我国每年要花费2000多亿美金用于进口芯片，然而龙芯一号的诞生，结束了中国信息产业无芯的历史。从3A1000到2000，我们用完全一样的工艺，只靠设计，将它的性能足足提高了15倍以上。原来需要33秒才能打开的文件，如今鼠标一点就能够瞬开。我们面向市场和用户，不断地进行优化，从无到有建立起龙芯生态体系。CPU的设计难在哪里？龙芯是如何发展的？什么是龙芯的产业生态体系？

出品：格致论道讲坛

以下内容为中国科学院计算技术研究所研究员张福新演讲实录：

龙芯是我国自己研发的一颗CPU芯片，2018年，我国中兴通信公司——一个年产几百亿的高科技企业被美国制裁，差点就因芯片断供而直接休克。

后来美国又制裁华为，我们都在看着一轮一轮的制裁。

直到今年美国使出大招，说我们只要用了美国技术的企业，就不能给华为服务，直接切断了华为的生产渠道。

因为台积电的生产设备里有美国技术，所以它就无法给华为生产，直接就把华为最新的mate pro变成了限量版。

通过一次次的事件，大家能够看到芯片是多么重要，芯片是扎扎实实地被卡着脖子。

什么是CPU呢？

CPU应该说是芯片中的芯片，是芯片中最难做的一种芯片，它的复杂度、性能要求是最高的，它是用在我们个人电脑、服务器等最需要性能的场合的。

这就是我们做的几颗芯片的样子，它最大也只有几平方厘米，但是里面大有玄机。

一颗芯片里可以藏几十亿个晶体管，这是一个最基础的单元，它一秒钟能够进行上百亿，甚至更多的运算。

如果我们把科研比作攀登高峰，那么做芯片可以说是在爬喜马拉雅山，做CPU就是爬珠穆朗玛峰。

国产芯片的市场情况是非常堪忧的，我们可以看到，各种领域里，国产芯片的占有率很多都是零，包括个人电脑和服务器里用的CPU。

这个零，当然不代表完全没有，只是说数量太少，可以忽略不计。

比如CPU这块，我们这两年进步很大，今年有希望把这个数字改成1%，但也就是仅此而已。

这样的占有率对我们来说，会有什么样的后果呢？

我国每年在进口芯片上面，要花2000多亿美金，这是第一。

第二，因为我们无法做芯片，就占不到产业的上游，真正的IT产业里最赚钱的企业，往往都是上游这些做芯片的。

我们整个电子信息产业中，百强企业的利润加起来还不如美国一家苹果公司的利润，这就是我们为此付出的代价。

当然这个情况不是没有人看到，比如为什么华为现在被美国制裁，仍然能够挺住它的攻击？

就是因为十年前，它就已经意识到这个风险，开始启动了备胎芯片的计划，在内部悄悄地做了很多芯片。

在科学界，我们计算所的老所长李国杰院士，也是早在2000年前后，就在国家到处呼吁，说我们必须立项做CPU了。

当时专家们有很多意见，就是大家都觉得这个太难了，现在还不到时候，所以当时从国家没要到钱。

后来李所长就下定决心，从自己计算所有限的经费里挤了100万，先在所里立了一个内部课题，鼓励年轻人来做CPU，这时才有了我们龙芯课题组。

真正做起龙芯来时，我们才发现，做CPU不是爬一座山，而是爬N座山，这些山大概可以分成两个群。

一群是来自CPU里的，要做一个好的芯片，做一个性能很高的、用起来很快的芯片，有非常多挑战。

但是，即使做出这样一颗芯片，要放到市场上去能用起来，就意味着外面要打通一个产业链。

得有很多人愿意用龙芯，愿意给它做整机，愿意给它写软件，要有一个繁荣的产业生态，在某种意义上来说难度更大。

里面CPU的设计难在哪里呢？

主要就是大、复杂，为什么呢？

现在我们的半导体工艺发展很快，最新的工艺是5纳米，5纳米是什么概念呢？

一根头发丝是80微米左右，5纳米就意味着能在头发丝里放16000根线，它能在头发丝这么小的地方走那么多。

一颗芯片里，现在典型的能够在里面放几十亿到上百亿的晶体管，这么多资源在里面怎么指挥，怎么组织分工协调，才能让它发出最大的效力？

还有很多其他的局限性，比如并不是堆得越多越好，它在工作时是会发热的，热到一定程度，它就无法再继续工作。

而现在的芯片真正工作起来时，里边的热的密度就差不多已经相当于电炉丝的密度了。

在这种限制下，又不能无限制地堆，但是又要极限地去追求性能，极限地压榨工艺的潜力，这时就要想办法去做设计挑战。