谁主沉浮:国产CPU的三大路线之战
2020-12-01
来源:是说芯语
2002年8月10日凌晨6点,伴随着电脑上出现“login:”字样,中科院计算所里一阵欢呼,龙芯一号CPU终于工作了,我国计算机“缺芯”的局面迎来突破。
一年多前,中科院计算机所成立了龙芯课题,并凑出了100万元研发经费,而32岁的胡伟武就此接下了这个天降大任。胡伟武可谓是为龙芯而生。高考后,他从浙北山区来到合肥的中科大,一个月20块钱的生活经费,拿出8块钱来搞“研发”。而他的导师正是被誉为“中国计算机之母”的夏培肃。
龙芯寄托了太多人的希望。为了研发成功,大家日夜扑在实验室,每天一起读毛选来提升信心;而且,还给龙芯取了另一个名字:狗剩,承载着中国农村“取个贱命好养活”的寓意。
终于,龙芯一号成功应用,而二号、三号也先后研制成功。2007年初,在中法双方领导人的牵头下,龙芯还与意法开云棋牌官网在线客服在人民大会堂举行了一场发布会,双方合作开拓国际市场。然而,一场最大的危机,也随之而来。
2009年,题目为《龙芯无奈购美公司专利授权,“中国芯”光环褪尽》的文章发布,龙芯花钱买MIPS架构专利的行为被无限放大。一时间,举国哗然,以为是自己研发,没想到居然是买的。
关键时刻,胡伟武不得不站出来,为踏破门槛的媒体老师们上了一堂无奈、心酸又带着红色语言风格的计算机原理课。胡伟武解释到,买芯片架构不等于买芯片;有了架构,依然需要做大量自主研发工作。然而,在几年前“磨皮汉芯”的负面阴影下,龙芯依然遭遇千夫所指。
而龙芯所遭遇的舆论困境,也正是国产CPU二十年沉浮的缩影。从自主之难、到引进之忧,再到另起炉灶,国产CPU在坎坷和争议中,举步维艰却又砥砺前行。国产CPU的路,到底通往哪里?
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第一轮 自主之难
第一个提出搞电脑芯片的人是倪光南。
1994年,面对国外电脑的大幅冲击,高歌猛进的联想集团危如累卵。倪光南主张向芯片纵深发展,柳传志则要建一条电脑组装线。“技工贸”还是“贸工技”?倪柳二人的路线之争以倪光南出局终结。在宣布倪光南被免职的会议上,柳传志掏出手绢抹泪,倪光南凛然危坐,不为所动。[1]
联想在一个贸易红利指数放大的时代取得了胜利,这在相当程度上影响了人们对于芯片的认知。倪光南出走后十年,联想先后出了三本书:《联想为什么》、《联想风云》、《联想局》。倪柳之争的广泛传播,和联想2005年收购IBMPC业务的如日中天,仿佛在反复证明一个真理:芯片造不如买,国产天方夜谭。
联想成为时代偶像之际,倪光南鼎力支持的国产CPU却暗淡收场。
当初为了支持方舟科技把国产CPU卖出去,北京市政府吃了第一口螃蟹,把微软踢了出去,此事震动太平洋两岸。微软总裁辞职,基辛格去信北京市长施压,最后是总理顶住层层压力,方舟一号终于进了政府的采购单。[2]
而开局有多高光,结局就有多惨烈:装了国产CPU的电脑没人想用,方舟科技的老板贪了经费,盖了大楼,最后还说钱不够用。[3]这更加强化了大众已有的固执偏见:国产CPU非奸即盗,不如不干,还是英特尔最香。
然而不同于消费者视角感知,中科院的计算机元老们持续向国家呼吁:“十五”期间要启动自主CPU的研发,要不然就没机会了。终于,不满于英特尔的垄断地位,以及考虑到CPU受制于人所带来的安全风险,国家出台了旨在振兴国产自主CPU的“泰山计划”。
和当时与被寄予厚望的方舟同时进行的,还有另外三大国产CPU项目:
龙芯,因经费捉襟见肘,在一开始连便宜的MIPS架构都无力承受;
申威,由无锡历史悠久的56所研发,采用古老的Alpha架构,服务于军队和超算;
飞腾,早在1999年研发出第一款CPU,采用SPARC架构。
在“十五”、“十一五”两个五年计划期间,凭借863、核高基等众多国家级经费的支持,国产CPU芯片迎来了春风:基本保持着每一两年就出一款芯片的速度,在性能的赶超上不遗余力。2004年的龙芯二号,已经可以追平1999年的奔腾三。
然而,三大国产CPU也很快遇到了三大难关:
性能难关,英特尔在进入新世纪后战斗力爆表,AMD在2006年被打残,国产CPU进展不小,但始终存在代差;
生态难关,x86专利墙高耸,国产自主CPU统一采取了绕行策略,但如此一来很难适配微软系统;
量产难关,使用者已经适应了微软的操作系统,一个荒芜的桌面,没有吸引力,何谈量产。
而之所以有此三大难关,是因为国产CPU都采取了精简指令集架构:MIPS、Alpha、SPARC等。这些一般人闻所未闻的架构,都是当年英特尔的手下败将。而核心要素则是英特尔和微软之间形成的同盟。
随着“十一五”计划的收尾,国家补贴幅度收紧,三大国产CPU迎来了命运的拐点:胡伟武一咬牙,决定让龙芯走市场化之路,研发人员丢掉铁饭碗下了海;申威则隐匿在体制和超算市场,没有向下出击;飞腾爆发了一场争论,两派人员在政府领导面前吵着是否要放弃原有架构,一时陷入了迷茫。
看不到国产CPU的曙光,于是,有人便提议了另一条路线:既然打不过,为什么不引进呢?
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第二轮 引进之忧
在大飞机、核电站和高铁开始走向自主之际,CPU却开始了引进潮。
在引进路线上,国内派出了两支大军:上海兆芯、天津海光。业内最流行、最商业化的便是英特尔的X86架构芯片,但英特尔非常强势,难以谈判。于是,这两家公司都选择“曲线救国”:
上海兆芯收购了我国台湾地区公司威盛电子的X86授权。威盛被誉为“台湾的英特尔”,其X86专利授权则来自于其收购的两家被英特尔打得奄奄一息的美国公司Cyrix和Centaur。而威盛电子相关公司,又是上海兆芯的发起股东,随后,兆芯也以2亿多美金,收购了威盛电子的X86专利。
天津海光则选择了AMD。AMD很早获得了对英特尔X86的交叉专利授权,而且自研的Zen架构性能强悍。但迫于英特尔的激烈竞争,AMD现金流压力大,急需输血,于是,便有了和海光的合作,但AMD也留了心眼:海光需经两层公司获得授权,并经过11个流程,才能在中国大陆地区销售产品。
引进技术后的兆芯与海光,都实力大增。兆芯对威盛的交易可谓一石三鸟,获得了CPU研发团队、x86架构专利、芯片组产业链;而海光则背靠上市公司中科曙光,借鉴AMD的作业,加上国产加密算法,在商用服务器起量很快。
然而,无论是买,还是租,代价都不菲,兆芯与海光分别花了20亿元以上;但确实很快便砸出了声响。兆芯成立两年后便实现了量产,卖了一万多套。海光在今年上半年营收2.7亿,净利润6000多万。
引进路线看起来立竿见影,但当海光被列入美国实体清单,缓过气的AMD表示最新架构不再对海光授权;而上海兆芯也面临着专利瑕疵时,我们才发现,引进也不是万金油。
与此同时,中国大陆地区的x86人才极为薄弱,“拿来主义”能否进化到“吸收创新”,要打一个很大的问号。如果只能停留在对x86硬件层面的拷贝与粘贴,那么很难深入地去搞研发,并且满足高安保级别和消费者市场的需求。
自主,需要从底层开始,难度几乎不可能;引进X86架构,却也面临着被断供、无法更新的担忧。就当市场再度纠结的时候,ARM却映入了眼帘。
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第三轮 另起炉灶
从2001年进入中国以来,ARM给人的印象是“中国科技公司的老朋友”:靠谱、好用、能打。更为重要的是,ARM架构授权可以在指令集层面永久买断,一方面可控程度更高,另一方面研发程度更深。因此,国产CPU开始基于ARM架构自主研发,试图做到与x86架构一样的性能,从而实现更深层次的替代。
事实证明,国产CPU做的确实不错,而且是给ARM助攻。
在经历了2011年秋天的“自主VS引进”路线大争论后,飞腾选择了ARM架构。2015年8月,一个名叫CharlesZhang(张承义)的中国人,在全球芯片界的顶会HotChips上“华山论剑”,用中式英语介绍了飞腾服务器CPU“火星”,世界上第一款基于ARM架构研发的64核CPU。
这个发布,在业界引起了不小的轰动,但随后国内的舆论,却又让飞腾经历了名利场的残酷:飞腾“媲美英特尔”体的宣传“令人震惊”,大众认为一个语焉不详的念稿式发布会,一定隐藏着蒙骗国家补贴的惊天秘密。甚至有人在网络上号召群众发起一场针对国产CPU的监督运动。
飞腾陷入了一个薛定谔的舆论场:做不好有人喷,做好了还是有人喷。而这也几乎是众多国产CPU公司面临的处境。要打破困境,唯有夯实实力:
飞腾的商用服务器和桌面CPU制程分别达到了28nm和16nm,基本符合国内特定场景使用;而且联合了基于开源Linux研发的麒麟操作系统,在台式机上可运行200万安卓应用;同时,也通过资本加速,飞腾整体并入上市公司中国长城,方便配套整机。
近两年国产替代意识的迅速觉醒,更是让飞腾走上了快车道。2018年,飞腾卖出了20万块基于ARM架构的CPU,2019年营收增长三倍,2020上半年营收3.4亿,已超过去年全年。而其跨越式的发展,得益于多路并进、“农村包围城市”的战略,产品涵盖了嵌入式、桌面和传统服务器。
就在飞腾借助ARM架构拓展之时,华为介入了战场,而且一出手就是大军团作战,在服务器CPU市场高举高打。
2019年初,华为发布了首款ARM架构服务器CPU“鲲鹏”,并与各省市建立了鲲鹏计算产业联盟,向各地输送行业标准和人才,并与各地代表性企业建立硬件生产基地。今年5月,鲲鹏CPU进入中国电信采购名单。
华为此番凌厉攻势,一如当年在程控交换机市场的打法,绑定各地电信局,共荣共存,最终凭借技术升级和渠道,完成了对交换机的国产化。
国产CPU放弃Intel、另起ARM炉灶,烧得确实很旺。但ARM也在美国禁令下摇摆不定,甚至有被出售的风险,因此,一些观察者认为,国内基于ARM架构的CPU假国产之名,行ARM之实,为“假洋鬼子”,实际上还是不够自主可控:如果断供了,同样是遭殃,拿着一个过时的永久架构,迟早会被别人击败。
兜兜转转,问题又回到了原点:我们究竟要实现什么程度的自主?国产化应该遵循何种步骤?
0 4
尾 声
从2000年到现在,国产CPU先后走了三条路线:
自主派,执着于对抗英特尔的x86架构,将MIPS、Alpha等被击败的原始架构收为己有,从最基础的指令集出发,建构出了一座中国人享有完全掌控力的CPU城堡:
市场派,延续了改革开放以来的一贯技术路线:引进、消化、吸收、再创新,碍于英特尔的专利墙,不得不采取迂回策略,或买或租被阉割的x86架构,消化之路犹未可知;
生态派,依托于自有的研发实力,在ARM与英特尔的竞赛中,试图借力打力,利用新兴起的ARM生态,逐步蚕食存量的x86市场。
看似不同的三条路线,实际上都是为了两大诉求:自主安全可控,满足市场需要。但这两个诉求,却在一定程度上是相悖的。
完全自主可控意味着指令集层面的重建、筛查和排雷,在严格意义上讲,最为封闭但占据垄断地位的X86,应该是第一个被排除出局的。但X86却又是商业化最成功的,用户已经完全习惯了微软+英特尔的组合,沿着x86路线走是迁移成本最低的。
这就是国产自主的尴尬。不同于独立封闭地制造原子弹,CPU、操作系统、芯片,都是强商业属性,产业链、开发均相当国际化的产品,这意味着:自主之路,必然是在“自力更生”和“拿来主义”之间不断平衡。
在过去,我们很容易倒向“造不如买”,但如今的外压,提醒着我们,自主虽难,但探索却不能停步。