CPU
我国科技界与产业界至今对如何快速而健康地发展我国IC产业，特别是对如何发展CPU产业还没有达成共识。本文写作于2002年，是中科院计算所所长李国杰院士以研制龙芯CPU的策略考虑为基础，对发展我国的集成电路设计产业提出的一些观点与看法，旨在抛砖引玉，希望对决策层尽快做出科学决策有所裨益。——编者一、 跨越与跟踪
IC加工业是资金高度密集的产业，一条0.18微米生产线，一般要投资15亿美元以上，国外对先进IC加工设备出口中国仍有许多限制，因此我国在芯片加工方面实现跨越式发展难度相当大。相对而言，芯片设计是智力高度密集型产业，虽然IC设计产业的收入目前只占整个IC产业10％左右，但营业额增长率高于制造业3倍以上。台湾IC设计业98年与99年的投资回报率分别为21.6％和39％，比IC制造业的回报率（4.％和12.6％）高几倍。据麦卡锡公司预测，中国国内IC设计业2010年的收入可达100亿美元。我国有专业基础从事芯片前端设计的人力资源丰富，许多研究所和大学都有不少从事系统和硬件设计的人才。芯片设计的知识产权和专利很多都体现在系统级设计上，尤其是当进入片上系统（SoC）设计时，系统级的创新更加重要。龙芯一号CPU物理设计的成功表明有系统级设计经验的人转入物理设计并不是一件高不可攀的事，入门并不难，只要有一股钻劲，经过几年的积累，我国一定会出现一批物理设计的高手。当然物理设计本身是一门高深的技术，微电子专业的人才是物理设计的主力。因此，我们认为，中国实现IC产业跨越发展的主要希望在芯片设计上。
在分析了计算所系统设计方面的技术储备与优势后，我们在龙芯一号设计开始时，提出了“高起点，一步到位”的要求。所谓高起点是指尽可能采用先进的制造工艺，我们第一次设计和流片生产CPU就跳过了0.35、0.25微米工艺，选用了目前代加工厂主流的0.18微米工艺。做出这种决策不是盲目地碰运气，而是通过与硅谷许多有经验的工程师深入调研分析流片成功的可能性后做出的，从某种意义上讲，这也是利用了“后发优势”，可以“借树开花”。所谓“一步到位”当然不是指第一次设计就做出性能超过P4的CPU，而是针对当时国内有些单位在启动研制386、486的形势，要求我们在微体系结构上创新，用国际先进水平的体系结构实现64位浮点运算，尽可能实现技术上的跨越式进步，而不是从模仿80年代技术开始一步一步爬行，并且一开始就强调正向自主设计，不采取解剖别人芯片反向设计的路线。“一步到位”的另一层意思是不做供鉴定用的实验室样片，而是要确保万无一失，经得起产品检验，做成可批量生产的芯片。经过一年多努力，龙芯一号达到了预期目的。
我们真正期盼的跨越式进步的标志性产品是龙芯2号。我们在设计龙芯2号时，已分析了Intel P4、SUN SPARC、HP的Alpha、IBM Power4等多种主流芯片的微体系结构，要求龙芯2号的体系结构有自己明显的特色，以最有效的方法实现四发射，即一时钟周期可同时执行四条指令（P4实现了三发射），而且要为下一步研制超线程CPU和多处理机CPU打下基础。计算所与在美国参加过千万亿次计算机研制的高光荣教授成立了先进计算机联合实验室，重点研制多线程机制，争取实现几十个甚至几百个线程并行操作。这项技术各大公司还在研究之中，我们将争取以跨越的技术进入国际前列，在龙芯3号龙芯4号中采用。
我们主张的跨越式发展还体现在我们对微处理器发展趋势的理解与判断上。国人对于CPU和操作系统有特殊的感情，把这两者称为信息技术的核心技术。实际上随着Interent普及与发展，人们心目中的P3、P4之类的CPU和 Windows之类的操作系统的地位正在不断下降。在向科学院领导申请知识创新重大项目时，我曾说过，龙芯微处理器的目标不是传统的“CPU”，而是“DPU”，即Distributed Processor Unit。所谓中央处理器是针对过去的大型计算机取的名，随着网络存储和各式各样的通信与终端设备直接上网，微处理器将分布在各种设备中。以后计算机、通信设备（如智能化的路由器等）和信息家电的界限越来越模糊，新一代的微处理器和现在PC机上的CPU将会有很大区别，创新的空间很大。中国的芯片设计要跨越发展，可能要通过软件和算法的突破来弥补硬件加工的不足。系统设计人员在芯片设计产业中将扮演十分重要的角色。总之，我国的芯片产业不能再走PC产业走过的以组装为主的老路。如果只重视附加值很少的低端芯片或主要用别人的IP“组装”低端SoC芯片，前途不会太美好。
