2002年 “龙芯”高性能通用微处理器研制成功学术资讯

2002年9月，我国首枚高性能通用微处理芯片—“龙芯1号”系列高性能通用微处理器（CPU）研制成功，这是中国科学院知识创新工程和国家“863计划”的重大成果，标志着我国已初步掌握当代CPU设计制造的关键技术，改变了我国信息产业的无“核”历史。从“龙芯1号”到“龙芯3号”的研制成功，龙芯团队用事实证明了CPU自主研发的道路是走得通的。

“龙芯1号”CPU研制成功

CPU的全称是Central Processing Unit（中央处理器），它是计算机中最重要的部分。英特尔公司于1971年研制出第一个微处理器—4004，1978年诞生的8086处理器建立了目前应用最广泛的个人电脑的行业基础。

通用CPU是信息领域最基础和核心的芯片，是推动人类从工业社会走向信息社会的标志性生产工具。我国因缺乏独立自主的处理器设计技术，在信息产业上严重受制于人。如果不攻克通用CPU这个信息领域的最高峰，我们的指挥系统、武器装备、金融中心等关系到国家安全和社会稳定的领域和部门就难以有真正的安全，国家安全将受到严重威胁。

20世纪90年代，中国科学院计算技术研究所（计算所）的科研人员大多是做计算机的，真正懂芯片设计的人不多，因此几乎没有人认为所里能造出通用CPU来。但中国科学院计算技术研究所还是选择了通用CPU这一国家战略产品作为重要的攻关目标，于2001年成立了“龙芯”课题组。

计算所所长李国杰在选定项目负责人时定了几条标准：第一，要有扎实的学术基础和有望成为将帅人才的基本素养；第二，要有充分的自信心和想打胜仗的激情；第三，要有高度的责任感和完善自我的可塑性。他在主动请缨的年轻人胡伟武身上看到了这几点，但是否让这位“初出茅庐”的年轻人挂帅出征，李国杰考虑了很长时间。在慎重考虑后，李国杰认为做科学研究与做大工程项目不同，如果负责人从一开始就完全清楚每一步怎么做，那么创新的余地也很小了，应该给年轻人机会，并且他也相信人才是“逼”出来的。就这样，重担压在了胡伟武的肩上。

“龙芯”课题组刚成立时，只有十来个人及一间几十平方米的实验室。胡伟武知道，计算所拿出创新经费的一半来做CPU是顶着巨大压力的，如果做砸了，对不起纳税人。30岁出头的胡伟武，带领“龙芯”团队从逻辑设计与验证做起，按照稳扎稳打、步步为营的方针，从系统结构到C模拟器设计，再到Verilong设计以及FPGA验证，每一步都要经过反复论证。

“人生能有几回搏”—凡是走进“龙芯”实验室的人，都会看到墙上挂着的这几个曾经激励过曙光团队的大字。这是胡伟武经常对自己和项目组说的一句话，也是时刻激励着他忘我工作的强劲动力。对于项目组来说，早上7点上班，一直工作到深夜，那是再平常不过的事，连续三天三夜加班，也只能说是家常便饭。在方案最终交付的前夕，测试报告出了问题，胡伟武对项目组说：“不是100分就是0分！我们肩负的是历史的使命，因为我们要做出中国第一台不依赖于洋人CPU的计算机。”在最后的时间，项目组连续加班六天六夜验证调试，向国家交出了满意的答卷。

2002年8月10日清晨2点1分，这是一个中国信息技术领域永远铭记的时刻。“龙芯”投片成功了！

“龙芯1号”CPU采用0.18微米CMOS工艺实现，定点字长32位，浮点字长64位，主频266兆赫，实际运行功耗小于0.5瓦。其指令系统与国际主流的MIPS系列兼容，支持Linux操作系统、国际上流行的VxWorks实时操作系统和国产的女娲（Hopen）嵌入式操作系统等。

“龙芯1号”CPU的研制成功，表明我国已开始掌握CPU设计的核心技术，结束了中国人不能设计通用CPU芯片的历史。

“龙芯”提升我国信息产业的 自主创新能力

“龙芯”系列处理器芯片产品包括32位和64位单核及多核 CPU/SOC，主要面向国家安全、高端嵌入式、个人电脑、服务器和高性能机等应用，有“龙芯1号”小CPU、“龙芯2号”中CPU和“龙芯3号”大CPU三个系列。

“龙芯1号”的主频是266兆赫，于2002年起使用。“龙芯 2号”最高主频为1吉赫，“龙芯3号”于2010年推出产品，是一款多核心CPU芯片。从“龙芯1号”到“龙芯2B”，性能提高3倍，到“龙芯2C”又提高3倍，再到“龙芯2E”，又提高3倍，发展速度是摩尔定律的4倍以上。从“龙芯1号”到“龙芯3A3000”，SPEC CPU标准程序测试结果表明，“龙芯”CPU的性能提高了120倍。

目前，“龙芯3A4000”的研发正在稳步推进中，就模拟的结果来看，“龙芯”团队依靠微结构优化，可将性能提升约30%。3A4000研发成功之后，“龙芯”会以3A4000的内核开发一款16核服务器CPU，采用14/16纳米工艺，主频有望达到2吉赫～2.4吉赫，SPEC2006定点（单线程）成绩达到20分以上（GCC编译器）。对于党政办公和普通用户日常使用而言，3A4000和3C5000将实现从可用到好用的跃迁。

▲“龙芯”CPU性能提高了120倍

“龙芯”从2001年立项，2010年成立公司做产业化运营，到2015年实现盈利，2017年实现自有利润研发运转，已经过去了17个年头。都说“十年饮冰，难凉热血”，“龙芯”走过了饱受质疑的17年，仍然保持初心，立志让中国人用上自己的CPU。目前，“龙芯”的3种处理器各有所长，在各自领域都做出了一些特色。

从2015年起，中国航天科工集团公司同“龙芯”合作开展了自主可控信息系统迁移示范项目，完成了18个国家级的涉密应用系统的国产化迁移，通过集团内部试点，部署了千余台自主可控计算机集群，初步实现了自主可控信息系统上线运行的“国密网”。2018年，“龙芯3A3000”发布，这是一款工业核心板，主要针对工控领域。“龙芯”的这款板卡采用高抗震、全表贴、模块化设计，具有高性能、高国产化、高稳定、高可靠等特点，可广泛应用于国防、政府、科研、医疗、电力、通信、交通等领域。