道，开篇中写道：“试想，一个国家需要完全依靠从一个与之有着战事冲突或经济往来不稳定的国家进口某种珍贵商品，而且，如果没有这种商品，其整个社会将被迫停顿。这个国家是中国，与之有着战事冲突的国家是美国，而该商品就是‘CPU’。”我相信大家看到后都会感到气愤不已。

美国是全球CPU产业的绝对霸主。长期以来，美国对整个CPU产业进行非常严密的控制。就连欧盟和日本也由于各自不同原因都未发展出自己的CPU产业，而我国在2002年9月28日，首款可商业化、拥有自主知识产权、高性能通用CPU“龙芯1号”（Godson-1）研制成功。虽然“龙芯1号”的性能只达到1997年国际先进水平，但毕竟我国已经迈出了可喜的一步，难怪有些网友亲切地称“龙芯”为“狗剩”。大家不要误解了，如果以前在农村生活过的朋友可能会知道，家长总会给自己的儿子取个什么狗儿、猪儿之类的小名，正是希望取个丑一点的小名能让孩子健康生长，不至于夭折。道理一样，我想网友给“龙芯”取“狗剩”这个小名，也是希望我国的CPU产业能经受住垄断公司的打击，健康地发展下去。

2005年4月18日，国家科技部、中国科学院和信息产业部共同主办的“龙跃神州‘芯’动中国”——“龙芯2号”成果发布及产业化基地成立大会在人民大会堂召开，“龙芯2号”也正式公布了。“龙芯2号”最高频率为500 M Hz，功耗为3—5瓦，远远低于国外同类芯片，已达到PentiumⅢ水平。“龙芯2号”支持64位Linux操作系统和X-windows视窗系统。在短短的22个月时间里，“龙芯2号”CPU性能比“龙芯1号”提高了10倍。

2006年9月13日，“龙芯2号”增强型通过“863计划”信息技术领域专家组验收。专家组认为，该芯片是中国大陆地区第一个采用90纳米设计技术的处理器，最高主频达到1.0 GHz，峰值运算速度达到每秒40亿次双精度浮点运算，该项目的成功，性能达到中低档“奔四”水平，“龙芯2号”增强型处理器的研发成功，标志着我国掌握高性能处理器技术，又在信息领域迈进了关键一步。

图13-5　“龙芯1号”

图13-6　“龙芯2号”

●我想打断一下您，您说到“龙芯2号”增强型是中国大陆地区第一个采用90纳米设计技术的处理器，难道香港、台湾或澳门地区也有能力生产CPU吗？

〇确实，我国台湾地区的威盛电子（VIA Technologies，Inc.简称VIA）目前是全球第四大集成电路（IC）设计商、最大的芯片组供应商，也是全球PC用CPU生产商之一。

●威盛电子真是太了不起了！我们的“龙芯”系列真希望能和威盛电子一样能在芯片市场上站稳脚跟！

〇好消息已经传来了。2010年4月23日，我国服务器完全自主化的征程迈上了新台阶。以“自主　创新　引领未来”为主题的曙光龙芯服务器发布会吸引了来自社会各界的全面关注，来自北京市的主要政府领导、中科院计算所领导、曙光公司、龙芯公司、北京计算中心以及合作伙伴等社会各界人士应邀出席。曙光公司向到场的嘉宾以及社会各界展示了由中国全线自主创新的龙芯服务器产品，主要包括龙芯刀片服务器、龙芯高性能计算机等龙芯服务器产品。我国具有完全自主化的服务器产品——曙光龙芯刀片服务器。这标志着我国服务器产业迎来了全新的纪元：中国国产服务器全线自主化与国产化的目标终获实现！

其实，十多年来，龙芯已经从当初的科研成果，逐渐成长为龙芯处理器产品，并衍生成现在的整个龙芯产业。市场上已经有数十个型号的龙芯产品得到应用，而2007年在江苏实现了10万台龙芯电脑的销售成绩（电脑下乡），国家还有一个150万套左右的采购计划。此外，龙芯产品由于自主化优势，在网安、工控、消费类电子领域的市场份额与日俱增。

●确实可喜，但我国的龙芯系列到底能走多远呢？毕竟与英特尔和AMD两巨头相比，我国的龙芯相对还是比较弱小！

〇你有疑问也是正常的！毕竟英特尔和AMD两大巨头在CPU市场上摸爬滚打了近半个世纪，几乎垄断了通用CPU市场多年，我国的“龙芯”要与他们哥俩正面竞争胜算很小。但这里有两个概念要区分，通用芯片和嵌入式芯片。通用芯片，也就是常说的PC芯片，在通用芯片领域，的确基本被英特尔和AMD两大厂商垄断，由于近年来全球经济衰退，PC的需求趋向于饱和，通用芯片的市场就受到了很大的影响。嵌入式芯片相对于通用芯片来说是功能相对单一化的芯片。它几乎出现在目前所有电器产品之中，小到一部手机，大到一架飞机，其中有几块到数十万块芯片，可以说现代社会的物质基础是建立在小小的嵌入式芯片之上的。随着技术的进步，新产品对嵌入式芯片数量的需求不断增加，同时，中国经济一枝独秀，对嵌入式芯片的需求量也在增加。相对于PC芯片每年几亿的需求量而言，嵌入式芯片需求量已经可以用天文数字形容了。这个市场其实正处于发展阶段，目前还没有哪个厂商处于绝对垄断的地位。因此，我国的龙芯在研发兼顾通用芯片的同时，利用龙芯小于0.5瓦的低运行功耗特点，进入英特尔势弱的嵌入式芯片应用市场，以期广泛应用到手机等产品中。

我们从龙芯产品的定位，不难发现，“龙芯1号”的定位是应用于嵌入式系统，“龙芯2号”的定位是应用于PC机，“龙芯3号”的定位是应用于服务器。目前公布的“龙芯3号”就是“龙芯3A”，采用65 nm制造工艺，集成了4.25亿个晶体管，原生四核，1 GHz主频，双精度浮点运算速度约为16 GFlops，功耗小于15瓦。这样的性能，使“龙芯3A”架构上不输于任何主流的x86架构处理器。

图13-7　龙芯3号

图13-8　曙光龙芯服务器

●通过对“龙芯”历史的回顾，我们要对“龙芯”的未来进行展望，这才是我们最想知道的。您说呢？

〇当然，只有“继往”才能“开来”！据胡伟武博士在“龙芯3号”发布会上透露，其下一代产品“龙芯3B”已经设计完成，同样基于65纳米工艺，内核数达到了8个，计算性能达到128 GFlops，龙芯3B将于2010年6至7月份完成实物流片；未来的龙芯3C正在设计中，预计采用28纳米制程工艺，集成16个处理器内核，主频也达到了1.5 GHz，计算性能预计达到384 GFlops，预计于2011年底左右推出。

●那“龙芯3号”推出来后，是不是“龙芯1号”、“龙芯2号”就该淘汰了？

〇当然不是。“龙芯”是一个系列产品，正如我们前面谈到过的1、2、3号的定位是不同的，所以他们会有后续的发展。目前“龙芯1号”系列也发展到第二代产品“龙芯1B”，针对手机、MP4、掌上电脑等市场。“龙芯2号”系列将推出“龙芯2H”64位，65纳米，1 GHz，4 GFlops，1 MB L2，主要面向低档电脑和嵌入式应用。和国外主流x86厂商（英特尔和AMD）力推多核与高主频的处理器相比，“龙芯2号”系列走这样的路线十分明智，避开了与绝对优势“对手”的竞争，转而以整合性能、功耗、多媒体性为主，利用整合带来的平台低成本和低功耗，获得用户市场。

●那……我国除了“龙芯公司”外，还有没有其他的芯片公司？

〇当然有！单凭一家公司，是建立不起芯片产业链，“北大众志”、大唐微电子“COMIP”、中星微电子“星光”、“C—CORE”等系列通用或嵌入式CPU在网络计算机、信息家电、通信、信息安全等应用方面取得良好进展。人们欣喜地看到，“中国芯”正在实现群体突破。