龙芯启示：以我为主的开放式创新

文/孙福全 张换兆 董书礼

龙芯启示：以我为主的开放式创新

文/孙福全 张换兆 董书礼

龙芯一向被认为是我国自主创新的一面旗帜，但当了解到中国科学院计算技术研究所（即龙芯研发团队所在的科研机构）从微处理器架构企业美普思公司购买了MIPS32TM和MIPS64TM架构授权之后，舆论一片哗然。龙芯签约MIPS后是否仍然属于自主创新?是否意味着“CPU核”自主创新战略的失败?国际科技合作在龙芯的自主创新中发挥了怎样的作用?龙芯的自主创新对我们有怎样的启示?本文在对龙芯课题组和龙芯产业化基地进行实地调研的基础上试图回答上述问题，并提出进一步推动龙芯自主创新和产业化的政策建议。

我国信息产业中许多核心技术及产品主要依赖进口，信息系统的安全乃至国家安全面临潜在威胁。

龙芯研发及产业化的基本情况

龙芯是我国自主研发的第一款通用计算机微处理器。众所周知，微处理器是计算机系统及各类电子设备的核心，其设计和制造是技术实力的象征。因为缺乏自主的微处理器设计技术，我国信息产业中许多核心技术及产品主要依赖进口，不仅技术上受制于人，信息系统的安全乃至国家安全也面临潜在威胁。另外，微处理器具有广阔的市场空间和巨大的市场价值，对于提高我国信息产业乃至国家竞争实力意义重大。2004年，我国芯片进出口贸易逆差达400多亿美元，芯片超过飞机、石油、汽车，成为我国第一大进口货物。

基于上述情形，中科院计算机所从2001年开始龙芯处理器的研制，2002年推出龙芯1号32位微处理器。其具有良好的低功耗性，平均功耗0.5瓦特。2005年推出龙芯2号，功耗为3-5瓦，并在此基础上推出了90nm的龙芯2E（增强型）和龙芯2F（改进型），性能达到“奔4”水平。当前正在研发的龙芯3号处理器，是面向服务器和高性能机的高性能、低成本、低功耗的多核65nm CPU芯片。通过龙芯处理器的研制，中科院计算所建立了满足自主高性能通用CPU研发的基础设计平台，取得了一批与CPU设计相关的发明专利，凝聚了一批CPU芯片设计人才。为了加快龙芯产品的应

用，2002年在北京成立了北京神州龙芯集成电路设计有限公司，承担产业化的重任，不断基于CPU开发出多种自主知识产权产品，如龙芯精简电脑、龙芯监控设备、龙芯网络设备等。为了加速推进龙芯的产业化，2005年与江苏梦兰集团合作，成立了中科梦兰公司，2006年成立中科龙梦公司，2008年二者重组成立中科龙芯梦兰科技股份有限公司。各级政府部门对龙芯的产业化给予很大支持。2009年4月28日，江苏省常熟市政府与龙芯签约采购1万台龙芯电脑用于当地中小学教育；江苏省政府采购龙芯电脑15万台支持龙芯电脑规模化运用推广；2009年3月国务院9号文明确中央财政采购150万台电脑用于中西部教育，其中龙芯电脑属于采购范围。总的来看，龙芯的产业化刚刚起步，未来还有很长的路要走。

龙芯走的是开放式创新道路

1.技术研发：基于MIPS架构进行自主创新

龙芯的技术研发是基于MIPS架构进行的，并且得到了MIPS公司的架构授权。据此，有人认为龙芯不是自主创新，甚至认为得到MIPS架构授权意味着自主产权的“CPU核”战略失败。这种认识错误主要源于对MIPS架构和CPU技术的不了解。MIPS架构实际上是一种指令集，决定一个CPU是否自主研发，不在于采用了何种指令集，而在于它对指令集的实现能力。譬如X86指令集，自1978年问世以来，Intel和AMD一直在使用，但CPU的性能却每年都取得两倍的改进。由此可见，在芯片设计上，指令集的实现是自主研发的核心。抛开现行架构进行原始创新，自主设计新的处理器架构，并非完全不可能，龙芯就曾经试图进行这方面的工作。但完全原始创新的架构可能面临与现行主流信息系统存在对接的难题，很难将架构原始创新技术转化为实际生产力。

龙芯在选择架构的过程中，指令集存在X86和MIPS两种选择。X86市场化更好，与之相配套的软硬件支持也较多。但X86是一个相对封闭架构，基于X86设计芯片必然受到Intel和AMD的打压，无法实现芯片设计的自主可控，在国家信息、国防、个人信息等方面存在潜在的安全隐患。而MIPS结构是一个开放的架构，经过市场的长期考验，非常成熟、先进，且MIPS公司不从事芯片开发，龙芯的开发不会与之形成竞争关系。计算所购买的是MIPS公司的结构授权，是永久性的，主要是为了使用MIPS兼容的品牌以及通过加入MIPS兼容联盟共享知识产权，购买结构授权后仍然需要我们自主设计处理器核，属于自主可控的模式，核心技术并未受制于人。龙芯的自主创新体现在三个方面：一是在现有MIPS指令集的基础上，按照技术需求新增了500多条指令，并在缓存和运算方面也进行了一定的技术改进；二是实现芯片设计技术的改进，提高了运算速度，降低了功耗；三是自主设计处理器核和符合市场需求的CPU型号，并可以按照自身发展的要求与国内外企业合作或自行生产流片，不存在今后龙芯发展受制的问题。另外，出于市场考虑，龙芯处理器走与MIPS兼容的道路比较容易开拓市场。

2.产品工程化：与意法半导体合作提高工程化和管理能力

意法半导体是世界第五大半导体公司，在很多市场占据领先地位，是世界第一专用模拟芯片和功率转换芯片制造商，世界第一大工业控制芯片、机顶盒芯片和便携设备及消费电子用MEMS芯片供应商。意法半导体和龙芯2E的合作是在2004年中法两国关于科技合作的大框架内的合作，龙芯授权意法半导体代工并包销。2006年9月25日，胡锦涛主席和法国总统希拉克会谈后签署了中法联合声明，并共同出席了合作协议的签字仪式，涉及空间合作、核电项目开发、购买空客飞机、多核处理器开发等14个项目。这就标志着龙芯成为国家外交合作战略的一个重要部分。这对龙芯发展具有十分重要的现实意义。

龙芯2E初期只是实验室产品，距离实际的市场化还存在较大的差距。在与意法半导体合作过程中，龙芯研发团队与意法半导体的流片生产部门就芯片设计要求、需要达到的产品性能进行了反复的沟通和交流，通过设计方案的不断调整和修改，不断掌握流片生产的工程化要求与质量管理要求，使得龙芯研发团队的芯片设计能力不断提高，最终使得芯片设计满足从实验室产品向规模化、批量生产所需要工艺和质量管理的要求。因此，通过与意法半导体合作，提高了中科院计算所的工程化能力、设计能力和质量管理能力，弥补了龙芯流片生产过程中可能出现的缺陷和不足。

3.产品产业化：购买授权（MIPS）意在开拓市场空间

中科院计算所获得MIPS结构永久授权和版权，实际费用低于500万美元，每销售一个龙芯芯片支付1%的费用。龙芯获得MIPS架构授权，其主要用意不在于CPU设计本身，而主要在于产业化和产品集成方面。在产业化方面，可以在龙芯产品中贴“MIPS”兼容标签，容易得到主流厂商的认可，能够进一步得到国际自由软件界的支持和帮助。在产品集成方面，能加入到使用MIPS结构的技术联盟中，将现有的软件不断集成到龙芯中。另外，也可以试图与微软等合作，将微软的软件嵌入到龙芯。这就使得龙芯不仅排除了在国内与主流大厂商合作的障碍，团结国内外的软件设计公司，还使得在龙芯未来的国际化过程中减少了合作障碍。因此，龙芯通过MIPS架构授权，不仅有利于改善龙芯的产业环境，更有利于开拓市场，为龙芯进一步推进自主创新战略提供坚定的市场支持。

国际科技合作在龙芯的发展历程中发挥了关键作用，也为其他产业和技术的成长提供了重要经验和启示。

龙芯的开放式创新和国际科技合作带给我们的启示

经过8年的发展，龙芯实现中国通用芯片从无到有，芯片设计水平也得到了长足的提高，当前正处于产业化的关键时期。国际科技合作在龙芯的整个发展历程中发挥了十分关键的作用，也为其他产业和技术的成长提供了重要经验和启示。

一是自主创新要选好创新路径。自主创新并不是闭门造车，国际科技合作有利于减少自主创新的困难、少走弯路、降低成本，加速重点领域关键共性技术的跨越式发展。龙芯研发过程也是不断调整创新路径的过程。初期试图实现全面的原始创新走“第三路径”，然后学习国外的设计理念和思想，最后在现有的技术基础上进行创新和发展，实现中国芯片设计技术的突破。龙芯的研发过程，一方面说明任何技术的研发都不能忽视开放，不能关起门来自己搞，要善于在国际科技合作中发展自己，在发展的过程中不断进行国际科技合作，只有这样才能加快自主创新的进程，减少自主创新的困难。

另一方面说明自主创新不等于一切从零开始，合理利用现有技术基础，充分利用国际资源，才能找准适合中国发展的自主创新路径。

二是在合作中要做到自主可控。发展龙芯CPU及其产业环境的目标：一方面在技术上接近或达到世界领先水平，为国防安全和国民经济发展提供信息安全保障；另一方面是形成自主的信息产业，增加国民经济发展的新的增长点。为实现这一目标，要求在实际的研发过程中必须实现自主可控。因此在龙芯的国际合作过程中，在架构上选择开放式的MIPS结构，在处理器核等方面可以根据实际需要进行自行设计，实现技术上的自主可控；在产品工程化方面，通过技术授权意法半导体并与Dexxon公司合作生产电脑，以龙芯CPU为核心，实现核心技术的自主可控；在人才队伍上实行智力引进，提高内生的技术研发能力，实现研发队伍的自主可控。

三是自主创新要在合作中取长补短并实现利益共享。龙芯作为一个技术研发团队，质量管理、工程化等非其擅长。龙芯与意法半导体合作生产龙芯2E芯片，通过与法国Dexxon合作生产电脑，通过与红旗、永中等软件设计商合作，使得各自的特点和优势在合作过程中得到充分的发挥，实现共赢。同时龙芯也在合作过程不断学习提高了自己的质量管理、工程化能力。“没有永远的合作，只有永远的利益”。美普思、意法半导体以及Dexxon等企业正是看到了龙芯的发展前景，才与龙芯合作，试图在龙芯未来的发展中获得利益。而龙芯当前处于产业化发展初期，可以通过合作与交流，为自身的发展创造条件。

四是注重内生技术能力的培养。经过8年的发展，龙芯的芯片设计取得了长足的进步，也形成了一个芯片设计队伍。而这个队伍主要是中科院计算机所自身培养的。在龙芯研发队伍的成长与成熟过程中，其核心的理念在于两个方面，一是“又红又专，红重于专”，二是能力培养远重于技术和人才的引进。在人才培养的过程中，首先注重思想的统一。另一方面，在龙芯研发队伍的建设过程中，主要是从对计算机所自身学生能力的培养开始，而不是直接从国外引进人才和技术。与国外一流专家学者交流合作，高薪聘请其来计算机所讲学，通过自身的努力和学习，达到知识的积累和技术水平的提高。两方面的结合，形成了统一思想下具有独立自主设计能力的芯片研发队伍，实现了芯片设计的可控性。同时龙芯通过与意法半导体生产龙芯2E芯片、与法国Dexxon公司共同推出Gdium龙芯学习笔记本电脑等方式来提高自身技术能力。

龙芯成功的标志不仅在于其技术水平达到国际领先，更重要的在于龙芯及其相关产品能否进入千家万户，实现产业化。

推动龙芯自主创新和产业化的对策措施

龙芯对国家信息安全、国防等具有十分重要的战略意义，对培育新兴市场，形成新的经济增长点具有十分重要的意义。龙芯成功的标志不仅在于其技术水平达到国际领先，更重要的在于龙芯及其相关产品能否进入千家万户，实现产业化。当前龙芯在自主研发、产业化等方面需要做出艰苦努力。为进一步推进龙芯的自主创新和产业化，发挥国际科技合作在龙芯自主创新中的作用，迫切需要采取相应的对策措施。

一是对龙芯自主研发给予持续支持，实现龙芯自主研发的良性循环。Intel之所以能够始终占据芯片市场的核心领导地位，主要是基于市场需求的企业开发理念，“永不停顿、不断创新”，实现技术研发和市场的良性互动。基于龙芯的战略意义和市场价值，政府需要对龙芯的自主研发给予持续稳定的支持，使其技术水平处于国际前沿地位。同时从国家层面进一步制定鼓励参与研发和加大研发投入的优惠政策措施，吸引社会资本参与，扩展研发投入参与主体并缩短研发周期，使龙芯的性能能够满足多层次的需求，保持技术水平的行业领先地位。在龙芯能够在市场上立足并占据一定市场地位后，实现技术研发和研发良性互动时，政府再逐步减少研发投入的支持力度。

二是加大政府采购力度，推动龙芯产业化进程。龙芯是具有重大战略意义的产品，政府从扩大市场需求角度的支持是十分必要的。

中央有关部门、江苏省和常熟市通过政府采购方式支持龙芯及其相关产品的产业化，对保护民族新兴品牌、发展新兴的民族产业具有重要意义。今后，要进一步扩大政府采购的范围，不仅仅局限于教育行业，另一方面要扩大政府采购的地域，不仅仅局限于中央或江苏省，要逐步扩大到全国其他省市。通过政府在龙芯产业化发展初期的支持，加速龙芯产业化进程，推动以龙芯为核心的上下游产业链的形成，包括软件设计、电脑生产及其他电子产品等。

三是打造成国际化的管理团队，提高市场拓展能力。龙芯要在激烈的市场竞争中占有一席之地，并最终走向国际化，需要有一支具有国际化视野和市场运作经验的管理团队。当前龙芯是以技术研发为主体的团队，实行课题组负责制，中科龙梦的主要管理人员大部分都是技术人员背景。从实际调研中发现，龙芯市场化运作人才缺乏，市场拓展能力不足，也缺乏相应的产业化规划，如果在市场拓展能力方面不能得到加强，龙芯的产业化必然面临极大的困难，并可能丧失宝贵的市场机遇。四是找准市场定位，培育核心市场竞争力。在调研中发现，龙芯实行的低成本、低价格等策略将在实际市场中遇到极大的困难。英特尔和AMD也可以通过相应的策略来挤垮龙芯，毕竟英特尔和AMD损失的仅仅是短期的利润，但能维持长期的市场，而龙芯失去的是市场机会。仅靠政府采购等方面的扶持显然无法将以芯片为核心的产业链做大做强，新兴市场的培育和新的经济增长点的形成也就无从谈起。当前龙芯以教育产业为突破口，提出“深耕教育行业，以整体解决方案取胜”，以教育产品作为其市场定位并据此培育核心市场竞争力。在初期，特别是通过政府采购的支持能够迅速占领市场，并能够获得很大的经济利益，也能在很大程度上提高龙芯的市场竞争力。但从长期来看，龙芯应该专注于芯片设计，以芯片技术与服务提供商为主体。

五是采取市场化运作，建立产业化基地。2008年重组成立的中科龙芯梦兰科技股份有限公司主要承担的是龙芯的下游产业，即电脑的产业化和方案集成，而芯片的产业化缺乏足够的支撑。为了将芯片作为信息产业的核心环节做大做强，有必要建立相应的产业化基地，并以此为基础形成完整的产业链。当前，龙芯已准备联合有关力量投资10亿人民币再建立一个产业化基地，需要加速推进，否则会延误产业化的时机；同时，中央政府和地方政府都要采取相应的措施加以支持和引导，激励国有资本和私人资本积极参与到整个产业链的建设中。

（作者单位：中国科学技术发展战略研究院）