過去一年，中國悄悄打了一場“核”反擊戰！
事關國計民生的關鍵技術必須掌握在自己手里，否則就會被別人“卡脖子”。
在剛剛過去的2020年里，在美國的種種打壓之下，中國高科技產業凌寒綻放，正迎來蓬勃的春天。
國產龍芯3號芯片。圖|新華社
這場反擊戰，我們是怎么打的？
文丨余鵬鯤
編輯丨崔赫翾 瞭望智庫
本文為瞭望智庫原創文章，如需轉載請在文前注明來源瞭望智庫(zhczyj)及作者信息，否則將嚴格追究法律責任。
1
基礎硬件
彎路重重
基礎硬件在我國起步較早，但一直飽受質疑。
首先，發展路線混亂模糊。
以CPU芯片為例，龍芯使用的是類MIPS指令集，申威是自主發展提出的類Alpha指令集，華為和飛騰使用的是ARM，宏芯采用的是Power 8，而海光和兆芯是PC上常見的X86。可想而知，僅僅是為了適配這么多指令集，自主信息產業的操作系統和應用開發者就要花費多大的功夫。
2007年12月26日，采用國產高性能通用處理器芯片“龍芯2F”和其他國產器件、設備和技術的萬億次高性能計算機“KD-50-I”。圖|新華社
【注：指令集即CPU中用來計算和控制計算機系統的一套指令的集合。】
其次，自主信息產業20年的發展，看不到明顯的回報。
也就是說，自主信息產業和國際信息產業頂尖水平的差距表面看來并沒有縮小。以國內發展得相對較好的CPU為例。
目前，自主CPU每GHz主頻的單核性能大約為主流桌面市場水平的40%-80%；
自主CPU的主頻大約只有主流桌面水平40%-60%；
自主CPU中除了主打超算的申威和主打服務器的華為、飛騰、宏芯，大部分用于桌面的自主CPU只有4個核，這也低于現在主流的6個核。
這樣核算下來，自主CPU的性能只相當于主流水平的10%-20%，和20年前相比，情況雖有所改善，但并未根本改善。
連綜合發展水平最好的CPU都有這么多問題，發展水平相對一般的高端DSP、FPGA、顯示核心（GPU）等存在的問題就更嚴峻了。
因此，如何提出符合中國實際情況的清晰發展路線、如何真正縮小與世界主流水平的差距，就成了關鍵。
認識到這兩點不容易。此前，我們走了不少彎路：
最早我們以為核心關鍵是少數性能指標。
2006年9月，中國自主研制的“龍芯二號”增強型處理器問世，性能達到了國際先進水平——在特定優化應用下，“龍芯二號”增強型處理器（即龍芯2E CPU）每G主頻浮點運算的性能可以與奔騰4的早期型號相當。
但是，英特爾所具備的完善的生態鏈、上下游支持、高主頻等，龍芯都不具備。而基于龍芯的產業鏈更是完全沒有組織起來，想像英特爾電腦一樣，隨處可買，還能保證良好的兼容幾乎不可能。
于是我們把自主CPU的核心關鍵，重新定位為供應鏈的組織。
龍芯先后組織起了產品、售后和下游配合的主板商，中關村大街上一度也有了龍芯電腦專賣店。此后，龍芯還與意法半導體公司簽訂了知識產權的授權。在此期間，意法半導體將向龍芯支付一次性的門檻費，以及每枚芯片的專利許可費用。這也是當時IC領域（IC即自發明集成電路），中國對外授權最大的合同，創造了中國半導體行業歷史上首個對外收權利金的先例。
面對大好形勢，下一步，龍芯卻作出了誤判。
當時，龍芯認為英特爾幾乎已經碰到了單核性能的天花板，龍芯的單核性能已經是英特爾的一多半（某些指標2F確實已經達到了奔騰4的一多半），而且主要差距是在主頻上，每GHz主頻的性能已經不是主要矛盾了。未來計算機的競爭是多核的競爭，而當時英特爾采取的是單核到雙核到四核的策略，龍芯的策略是核心數增加的速度要加倍，是從單核到四核到八核的策略。
龍芯選擇的這條路，帶來了兩個問題：
一是英特爾從酷睿2開始另辟蹊徑，在主頻只增加了30%左右的情況下，通過提升微指令系統（也稱為CPU架構）和中間件，在5年多的時間里實現了單核性能增加了5-10倍。由于英特爾有效地提升了單核性能，軟件開發者一般不愿意做多核優化，龍芯運行這些軟件的表現就更差了，多核優勢完全停留在紙面上。
二是多核芯片的關鍵理論當時還處于突破和探索階段。龍芯以超過市場主流的速度提升核數，必然要獨立解決這些新問題，這就不利于發揮后發優勢。和英特爾相比，龍芯最大的劣勢是研發團隊人數和研發資金完全不占優勢。沒有錢去做快速迭代，在“核大戰”中勢必不會取得好成績。
龍芯3B1500就是一個典例，在市場上四核CPU價格尚且昂貴的情況下，龍芯拿出了八核CPU，但由于訪存部件沒有預見到帶寬不夠的問題，這個八核CPU在使用時不得不屏蔽兩個核心，如果開啟完整的八核心，在大多數情況下性能反而會有所下降。
2
多方求索
自主磨合
困境中的龍芯采取過渡路線，并向市場化進行轉型。2010年后，龍芯團隊轉型成立公司，開始市場化運作。2014年前，在北京市政府牽頭下，部分民營企業跟進，共對龍芯投入約2億元。這段時間，龍芯經歷了從樣品到產品，從實驗室到企業的過渡，初步完成了與市場的結合。
2010年4月21日，裝配“龍芯3A”的國產萬億次高性能計算機。圖|新華社
從2014年下半年開始，龍芯得到了國內最大的私募基金的資金投入。
沒了資金后顧之憂，龍芯自主磨合軟硬件，取得了一些成績：
某大型數據庫，處理相同的數據，原來用惠普的X86服務器，需要50分鐘，而龍芯通過垂直磨合優化只需要80秒；
某雷達顯控應用，海量目標場景下，X86商業CPU只能達到每秒10幀的速率，而使用龍芯CPU，經過應用開發單位聯合龍芯公司的深度優化達到了每秒20幀；
……
這些事例充分說明了發展自主可控的信息產業是值得的，對國家安全和保障重大應用的成功意義重大。
龍芯之所以能在絕對性能并不強的情況下，應用表現超過X86的CPU，主要就是整體優化磨合的結果。而整體優化磨合的成本是很高的，一般只有局部優化磨合達不到性能要求時，才會考慮進行整體的磨合。蘋果的一些軟件確實也通過類似的方法，獲取了比類似平臺更高的性能，這背后都是由蘋果用戶真金白銀推動的。
但龍芯并沒有這樣的資金優勢，因此只能是一種過渡時期的方法。
在完成市場化轉型之后，龍芯迅速提出了自主CPU的發展道路。
2019年，龍芯開始打“組合拳”，并迎來了巔峰。
*性能方面
龍芯收縮戰線。一方面只做28nm和四核以節約資金，另一方面拼命提升單核性能。
從龍芯3A1000升級到3A3000，在主頻只增加50%的情況下單核通用處理能力提升了近四倍。而3A3000升級到3A4000，又在主頻只增加1/3的情況下，單核通用處理能力提升了一倍。龍芯的性能除了與主流芯片的主頻差距外，其他差距已經不大了。
*資金方面
對于在3A3000面世之前，龍芯如何養活自己，龍芯選擇做行業CPU。無論是北斗上的抗輻照CPU還是鉆井用的CPU，甚至是顯示屏、信號燈、電子水表和智能門禁所使用的芯片，龍芯都有對應的產品。這些產品支撐了龍芯的盈利，并支持了更高端CPU產品的研發。
*生態方面
對于如何建立自主生態的問題，龍芯認為想要建立自主生態，就必須有良好兼容性，這樣才能吸引應用開發者為龍芯開發應用。
在這個問題上，龍芯有幾位老師：
英特爾和AMD的經驗告訴龍芯應該統一系統架構，避免一款CPU一種甚至幾種主板，最好一種主板可使用多種CPU；
谷歌和微軟的經驗告訴龍芯，應該有穩定統一的應用接口，最好為一個版本開發的應用，在多數系統版本中都能用；
蘋果的經驗告訴龍芯，圖形系統要以用戶體驗為核心進行梳理和優化。英特爾、AMD、蘋果和英偉達告訴龍芯，必須要有好用的開發環境，要盡可能地減少遷移的成本和避免手動優化。
3
掌握核心
后發強勁
經過漫長的摸索和試錯，2015年，龍芯繼續保持50%以上的銷售增長率，銷售收入突破億元大關，并實現盈利，實現了歷史性的跨越。
2019年度再次實現高速增長，龍芯的合作伙伴已經增至近千家，其在政企、安全、金融、能源、交通、教育等各個應用場景中都有了諸多廣泛的應用，凈利潤首次突破億元。
2020年伊始，龍芯宣布要成立3A5000、3C5000、7A2000、2K2000、GPU、PCIE等六支突擊隊，作為全年的重點工作。
3A5000預備在主頻只增加1/4的情況下，單核通用處理能力在3A4000的基礎上提升50%。
從龍芯3A3000開始，龍芯的性能就超過了百元上下的Atom系列了，龍芯3A的價格一直穩定在同時代的酷睿i5附近，如果性能超過奔騰接近i3的水平，那么加上扶持自主CPU的考慮，我們認為龍芯此時就具備可討論的市場性價比了。
3A5000讓龍芯有望逐步達到這一期待。
3C5000是給中高端服務器預備的芯片，有十六核心。考慮到龍芯現在的單核性能比較優秀，這個產品在自主可控市場的競爭力非常強。
2K2000是預備為平板制作的芯片，其本身單核性能較強而價格并不昂貴，很可能成為普及龍芯的重要載體。
其中最神秘的是GPU團隊。國內的自主桌面GPU芯片水平有待提高，很多GPU芯片還跑不滿PCI通道，和國外5-10年前的主流產業依然有數量級的差異。龍芯的加入會不會改變戰局，尚未可知。
除此之外，龍芯的生態建設在2020年傳來了更多的好消息：
例如微軟推出的軟件開發框架.NET Core成功地向龍芯進行了移植。要知道這一框架雖然是開源的，但是并沒有龍芯指令集（LoongArch）的版本，因此移植起來并不簡單。這一框架的成功移植，將有望降低軟件從Windows遷移到龍芯平臺的成本。
與此同時，通過努力攻關，一些應用在虛擬機上的效率從88%提升到了98%以上，幾乎和原生應用相當。當然某些特定應用的效率代表不了其他應用，但這一改進至少說明某些無法移植的應用在龍芯虛擬機上的效率增加了，這對繁榮龍芯的生態絕對是有好處的。
龍芯成立18年來，用有限的人力和財力研發了自己的指令集，設計了6個微結構，研發了自己的LCC編譯器，開發了自己的社區操作系統Ioongnix。推出了幾十款產品，涵蓋裝備芯片、宇航級芯片、服務器芯片、桌面芯片、嵌入式芯片以及這些芯片配套的軟件生態。構建了一個涵蓋兩三百家企業、上萬名技術人員的產業聯盟。而這一切都是一支只有小幾百人的研發團隊完成的。
在2021年，龍芯還有一個商業上的好消息。根據證監會在1月披露的消息，國產CPU廠商龍芯中科擬在科創板上市，已啟動上市輔導。
也許，我們很快就能看到具備市場競爭力的高頻龍芯，填補國內空白。
4
基礎軟件
早期低水平重復
除了基礎硬件，以通用操作系統為代表的基礎軟件，中國信息產業起步很早，但長期處于低水平的重復階段。
中國人自主研發通用操作系統的歷史，可以追溯到聯想的Happy Linux（幸福之家操作系統），這是一個從Linux修改而來的、定位非常超前的操作系統。
聯想在2001年末推出了最后一個Happy Linux版本，但直到2010年時筆者還看到有人在用這個系統。同時，目前所有的自主通用操作系統，幾乎都使用Linux內核。
Happy Linux部分操作界面截圖。
Happy Linux的成功，在于聯想敏銳地察覺到電腦的主要使用人群由專業用戶向大眾轉變的潮流。在Happy Linux里，有圖形界面和豐富的可交互應用，有詳盡的軟件說明。相對于同一時代的Win98和DOS，簡直像來自于另一個時代。
不過，Win XP誕生后，Happy Linux最大的比較優勢消失了。一方面，公司決策者對保留一個在通用市場有競爭力的操作系統，沒有足夠的重視。另一方面，聯想的基因就是“貿工技”，對操作系統的潛力缺乏想象，Happy Linux也無可避免地走向了消亡。
【注：“貿工技”即是指先做生意，實現一定的原始積累，求得生存，然后開發新技術、新產品，并進行銷售，找到新的利潤增長點。】
之后又涌現出了一大批中國的Linux發行版，從自主性上說，它們只是基于其他版本進行了微量修補，比如加入農歷功能。并且，由于缺乏更新維護的力量，能夠安裝的軟件少得多。
而Deepin Linux（深度操作系統）的開發改變了這種情況。
首先，Deepin Linux最主要的特色就是易用性。早期Deepin Linux的口號就是：“免除新手痛苦，節約老手時間”，更加符合中國用戶的使用習慣。
其次，Deepin Linux是少有的非常注重關鍵應用的Linux發行版。目前國際上主流的Linux發行版的開發商基本上已經不會自己下場開發應用，這點和微軟對Windows的作用是一致的，也符合信息產業專業分工的要求。
但是，對于自主的發行版而言，市場號召力不強，如果不自己下場進行應用開發，可能不會有第三方愿意為自主的操作系統開發應用。親自下場開發應用，也有助于發現自主操作系統軟件開發流程中的問題，為潛在的應用開發者降低開發門檻。
Deepin Linux團隊先后自行開發了深度播放器、深度看圖、深度截屏、深度軟件商店等應用，又通過模擬器或者與其他軟件企業合作的方式解決了在國產系統中使用輸入法、聊天軟件、炒股軟件的問題。
5
深度操作系統
快車道發展
Deepin Linux并不是孤軍奮戰。
2019年11月，統信軟件成立。這是一家由深度、中興新支點、CEC、武漢誠邁等國內長期從事操作系統的公司組成的新企業，目標是“解決目前中國信息技術產業的問題，尤其是在基礎軟件領域受制于人的心腹之患，在未來信息技術領域的發展路徑上要形成中國的話語權和優勢”。
稍微早些時候，國產操作系統的兩大品牌——天津麒麟和銀河麒麟也宣布合并，成立了麒麟軟件。
中國信息技術應用創新產業操作系統的雙強格局就此奠定，將自主操作系統的重要性空前凸顯。
2020年，中國自主基礎軟件行業步入發展的快車道。
首先，這一市場繁榮了自主操作系統的應用。今年有幾十種熱門國產應用向統信UOS操作系統進行了遷移。暫時沒有原生版本的，應用軟件企業也盡量和統信一起想辦法，先讓用戶們用上虛擬機或者模擬出來的版本。
接著，應用的繁榮又擴大了自主操作系統的影響力。2019年，Deepin Linux獲得了開源中國評選出的年度最受歡迎的中國開源軟件。入圍的名單中不乏阿里、騰訊、華為開發的大型軟件，在這樣的情況下Deepin Linux獲得這一殊榮并不簡單。
2020年，平均每天至少都有一項國產應用向龍芯和UOS的組合進行遷移，其中平均每月都有一項重量級的應用。這無疑是在美國制裁下中國IT產業在危機下迸發出來的巨大力量。
國產應用能夠這么快地向自主CPU和自主操作系統進行遷移，說明自主CPU的基礎開發做得好，C語言編譯器、各種開發環境兼容度很高，龍芯甚至連微軟的很多開發環境和軟件都向本平臺進行遷移。
中國自主信息產業大有可為，而且不得不為。總而言之，中國自主信息產業之所以能在嚴峻的外部條件下，迎來蓬勃發展的歷史機遇，既有空前團結、抱團取暖的因素，又有相關廠商厚積薄發、久久為功的堅持。
另外，我們發展自主信息產業，必須充分結合應用、結合市場，如此，中國自主信息產業才能在變化多端的環境下不斷前進。
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