胡伟武：我国手机CPU的自给率是0%！差距在哪里？

在2021凤凰网科技峰会的“‘芯’突破：抢占智能时代制高点”论坛上，龙芯中科董事长胡伟武围绕“自主CPU发展道路”的话题发表了演讲。

胡伟武表示，现在全世界信息产业有两个美国主导的体系支撑：一个是Intel+微软，一个是ARM+Android，只要硅谷几个企业产品一升级，整个中国的信息产业跟着动，全世界的信息产业也会跟着动。“我们要做一个自己的生态，要构建独立于Wintel和AA体系的安全可控信息技术体系和产业生态，构建安全可控的信息技术体系。”

因此，胡伟武指出，想要做出中国的生态体系，需要时间和试错的机会。“三流产品全球能做，二流产品有钱加上手艺，需要人才才能做，一流产品需要有钱、有手艺，以及长期即使积累。”

胡伟武解释道，试错有两个方面的含义，一个是试性能，一个是试生态。在试错的过程中，技术平台和产业链才有可能不断完善，性能才能不断提高。

而龙芯中科正是希望通过自主研发掌握CPU的核心技术，建立自主可控的信息技术体系。胡伟武认为，如果龙芯中科选择走市场换技术的道路，通过引进国外的技术发展，所谓的自主CPU产品，只是将一副锁链，换成另外一副锁链。“现在龙芯的CPU已经逼近市场主流产品的性能，可以说是及格水平，同时几千家企业正在形成一个产业链，和一个新的产业生态。”胡伟武表示。

以下是演讲内容（在不修改原义基础上有删改）：

大家好！我是龙芯的胡伟武，很高兴有机会在凤凰网给大家介绍一下我国CPU的发展情况，所以我的报告叫做“自主CPU发展道路”。

什么是CPU？

很多人说CPU就是芯片，这个说法也对也不对，我们先给一个稍微有点学术性质的定义。现在的计算机都采用一种冯·诺伊曼结构，这是美国一位数学家在上个世纪四十年代提出的结构，论文中说计算机由五部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，其中运算器+控制器合在一起叫中央处理器，就是Central Processing Unit，简称CPU，存储器我们知道，就是计算机中的内存条，输入设备和输出设备就是键盘、鼠标显示器，硬盘等，计算机就是这么组成的。

CPU在不同的阶段有不同的表现方式，可以体现为很多机柜，可以体现为一个芯片，也可以体现为一个IP。

今天我们讲自主CPU，什么是自主CPU？

根据冯·诺伊曼的学术定义，（能够）自主研制运算器和控制器的叫自主CPU。我国的手机芯片做得非常好，国内有不少做手机芯片的企业，国内手机芯片的自给率，尤其是里面的主处理器自给率超过20%，计算机芯片的自给率可能也就是3%-5%。什么意思呢？计算机全球一年卖2.5-3亿台，中国要用掉5000万台，3%-5%就是每年用自己的芯片来做的计算机大概有200万台左右。但如果就CPU来说，我国手机CPU的自给率是0%，所有做手机芯片的都是买ARM的CPU核来做芯片，我国计算机CPU的自给率至少有1%-2%。比如龙芯CPU的运算器、控制器都是自己做的，每年大概有100万片左右，除以5000万就是2%左右。

为什么要在概念上把芯片和CPU分得那么清？

因为我们要看它的作用，就是看它的Outside。屏幕上列了两张表，一个是2017年的，一个是2018年的，都是从网络上找的数据，列了几个企业，有两个是做电脑的，其中联想是做计算机，Intel是做计算机芯片。有两个是做手机的，苹果做手机，展锐做手机芯片。两个是美国的，两个是中国的，两个是做整机，两个是做芯片。这里的数字单位都是亿美元，2018年人民币和美元的汇率是6.7，我们看到一个很奇怪的现象，电脑是做芯片的赚钱，我们来看Intel （在）2018年赚了211亿美元，联想只赚了6亿美元，2017年甚至有点亏损，所以我们觉得芯片很重要，全中国人民都觉得芯片很重要。

表面上看，凡是中国企业做的都不赚钱，不管是做整机还是做芯片，实际上IT产业是解决方案为王的产业。什么是解决方案？解决方案决定用户习惯和产业主导权，电脑怎么用谁说了算？Intel和微软说了算，电脑什么时候升级谁说了算？也是Intel和微软说了算，到现在为止，只要Intel和微软推出新的操作系统和CPU，全球的计算机产业都跟着升级。手机什么时候升级是Google、ARM和苹果说了算，中国不管是做手机芯片的、做整机的，至少对手机的大升级我们说了不算。ARM最近推出ARMv9指令系统，全球手机肯定要跟着升级，Google推出一个新Android，全球的手机也要跟着升级。

我们看到实际上做芯片、做整机并不重要，重要的是控制解决方案，控制产业什么时候升级，中国IT产业的根本出路在于构建自己新的体系。我们知道现在全世界信息产业有两个美国主导的体系支撑：一个是Intel+微软，一个是ARM+Android，只要硅谷几个企业产品一升级，整个中国的信息产业跟着动，全世界的信息产业也会跟着动。我们要做大的解决方案，就是一个自己的生态，要构建独立于Wintel和AA体系的安全可控信息技术体系和产业生态，构建安全可控的信息技术体系是习总书记2016年对我们整个产业提的要求。

CPU的研制是一个复杂的过程，十九届五中全会提出要构建一个国内的大循环为主体，国际国内两个循环相互促进的新发展格局，我们就是要构建国内大循环。信息产业要构建国内大循环，我认为有三个主要的环节：

基于自主IP核的芯片，现在我们做芯片可以买别人的IP来攒芯片，其实不难，如果买ARM的IP，买Imagination的IP来做手机芯片，相信一两年就够，但做ARM那样的CPU核没有五到十年是不行的。恰恰是芯片的IP决定芯片的性能、成本、功耗、安全性，当然IP分为软IP和硬IP，屏幕右上角的方块就是IP，中间的版图也可以抠出一些硬IP，所以芯片的研发要IP自己来做。

基于自主指令系统的软件生态，X86承载着电脑的生态，ARM承载手机的生态，软件生态包括什么？包括操作系统，像Windows和Android，数据库比如Oracle，中国的企业要做产品，融入X86和ARM的生态是相对容易的，比如手机芯片，Android一跑起来，所有APP都能跑，但基于自己的指令系统建自己的生态是很难的。

基于自主材料和设备的生产工艺，我们知道境内的生产工艺像14纳米已经很稳定了，7纳米也研发成功了，生产工艺是不错的，但是关键是材料和设备受制于人，光刻机、光刻胶。我们做芯片设计有几个不如境外工艺的地方，IP不够全，因为需要自己造IP，性能不够高，（要）通过优化设计提高性能。当然，我们还是需要在自主的工艺，在材料和设备上还是需要攻关。

基于自主IP核、基于自主指令系统、基于自主的材料和设备，这三个基于就是今天信息产业要形成国内大循环的痛点和堵点。

我们要解决这些问题、发展核心技术，我认为改革开放以来只有两条路线：一个是市场换技术。另一个是市场带技术，就是通过体制内市场引导带动技术进步，再参与体制外市场竞争。

今天我们发展CPU也存在两条路线，现在我们确实看到，因为中国要发展自主CPU已经成为国家战略，境外的主要CPU企业都是通过合资或者授权，境内也有很多企业觉得这个好，这条路当然也是对的。为什么呢？我们CPU需要融入业务生态，如果不和X86和ARM兼容就没有软件可跑，连一个浏览器都跑不起来，所以这条路有好几个企业在做。当然也有龙芯这样的企业，包括太湖之光，强调都是要自己做CPU、自己的指令系统，并且在应用中不断演进，强调要建自己的生态，我们叫做第三套生态体系，独立Wintel体系和AA体系的第三套生态体系。

时间是核心技术产业最重要的门槛，因为我们迭代和试错需要时间。三流产品全球能做，中国人民已经做透了，二流产品有钱加上手艺，需要人才才能做，我们正在大力发展，一流产品需要有钱、有手艺还要有长期积累才能做。

我们现在是第三轮迭代，上了三步台阶。整个“十二五”期间我们在很多重要设备，比如电力设备、轨道交通设备等等中应用，到了2015年，我们每年销售几万片CPU，从零开始。第二轮试错是2016年到2019年电子政务中应用，2019年每年CPU出货几十万片。第三轮试错是2020年到2022年，我认为三年就够，（在）金融、教育、电子政务中应用。2020年开始我们就上百万片，全面推广。

试什么错呢？一个是试性能，一个是试生态。在这个过程中技术平台和产业链不断完善，性能不断提高，应该说现在的龙芯CPU已经逼近市场主流产品的性能，及格了，几千家企业形成了产业链，一个新的产业生态正在形成。

我们自主CPU和国外先进水平主要差距在什么地方？

当时我们重点做的是高性能的浮点峰值性能，计算机里用的是通用处理性能。比如当时Intel芯片是四核的时候我们做了八核，Intel当时的运算通路是128位，可以做两个64位的运算，当时我们就做256位，可以做四个64位的运算，通路比他们宽一倍，核数比他们多一倍，Intel主频是3个多G，我们是1G，确实看起来峰值性能不错。但我们计算机用的是通用处理性能，那些上浮点运算的是专用处理性能。神威太湖之光做到世界第一，我们中国人都以此为自豪，但它不跑浏览器也不跑Office，通用处理性能需要平衡，计算、缓存的平衡。

我们知道2005年前后全球的市场从单核向多核发展，英特尔做四核我们做八核，其实核多是好办法，就是人多力量大。

我们的设计能力不行还是工艺不行？一说起CPU就经常说我们工艺不行，好像所有东西都怪到工艺上，比如Intel用130纳米工艺，现在都是10纳米、7纳米，奔腾IV主频做到3.8G。我们2010年四核的龙芯主频是1G，如果把当时Intel市场主流产品降到1G，我们的性能仍然只有他们的1/5。什么叫做1/5？跑相同的程序我的时间是他们的五倍。

所以从三个方面让我们看到，要提高通用处理性能、要提高单核性能，要通过设计能力的提高，而不是依靠工艺提高性能。我们决定练好内功，通过设计优化提高单核通用处理性能，不是把核弄得很多。经过这么多年的努力，我们终于完成了性能上的技术补课。屏幕上是Intel的CPU性能提高图，绿色的部分是从1985年到2003年每年性能提高52%，确实一年就翻一番。2003年到2010年每年性能提升23%，2010年到2015年每年性能提升12%，2015年之后每年性能提高3%，确实Intel已经逼近天花板。经过多年的补课，我们到了灰色的部分，现在市场上Intel灰色的阶段的CPU其实还在用，我们只要再有一两年就可以达到红色的区间。

刚才讲的是CPU的性能，还有对CPU最重要的软件生态。说实话，CPU指令系统是绕不过去的话题。我们做CPU到底应该是兼容国外的指令系统还是我们自己做自主指令系统？各有各的道理，要是自己做的话没有可跑的软件，要是兼容的话又受制于人，总是很难的。龙芯CPU基于自主指令系统做自己生产，有没有办法一个自主指令系统既自主又兼容？我们2020年推出自主指令系统，我们领（悟）出了一个道理，指令系统是计算机系统里最基础的语言，就是软硬件界面和语言，就像英语和汉语这些自然语言一样。我们知道可以基于英文写文章挣钱，甚至拿诺贝尔奖都是可以的，我们可以用英文写小说发行赚钱，但中国人不可能基于英文构建出我们的民族文化，中华民族的文化唐诗、宋词、元曲、先秦散文肯定得构建在汉语上，所以如果信息产业只满足于做产品，那就可以和ARM、X86兼容，但如果中国人立足要做自己的生态体系，再难也得做自己的指令系统。

刚才说过，指令系统要自己做就有一个兼容问题，经过多年的积累，我们想到了一个方法，就是充分考虑兼容需求的自主指令系统。我们从基础指令系统加上一些扩展，大概将近2000条指令，现在芯片也出来了。

还有微软操作系统的问题，其实操作系统有两种模式：一种是微软模式，一种是Android模式。Android模式就是由一个企业提供基础操作系统，Google提供Android是免费的、开源的，把它做成产品操作系统。龙芯也提出了基础操作系统，包括操作系统企业、整机企业可以基于龙芯这样的基础操作系统做自己的产品，这个也走通了，涉及到浏览器、Java虚拟机等等核心模块都要掌握。

我们建党百年的时候龙芯也进入了新阶段，从Inside到了Outside，经过20年的发展，到了2021年自主CPU基本完成技术补课。百万片规模的应用验证了自主CPU的成熟度，CPU处理性能达到市场主流产品水平，操作系统成熟度接近Windows XP的程度。现在差的是产业链和生态，所以“十四五”期间我们要努力完成三个转变：从技术补课到生态建设者转变，从政策性市场向开放市场转变，从跟随性发展的必然王国到自主发展的自由王国转变。

这个事情不仅要撸起袖子加油干，还要耐着性子坚持干。我认为自主CPU发展需要三十年，现在我们已经发展了二十年，正在呈现出加速发展的态势。

有没有办法避免上述耗时的多轮试错？不用爬楼梯，一步就上？

发展核心技术只有一步一个脚印地追赶，不能幻想弯道超车，在不断试错中改进是复杂系统创新的必要过程，好的体制机制和更多的经费可以加速试错迭代，但不能取代试错迭代。浮躁会让我们的产业发展走入误区，反而发展得更慢。两弹一星的先辈们和改革开放头三十年发展的主力军几亿农民工，靠的都是5+2、白加黑的追赶，我们今天也没有取巧的理由，因为有些表面上的直道我们以为是抄了近道，其实是更弯的弯道。

我们走市场带技术的道路，通过自主研发掌握CPU的核心技术，建立自主可控的信息技术体系，我们失去的只有锁链，得到的将是整个世界。如果我们还是走市场换技术的道路，通过引进国外的技术发展所谓的自主CPU产品，只是将一副锁链，换成另外一副锁链。

www.eefans.com电子爱好者

www.icrank.cn芯榜中国芯片排行榜