国产龙芯CPU与中国IC产业策略

二、通用与专用

　　可能是受历代重视"正名"的影响，我国科技界在讨论一件事时，喜欢从定义出发，在"名字"上做文章。我国CPU的研制尚未真正开展起来，863计划集成电路重大专项的高性能CPU项目还处在软课题研究阶段，但关于重点支持所谓通用CPU还是嵌入式CPU的讨论已经进行多次，而且不幸的是谁要是讲想做通用CPU，马上就有人反驳：你想赶上IntelP4?这肯定不可能，还是先做点电表控制芯片、身份证卡吧。

　　邓小平同志有一句名言："不管白猫黑猫，抓住耗子就是好猫。"他告诉我们，我们应关心"抓住耗子"而不要去争论白猫好还是黑猫好。国外公司研制芯片只关心市场有没有需求，不会先浪费时间论证应该做通用还是嵌入式芯片。从各个芯片公司的网页上我们只会看到各种型号芯片的介绍，看不到他们将芯片分成通用和嵌入式。

　　从语文的角度上讲，"通用"的反义词是"专用"不是"嵌入式"。所谓嵌入式CPU是指安装在不是计算机的路由器、手机、电视机、汽车等设备上的CPU芯片，而装在PC机、笔记本、工作站、服务器上的CPU一般称为通用CPU，因为它能执行各种各样的程序。

　　嵌入式是CPU的一种应用，一般只要求运行某种确定的程序，很多场合的嵌入式应用都要求低功耗，特别是像手机、PDA这类手持移动设备，低功耗意味着充一次电可运行更长时间，因此，低功耗应用追求更高的MIPS/W(每瓦每秒百万指令)，而不是MIPS数。好的嵌入式芯片，如IBMPowerPC750FX每瓦的MIPS数比IntelP4(2.4G)高10倍，但从芯片的指令系统和体系结构而言，所谓通用CPU和嵌入式CPU并没有本质区别。不论是通用CPU还是嵌入式CPU，只要是低档产品都容易做而高档产品都难做。要特别强调的是所谓嵌入式芯片五花八门，但大都采用通用的CPU核，如MIPS核、ARM核等，从这个意义上讲，通用CPU和嵌入式CPU技术上是完全相通的，不存在只能选其一的问题。

　　在集成电路的发展历史上，芯片产品在制造与使用的对立统一中发展，随着半导体产业的景气循环，总是沿着通用与专用循环往复不断进步。天同证券公司在网上发表了一篇"半导体产业行业研究报告"，对通用专用芯片交替发展做了一些分析，本段下面引用该文的分析结果。1959年仙童公司推出第一个硅平面晶体管商品，开始了芯片产品第一个通用循环周期。

　　其后不久仙童公司又推出面向计算器、电视机的专用标准构件，标志着IC产品进入第一个专用循环周期。70年代Intel公司开发成功微处理器芯片，使IC产品上升到一个新的通用循环。80年代随着设计工具的发展推动了一个产品满足一个用户要求的专用集成电路(ASIC)发展，使IC产品进入高一级的专用循环。90年代初又发展出了可编程门阵列(FPGA)，用户可进行软编程反复改变硬件功能，又进行新一轮的准通用循环。随着ASIC技术的积累，IC开始向片上系统(SoC)发展，SoC实质上是更高一级的专用系统。随着通用-专用模式的交替发展，硬件软件的界限开始模糊起来，IC设计进入了基于可重用知识产权(IP)库的设计阶段。

　　IC发展历史已表明，通用CPU是IC技术发展的源头。从几年前开始，最先进的IC制造工艺首先在通用CPU上使用(过去曾经是DRAM)。

　　如果我们不敢碰通用CPU，就只能永远跟着别人，处于技术的下游。在2000年计算所酝酿研制CPU时，我们曾反复讨论过是买MIPS或ARMCPU核，针对某个应用做点外围电路，还是自己做一个有自主知识产权的MIPSCPU核或类似ARM的CPU核。我们的结论是没有自己CPU核的芯片产业就如同没有CPU的PC产业一样，而研制通用CPU是形成有市场竞争力的CPU核的重要途径。因为一个好的CPU核必须经过多种应用的考验，单独为汽车控制等应用做一个较专用的CPU难以扩充成较通用的CPU核。

　　从网络信息安全的角度出发，我国也需要有自己的通用服务器CPU。服务器相当于电网中的发电站，一旦服务器受到攻击，将会造成大范围的网络瘫痪。服务器的用量少于终端(美国服务器的销售额约为PC机的1/3)，但服务器CPU做为涉及国家政治、经济、信息安全的核心技术一定要掌握在自己手里。在龙芯CPU研制时，从硬件设计上采用了防止缓冲区溢出攻击的新技术，可以防止大多数黑客和病毒攻击(即使软件有漏洞也能防攻击)，并申请了10项发明专利。龙芯一号流片成功后，曙光公司很快就推出了基于龙芯一号的龙腾服务器，尽管其性能只相当于4-5年前的PC服务器，但其与众不同的高安全性对政府、金融、国防等部门用户会有吸引力。

　　如果我们不从能运行多少程序的角度，而是从芯片推广数量的角度来看，所谓通用专用完全是一种定位，没有绝对的区别。由于加工芯片制造掩膜费用很高(0.18微米工艺掩膜费用高达30--50万美元)，因此芯片销售量少必然成本很高，这就如同书的发行量越大越便宜一样。做芯片一定要瞄准量大面广的市场。量大不一定面广，比如手机芯片、DVD芯片量很大，但只用于手机与DVD，人们常称为嵌入式芯片或专用芯片。如果一种手机芯片被众多手机芯片厂商采用，我们也可以说它是一种通用的手机芯片。还有一类以"面广"为目标，强调通用性的芯片，如Xilinx和Altera两家全世界最大的IC设计公司生产的可编程门阵(PLD)，可用于很多产品中，这当然是一种通用芯片。另外ARMCPU也可认为是一种较通用的芯片。

　　通过以上分析，我们的结论是我们应重点发展量大面广的芯片设计，即较通用的嵌入式芯片，同时要重视高安全性的服务器CPU芯片设计。形成较通用的嵌入式CPU核的一条可行途径是从设计通用CPU入手。通过应用实践再适当裁剪通用CPU比从专用CPU开始不断扩充更合理。虽然国内对低端微控制器芯片仍有一定需求，但从海关统计数字来看，不论是CMOS芯片还是其他数字集成电路，大多数进口芯片是0.25微米以下工艺生产的芯片。是否在落后工艺下生产量小面窄的嵌入式芯片应由企业自己判断决定，国家不能采取只要是嵌入式芯片就支持的短视政策。

　　龙芯一号CPU研制体现了我们制定的发展战略，一个多月来十多种应用轻松移植，表明龙芯CPU既是一种较通用嵌入式芯片(功耗小于0.5W)可用于网卡网关、网络终端计算机(NC)等，同时也是高安全性的服务器芯片，可用于网络服务等。明年一季度，基于龙芯一号的SoC芯片将问世，更适合于做NC和网络设备。

　　剩下的一个问题是我们究竟做不做与Intel兼容并与之竞争的通用CPU芯片。我们的意见是暂时不做。我国舆论界有一种误导使许多老百姓认为"信息技术主要是PC机，PC的核心技术是P3、P4芯片，芯片的高技术是高主频。"实际上PC用的CPU只占微处理器数量的1%左右，但销售收入有200多亿美元，占全球1500多亿美元IC总收入的15%左右(有机构统计，PC用IC占IC总市场的30-40%)。PC芯片的高收入高利润是多年来Wintel联盟的"功绩"，我们暂时不具备实力与Intel比高低。在未来的发展中，各种InternetAppliance(所谓IA产品)增长势头明显大于PC，据IDC公司预测2002年IA产品销售数量将达到1.8亿台，超过PC机销售数量。PC机本身也在变化，用户未必希望PC机主频3G、4G这样升上去。因此我们不能固守"通用CPU=P4"这种思维模式。