胡伟武, 博士生导师,中国科学院计算技术研究所研究员,“龙芯1号”研制组组长,“龙芯”总设计师,全国青联委员。
网易科技:为什么我们要坚持研制自主知识产权的CPU?
胡伟武:CPU是计算机系统及各类电子设备的核心,其设计和制造是技术实力的象征。因为缺乏自主的CPU设计和实现技术,我国信息产业中与CPU相关的许多核心技术及产品仍然主要依赖进口,不仅经济上受制于人,产品的增值空间小、盈利能力弱,而且信息系统的安全乃至国家安全也面临威胁。因此,研制自主知识产权的CPU芯片甚为必要。
网易科技:您个人是怎样开始龙芯研发的?
胡伟武:我参与计算所的CPU开发项目,源于2000年10月一个偶然的机缘。10月中旬,所领导派我到我的母校中国科技大学去进行招生宣传。这是我1991年毕业后第一次回到母校。我回到了我原来工作过的实验室,十年前在那里,我曾经和另外一个同学一起做过一个与8086指令级兼容的处理器作为本科毕业设计。这是一个用400多个74LS系列的芯片搭起来的电路,能够运行8086指令系统中除了十进制和除法指令以外的所有指令。由于没有制版的费用,所有的连线都是手工焊的。这次回去,我看到了我原来做的机器还静静地躺在那里。面对与十年前一样凌乱的实验室和满桌触手可及的芯片、电容、电阻、电烙铁,我有一种重操旧业的冲动,因为十年前那些没日没夜地与逻辑门、触发器、译码器、选择器玩命的日子有一种深深的诱惑,至今我还可以如数家珍地说出好多当前我用过的集成电路芯片的引脚定义。我想到了我们所正在筹备的CPU设计项目,于是我给我的师兄唐志敏打电话,他是计算所系统结构室的室主任,目前正负责计算所CPU设计项目的准备工作。我开玩笑说一、二年之内不把通用操作系统boot起来,提头来见。于是回计算所后,我就开始考虑CPU的指令系统和流水线等问题。
网易科技:我们为什么要选择主攻CPU设计而不是整个处理器?
胡伟武:回顾中国计算机发展的历史,应该说,我们的“祖上”也是挺“阔”的,直到80年代初,我们的处理器设计技术不比人家差多少。落到今天这个地步,很大程度上是吃了不兼容的亏。因为现在计算机中绝大部分费用不是花在硬件上,而是花在软件上。自己设计指令系统,只能图一时痛快;与其它主流指令系统兼容,确实很麻烦,有时为了一条指令就得修改数据通路,增加不少东西,但却可以一劳永逸。
网易科技:我们国家最初没有自己的处理器,是什么原因?
胡伟武:很多人认为我国没有自己的处理器,主要是因为工艺水平上不去,因此,处理器设计不应是计算所的事情,而是做微电子设计的人的工作。诚然,回顾我们国家的处理器设计历史,在80年代后全面落后的一个重要原因是没有自己的制造工艺,导致处理器设计队伍整体上垮掉,人员流失。但后来情况发生了变化,投片已经没有大问题,主要是没有设计。而处理器设计决不仅仅是逻辑设计。处理器设计是大系统,惟有对包括操作系统、编译、体系结构、I/O等在内的整个计算机有全局的把握才能设计出高性能处理器。就好象一个公司,固定资产和资金只提供了必要的条件,关键还在于管理。在通用计算机中,操作系统和系统结构设计的的配合尤为重要,有些指令专门是为操作系统设计的,尤其是在系统安全、存储管理、原子操作、例外处理等方面。
网易科技:Godson从最初的产品就比同主频的国外处理器好,请问技术上有什么特点?
胡伟武:Godson工作在12.5MHz时就有50MHz的486的性能。Godson的流水线结构是我自己觉得比较得意的地方。设计的时候没有参考其它处理器的流水线,完全是凭感觉。Godson流水线包括了若干目前处理器设计中最先进的技术,如流水线动态调度,Tomasulo算法,寄存器重命名,猜测执行,精确例外处理,64位的浮点运算部件,CACHE技术等,并且在某些方面有所创新。
网易科技:目前龙芯的技术和产业化进展都很好,龙芯的下一步发展是怎样的?
胡伟武:龙芯的成功需要持久的努力。 最近龙芯研制和产业化工作的一个深刻体会是,每年我们的龙芯研制和产业化工作都取得很大进展,解决很多问题,但老的问题解决后,新的更大更多的问题又出现了。以2008年为例,在2008年我们完成了四核龙芯3号的流片,IP授权和龙芯芯片都实现了十万规模的销售,系统实现了万套规模的销售,在涉及国家安全方面的应用也稳步进展。这些成绩说明龙芯IP和芯片真正得到了批量应用,我们的芯片设计能力、质量设计、技术服务能力均得到了很大的提高。但新的问题还很多,例如目前龙芯产业化的的两个企业规模偏小、盈利能力弱,产学研关系还没有理顺,定位还需要进一步摸索,产品比较单一,目前只是点的突破离建立体系的目标还有很长的路要走等。
为什么龙芯的发展需要持久战?这是由龙芯的目标定位所决定的。龙芯的目标是建立自主可控的信息产业体系,是打破目前以垄断集团获取暴利为目标的信息化模式,探索一条新的节约型的信息化道路。
龙芯要建立自主可控的信息产业体系,也需要建立一个有成千上万家企业参与的生态系统,也需要动员政府使用自主的或开源的办公环境,也需要学校教授自主的或开源的操作系统而不是目前的微软系统。