“純血”龍芯面世，國產CPU突圍之戰

6月26日，龍芯中科發布了基于國產自主指令集“龍架構”研發的服務器處理器龍芯3C6000系列芯片。

3C6000芯片有三個重要特征，一是ToB，整體性能對標英特爾上一代至強系列；二是百分之百全供應鏈自主研發，確保關鍵領域應用安全；三是生產線良率超70%—按照龍芯中科董事長胡偉武的話，“本次大會發布的龍芯芯片不依賴任何國外技術授權和境外供應鏈”。

龍芯中科是“國家隊”，區別于華為等“企業隊”，其誕生與進步是國家科技戰略的一部分，計劃也曾因種種波折差點“流產”。

20多年，來路荊棘。從硬杠國外主流產品，直到“純血”龍芯完全自研。中美科技競爭，中國拿到的開局不利，但用空間換時間、用算法換制程、用多核堆疊換先進架構……在差距中追趕，終有達到世界領先的一天。

篳路藍縷

龍芯的創業史絕不是一帆風順。

2001年，龍芯中科還沒有“中科”，龍芯只是中國科學院計算技術研究所的一個課題組，承擔的任務是研發自主CPU。一年多的時間，龍芯1號流片成功，開創中國自主CPU的先河。又隔一年多，2003年，龍芯2號發布。

2009年，龍芯3號誕生。今年6月26日發布的3C6000，就是龍芯3號中3C線上的最新產品。

問題來了。從龍芯1號到龍芯2號，僅用了一年多；為什么從龍芯2號到龍芯3號，隔了六年多？

幕后歷程飽含艱辛。龍芯課題組研發的CPU，必須要通過科技部驗收。驗收無誤，才能拿到下一步的經費。在龍芯2號研發過程中，“十五計劃”中863計劃資助的2C型號，沒有達到SPECCPU2000（下一代行業標準CPU密集型基準測試套件）的分值目標。

先是龍芯2號的2C型號性能不佳，加上輿論懷疑倍起，龍芯課題組負責人胡偉武硬著頭皮接下了龍芯2號的2E計劃，在“比較勉強”的情況下通過驗收。

“比較勉強”的意思是，由于硬件性能有限，還是靠后期大量的程序編譯、優化，一定程度上彌補了硬件設計的不足，完成了國家制定的指標。

對于自主研發CPU，科技部給了一顆“定心丸”。時任科技部部長徐冠華公開表示，龍芯2E的成功表明，中國“十五”期間安排的自主CPU計劃是成功的。這為“十一五”繼續支持自主CPU項目奠定了基礎。

當時的國際形勢和今日不同，中國自主研發CPU并不存在“志在必得”的緊迫性，因此也非常看重對成果和指標的考量—如果花了太多錢，又做不出什么東西，多半還是要放棄的。

好在龍芯沒有被放棄。

據胡偉武2016年的公開自述文章披露，龍芯2E流片的同時，胡偉武帶領團隊開啟了龍芯3號的規劃。但是，“十一五”中支持自主CPU的“核高基”計劃遲遲沒啟動。“核高基”即“核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件產品”，是2006年1月國務院發布的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》確定的16個科技重大專項之一。

計劃沒啟動，龍芯3號就沒有錢。中國科學院預支了500萬元，讓龍芯3號先拿去花。后來，科技部得知龍芯3號的第一個型號3A1000基本完成設計后，又從“十五”的863計劃內緊急劃撥了2000萬元。

2500萬元，對于研發CPU來說，遠遠不夠。“核高基”沒啟動，中國科學院計算所就自己掏錢支持龍芯項目。時任中國科學院計算所長李國杰院士，在一次會議上公開點名胡偉武：“你不能以任何經費理由放緩龍芯3號的研發。”計算所就是砸鍋賣鐵，也要支持龍芯。

隨后，計算所設立了一個經費沒有封頂的課題支援龍芯。2009年，龍芯3A1000流片。2010年，“核高基”的經費才到賬，此時，計算所已經預支給龍芯七八千萬元了。

沒有中國科學院計算所的大力支持，龍芯項目不可能走到今天，那么也就沒有“自主可控”CPU這一說了。

一波三折

龍芯3A1000作為中國第一個4核CPU芯片，為后續的技術發展提供了大量的原始積淀。今天3C6000上的片內互聯、緩存一致性等技術，都是在3A1000上摸索出來的經驗。

3B立項，立刻得到“核高基”專項支持。龍芯課題組轉型為“龍芯中科”，開始企業化運營。然而，企業化運營又是一波三折。

龍芯本來是承擔國家任務的課題研究小組，屬于學院派，沒有企業經營的經驗，在管理過程中，出現了一些失誤。其中一個戰略失誤，是研發3B時過于重視多核CPU架構，忽視了單核性能提升。

當時國際上CPU的發展趨勢以多核為主，龍芯中科決定跟國際企業比拼多核設計。2006年發布的2E，性能跟主流的X86處理器只差一到兩倍，然而，到了2013年的3B，性能比2E只提高了50%，而主流的X86處理器性能已經翻了五倍。

龍芯的核數一度比國外企業的還多，因為單核性能實在拖后腿，只好拼數量。單核性能是CPU通用處理性能的基礎，單核做不好，直接后果就是產品在基礎場景下不占優勢—芯片沒人要。

3B失利，“核高基”轉而引進國外CPU技術，通過企業合資、技術授權來帶動國產CPU發展。如今市面上不少國產CPU產品，都是從2013年“核高基”的支持下走出來的，大多基于國外技術架構。

龍芯受到極大打擊，這樣一來，自主CPU走不下去了。同樣，在計算機操作系統、數據庫等領域，合作而不是自主研發占上風的情況都有發生—那時畢竟沒有什么科技戰、貿易戰，沒有哪家企業進“白宮嚴選”，“純血”國產的壓力不大。

負責人胡偉武痛定思痛，2013年暫停3C系列的16核CPU討論，掉頭“往回走”，專注提升4核設計的3A和3B的單核性能，經過三年攻關，3A3000流片成功，這款芯片的性能追平了當時X86和ARM的低端服務器CPU。

最關鍵的是，3A3000超過了靠技術引進打造出來的國內同類產品，成功為自主CPU挽回了生存機遇。正是龍芯團隊的不懈努力，才能換來今天真正自主可控的CPU，成為科技戰的“保底”項目之一。

龍芯3號系列，3A是4核，3B有4核和8核，3C是16核。3C早期型號是3C5000，3C6000在單核性能上又有了大幅提升。

可以說，3C6000在多核設計的基礎上，補足了此前單核性能較弱的短板，是龍芯系列的里程碑產品。

自主可控

3C6000的“里程碑”與“自主可控”，到底體現在什么地方？

CPU的核心在于指令集架構，獨立的指令集架構定義獨立的軟硬件生態。CPU硬件架構以指令集為標尺，一個CPU性能上限也是由指令集架構決定的。因此，只有指令集是自己的，CPU才真正是“自己的”。

龍芯在近20年的時間里，用的都是第三方架構—MIPS。MIPS和ARM一樣，也是RISC指令集（精簡指令集），但是，隨著ARM在移動端廣泛應用，RISC-V開源指令集火爆，MIPS的影響力江河日下。

不少游戲掌機玩家還記得MIPS架構的PSP模擬器，流暢度遠超當年的高主頻手機。然而，輝煌過后，MIPS已經成了“時代的眼淚”。

2020年，龍芯不再使用MIPS，首次推出自主設計的龍架構，3A5000是第一款支持龍架構的龍芯CPU。從這個節點開始，龍芯已經實現指令集、微架構、芯片設計的全面自研。

龍架構也是一個RISC指令集，包括大約2000條指令，其中除了基礎指令，還有向量指令，虛擬化和二進制翻譯等拓展指令。向量指令主要支持矩陣運算、卷積運算等等，可以用來進行高性能運算、AI計算。虛擬化是從指令集層面支持虛擬機。二進制翻譯可以將X86和ARM指令集在硬件層面“翻譯”為龍架構的指令集，部分解決軟件的兼容問題。

不過，雖然硬件自研達成，但短期內生態很難提升。龍芯一直在構建社區，拉著國際、國內企業做聯合開發。龍架構也支持Linux內核和一些編譯器軟件，以及統信、麒麟、龍蜥、開源鴻蒙等系統。

目前來看，龍芯在消費級市場還不具備什么競爭力，由于其自主性和安全性的特征，在政務、電信、能源板塊占據主導地位。工控、存儲、智算等領域，龍芯都有自己的產品線。

龍芯指令集自研的情況下，其他IP也都是自研的。包括CPU核LA664、GPU核LG200、高速接口IP、存儲接口IP等。

這也是龍芯和華為鯤鵬的一個重要區別。華為鯤鵬基于ARM架構，有些IP可以用第三方；龍芯用自己的指令集，所有的東西都要自己做—總之在“自主可控”上，絕對是沒得挑的。

而最新產品3C6000的水平，根據官方援引的第三方測試結果，單硅片16核3C6000/S相當于英特爾16核至強Silver4314；雙硅片32核3C6000/D相當于英特爾32核至強Gold6338；四硅片64核3C6000/Q超越了英特爾40核至強Platinum8380。

以上三款英特爾產品，都是2021年發布的服務器芯片，按出貨量算，它們是2023、2024年的主流產品。可以說，龍芯3C6000對標的是上一代英特爾主流產品，和英特爾只差了一代，大概有4年左右的差距。

另外，3C6000與英特爾還有一個顯著差別。

3C6000主打16核，核數再往上走，就得靠拼接—龍鏈，類似于英偉達的Nvlink，是一種高速片間互聯技術。而英特爾都是單硅片設計。

這個差異取決于兩方面，一是龍芯為保證良率，考慮到成本和風險，靠拼接更穩妥；二是英特爾作為國際巨頭，高密度互聯、緩存一致性等方面都有較大優勢，龍芯還有追趕的空間。

總而言之，龍芯3C6000作為100%“純血”國產芯片，為中國自主CPU爭取了寶貴的市場地位，也帶來了寶貴的信念信心。

6月26日，龍芯中科產品發布會起了這樣的名字，“今日長纓在手”。這句詩引自毛澤東的《清平樂·六盤山》，下一句豪情萬丈，“何時縛住蒼龍？”