胡伟武:发展自主CPU应该走市场带技术的道路

目前我国CPU发展面临自主研发和引进技术两条技术路线的斗争。自主研发的CPU性能和软件生态能不能达到甚至超过引进技术的CPU是争论的焦点。首先分析了市场带技术和市场换技术两条道路的区别,指出英美等国在发展过程中走的都是市场带技术的道路。然后,从自主CPU可以满足我国自主可控信息化建设要求,引进技术CPU保不了国家安全,以及我国IT产业的根本出路是建立起自主可控的信息技术体系3个方面,论述了我国发展自主CPU应该走市场带技术的道路。最后,指出发展核心技术要发扬实事求是的作风和愚公移山的精神,通过长期不懈的努力实现“直道追赶”,没有可以取巧的“弯道超车”。

胡伟武:发展自主CPU应该走市场带技术的道路

1、市场换技术和市场带技术两条路线的比较

改革开放以来,我国发展核心技术形成了以市场换技术和市场带技术为主要特点的两条道路。所谓市场换技术,就是通过合资等方式把中国市场给予国外企业,希望在合资过程中得到先进技术;我国汽车产业是市场换技术道路的典型代表,事实证明,走这条道路在发展核心技术方面没有取得预期的效果。所谓市场带技术,就是充分发挥我国体制优势和市场优势,通过体制内市场引导,形成技术能力,带动技术进步,再参与体制外市场竞争;我国航天产业是市场带技术道路的典型代表。事实证明,走市场带技术道路更有利于我国发展和掌握核心技术。

在历史上,英国、美国都是通过市场带技术的道路而崛起的。英国通过对本国市场的保护击败了荷兰和西班牙而崛起,造就了对世界近代史具有决定性影响的产业革命。1485年推出了支持羊毛工业的贸易保护主义政策;1587年完全禁止羊毛出口;1651年通过航海法案;1672年通过谷物法;1699年通过“羊毛法案”禁止进口殖民地的羊毛制品,挤垮爱尔兰具有竞争力的羊毛工业;1700年通过禁止销售印度棉布的法令;1815年通过了新的谷物法,提高了对农业的保护力度。直到1860年,当英国产业革命已经完成相当一段时间后,英国才取消所有贸易和关税限制,并把自由贸易打造成自由、民主的化身,劝说落后国家也实行自由贸易。但是,美国人很容易地就识破了英国人的伎俩。针对英国人有关自由贸易的劝说,当时的美国人回答说:“……自由贸易是一个理想,美国会在时机成熟的时候公开宣扬真正的世界主义原则。这将是当美国人口上亿而且海上到处都有美国船只的时候;此时美国的工业已经臻于完善,纽约和费城分别成为世界上最发达的商业中心和制造业城市;此时地球上再没有任何势力可以与美国这颗巨星抗衡,然后我们的子孙后代会在包括陆地和海洋在内的整个世界上公开地宣扬自由贸易”。正是在这种思想指导下,从19世纪20年代到20世纪30年代,美国实行了举世罕见的高关税保护主义政策,美国经济是在30%进口关税的铜墙铁壁的保护中步人成年期的。只有在其工农业帝国的稳固地位无法被其他国家所撼动的时候,也就是在第二次世界大战结束后,美国才开始大力推行自由贸易。

目前我国CPU发展面临自主研发和引进技术两条技术路线的斗争,实质上是市场带技术和市场换技术两条路线的斗争。自主研发路线基于自主编写的CPU源代码研制芯片,就像基于自己设计的图纸盖楼,以中科院计算所的龙芯CPU和江南计算所的申威CPU为代表。引进技术路线有2个套路:一是基于买来的CPU源代码研制芯片,就像基于买来的图纸盖楼,主要是购买ARM的CPU核设计芯片;二是通过技术授权和企业合资等方式直接购买国外设计,就像买别人盖好的楼进行改造装修,主要是与原X86体系的境外企业成立合资公司。

随着党政军信息系统CPU和操作系统自主化加速推进,一些我们想通过自主研发摆脱依赖的国外CPU企业,积极行动起来,纷纷通过技术合作或企业合资的方式,打着“国产”的旗号,堂而皇之地进人党政军安全可靠信息化应用领域,打乱我国在相关安全领域发展自主可控产业的已有布局,对国内自主企业的发展造成了市场、舆论以及人才培养方面的极大干扰,对我国的国家安全形成新的威胁。

2、发展自主CPU应该走市场带技术的道路

(1)自主研发CPU经过近20年的发展已经可以满足以党政办公为代表的行业应用需求,并正在逼近国际主流CPU的水平。

在通过从“十五”计划以来近20年的技术积累,尤其是通过“十二五”以来在安全装备、关键基础设施、党政办公等领域的试点应用,以龙芯为代表的自主CPU的性能和成熟度均有大幅度提高。

具体体现在以下4个方面:

一是功能完整。在试点过程中,龙芯平台完善了Java虚拟机、浏览器、办公软件、数据库、Flash视频播放、KVM虚拟机等基础软件,并联合合作伙伴适配了办公软件、版式文件等重要应用软件。大量自主IO设备(打印机、扫描仪、高拍仪、身份证读卡器等)企业主动加人自主产业链,IO设备越来越丰富。

二是架构稳定。试点初期,不同主板需要进行专门的操作系统适配,CPU升级也得专门的操作系统适配,形成组合爆炸。通过完善包括CPU、桥片、BIOS、操作系统的技术规范,龙芯平台统一了系统架构,操作系统保持跨硬件平台的二进制兼容,以及对升级后的CPU保持二进制兼容,消除了组合爆炸,避免了成熟度波动,大幅度提高了系统开发和应用适配的效率。

三是性能优化。通过对前期试点中发现问题的持续改进,自主CPU的性能有大幅度提高。如龙芯CPU在党政办公二期试点中使用的第2代产品龙芯3A3000性能是一期试点中使用的第1代产品3A1000的4倍,Java虚拟机、JavaScript虚拟机性能是一期试点中使用的第1代产品的2~3倍,基础软硬件综合性能提升了一个数量级。龙芯公司还与合作伙伴一起对流式文件、版式文件、启动时间等进行了持续深人优化,取得了很好的效果,如优化后打开500页的版式文件的时间从3.5 s降低到1.7 s。

四是问题收敛。试点初期,应用适配中发现的很多与稳定性、性能相关的问题追溯到CPU或操作系统,需要CPU和操作系统企业紧急组织攻关解决。从2018年下半年起,应用适配中发现的问题极少追溯到CPU和操作系统。此外,龙芯公司总结适配中发现的问题,建立了百台规模的压力测试环境,主动发现问题并及时修正,避免了在应用适配现场发现问题后再组织攻关的情况。

在自主基础软硬件的试点和应用过程中,CPU、操作系统、数据库、整机、集成商等紧密配合,协同解决用户试点过程中发现的问题,形成了“应用试点、发现问题、解决问题并完善平台、在试点中检验”的良性循环。用户对自主基础软硬件的抵触情绪逐步消失,部分使用者觉得跟原来的X86系统差不多或比原来的X86系统还快。

自主研发的CPU经过长期积累已经到了从量变到质变的关键时期,再有1~2年就能完成自主基础软硬件的“补课”工作,逼近国际主流CPU的水平。以龙芯CPU为例,目前龙芯批量使用的龙芯3A3000与国际主流CPU性能尚有1~2倍差距,龙芯3 A4000使用与3A3000相同的28 nm工艺,通过设计优化性能再提高1倍,将于2019年4月底开始样片测试。目前正在使用12 nm工艺增加核数并提高主频。预计龙芯第3代产品的性能可以达到AMD最新处理器的水平,与龙芯CPU配套的操作系统适配性、稳定性和性能也将进一步提高。相信到2020年前后,龙芯CPU可以适度参与开放市场竞争。如果这时候引人其他市场主流CPU进人党政军安全可靠信息系统,将阻碍自主CPU的进步过程,尤其是将拆散过去几年经过千辛万苦建立起来的自主CPU产业链组合。

(2)引进技术的CPU难以保证信息安全。

一方面,国外厂商为了自身长远利益考虑,其技术授权只是一个姿态,在核心技术上只是有限程度的开放,国内企业仍不具备核心技术及其发展的话语权。对于真正重要的信息产业核心技术,即使美国企业处于自身利益考虑希望出口,美国政府也不可能同意,如CPU中的浮点运算单元等关键部件受到美国出口限制,不可能移交源代码。另一方面,对CPU这样的核心技术,不能满足于通过合资企业获得的品牌和营销的自主化,人力资源和研究开发自主化才是最根本最深刻的自主化,也是我们最需要的自主化。CPU是巨复杂系统,只有通过自主研发的实践才能真正把握其技术。即使拿到CPU源代码,看懂了每一行,上百万行代码拼起来却不知道其奥妙。Intel的CPU中最近发现的“熔断”和“幽灵”隐患给我们一个启示,即使设计者对CPU的复杂度引起的安全隐患都难以完全把握,更别说是看别人的设计了。因此,CPU核心的源代码一定要坚持自主设计。只有在自主研发过程中形成“听党指挥”的技术能力,才能成为确保信息安全的“枪杆子”。

天下没有免费的午餐。想依靠外国人实现我国信息安全是不现实的。有些单位或企业把国外的CPU拿来改换标签,或者对设计稍作改动,然后在党政军机关展开积极游说,试图打上“国产”的标签,其本质是为小集团利益牺牲国家安全利益。在我们不掌握技术时就封锁技术、在我们掌握技术后就通过技术合作阻止自主技术发展是国外垄断集团惯用的伎俩,我们要擦亮眼睛。

(3)只有建立自主IT技术体系,才能最终破解制约我国IT产业发展的卡脖子问题。

目前我国的IT产业主要建立在Wintel体系(Intel的CPU和微软的Windows操作系统)和AA体系(ARM的CPU和谷歌的Android操作系统)两大国外技术平台之上,“就好比在别人的墙基上砌房子,再大再漂亮也可能经不起风雨,甚至会不堪一击”。有一种观点认为,X86和ARM产业生态好,所以我们发展自主CPU只能走与X86和ARM兼容的道路,殊不知我们的目的正是要根据习总书记的要求“构建安全可控的信息技术体系”,而不是仅仅在已有体系中做产品。引进X86和ARM的CPU技术做不出新的技术体系来,因为我们很难动摇Intel和ARM对技术平台的把控,反而会造成国内企业继续依赖现有国外IT生态的惰性,强化国外垄断企业已经形成的垄断。龙芯CPU在兼容MIPS指令系统的基础上发展出自主的龙芯指令系统,并逐渐取得了对MIPS生态的主导权,是一条比较可行的道路。在有关应用和试点工作的带动下,基于龙芯CPU的自主生态体系已经呼之欲出,用X86和ARM体系的产品冲击正在形成的自主生态体系得不偿失。

叫花子不能跟龙王比宝。通过建立自主体系,进行系统优化,我们完全可以在每个局部都不如国外的情况下做到整体系统性能优于国外系统。苹果的CPU性能比Intel的桌面CPU性能低,但其手机和平板电脑的用户体验比桌面电脑要好。现代信息系统冗余很多,我们只要根据“适用”的要求进行系统优化,完全可以像苹果一样做出集约型的优化系统。例如,某数据库应用,使用X86服务器需要50 min,而使用基于龙芯CPU自主系统只需要80 s。判断技术是否先进的标准,不是看其跟美国人跟得紧不紧,而是看其跟应用结合得紧不紧。

总之,经过党政军安全可靠信息系统前期应用和试点,以CPU和操作系统为代表的自主基础软硬件从不成熟到成熟,自主基础软硬件产业链从组合发散到组合收敛,基于自主基础软硬件的党政办公系统从基本可用、到可用、到好用。以龙芯为代表的CPU市场竞争力正处在从量的积累到质变的前夜,只要有1~2年时间的改进,就可以逼近和达到市场主流CPU的水平并参与开放市场竞争。发展自主CPU应该坚持走以市场带技术的自主研发道路,不走以市场换技术的引进技术道路,通过体制内市场引领技术进步,再参与体制外市场竟争。

3、结束语

发展核心技术产业要发扬实事求是的作风和愚公移山的精神,不仅要搭起袖子加油干,而且要耐着性子坚持干。时间已经成为制约我国核心技术产业发展最最重要的因素,因为在不断试错中改进是复杂系统创新的必要过程,好的体制机制以及更多的经费可以加速试错迭代,但不能取代试错迭代过程。

发展核心技术只能靠坚持不懈的直道追赶,没有可以取巧的“弯道超车”。建国以来的建设和改革发展过程中,“两弹一星”的先辈和几亿农民工靠的都是“5+2",“白加黑”的“直道追赶”,我们今天也没有取巧的理由。浮躁会让我们的产业发展走人误区,反而发展更慢。产业发展有它的规律,如果不按规律办,投人再多的钱,也会受到规律的惩罚。

【胡伟武,十九大党代表、中国科学院研究员、龙芯CPU首席科学家,龙芯中科技术有限公司总裁,主要从事龙芯系列处理器的研制,从2001年开始作为总设计师先后研制出龙芯1号、龙芯2号和龙芯3号处理器系列,目前龙芯CPU已经应用于国家安全、工业控制、教育、消费类电子等领城。察网摘自《信息安全研究》2019年第5期】

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