从inside到outside，龙芯向大生态建设进军

2019年开学季，一份“龙芯录取通知书”登上网络热搜。原来，中国科学院大学在给2019级本科新生的录取通知书中，嵌入了一枚“龙芯三号”实物芯片，一时引发网友们热血奋腾的讨论：“太酷了吧！”“这个通知书才是最硬核，鼓励萌新们志存高远！”

此次热搜事件，无疑为龙芯中科在普通民众中的认知做了一次科普，也让更多人开始关注中国自主CPU的发展之路。

龙芯是中国科学院计算所自主研发的通用CPU。事实上，早在2001年8月，龙芯第一代产品龙芯1号成功启动操作系统，一年后，2002年8月，龙芯1号通用CPU实现流片，终结了中国计算机产业“无芯”的历史。

2010年，龙芯团队从课题组转型成立龙芯中科公司，正式开启了产品的产业化进程。虽历经数次挫折，龙芯中科的CPU等产品终于在从兼容MIPS到工控系统、信息系统等应用领域逐渐打开局面。据龙芯中科总裁胡伟武透露，从龙芯3A3000处理器开始就没再拿过国家补贴了，龙芯公司从2014、2015年间开始自负盈亏，用于工业、特种行业的处理器已经可以养活团队。

2020年，龙芯中科基于二十年的CPU研制和生态建设积累推出了龙芯自主指令系统架构（LoongArch），前不久，LoongArch的基础架构通过国内第三方知名知识产权评估机构的评估，并在2021年信息技术应用创新论坛主论坛上正式对外发布。目前，支持自主指令集LoongArch的龙芯3A5000处理器芯片已经流片成功，基于新架构的完整操作系统也已经在3A5000计算机上稳定运行。

经过20年的积累发展，龙芯要打造独立于Wintel（微软-英特尔）和AA（安卓-ARM）之外的第三套生态体系，正面临着新的转折点。

据悉，龙芯中科拟科创板IPO的进程正在推进中，6月28日，上海证券交易所披露了“龙芯中科技术股份有限公司科创板首次公开发行股票招股说明书（申报稿）”，保荐机构为中信证券股份有限公司，审核状态显示“已受理”。

“自研”还是“引入”质疑下，龙芯坚守初心

芯片是信息产业的灵魂，通用CPU更是芯片中的“珠峰”。国产CPU从无到有的发展过程中，面临的困难和挑战可想而知。

一颗通用CPU从设计到生产，离不开基础指令架构、IP核、设计、流片到量产。在龙芯发展的早期，国内产业界盛行着“造不如买，买不如租”的快进思潮。而芯片领域的国际巨头大厂也纷纷表示，可以授权合作模式帮助国内企业实现自主创新。

但龙芯中科认为，真正的自主自研绕不开指令系统和IP核。自主可控CPU的指令系统应该是自主设计或至少拥有可以自行添加新指令的主导权，这样才能真正构建安全可控CPU技术与信息技术体系。另一方面，要实现自主可控，CPU核的源代码需要自己编写，如果在关键技术上引入其他IP核，虽然降低了设计难度，但对于关键部分的代码所带来的安全隐患将无法把控。尽管困难重重，但龙芯在国产CPU发展道路上坚守了“自研”初心。

新推出的LoongArch在保证自主性方面下了很大功夫。从整个架构的顶层规划，到各部分的功能定义，再到细节上每条指令的编码、名称、含义，LoongArch都进行了自主重新设计，具有充分的自主性。

龙芯中科副总裁张戈指出，“从兼容MIPS，到基于MIPS平台添加自己的指令集，再到完全自主的LoongArch架构，龙芯最在意的就是要一直牢牢掌握发展的主动权，只有在核心技术上实现自主创新，才能不受制于他人。因此当MIPS Technologies放弃继续设计MIPS架构时，对龙芯而言已经没有任何影响，也成为了龙芯彻底抛下历史包袱打造新架构的时代契机。”

自研架构首款CPU面世，性能达国际大厂水平

为了保证技术上的先进性，LoongArch摒弃了传统指令系统中部分不适应当前软硬件设计技术发展趋势的陈旧内容，吸纳了近年来指令系统设计领域诸多先进的技术发展成果。同原有兼容指令系统相比，不仅在硬件方面更易于高性能低功耗设计，而且在软件方面更易于编译优化和操作系统、虚拟机的开发。张戈告诉集微网，总体上，LoongArch的指令效率是非常高的，比原有MIPS指令架构的效率大概高出15%-20%。

龙芯3A5000是基于LoongArch自主架构下的首款通用CPU产品，主要面向桌面系统，接下来，基于LoongArch的服务器CPU也即将推出。

龙芯3A5000与龙芯3A4000相比，SPEC CPU 2006性能提升50%以上、STREAM性能提升40%以上、Unixbench性能提升100%以上，龙芯3A5000整体性能实现了全面超越。

国产CPU商业化进程中，生态建设是关键

由于面向开发者的政企及重点行业对安全性和定制化要求很高，产业链更短，国产CPU在这些领域得以成功切入，龙芯便是其中的主要参与者。但仅在非充分竞争的这些特定领域发展，显然无法承担“在市场化条件下实现自主，创造一个独立于Wintel（微软-英特尔）和AA（安卓-ARM）的第三套体系”的重任。

接下来，在商业化进程中，是否能得到消费市场认可，将是龙芯未来几年发展的关键，这其中，生态建设至关重要。

纵观处理器发展历程，建设一个优秀的生态体系，离不开关键的三点：开放，越开放合作伙伴就会越多；兼容，越兼容越容易形成合力，就能避免产业生态碎片化；优化，通过软硬件结合提升用户体验。

张戈指出，“指令集开源是大势所趋，X86封闭的架构以及ARM昂贵的授权模式不符合业界越来越开放和自由的产业生态。龙芯选择开源指令集道路，目前我们已做好准备，将建立基于LoongArch的自主开放的指令集联盟，我们的开放力度将会比RISC-V或ARM更强，不仅指令集还有高性能IP核代码，都会开放给国内同行使用，助力构建生态体系。”

同时，在坚持指令集自主的同时，龙芯也做好了兼容方面的工作，龙芯架构在设计时充分考虑兼容生态需求，融合了各国际主流指令系统的主要功能特性，同时依托龙芯团队在二进制翻译方面十余年的技术积累创新，不仅能够确保现有龙芯电脑上应用二进制的无损迁移，而且能够实现多种国际主流指令系统的高效二进制翻译。目前，从其他主流指令系统到LoongArch的二进制翻译系统已经可以在3A5000计算机上演示运行基于其他主流指令系统的复杂应用程序。

张戈认为，要想把生态真正建设好，时下最关键的是要把上层应用开发环境的规范工作做到位。例如，就操作系统来看，目前国内大都是基于LINUX不同版本的产品，还没有一个面向开发者的自主编程框架和应用开发接口规范。在基础软件领域的发力还需再接再励。

当前，龙芯中科已经基于LoongArch完成三大编译器开发（GCC、LLVM、Golang编译器）、三大虚拟机开发（Java、JS、.NET虚拟机）、三个OS系统迁移（Loongnix龙芯基础版操作系统、UOS、麒麟）。

在同全产业链企业合作推进上，龙芯也已加速布局。2020年，龙芯中科发起成立了“龙芯生态适配服务产业联盟”，在过去的一年中，联盟充分发挥产业协同优势，推动联盟成员资源共享以及生态适配、帮助提高联盟技术人员适配能力、联合打造行业生态解决方案。截止目前，已与70余家公司共同组建龙芯生态适配服务产业联盟，实现资源互动。前不久，龙芯中科与铁科院通号所达成战略合作，与中国移动携手打造首家全国产化示范营业厅，同时，2021全国大学生嵌入式芯片与系统设计大赛中，龙芯中科为参赛学子提供了一系列龙芯开发平台，助力人才培养。

在解决了指令集架构自主和CPU性能对标国际大厂的挑战后，无疑，龙芯接下来的大生态化建设将是走向真正开放的商业化市场的关键。从inside到outside的转变，龙芯面临的是另一场硬仗。（校对/萨米）