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文/楊健楷,編輯董指導

來源:遠川科技評論

智庫支持中泰證券計算機分析師楊亞宇

2002年8月10日凌晨6點,伴隨着電腦上出現“login:”字樣,中科院計算所裏一陣歡呼,龍芯一號CPU終於工作了,我國計算機“缺芯”的局面迎來突破。

一年多前,中科院計算機所成立了龍芯課題,並湊出了100萬元研發經費,而32歲的胡偉武就此接下了這個天降大任。胡偉武可謂是爲龍芯而生。高考後,他從浙北山區來到合肥的中科大,一個月20塊錢的生活經費,拿出8塊錢來搞“研發”。而他的導師正是被譽爲“中國計算機之母”的夏培肅。

龍芯寄託了太多人的希望。爲了研發成功,大家日夜撲在實驗室,每天一起讀毛選來提升信心;而且,還給龍芯取了另一個名字:狗剩,承載着中國農村“取個賤命好養活”的寓意。

終於,龍芯一號成功應用,而二號、三號也先後研製成功。2007年初,在中法雙方領導人的牽頭下,龍芯還與意法半導體在人民大會堂舉行了一場發佈會,雙方合作開拓國際市場。然而,一場最大的危機,也隨之而來。

2009年,題目爲《龍芯無奈購美公司專利授權,“中國芯”光環褪盡》的文章發佈,龍芯花錢買MIPS架構專利的行爲被無限放大。一時間,舉國譁然,以爲是自己研發,沒想到居然是買的。

關鍵時刻,胡偉武不得不站出來,爲踏破門檻的媒體老師們上了一堂無奈、心酸又帶着紅色語言風格的計算機原理課。胡偉武解釋到,買芯片架構不等於買芯片;有了架構,依然需要做大量自主研發工作。然而,在幾年前“磨皮漢芯”的負面陰影下,龍芯依然遭遇千夫所指。

而龍芯所遭遇的輿論困境,也正是國產CPU二十年沉浮的縮影。從自主之難、到引進之憂,再到另起爐竈,國產CPU在坎坷和爭議中,舉步維艱卻又砥礪前行。國產CPU的路,到底通往哪裏?

1、自主之難

第一個提出搞電腦芯片的人是倪光南。

1994年,面對國外電腦的大幅衝擊,高歌猛進的聯想集團危如累卵。倪光南主張向芯片縱深發展,柳傳志則要建一條電腦組裝線。“技工貿”還是“貿工技”?倪柳二人的路線之爭以倪光南出局終結。在宣佈倪光南被免職的會議上,柳傳志掏出手絹抹淚,倪光南凜然危坐,不爲所動。

聯想在一個貿易紅利指數放大的時代取得了勝利,這在相當程度上影響了人們對於芯片的認知。倪光南出走後十年,聯想先後出了三本書:《聯想爲什麼》、《聯想風雲》、《聯想局》。倪柳之爭的廣泛傳播,和聯想2005年收購IBMPC業務的如日中天,彷彿在反覆證明一個真理:芯片造不如買,國產天方夜譚。

聯想成爲時代偶像之際,倪光南鼎力支持的國產CPU卻暗淡收場。

當初爲了支持方舟科技把國產CPU賣出去,北京市政府喫了第一口螃蟹,把微軟踢了出去,此事震動太平洋兩岸。微軟總裁辭職,基辛格去信北京市長施壓,最後是總理頂住層層壓力,方舟一號終於進了政府的採購單。

而開局有多高光,結局就有多慘烈:裝了國產CPU的電腦沒人想用,方舟科技的老闆貪了經費,蓋了大樓,最後還說錢不夠用。[3]這更加強化了大衆已有的固執偏見:國產CPU非奸即盜,不如不幹,還是英特爾最香。

然而不同於消費者視角感知,中科院的計算機元老們持續向國家呼籲:“十五”期間要啓動自主CPU的研發,要不然就沒機會了。終於,不滿於英特爾的壟斷地位,以及考慮到CPU受制於人所帶來的安全風險,國家出臺了旨在振興國產自主CPU的“泰山計劃”。

和當時與被寄予厚望的方舟同時進行的,還有另外三大國產CPU項目:

龍芯,因經費捉襟見肘,在一開始連便宜的MIPS架構都無力承受;申威,由無錫歷史悠久的56所研發,採用古老的Alpha架構,服務於軍隊和超算;飛騰,早在1999年研發出第一款CPU,採用SPARC架構。

在“十五”、“十一五”兩個五年計劃期間,憑藉863、核高基等衆多國家級經費的支持,國產CPU芯片迎來了春風:基本保持着每一兩年就出一款芯片的速度,在性能的趕超上不遺餘力。2004年的龍芯二號,已經可以追平1999年的奔騰三。

然而,三大國產CPU也很快遇到了三大難關:

性能難關,英特爾在進入新世紀後戰鬥力爆表,AMD在2006年被打殘,國產CPU進展不小,但始終存在代差;生態難關,x86專利牆高聳,國產自主CPU統一採取了繞行策略,但如此一來很難適配微軟系統;量產難關,使用者已經適應了微軟的操作系統,一個荒蕪的桌面,沒有吸引力,何談量產。

而之所以有此三大難關,是因爲國產CPU都採取了精簡指令集架構:MIPS、Alpha、SPARC等。這些一般人聞所未聞的架構,都是當年英特爾的手下敗將。而核心要素則是英特爾和微軟之間形成的同盟。

隨着“十一五”計劃的收尾,國家補貼幅度收緊,三大國產CPU迎來了命運的拐點:胡偉武一咬牙,決定讓龍芯走市場化之路,研發人員丟掉鐵飯碗下了海;申威則隱匿在體制和超算市場,沒有向下出擊;飛騰爆發了一場爭論,兩派人員在政府領導面前吵着是否要放棄原有架構,一時陷入了迷茫。

看不到國產CPU的曙光,於是,有人便提議了另一條路線:既然打不過,爲什麼不引進呢?

2、引進之憂

在大飛機、核電站和高鐵開始走向自主之際,CPU卻開始了引進潮。

在引進路線上,國內派出了兩支大軍:上海兆芯、天津海光。業內最流行、最商業化的便是英特爾的X86架構芯片,但英特爾非常強勢,難以談判。於是,這兩家公司都選擇“曲線救國”:

上海兆芯收購了我國臺灣地區公司威盛電子的X86授權。威盛被譽爲“臺灣的英特爾”,其X86專利授權則來自於其收購的兩家被英特爾打得奄奄一息的美國公司Cyrix和Centaur。而威盛電子相關公司,又是上海兆芯的發起股東,隨後,兆芯也以2億多美金,收購了威盛電子的X86專利。

天津海光則選擇了AMD。AMD很早獲得了對英特爾X86的交叉專利授權,而且自研的Zen架構性能強悍。但迫於英特爾的激烈競爭,AMD現金流壓力大,急需輸血,於是,便有了和海光的合作,但AMD也留了心眼:海光需經兩層公司獲得授權,並經過11個流程,才能在中國大陸地區銷售產品。

引進技術後的兆芯與海光,都實力大增。兆芯對威盛的交易可謂一石三鳥,獲得了CPU研發團隊、x86架構專利、芯片組產業鏈;而海光則背靠上市公司中科曙光,借鑑AMD的作業,加上國產加密算法,在商用服務器起量很快。

然而,無論是買,還是租,代價都不菲,兆芯與海光分別花了20億元以上;但確實很快便砸出了聲響。兆芯成立兩年後便實現了量產,賣了一萬多套。海光在今年上半年營收2.7億,淨利潤6000多萬。

引進路線看起來立竿見影,但當海光被列入美國實體清單,緩過氣的AMD表示最新架構不再對海光授權;而上海兆芯也面臨着專利瑕疵時,我們才發現,引進也不是萬金油。

與此同時,中國大陸地區的x86人才極爲薄弱,“拿來主義”能否進化到“吸收創新”,要打一個很大的問號。如果只能停留在對x86硬件層面的拷貝與粘貼,那麼很難深入地去搞研發,並且滿足高安保級別和消費者市場的需求。

自主,需要從底層開始,難度幾乎不可能;引進X86架構,卻也面臨着被斷供、無法更新的擔憂。就當市場再度糾結的時候,ARM卻映入了眼簾。

3、另起爐竈

從2001年進入中國以來,ARM給人的印象是“中國科技公司的老朋友”:靠譜、好用、能打。更爲重要的是,ARM架構授權可以在指令集層面永久買斷,一方面可控程度更高,另一方面研發程度更深。因此,國產CPU開始基於ARM架構自主研發,試圖做到與x86架構一樣的性能,從而實現更深層次的替代。

事實證明,國產CPU做的確實不錯,而且是給ARM助攻。

在經歷了2011年秋天的“自主VS引進”路線大爭論後,飛騰選擇了ARM架構。2015年8月,一個名叫CharlesZhang(張承義)的中國人,在全球芯片界的頂會HotChips上“華山論劍”,用中式英語介紹了飛騰服務器CPU“火星”,世界上第一款基於ARM架構研發的64核CPU。

這個發佈,在業界引起了不小的轟動,但隨後國內的輿論,卻又讓飛騰經歷了名利場的殘酷:飛騰“媲美英特爾”體的宣傳“令人震驚”,大衆認爲一個語焉不詳的念稿式發佈會,一定隱藏着矇騙國家補貼的驚天祕密。甚至有人在網絡上號召羣衆發起一場針對國產CPU的監督運動。

飛騰陷入了一個薛定諤的輿論場:做不好有人噴,做好了還是有人噴。而這也幾乎是衆多國產CPU公司面臨的處境。要打破困境,唯有夯實實力:

飛騰的商用服務器和桌面CPU製程分別達到了28nm和16nm,基本符合國內特定場景使用;而且聯合了基於開源Linux研發的麒麟操作系統,在臺式機上可運行200萬安卓應用;同時,也通過資本加速,飛騰整體併入上市公司中國長城,方便配套整機。

近兩年國產替代意識的迅速覺醒,更是讓飛騰走上了快車道。2018年,飛騰賣出了20萬塊基於ARM架構的CPU,2019年營收增長三倍,2020上半年營收3.4億,已超過去年全年。而其跨越式的發展,得益於多路並進、“農村包圍城市”的戰略,產品涵蓋了嵌入式、桌面和傳統服務器。

就在飛騰藉助ARM架構拓展之時,華爲介入了戰場,而且一出手就是大軍團作戰,在服務器CPU市場高舉高打。

2019年初,華爲發佈了首款ARM架構服務器CPU“鯤鵬”,並與各省市建立了鯤鵬計算產業聯盟,向各地輸送行業標準和人才,並與各地代表性企業建立硬件生產基地。今年5月,鯤鵬CPU進入中國電信採購名單。

華爲此番凌厲攻勢,一如當年在程控交換機市場的打法,綁定各地電信局,共榮共存,最終憑藉技術升級和渠道,完成了對交換機的國產化。

國產CPU放棄Intel、另起ARM爐竈,燒得確實很旺。但ARM也在美國禁令下搖擺不定,甚至有被出售的風險,因此,一些觀察者認爲,國內基於ARM架構的CPU假國產之名,行ARM之實,爲“假洋鬼子”,實際上還是不夠自主可控:如果斷供了,同樣是遭殃,拿着一個過時的永久架構,遲早會被別人擊敗。

兜兜轉轉,問題又回到了原點:我們究竟要實現什麼程度的自主?國產化應該遵循何種步驟?

4、尾聲

從2000年到現在,國產CPU先後走了三條路線:

自主派,執着於對抗英特爾的x86架構,將MIPS、Alpha等被擊敗的原始架構收爲己有,從最基礎的指令集出發,建構出了一座中國人享有完全掌控力的CPU城堡:

市場派,延續了改革開放以來的一貫技術路線:引進、消化、吸收、再創新,礙於英特爾的專利牆,不得不採取迂迴策略,或買或租被閹割的x86架構,消化之路猶未可知;

生態派,依託於自有的研發實力,在ARM與英特爾的競賽中,試圖借力打力,利用新興起的ARM生態,逐步蠶食存量的x86市場。

看似不同的三條路線,實際上都是爲了兩大訴求:自主安全可控,滿足市場需要。但這兩個訴求,卻在一定程度上是相悖的。

完全自主可控意味着指令集層面的重建、篩查和排雷,在嚴格意義上講,最爲封閉但佔據壟斷地位的X86,應該是第一個被排除出局的。但X86卻又是商業化最成功的,用戶已經完全習慣了微軟+英特爾的組合,沿着x86路線走是遷移成本最低的。

這就是國產自主的尷尬。不同於獨立封閉地製造原子彈,CPU、操作系統、芯片,都是強商業屬性,產業鏈、開發均相當國際化的產品,這意味着:自主之路,必然是在“自力更生”和“拿來主義”之間不斷平衡。

在過去,我們很容易倒向“造不如買”,但如今的外壓,提醒着我們,自主雖難,但探索卻不能停步。

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