中国为何要做通用CPU

李国杰院士（中）与“龙芯”CPU的主要研制者、青年科学家唐志敏（左）、胡伟武（右）。 刘振坤摄

最近，中国科学院计算所研制成功我国首枚通用CPU验证芯片——“龙芯（God－son）”。我国为什么要做高性能通用CPU？这一成果的重大意义何在？它的市场前景如何？记者日前访问了中国工程院院士、中科院计算所所长李国杰。

李国杰院士介绍，“龙芯”是与国际上流行的MIPS指令系统兼容的通用CPU。它内含600多万个晶体管，可执行250多条指令，采用动态流水线结构，定点字长32位，浮点字长64位，系统结构可扩展、可剪裁；支持通用的主流操作系统Linu x、X－W ind ow s和W eb服务器、FTP服务器等应用软件。通过SPEC CPU2000等严格测试表明：12.5MH z主频的“龙芯”验证芯片的定点性能约为50MH z主频的486微机的1／2，浮点性能与主频50MH z的486微机相当。

在“龙芯”动态流水线的具体实现技术和CPU硬件对系统安全性的支持方面，我们有自己的重要创新，共申请了6项专利，达到了国际先进水平。在测试中，把国外同类芯片拔下换上我们的芯片，性能提高30％以上。

李国杰院士解释，CPU大致可分为两类，一类是通用CPU，一类是嵌入式CPU。用通用CPU做出来的机器叫计算机或服务器；用嵌入式处理器做出来的产品叫终端设备。两者之间难度相差很大。目前国内一些单位已可以做简单的嵌入式CPU，但真正的计算机CPU还没有。长期以来我国的计算机用的都是国外的CPU，这给国家安全造成成了潜在的威胁。中科院计算所作为科研国家队，理应担负起国家基础性、战略性课题。因此在2000年立项时，计算所就确定了要做高性能通用CPU，并且敢于去做当前最先进的64位浮点运算。

通用的前题之一是兼容。回顾中国计算机发展的历史，直到20世纪80年代初，中国的处理器设计技术并不比人家差多少，今天仍落后于人，很大程度上是吃了不兼容的亏。CPU不兼容，许多软件都无法运行，也就无法推广应用。“龙芯”选择与国际主流芯片MIPS兼容。SGI的服务器、索尼的游戏机、Cisco的路由器都是用MIPS芯片。其实做兼容的难度比做不兼容还要大，而且还要承受别人说你没本事等压力。但科研的目的是应用而不是评奖。“龙芯”做到了与MIPS处理器芯片引脚级兼容，但全部逻辑设计都是自己完成的，具有完整的自主知识产权。

对中国该不该做计算机CPU，一直有争论。CPU是计算机最关键、最核心的技术，需要巨大的投资。目前，CPU市场被In te l、IBM等国外大厂商垄断，我们费了很大的劲，做出来的CPU还比国外的落后，又有什么实际意义呢？

对这一问题李国杰院士的回答是，正因为CPU是计算机最关键、最核心的技术，如果我们不掌握它就会永远受制于人。

首先是从国家安全来考虑。CPU好比是计算机的大脑和心脏，如果我们的服务器等关键设施用的全都是国外的CPU，一旦别人在芯片上做点手脚，不仅有泄密问题，全国的计算机在顷刻之间陷于瘫痪也不是没有可能的，那样不仅信息安全，国家的经济安全、国防安全都谈不上了。而我们自己做的CPU，不存在后门问题，而且有内建的系统安全硬件，可以抵御黑客一大类网络攻击。从国家的根本利益出发，我国必须有自己的高性能通用CPU。

另一点是在经济上有重要意义。由于CPU、操作系统等核心技术掌握在外国手中，造成我国计算机产业整体利润不高。而集成电路、特别是集成电路设计是利润很高、大有发展前途的产业。以做芯片闻名的台湾威盛公司去年收入达9亿美元，而中国内地去年整个集成电路设计的收入才1.5亿元。据有关预测，到2010年，我国的集成电路产值将达到1000亿美元，相当去年整个国家GDP的10％。这1000亿美元中有300亿将是集成电路设计。这说明集成电路的发展空间非常大。通过设计通用CPU，将可以带动我国的集成电路设计，进而推动我国的集成电路产业。我们应当通过努力，真正把集成电路产业做成未来5－10年中国新的经济增长点。

李国杰院士透露，计算所计划明年对“龙芯”投片试制与生产，一年内有望获得商品化的相当400M Pen tiumⅡ水平的通用CPU芯片。目前，由于Pen tiumⅢ存在序列码问题，信息产业部建议政府部门慎用。200MH z的“龙芯”CPU用于电子政务绰绰有余。曙光的服务器将率先采用“龙芯”。

由于“龙芯”具有良好的功能可裁减性，并易于更换指令系统，可裁减为片上系统的CPU核，用于网络相机、手机、信息家电等，而它们的市场非常大。现在，从国外买一个CPU核很贵，动辄好几百万美元，由于成本高，使我们的产品缺乏市场竞争力。如果我们自己能做CPU核，无疑会带来巨大的经济效益。

李国杰院士指出，现在动不动就有人说造出了“中国芯”，像当年许多人自称解出了“1＋1＝2”哥德巴赫猜想似的。实际上要做一个能在市场上与国际竞争的商业化的通用CPU是非常困难的，不能操之过急，把问题看得太简单。

“龙芯”只是验证芯片，要做到商业化，还需要做物理设计、测试封装等，后边还有许多困难要克服。如版图设计优化很复杂，包括如何避开国外大公司的专利建立自己的IP库。这需要集中全国的力量做大量的工作，尤其需要有CPU版图设计经验的微电子专业人才的密切合作。在今天市场经济的情况下，如何集中全国的力量攻关，是一个需要探索的新问题。另外一个问题是人才，做CPU的许多知识不是书本上可以学到的，而是经验和窍门，而中国很缺这类人才，我们需引进人才，也需自己积累经验。再一个困难是经费。芯片每一次投片需投入几十万美元，而高性能通用CPU投片七八次是非常正常的。

李国杰说，中国在CPU方面与国外的差距有一二十年，需要5—10年的努力才能在CPU的整体水平上接近国外的水平。这不是靠一两个企业或科研单位可以完成的。应当像当年研制“两弹一星”一样，集中全国力量，攻克这一代表计算机产业最高水平的核心技术，完成历史赋予我们这一代科技人员的重任。