龍芯啟示：以我為主的開放式創新

文/孫福全 張換兆 董書禮

龍芯啟示：以我為主的開放式創新

文/孫福全 張換兆 董書禮

龍芯一向被認為是我國自主創新的一面旗幟，但當了解到中國科學院計算技術研究所（即龍芯研發團隊所在的科研機構）從微處理器架構企業美普思公司購買了MIPS32TM和MIPS64TM架構授權之后，輿論一片嘩然。龍芯簽約MIPS后是否仍然屬于自主創新?是否意味著“CPU核”自主創新戰略的失敗?國際科技合作在龍芯的自主創新中發揮了怎樣的作用?龍芯的自主創新對我們有怎樣的啟示?本文在對龍芯課題組和龍芯產業化基地進行實地調研的基礎上試圖回答上述問題，并提出進一步推動龍芯自主創新和產業化的政策建議。

我國信息產業中許多核心技術及產品主要依賴進口，信息系統的安全乃至國家安全面臨潛在威脅。

龍芯研發及產業化的基本情況

龍芯是我國自主研發的第一款通用計算機微處理器。眾所周知，微處理器是計算機系統及各類電子設備的核心，其設計和制造是技術實力的象征。因為缺乏自主的微處理器設計技術，我國信息產業中許多核心技術及產品主要依賴進口，不僅技術上受制于人，信息系統的安全乃至國家安全也面臨潛在威脅。另外，微處理器具有廣闊的市場空間和巨大的市場價值，對于提高我國信息產業乃至國家競爭實力意義重大。2004年，我國芯片進出口貿易逆差達400多億美元，芯片超過飛機、石油、汽車，成為我國第一大進口貨物。

基于上述情形，中科院計算機所從2001年開始龍芯處理器的研制，2002年推出龍芯1號32位微處理器。其具有良好的低功耗性，平均功耗0.5瓦特。2005年推出龍芯2號，功耗為3-5瓦，并在此基礎上推出了90nm的龍芯2E（增強型）和龍芯2F（改進型），性能達到“奔4”水平。當前正在研發的龍芯3號處理器，是面向服務器和高性能機的高性能、低成本、低功耗的多核65nm CPU芯片。通過龍芯處理器的研制，中科院計算所建立了滿足自主高性能通用CPU研發的基礎設計平臺，取得了一批與CPU設計相關的發明專利，凝聚了一批CPU芯片設計人才。為了加快龍芯產品的應

用，2002年在北京成立了北京神州龍芯集成電路設計有限公司，承擔產業化的重任，不斷基于CPU開發出多種自主知識產權產品，如龍芯精簡電腦、龍芯監控設備、龍芯網絡設備等。為了加速推進龍芯的產業化，2005年與江蘇夢蘭集團合作，成立了中科夢蘭公司，2006年成立中科龍夢公司，2008年二者重組成立中科龍芯夢蘭科技股份有限公司。各級政府部門對龍芯的產業化給予很大支持。2009年4月28日，江蘇省常熟市政府與龍芯簽約采購1萬臺龍芯電腦用于當地中小學教育；江蘇省政府采購龍芯電腦15萬臺支持龍芯電腦規模化運用推廣；2009年3月國務院9號文明確中央財政采購150萬臺電腦用于中西部教育，其中龍芯電腦屬于采購范圍。總的來看，龍芯的產業化剛剛起步，未來還有很長的路要走。

龍芯走的是開放式創新道路

1.技術研發：基于MIPS架構進行自主創新

龍芯的技術研發是基于MIPS架構進行的，并且得到了MIPS公司的架構授權。據此，有人認為龍芯不是自主創新，甚至認為得到MIPS架構授權意味著自主產權的“CPU核”戰略失敗。這種認識錯誤主要源于對MIPS架構和CPU技術的不了解。MIPS架構實際上是一種指令集，決定一個CPU是否自主研發，不在于采用了何種指令集，而在于它對指令集的實現能力。譬如X86指令集，自1978年問世以來，Intel和AMD一直在使用，但CPU的性能卻每年都取得兩倍的改進。由此可見，在芯片設計上，指令集的實現是自主研發的核心。拋開現行架構進行原始創新，自主設計新的處理器架構，并非完全不可能，龍芯就曾經試圖進行這方面的工作。但完全原始創新的架構可能面臨與現行主流信息系統存在對接的難題，很難將架構原始創新技術轉化為實際生產力。

龍芯在選擇架構的過程中，指令集存在X86和MIPS兩種選擇。X86市場化更好，與之相配套的軟硬件支持也較多。但X86是一個相對封閉架構，基于X86設計芯片必然受到Intel和AMD的打壓，無法實現芯片設計的自主可控，在國家信息、國防、個人信息等方面存在潛在的安全隱患。而MIPS結構是一個開放的架構，經過市場的長期考驗，非常成熟、先進，且MIPS公司不從事芯片開發，龍芯的開發不會與之形成競爭關系。計算所購買的是MIPS公司的結構授權，是永久性的，主要是為了使用MIPS兼容的品牌以及通過加入MIPS兼容聯盟共享知識產權，購買結構授權后仍然需要我們自主設計處理器核，屬于自主可控的模式，核心技術并未受制于人。龍芯的自主創新體現在三個方面：一是在現有MIPS指令集的基礎上，按照技術需求新增了500多條指令，并在緩存和運算方面也進行了一定的技術改進；二是實現芯片設計技術的改進，提高了運算速度，降低了功耗；三是自主設計處理器核和符合市場需求的CPU型號，并可以按照自身發展的要求與國內外企業合作或自行生產流片，不存在今后龍芯發展受制的問題。另外，出于市場考慮，龍芯處理器走與MIPS兼容的道路比較容易開拓市場。

2.產品工程化：與意法半導體合作提高工程化和管理能力

意法半導體是世界第五大半導體公司，在很多市場占據領先地位，是世界第一專用模擬芯片和功率轉換芯片制造商，世界第一大工業控制芯片、機頂盒芯片和便攜設備及消費電子用MEMS芯片供應商。意法半導體和龍芯2E的合作是在2004年中法兩國關于科技合作的大框架內的合作，龍芯授權意法半導體代工并包銷。2006年9月25日，胡錦濤主席和法國總統希拉克會談后簽署了中法聯合聲明，并共同出席了合作協議的簽字儀式，涉及空間合作、核電項目開發、購買空客飛機、多核處理器開發等14個項目。這就標志著龍芯成為國家外交合作戰略的一個重要部分。這對龍芯發展具有十分重要的現實意義。

龍芯2E初期只是實驗室產品，距離實際的市場化還存在較大的差距。在與意法半導體合作過程中，龍芯研發團隊與意法半導體的流片生產部門就芯片設計要求、需要達到的產品性能進行了反復的溝通和交流，通過設計方案的不斷調整和修改，不斷掌握流片生產的工程化要求與質量管理要求，使得龍芯研發團隊的芯片設計能力不斷提高，最終使得芯片設計滿足從實驗室產品向規模化、批量生產所需要工藝和質量管理的要求。因此，通過與意法半導體合作，提高了中科院計算所的工程化能力、設計能力和質量管理能力，彌補了龍芯流片生產過程中可能出現的缺陷和不足。

3.產品產業化：購買授權（MIPS）意在開拓市場空間

中科院計算所獲得MIPS結構永久授權和版權，實際費用低于500萬美元，每銷售一個龍芯芯片支付1%的費用。龍芯獲得MIPS架構授權，其主要用意不在于CPU設計本身，而主要在于產業化和產品集成方面。在產業化方面，可以在龍芯產品中貼“MIPS”兼容標簽，容易得到主流廠商的認可，能夠進一步得到國際自由軟件界的支持和幫助。在產品集成方面，能加入到使用MIPS結構的技術聯盟中，將現有的軟件不斷集成到龍芯中。另外，也可以試圖與微軟等合作，將微軟的軟件嵌入到龍芯。這就使得龍芯不僅排除了在國內與主流大廠商合作的障礙，團結國內外的軟件設計公司，還使得在龍芯未來的國際化過程中減少了合作障礙。因此，龍芯通過MIPS架構授權，不僅有利于改善龍芯的產業環境，更有利于開拓市場，為龍芯進一步推進自主創新戰略提供堅定的市場支持。

國際科技合作在龍芯的發展歷程中發揮了關鍵作用，也為其他產業和技術的成長提供了重要經驗和啟示。

龍芯的開放式創新和國際科技合作帶給我們的啟示

經過8年的發展，龍芯實現中國通用芯片從無到有，芯片設計水平也得到了長足的提高，當前正處于產業化的關鍵時期。國際科技合作在龍芯的整個發展歷程中發揮了十分關鍵的作用，也為其他產業和技術的成長提供了重要經驗和啟示。

一是自主創新要選好創新路徑。自主創新并不是閉門造車，國際科技合作有利于減少自主創新的困難、少走彎路、降低成本，加速重點領域關鍵共性技術的跨越式發展。龍芯研發過程也是不斷調整創新路徑的過程。初期試圖實現全面的原始創新走“第三路徑”，然后學習國外的設計理念和思想，最后在現有的技術基礎上進行創新和發展，實現中國芯片設計技術的突破。龍芯的研發過程，一方面說明任何技術的研發都不能忽視開放，不能關起門來自己搞，要善于在國際科技合作中發展自己，在發展的過程中不斷進行國際科技合作，只有這樣才能加快自主創新的進程，減少自主創新的困難。

另一方面說明自主創新不等于一切從零開始，合理利用現有技術基礎，充分利用國際資源，才能找準適合中國發展的自主創新路徑。

二是在合作中要做到自主可控。發展龍芯CPU及其產業環境的目標：一方面在技術上接近或達到世界領先水平，為國防安全和國民經濟發展提供信息安全保障；另一方面是形成自主的信息產業，增加國民經濟發展的新的增長點。為實現這一目標，要求在實際的研發過程中必須實現自主可控。因此在龍芯的國際合作過程中，在架構上選擇開放式的MIPS結構，在處理器核等方面可以根據實際需要進行自行設計，實現技術上的自主可控；在產品工程化方面，通過技術授權意法半導體并與Dexxon公司合作生產電腦，以龍芯CPU為核心，實現核心技術的自主可控；在人才隊伍上實行智力引進，提高內生的技術研發能力，實現研發隊伍的自主可控。

三是自主創新要在合作中取長補短并實現利益共享。龍芯作為一個技術研發團隊，質量管理、工程化等非其擅長。龍芯與意法半導體合作生產龍芯2E芯片，通過與法國Dexxon合作生產電腦，通過與紅旗、永中等軟件設計商合作，使得各自的特點和優勢在合作過程中得到充分的發揮，實現共贏。同時龍芯也在合作過程不斷學習提高了自己的質量管理、工程化能力。“沒有永遠的合作，只有永遠的利益”。美普思、意法半導體以及Dexxon等企業正是看到了龍芯的發展前景，才與龍芯合作，試圖在龍芯未來的發展中獲得利益。而龍芯當前處于產業化發展初期，可以通過合作與交流，為自身的發展創造條件。

四是注重內生技術能力的培養。經過8年的發展，龍芯的芯片設計取得了長足的進步，也形成了一個芯片設計隊伍。而這個隊伍主要是中科院計算機所自身培養的。在龍芯研發隊伍的成長與成熟過程中，其核心的理念在于兩個方面，一是“又紅又專，紅重于專”，二是能力培養遠重于技術和人才的引進。在人才培養的過程中，首先注重思想的統一。另一方面，在龍芯研發隊伍的建設過程中，主要是從對計算機所自身學生能力的培養開始，而不是直接從國外引進人才和技術。與國外一流專家學者交流合作，高薪聘請其來計算機所講學，通過自身的努力和學習，達到知識的積累和技術水平的提高。兩方面的結合，形成了統一思想下具有獨立自主設計能力的芯片研發隊伍，實現了芯片設計的可控性。同時龍芯通過與意法半導體生產龍芯2E芯片、與法國Dexxon公司共同推出Gdium龍芯學習筆記本電腦等方式來提高自身技術能力。

龍芯成功的標志不僅在于其技術水平達到國際領先，更重要的在于龍芯及其相關產品能否進入千家萬戶，實現產業化。

推動龍芯自主創新和產業化的對策措施

龍芯對國家信息安全、國防等具有十分重要的戰略意義，對培育新興市場，形成新的經濟增長點具有十分重要的意義。龍芯成功的標志不僅在于其技術水平達到國際領先，更重要的在于龍芯及其相關產品能否進入千家萬戶，實現產業化。當前龍芯在自主研發、產業化等方面需要做出艱苦努力。為進一步推進龍芯的自主創新和產業化，發揮國際科技合作在龍芯自主創新中的作用，迫切需要采取相應的對策措施。

一是對龍芯自主研發給予持續支持，實現龍芯自主研發的良性循環。Intel之所以能夠始終占據芯片市場的核心領導地位，主要是基于市場需求的企業開發理念，“永不停頓、不斷創新”，實現技術研發和市場的良性互動。基于龍芯的戰略意義和市場價值，政府需要對龍芯的自主研發給予持續穩定的支持，使其技術水平處于國際前沿地位。同時從國家層面進一步制定鼓勵參與研發和加大研發投入的優惠政策措施，吸引社會資本參與，擴展研發投入參與主體并縮短研發周期，使龍芯的性能能夠滿足多層次的需求，保持技術水平的行業領先地位。在龍芯能夠在市場上立足并占據一定市場地位后，實現技術研發和研發良性互動時，政府再逐步減少研發投入的支持力度。

二是加大政府采購力度，推動龍芯產業化進程。龍芯是具有重大戰略意義的產品，政府從擴大市場需求角度的支持是十分必要的。

中央有關部門、江蘇省和常熟市通過政府采購方式支持龍芯及其相關產品的產業化，對保護民族新興品牌、發展新興的民族產業具有重要意義。今后，要進一步擴大政府采購的范圍，不僅僅局限于教育行業，另一方面要擴大政府采購的地域，不僅僅局限于中央或江蘇省，要逐步擴大到全國其他省市。通過政府在龍芯產業化發展初期的支持，加速龍芯產業化進程，推動以龍芯為核心的上下游產業鏈的形成，包括軟件設計、電腦生產及其他電子產品等。

三是打造成國際化的管理團隊，提高市場拓展能力。龍芯要在激烈的市場競爭中占有一席之地，并最終走向國際化，需要有一支具有國際化視野和市場運作經驗的管理團隊。當前龍芯是以技術研發為主體的團隊，實行課題組負責制，中科龍夢的主要管理人員大部分都是技術人員背景。從實際調研中發現，龍芯市場化運作人才缺乏，市場拓展能力不足，也缺乏相應的產業化規劃，如果在市場拓展能力方面不能得到加強，龍芯的產業化必然面臨極大的困難，并可能喪失寶貴的市場機遇。四是找準市場定位，培育核心市場競爭力。在調研中發現，龍芯實行的低成本、低價格等策略將在實際市場中遇到極大的困難。英特爾和AMD也可以通過相應的策略來擠垮龍芯，畢竟英特爾和AMD損失的僅僅是短期的利潤，但能維持長期的市場，而龍芯失去的是市場機會。僅靠政府采購等方面的扶持顯然無法將以芯片為核心的產業鏈做大做強，新興市場的培育和新的經濟增長點的形成也就無從談起。當前龍芯以教育產業為突破口，提出“深耕教育行業，以整體解決方案取勝”，以教育產品作為其市場定位并據此培育核心市場競爭力。在初期，特別是通過政府采購的支持能夠迅速占領市場，并能夠獲得很大的經濟利益，也能在很大程度上提高龍芯的市場競爭力。但從長期來看，龍芯應該專注于芯片設計，以芯片技術與服務提供商為主體。

五是采取市場化運作，建立產業化基地。2008年重組成立的中科龍芯夢蘭科技股份有限公司主要承擔的是龍芯的下游產業，即電腦的產業化和方案集成，而芯片的產業化缺乏足夠的支撐。為了將芯片作為信息產業的核心環節做大做強，有必要建立相應的產業化基地，并以此為基礎形成完整的產業鏈。當前，龍芯已準備聯合有關力量投資10億人民幣再建立一個產業化基地，需要加速推進，否則會延誤產業化的時機；同時，中央政府和地方政府都要采取相應的措施加以支持和引導，激勵國有資本和私人資本積極參與到整個產業鏈的建設中。

（作者單位：中國科學技術發展戰略研究院）