龙芯CPU,15年研发历程

龙芯2E为继续支持自主CPU研发打下了基础

　　2006年9月13日，以长征胜利70周年命名为CZ70的龙芯2E通过科技部组织的验收，时任科技部部长徐冠华亲自参加了龙芯2E的验收会。龙芯2E的研制是“十五”末国家863计划紧急安排的一个任务。当时“汉芯”造假事件被曝光，加上“十五”863计划早期支持的龙芯2C没有达到合同要求的SPEC CPU2000分值300分的目标，自主处理器研发受到普遍质疑。

　　2005年4月，科技部高新司领导把我叫到办公室，问我到2005年年底前能不能完成863计划“十五”初制定的主频1GHz、SPEC CPU2000分值达到500分的目标。我说剩下不到一年时间，肯定来不及。他说根据有关规定，项目时间到期后三个月内（即2006年3月底前）提出验收申请就算按时完成。我硬着头皮接了该任务，因为我知道如果“十五”的任务完不成，那“十一五”国家是不是还支持自主CPU研发就成问题。经过艰苦的努力，龙芯2E在2005年11月底交付流片（把设计好的技术文件交给芯片生产厂家进行生产），2006年3月18日流片成功，达到了技术指标。虽然达到这些指标有些勉强（SPEC CPU2000分值达到500分是计算所的编译组做了很多编译优化实现的，但SPEC CPU的测试是允许进行编译优化的），但毕竟完成了指标。
　　龙芯2E的意义从徐冠华部长参加完验收会后接受记者采访时说的一句话可以看出：龙芯2E的成功表明，我国在“十五”期间安排的自主CPU研发是成功的。这也为“十一五”期间国家继续支持自主CPU研发打下了基础。

“不能以任何经费的理由放缓龙芯3号的研制”

　　2005年深秋，利用龙芯2E流片后等待芯片回来的时间，我带着部分龙芯课题组的骨干在香山别墅讨论龙芯3号的结构方案。
　　在龙芯3号结构基本确定后就展开了龙芯3号CPU的研发。但当时“十五”863课题结束了，“十一五”“核高基”（即“核心电子器件、高端通用芯片和基础软件产品”重大专项）课题迟迟启动不了。为此，科学院对龙芯3号的研制给了500万元的前期经费支持（执行期限2007年1月到2007年12月）。科技部高新司冯记春司长得知龙芯3号的第一款芯片龙芯3A1000已经基本完成设计，但缺少流片费时，在863计划内紧急安排了2000万的经费支持龙芯3号的研制（执行期限2008年1月到2010年12月）。原计算所所长李国杰院士曾经在计算所中层干部会上当众点我的名说，“胡伟武，你不能以任何经费的理由放缓龙芯3号的研制，计算所就是砸锅卖铁也要支持龙芯的研发”，并在所内设立了一个经费没有封顶的课题，到2010年龙芯第一笔“核高基”课题经费到账时，龙芯课题组已经预支了计算所七八千万元经费。
　　不记得经历了多少加班加点，龙芯3A1000于2008年底交付流片。只记得流片前的几个月每天晚上10点开例会安排工作。晚上10点例会是非常高效的一种工作方法，会后大家把有关设计在EDA服务器上跑起来再回家，第二天早上上班时刚好跑出结果来;如果是早上上班后开始在EDA服务器上跑，基本上大半天就在等待服务器运行出结果中度过。在此后龙芯CPU问题的攻关中，一直沿袭了晚上例会安排工作的方法。
　　2009年5月20日龙芯3A1000晶圆生产下线，9月28日样片回来，成功启动操作系统，主频800MHz～1GHz。龙芯3A1000在2012年又进行了第二次改版。3A1000的第二次改版于2012年2月下旬流片，2012年8月中旬流片成功。至此龙芯3A1000就很稳定了，至今还是龙芯销售的一款重要芯片，尤其是在工控领域。
　　现在回头看，龙芯3A1000的研制是成功的。3A1000是我国第一个四核CPU芯片。在3A1000的研制过程中，我们掌握了多核CPU的片内互连及Cache一致性技术，以及片间多路互连技术。直到今日，龙芯仍然是唯一能支持多路服务器的自主CPU。在最近国外CPU企业对中国企业的CPU技术授权中，支持多路服务器的技术受美国政府限制还是不能给中国的。龙芯3A1000处理器核的性能略高于Pentium III的水平，在2006年龙芯2E刚出来时这个性能还说得过去。龙芯3A1000仍沿用该处理器核有点慢了，但在应用比较固定的很多领域还能用，按理说龙芯的下一款CPU应该致力于处理器核的性能优化，大幅度提高通用处理性能，但在学院派的思想主导下，随后的龙芯3B走了弯路，使龙芯遭受了挫折。

龙芯3B为何遭遇挫折？

　　龙芯3B的研发得到“核高基”重大专项的支持，是在龙芯团队转型成立公司（龙芯中科技术有限公司）以及有关部门大力展开自主基础软硬件应用试点的背景下展开研制的。2010年把龙芯课题组转型成立公司是下了很大决心的，当时已认识到不能脚踩两只船，办企业和做研究不一样，即使呕心沥血，也是九死一生，因此一定要专心，要求绝大多数技术骨干都从计算所辞职。
　　龙芯公司的成立得到很多领导专家的支持。龙芯3B的研发工作在2008年底龙芯3A交付流片后开始全面展开。首款龙芯3B1000继续基于65nm工艺，目标主频800MHz～1GHz，八核结构，每个核包含两个256位向量部件，峰值浮点性能達到128GFLOPS，这在当时处于世界领先行列。龙芯3B1000于2010年6月20日左右流片，2010年11月底回来第一批芯片。但第一批芯片回来测试并不顺利，连操作系统都启动不了。很快就找到了原因：由于芯片可测性设计部分的逻辑设计错误，在功能模式下误把内存引脚置为测试状态，导致芯片访问不了内存，通过FIB（用离子束改变硅片上的连线）修复后功能正常。

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