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揭秘龍芯研發艱辛往事:龍芯 3B 測試時竟操作系統啟動不了,轉型頭三年連工資都發不出

上觀新聞 06-17

芯片是信息產業的靈魂,通用 CPU(中央處理器)可以說是芯片中的 " 珠峰 "。自主研發 CPU,難度很大。

在這個故事的起點,2001 年 8 月的一個清晨,當龍芯第一代產品龍芯 1 號成功啟動操作系統時,龍芯 CPU 首席科學家胡偉武和團隊在中科院計算所實驗室大聲歡呼。

一年后,2002 年 8 月,我國首款通用 CPU 龍芯 1 號流片(檢驗測試芯片是否符合設計性能和功能的過程)成功,終結了中國計算機產業 " 無芯 " 的歷史。

2016 年 10 月,龍芯第三代處理器 3A3000 研制成功后,胡偉武給自己放了一天假。在嘗盡了自主研發芯片的艱辛以后,面對來之不易的成果,胡偉武卻顯得很平靜。

如今,最初的激情和豪邁逐漸消退,但胡偉武愈發感到,龍芯距離掌握信息產業核心技術更近了。

" 不掌握核心技術,就成了賣盒子,打開里面都一樣 "

胡偉武把 3A3000 看得極重,認為它是我國自主研制 CPU 的里程碑,代表我國自主研發的芯片跨過了國際通用處理器的第一道門檻。

自主研制芯片,胡偉武設想過種種困難,然而道路之曲折、過程之艱難,仍然大大超出他的預料。

2002 年,龍芯 1 號誕生,可就在流片截止日期的前幾天,測試組發現處理器的 1 萬多個觸發器的掃描鏈無法正常工作。如果不能及時修復,只能放棄流片。這意味著此前的努力可能白費。

別無選擇,團隊決定手工修改版圖,連續工作了兩天兩夜,才把觸發器的掃描鏈連上。

設計第二代產品龍芯 2 號時,一個電源的規劃問題成為困擾科研人員的一塊心病,團隊熬夜做物理設計。" 那時我們一點吃飯的胃口都沒有,只在晚上胡亂吃幾口。直到布完線、解決完問題后,我和兩位團隊成員到一家粥鋪吃晚飯,才覺得餓壞了,那頓飯竟然吃空了 17 個盤子,撐得腰都彎不下來。" 胡偉武說。

龍芯 3 號的研制過程更是一波三折。按設計,龍芯 3B 型號芯片的一些性能可以達到世界領先水平,但 2010 年 11 月測試時,竟然連操作系統都啟動不了。原來,芯片可測性設計部分有邏輯錯誤,同樣問題也在同期其他芯片出現。這一失誤,給龍芯帶來重大打擊。

科研團隊重新梳理流程,一再改版,調試順利了,又出現壓力測試下死機現象,之后又是死鎖問題。經過一年多反復修改,芯片才達到穩定狀態。

胡偉武說,龍芯的研制過程如此坎坷,除了研發流程需要完善外,根本原因在于團隊堅持自己開發核心模塊,挑戰的是難中之難的問題。

" 這些問題,如果是‘攢’芯片,一般不會碰到,與他人合作更不會遇到,我們這樣做,是因為用別人的東西時吃過虧。" 胡偉武說," 我國信息產業企業成千上萬,不掌握核心技術,就成了賣盒子,打開里面都一樣。"

歷經三輪的迭代試錯,龍芯不斷進化。目前,基于 28 納米工藝,龍芯 3 號新一代產品 3A4000 的研制工作已經展開,預計比上一代產品性能提高一倍,有望達到國際主流中高端芯片水平。

"CPU 必須讓人用起來,否則獲再多的獎也沒用 "

龍芯 18 年研制,主要分為兩個階段。2001 年— 2010 年,中科院計算所課題組所做的努力是技術積累階段;2010 年,成立龍芯中科技術有限公司(以下簡稱龍芯中科),從研發走向產業化。胡偉武的身份轉變為龍芯中科總裁。

"CPU 必須讓人用起來,否則獲再多的獎,拿再多的榮譽也沒用。" 胡偉武說。

可組織上轉型容易,思想上轉型卻很艱難。龍芯研發為此就栽了跟頭。

2009 年研制的 3A1000 是我國首個四核 CPU 芯片。龍芯團隊由此掌握了多核 CPU 研發的一系列關鍵技術,按理說下一款產品應該致力于優化產品性能。然而,當時團隊還偏重于追隨國際學術界熱點,過度追求多核以及浮點峰值性能的單一指標,忽視了芯片的通用處理能力。

談及彼時情形,胡偉武反思,龍芯中科定方向時就出現了巨大偏差。龍芯雖然在學術上取得了成功,應用上卻與主流產品差距越拉越大。

從課題組轉型為公司的頭三年,龍芯中科差點連工資都發不出。

痛定思痛。2013 年 5 月,龍芯中科結合市場需求,及時調整芯片研發路線:龍芯 3 號系列多核 CPU 不追求核的個數,而是大幅度提高單核性能;龍芯 2 號系列芯片不再追求 " 大而全 ",而是根據用戶需求定義芯片;龍芯 1 號系列結合航空航天、石油等行業特點研制專用芯片,快速打開市場。

種瓜得瓜,種豆得豆。2014 年龍芯中科銷售收入同比增長 51%,2015 年又增長 57%,為企業持續發展奠定了基礎。瞄準存儲安全需求,前不久,龍芯中科與合作伙伴發布了首款全國產固態硬盤控制芯片系列產品,有望打破國外企業壟斷,進入這個千億級美元的存儲市場。

而今,龍芯中科通過市場養活自己、支撐研發。"CPU 在產業化實踐中演進發展,這是我們的教訓,也是我們寶貴的財富。" 胡偉武說。

" 在別人都不信的情況下,做給他看 "

2001 年,龍芯團隊開始做 CPU 時,一些國外企業不相信中國人能做出來。面對質疑,胡偉武常說的一句話是:" 在別人都不信的情況下,做給他看。"

10 多年后,龍芯的進步贏得了業界尊重。國際著名半導體廠家意法半導體公司購買了龍芯某型號產品的生產和銷售授權,開創了我國計算機核心技術對外授權的先例。

就在此時,國外一些企業找上門來,希望通過給源代碼、設計流程的方式合作開發芯片。然而龍芯自主研發的決心從未動搖。

" 如果沒有自主研發芯片的實踐,我國就難以消化吸收購買來的技術,即便可以引進、購買升級產品,卻形不成自己的創新能力,到頭來還是受制于人。" 胡偉武說。

2006 年,當龍芯團隊嘗試推廣龍芯 CPU 應用時,很少人相信龍芯能用起來。業界普遍認為,自主芯片遜在性能,輸在生態。主流生態平臺太過強勢,另建生態無異于癡人說夢。

" 我們還是老套路,做給他看。" 胡偉武說。經過多年探索,圍繞龍芯形成了包括近千家企業的產業鏈,基于龍芯的信息產業體系慢慢形成。

目前,已有數萬人在龍芯的軟硬件生態上做開發,雖然相比大平臺數百萬級別的開發者差距還很大,但這說明打造一套新的生態平臺并非完全沒有機會。如今,龍芯不僅應用于政企辦公設備,在工業控制、石油勘探等民用領域也能見到它的身影。

把他人眼中的不可能變為現實,背后是龍芯團隊超出常人的付出。設計的芯片需要在服務器上 " 跑 " 一段時間,為了提高工作效率,多年來,團隊在晚上 10 點開例會安排任務,讓芯片在晚上 " 跑 "。黃令儀是龍芯團隊的一位老研究員,80 多歲依舊天天在屏幕前拖著鼠標查版圖。

2010 年,龍芯團隊從課題組轉型成立公司時,絕大多數技術骨干放棄事業單位編制,從計算所辭職。龍芯中科薪酬低于同行業水平,不少骨干都曾接到過百萬年薪的工作邀請,但團隊核心骨干基本穩定,把人生美好的青春獻給了龍芯的研發征程。

" 龍芯 18 年來一直在補課,預計幾年后,課能基本補上來 "

" 時間是創新不可缺少的變量。" 胡偉武告訴記者,"CPU 等核心技術產品需要在試錯中發展,這就像爬樓梯,要一步一步地走上去。"

他說,同樣是做芯片,別人已經在樓上,龍芯 18 年來一直在補課,預計幾年后,這個課能基本補上來。

根據規劃,龍芯 " 補完課 " 后,將踏上一個新臺階,未來逐步走向開放市場,在一些領域,將與國際主流產品同臺競技。

" 任何一個技術或產品本身不是目的,主導產業體系才是目標。" 胡偉武說,此前國家支持了龍芯的研發及初期產業化," 扶上馬 " 后又送了一程,今后龍芯必須靠市場來檢驗。

龍芯中科走上正軌后,胡偉武把更多精力放在公司管理上,但他十分懷念寫代碼的歲月。" 回憶起來,在機房里心無旁騖地寫代碼真是莫大的幸福,有無比的成就感。但我不能成為龍芯發展的瓶頸,應該充分信任年輕人,讓他們接棒。" 胡偉武說。令他感到欣慰的是,龍芯的年輕人快速成長,從第三代產品開始,很多重要工作的負責人已經是團隊的年輕技術骨干。

回首過往,胡偉武忘不了龍芯成長路上的 " 貴人 "。他告訴記者,2010 年,在北京市、中關村管委會等支持下,龍芯正式開啟了產品的產業化進程。2013 年初,在龍芯最困難的時候,中科院計算所所長孫凝暉在所里資金困難的情況下,拿出 500 萬元支持龍芯做前期研發。雖然與上億元的經費相比,500 萬元只是杯水車薪,但得到 " 娘家 " 的支持,胡偉武感覺非常溫暖。

更早的時候,原計算所所長李國杰院士曾在一次所里中層干部會上表示:計算所砸鍋賣鐵也要支持龍芯,龍芯團隊不能以任何經費的理由放緩龍芯 3 號的研制。為此,他在所內設立了一個經費沒有封頂的課題,2010 年龍芯首筆課題經費到賬時,龍芯課題組已經預支了計算所七八千萬元。

" 你瞧,龍芯‘長征’路上哪里只有我們團隊?" 胡偉武笑著對記者說。

(原標題:《把 " 不可能 " 變為現實的龍芯團隊 ( 科技視點 · " 關鍵核心技術攻關記 " 之五 ) 》)

欄目主編:張武 本文作者:人民日報 文字編輯:宋彥霖 題圖來源:視覺中國 圖片編輯:朱瓅

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