几代人接力，中国人要有自己的芯片！

来源：共产党员微信公众号

近日，一场工业产品发布会引发关注，主办方联合合作伙伴发布了29款自主工业系列产品，这些产品全部基于国产的自主指令系统“龙架构”。长久以来，来自西方国家的两家科技公司的指令系统以及基于这两类指令系统所构建的信息技术体系，主导着全球信息产业。

小小芯片在国密安全体系发挥大作用

一个比指甲盖略大一点的芯片，能为国家网络安全做些什么？

“一个芯片里有数10亿个晶体管，就相当于一根头发丝的空间距离，要走几千根线，设计复杂，也好比在一座城市里设计和建造高架桥网络。”彭飞介绍，研发团队将原本外置的安全保护能力内置到芯片中，形成龙芯CPU内生国密安全体系，依托该安全体系可以自下而上建立安全架构，让芯片、操作系统、应用软件贯穿联通，龙芯国密云是在其基础之上研发出的产品，可以从云端调用芯片中的安全能力，形成云端一体化的安全防护体系。“不需要在电脑前摆放一圈软硬件来进行安全保护。

9月5日，2022年国家网络安全周开幕，龙芯中科展台，其自主研发的CPU芯片吸引参观者注意。图为芯片展示。王海涵/摄

密码技术是网络安全的核心技术和基础支撑，芯片是网络安全的保障和基座。在新兴的云模式下，由于传统的网络边界变得模糊，以及云计算带来的很多不确定因素，对芯片安全技术提出了更高要求。

图为芯片业务介绍   王海涵/摄

针对传统云平台可能存在的用户信息滥用、隐私泄露等潜在风险，龙芯国密云合理运用国家商用密码技术在云计算领域的技术研究，创新性研发出国密云产品，覆盖应用层、云管平台、虚拟化层、容器层，及网络设备、存储设备、服务器等环节，解决云计算环境中，云平台游离在国密保护环境之外的问题，有效保障业务系统运行环境和数据支撑环境安全。

82岁成功研制芯片

最大的心愿就是匍匐在地

擦净祖国身上的耻辱

在“龙芯”的研究团队中

你能看着这么一个身影

但是你永远想不到

这位瘦骨嶙峋的耄耋老人

会是一名以柔弱之躯

打破美国芯片垄断的科学家

生于战火之中

年幼立志报效国家

1936年，黄令仪出生在广西

襁褓中的她就历经了流离失所之苦

因为经历过山河破碎的绝望

见证过民不聊生的恐慌

在黄令仪的心中

早早地埋下了

救亡图存、立志报国的鸿鹄之志

成年后，黄令仪以优异的成绩

考上了华中工学院（今华中科技大学）

1958年，她以优异的成绩毕业

并被推荐到了清华大学半导体专业学习

当时，清华大学是

为数不多的开办半导体专业的学校

这意味着

她在这一刻踏上了

为中国科技崛起而奋斗的征程

这一路

她走了60年

黄令仪

1960年，学有所成的她

回到了母校

开始从事教学和科研工作

她对半导体的研究

经过淬炼变得更加深入与透彻

扎实的学术功底和对梦想的追求

令黄令仪有信心

在半导体领域有所发展和突破

在教书育人的同时创建了

国内首个半导体实验室

在极端恶劣的情况下

终于研发出了我国的半导体二极管

于无声处惊天动地

1962年

黄令仪被调到了中科院计算所工作

1965年时

为了突破“两弹一星”中的瓶颈

国家开始成立计算机所二部

专攻微型计算机和三极管等项目

这是中国第一个芯片研究团队

在缺资料、缺设备

缺人才、缺材料的情况下

她带领团队呕心沥血

成功研制出半导体三极管

随后步入艰难的芯片研发之旅

1966年

我国自行研制的空间计算机成功问世

1973年

中科院决定研制大型通用计算机

作为集成电路上的载体

芯片被广泛应用于各个领域

对国家科技发展有着重要的意义

黄令仪和她的团队

为了能够尽快研制出性能稳定的存储器

一步一步开始突破

她们研制的芯片也即将到达世界先进水准

1978年

赢得了全国科学大会重大成果奖

截止1984年时

晶体管研发已经取得了实质性进展

中国的集成电路和芯片发展

已经无限逼近于世界水平

但是不久后

因为中科院经费紧张

大规模集成电路研发被叫停了

得到消息的黄令仪

蹒跚的走出计算所大楼的北门

禁不住失声痛哭起来

匍匐在地，擦净祖国的屈辱

1989年

黄令仪受邀参加美国的国际芯片展览会

偌大的会场里

她跑遍了展台

却没有发现一家中国企业

她在日记中写道：

“琳琅满目非国货，泪眼涟涟”

黄令仪曾公开说过：

我最大的心愿就是匍匐在地

擦净祖国身上的耻辱

2001年，65岁的黄令仪已经进入了退休生活，但她的志向还没有实现。此时，中科院胡伟武教授，向全国发出了打造中国芯的集结令。他亲自找到黄令仪，邀请她一起搞芯片。

面对经费不足等重重困难，黄令仪还是毅然选择加入龙芯研发团队，成为了项目负责人。

2002年8月10日，我国首款通用CPU“龙芯1号”研制成功。虽然性能上差距很大，但却真正打破了国产计算机无芯可用的历史。

在黄令仪和同行的芯片人的不懈努力下，“龙芯3号”等一大批国产高性能芯片应运而生。复兴号高铁实现了百分之百的国产化。歼20等先进军事装备，配套了相控阵雷达，换上了中国自已的“心脏”。北斗卫星也装上了中国芯，彻底打破了西方的技术封锁。

在长达半个多世纪的艰辛探索中，以黄令仪为代表的芯片人，从二极管、三极管、微型计算机、大型集成电路等，一路披荆斩棘，打造出了中国人自己的芯片。这一场逆袭和突围，可谓是“受任于败军之际，奉命于危难之间，坚守于挫折之下，崛起于不屈之中”。

如今，年过古稀的黄令仪依然奋战在国产芯片的事业中，只是现在，她的身边多了越来越多的同行者，多了越来越多的年轻人。

胡伟武：“中国人要有自己的芯片”

胡伟武就读于中国科学技术大学、中国科学院研究生院，1996年博士毕业后，进入中科院计算所工作。

20世纪90年代，西方国家签订《瓦森纳协定》，对包括计算机在内的中国尖端科技实施全面封锁。我国计算机系统运算和控制核心的CPU芯片全部依赖进口。

胡伟武说：“改革开放以来，我国整机和应用领域做得很好，但做到芯片时却受制于人。打个比方，现在大家种了两块地，地主都是西方的，交了租金之后自己还能赚点钱。我们本来赚钱就不多，他现在还动不动威胁说不租给你了，我自己开第三块地自己种，就不受制于人了。”

胡伟武有一些“冲动”，他说，“中国这么大一个国家，怎么能没有自己的CPU芯片呢？”2001年初，在中科院计算所的支持下，33岁的胡伟武带头组建课题组，开始自主CPU芯片的研制。

2002年8月10日凌晨，中科院计算所北楼105房间掌声雷动，安装了“龙芯1号”CPU芯片的计算机顺利启动，“龙芯1号”成为我国首款自主研发的CPU芯片，一定程度上打破了中国只能依赖进口CPU芯片的僵局。

谈及为什么坚持要做中国“芯”

胡伟武回答说：“传到我这一代了”

胡伟武回忆说，快八十岁的黄令仪老师，一天到晚拖着鼠标，盯着屏幕查电路。他劝告黄老师：“给年轻人把把关就行，别亲自干了。”黄老师脱口而出：“我这辈子最大的心愿是匍匐在地擦干祖国身上的耻辱。”

胡伟武告诉记者，他的导师夏培肃曾多次对他讲：“这辈子最大的心愿就是搞好中国的计算机事业，我们这代人没搞好，你要搞得比我好。”前辈的重望和理念，深深地影响了胡伟武。

放弃编制，辞职下海

让龙芯销售额从亏损走向盈利

从2001年到2010年，龙芯研发经费投入超过4亿元，在一些领域取得了突破，总体成果却并不显著。作为带头人，胡伟武开始受到社会的质疑。“大家对龙芯怒其不争，我这么支持你，但你为什么还不能跟英特尔竞争？”

就在胡伟武举步维艰的时候，一些国外公司主动找到他，表达了“合作”的意向，提出给予授权或合资办企业，但胡伟武拒绝了。

“其实它们就是四个字——缴枪不杀。你要了人家技术，就会丧失你的研发能力，如果中断了自主研发过程，你就只能跟着它，它给你什么，你要什么，很受牵制。”

之后，龙芯开始市场化运作，对龙芯处理器研发成果进行产业化。龙芯团队放弃原有事业编制，从中科院计算所辞职下海。胡伟武承诺，从此以后不评奖，不评职称，放弃院士申报，他说：“中国不缺院士，缺的是像英特尔这样的企业。”

2015年，通过调整产品定位，龙芯销售额过亿元，从亏损走向了盈利。

自主创新指令系统

“打得一拳开，免得百拳来”

2018年，国内的芯片业遭到西方某些国家的刻意打压，龙芯遇到了麻烦。当时国内芯片业普遍的做法是通过授权使用国外成熟的指令系统，一些西方国家以此为要挟。这让胡伟武重新思考，龙芯要不要重新创立自己的指令系统。

可是，一个企业换指令系统风险是很大的，对龙芯这样的企业有可能是颠覆性的，胡伟武说这相当于“把地基都拔了。”

“有半年时间茶不思、饭不想，后来突然想到这句话‘打得一拳开，免得百拳来’。”

面对这样的局势，胡伟武开始了“反击”。2019年底，龙芯开始研发自己的指令系统“龙架构”。如今，基于“龙架构”所创建的龙芯信息生态体系已经初具规模，在国内的应用越来越广。

谈及人们对龙芯的评价，胡伟武说，“希望人们买龙芯不是因为支持自主，而是基于它性价比的考虑。另外，人们提到龙芯、提到这帮人时，觉得他们还是做实事的，说到能做到，就行了。”

从追赶到开创

相信自己、相信“中国芯”

忘我精神

在师徒之间传承

“小伙子，外面什么天气啊？”

中国科学院计算技术研究所的走廊里

站满了等候研究生面试的学生

一位中年人突然走来

问了陈云霁这样一句话

把一心准备面试的他

给“问蒙了”

陈云霁回了回神

才回答“是晴天”

“下一位，陈云霁”

他推开考场的大门

却发现这位中年人坐在了面试官席上

原来，这就是国产芯片领域的专家

胡伟武教授

陈云霁后来的导师

胡伟武教授询问面试者天气的原因

陈云霁是后来才知道的

胡伟武说：

“那时候我整整一周都没出研究所了

才想问问外面的天气情况”

这意外的回答

深深感动了陈云霁

忘我精神

在师徒之间传承了下来

与“中国芯”一同成长

2002年，陈云霁本科毕业，来到了中科院计算所，跟随胡伟武研究员硕博连读，成为当时龙芯研发团队中最年轻的成员，并在博士毕业后留在了计算所工作。近十年间，陈云霁在导师的带领下一直在国产芯片领域深耕。25岁时，这个一直被称为天才的年轻人，已经成为8核“龙芯3号”的主要架构师。29岁，他成为中科院计算所的博士生导师。

“龙芯3号”已从单核发展到多核，用陈云霁的话说，就是“一桌菜要给8桌客人吃”，任务和性能要求都大大提升。陈云霁不断摸索，提出访存协处理器结构，缓解了龙芯3B运算带宽比问题；提出快速完整的内存一致性验证方法，解决了多核处理器功能验证中的难题。

“要向无人区进发”随着科研的深入，陈云霁脑海中的这个声音越来越响。此前的工作大多是"追赶"，虽然一些成绩填补了国内相关领域的空白，但终究是和国际上的芯片研究者在同一个赛道竞争。陈云霁想做的是“开创”，另辟一条新赛道，让中国成为领跑者。于是，他把研究领域转向人工智能与芯片设计的交叉研究。

开辟一条新路绝非易事，何况那时人工智能领域的研究才刚起步，前景未知。陈云霁和学生做了大量调研，却鲜有收获，甚至最前沿的国际会议上都缺乏相关论文。

渐渐地，有的学生想打退堂鼓，有的同行也认为找不到这样的路。

陈云霁不信！那时对机器学习的计算、访存和通信的基本规律并不清楚，问题层出不穷，他仍鼓励大家：“凭龙芯项目时期打下的坚实基础，慢慢算，总能算出来。”

像导师曾经做过的那样，陈云霁把床搬进了研究所，一心扑在研究上。经过几年努力，第一个深度学习处理器问世，这是国际首个深度学习处理器芯片。

2008年，北京奥运会举办期间，他窝在一个没有空调的宿舍里写论文。那篇论文最终被国际计算机体系结构领域三大旗舰会议HPCA录用，这也是HPCA上第一篇第一作者来自中国大陆的论文。

在生活中，他把狭窄的折叠床都支在了办公室的书架下面，并开玩笑地说，这就是程序员生活的“标配”。桌旁还有一块挂在墙上的白板，以供他随时捕捉灵感。就像大多数人对程序员的刻板印象那样，格子衬衫和眼镜，就是陈云霁的标准行头。

尽管智能算法规模快速增长，硬件系统的发展却异常缓慢，为了解决这个矛盾，研究计算机架构的陈云霁与计算所研究人工智能的同事展开了交流合作。他们设想，从计算机体系结构的角度，来设计神经网络芯片。在此之前，计算机硬件的速度和功能，已经成为神经网络应用发展的瓶颈。

陈云霁和同事几次提出基于人工智能方法的处理器研发技术，但都以失败告终。可这些挫折，并不能让他放弃“人工智能”之梦。

碰壁的过程持续到2014年，终于，在美国盐湖城召开的国际计算机体系结构支持、编程语言和操作系统国际会议（ASPLOS）上，陈云霁与法国国立计算机及自动化研究院的奥利弗·特曼教授合作的“一种小尺度的高吞吐率机器学习加速器”，获得了最佳论文奖。

这不但是大陆科研机构首次在计算机系统和高性能计算领域顶级国际会议上获得最佳论文奖，也是亚洲首次、美国之外国家第二次获得ASPLOS会议的最佳论文。

以“DianNao”和“DaDianNao”中文拼音命名的深度学习处理器架构，终于正式出现在计算机体系结构的国际舞台上，在此之前，并没有中文发音的芯片。陈云霁挨个给他的外国同行们纠正发音，告诉他们，“nao”是三声。

许多外国研究者为此“备受折磨”，不得不卷着舌头，反复尝试读出这个中国芯的正确名字。

陈云霁（右一）在龙芯团队与同学合影

这些年一路走来，陈云霁还主持研发了国际首个深度学习处理器芯片“寒武纪”。2016年，寒武纪的指令集架构“Cambricon”在国际会议ISCA上发布，相较于传统指令集，性能显著提升。2018年，陈云霁团队深度学习处理器芯片的一系列研究成果，被《Science》杂志刊文评论为“开创性进展”，而他和他的团队成员，被评价为“先驱”和“公认的引领者”。

坚持，让陈云霁守得云开见月明。2021年，陈云霁的“深度学习处理器体系结构新范式”获得2020年度国家自然科学奖二等奖。

“从‘追赶’到‘开创’，不是须臾便能达成的，需要一代代有科学理想、坐得住冷板凳的人久久为功地做下去。”陈云霁说，更重要的是相信自己，相信能够在我们手中，创造属于自己的“中国芯”。

一块小小的芯片

凝聚着中国最前沿的科研力量

虽然在微型芯片领域

我们还有很大的一段路要走

路在脚下，志在心中

年轻一代的科学家已经逐渐成长

未来中国芯片的研发之路

必将群英汇集，愈发璀璨