“这是我当部长后第一次参加技术验收会。”这是科学技术部部长徐冠华在参加了9月13日下午龙芯2E处理器专家验收会并与研发团队座谈后,对前来采访的新闻媒体讲的第一句话。
当天上午,鉴定委员会刚刚做出鉴定意见,专家一致认为:龙芯2E高性能通用CPU芯片在单处理器设计方面已达到国际先进水平,居国内通用CPU研制领先水平。
龙芯速度
作为信息技术这一关键领域的核心技术,高端通用CPU被列为“十五”期间“863”计划的重要目标之一。早在“十五”初期,“863”信息领域专家委员会就为高端通用CPU制定了“十五”期间的攻克目标:主频到达1GHz,性能达到SPEC CPU 500分。这一性能相当于1.5GHz~2GHz奔腾4。
中科院计算所开展处理器的研发始于2001年5月。2002年8月,32位的龙芯1号CPU流片成功(流片就是按照芯片设计在集成电路生产线上制成芯片,以便在真实的环境下验证设计逻辑的正确与否;流片成功意味着芯片设计成功,之后,方可进入量产)。2003年10月,64位的龙芯2B流片成功。在相同的工艺和主频下,龙芯2B的性能是龙芯1号的3倍。2004年9月,龙芯2C流片成功,它主频比龙芯2B提高1倍,流水线效率提高50%,性能是龙芯2B的3倍。
高登?摩尔1964年推测,集成电路的晶体管集成度每18个月提高1倍。这就是著名的摩尔定律。很多人也由此推论,集成电路的性能也可以提高1倍。几年后,摩尔本人将18个月修改为24个月。即便如此,集成电路产业40多年来能严格地按照这一速度高速发展,在产业界无疑是个奇迹。
实际上,芯片的性能增长在逐渐放缓。拿英特尔最新推出的酷睿CPU说,英特尔的宣传口号是性能提高40%。
尽管龙芯2号与国外主流通用处理器当时在芯片复杂度(晶体管总数)上还有差距,龙芯2C整体性能只是超过高档奔腾Ⅱ,而奔腾4早已于2001年问世。但龙芯2B和龙芯2C实现的每年3倍速的高速成长依旧是难得的突破,特别是对只有3年CPU研究历史的龙芯团队来说,更是难能可贵。
然而,龙芯2C的主频只有500MHz,SPEC CPU得分不到250,距“十五”的目标还有较大差距。与此同时,AMD相继发布的Athlon64和Opteron处理器,更加剧了国际主流处理器厂商在性能上的角逐。
龙芯课题组原计划在龙芯2C的基础上进行改进,使之能达到中高档奔腾Ⅲ的水平。但科技部审时度势,确立了性能上要争取达到中档奔腾4的目标。
等龙芯课题组接到龙芯2E立项通知书,已是2005年4月了。
龙芯人不辱使命,2005年11月,龙芯2E设计交付意法半导体公司进行流片;2006年3月中旬拿回芯片并联调成功;5月,通过“863”专家组组织的测试;9月13日上午,通过了科学院组织的技术鉴定,下午通过了科技部组织的验收。
龙芯2E的性能又是龙芯2C的3倍,从而实现了每年3倍速的成长。
大规模推广时机已到
目前,龙芯2E已经开始数万片的小批量生产,预计今年年内将供应市场。而龙芯2E的大批量版本龙芯2F预计年底流片。与龙芯2E相比,龙芯2F的性能将有20%~30%的提升,功耗下降30%~50%,同时将更多的外围功能集成到芯片上,进一步降低成本。龙芯2F性能相当于2GHz奔腾4,而功耗仅有2~4瓦。
计算所着力打造龙芯2F在性能、成本、功耗等方面的市场竞争力,标志着龙芯产品将会大规模地走向市场。
根据计算所对龙芯家族的市场定位,龙芯1号的目标市场是嵌入式应用,0.5瓦的低功耗是其突出的优势;龙芯2号定位在桌面和高端嵌入式应用;龙芯3号则定位在服务器市场和高端桌面应用。
谈到龙芯2E的应用时,计算所所长李国杰介绍说,龙芯2E将以奔腾4的性能、1/2的主流PC价格和1/10的功耗,争取百万套级别的销量,建立自主计算机品牌,成为后PC时代的领跑者之一;目前的试点有江苏省的新农村计划与教育领域、北京市平谷县的电子政务、青岛有线的机顶盒;在嵌入式应用上也已有两种应用;曙光公司将采用龙芯2E设计万亿次高性能计算机,目前4处理器节点已经调通。
据计算所公布的产品路线图,龙芯2E未来将会有两个分支:一个是以龙芯2F为首、面向桌面的龙芯2号后继产品,预计在2007年至2008年间将引入65纳米工艺,2009至2010年间引入45纳米工艺;而第二条是基于龙芯2E内核发展面向服务器市场的龙芯3号,预计龙芯3号在明后两年中拥有8~16内核,到了2009年至2010年间,将拥有32~64内核,同时也将引入45纳米工艺。
李国杰表示,在8~16内核CPU设计中,龙芯CPU有望与国外主流厂商并驾齐驱。
高端CPU是战略技术
2005年4月接到立项通知到11月交付流片,留给龙芯团队的时间只有6个多月。龙芯团队全体成员全力以赴,大部分节假日都被取消了,课题组很多成员夜以继日地工作,很多人把床都支在实验室,一天当作两天用。
在与研发团队座谈后,徐冠华高度评价了龙芯科研团队在关键领域核心技术研发中不畏艰辛、勇挑重担的精神,在研发中“小步快跑,最终实现突破”的求真务实的研发策略和科研作风,以及计算所在高技术研发与产业化结合上所做的努力。
徐冠华认为,龙芯2E是我国在信息技术领域迈出的关键一步,今后还要走很多步、走很长的路才能让我国的信息技术在世界占有应有的地位。
他强调,高端通用处理器不仅涉及到国家在信息领域的竞争力,还关系到国家的经济安全和国防安全,是一项战略性的技术。他表示,高端通用CPU在“十一五”科学技术发展规划中依然是关注的焦点。
据悉,今后一段时间内,还会有几家研究机构研制的处理器面临科技部的验收。徐冠华表示,科技部将采取非常慎重的态度进行验收,这些产品最终还是要接受市场的考验。
鉴定与验收意见(摘录)
龙芯样机实测得到的SPEC CPU2000分值为定点503分,浮点503分,最高双精度浮点运算速度39.93亿次/秒
龙芯2E样机运行64位Linux操作系统及基于Linux操作系统的视窗系统、浏览器、办公套件、媒体播放器、Web服务器、数据库系统等各种应用软件,并能正确支持中文输入和现实。
项目形成了包括结构设计、物理设计、验证测试、系统设计等在内的高性能通用处理器设计的一整套文政方法,掌握了其中相关的关键技术。
项目很好地完成了任务书规定的技术考核指标。
鉴定委员会一致认为:“龙芯2E高性能通用CPU芯片在单处理器设计方面已达到国际先进水平,居国内通用CPU研制领先水平。”
如何看龙芯的兼容性
龙芯之所以能有与奔腾4相当的性能,而功耗不足奔腾4的1/10,这与龙芯采用的体系架构有很大的关系。换句话说,龙芯架构在带来低功耗优势的同时,也带来了与x86不兼容的市场不利因素。
众所周知,PC产业的迅速发展除了得益于其基于标准的大规模生产外,还得益于CPU向后兼容性以及与操作系统的兼容性。IBM曾经在286时代因为推出专有的微通道技术,在兼容性上跌了跟头,不得不将PC的王冠交给了康柏。10年前,Oracle等厂商主推的NC,最终也生不逢时,原因也是栽在兼容性上??基于网络的新应用上不来、又无法保护PC用户原有的应用。
如果退回到五六年前,龙芯在大众市场也会遇到类似的问题。但是,今天的情况则截然不同。随着网络设施的普及和互联网的深入,特别是Web服务的兴起,基于网络的应用越来越多,在不远的将来,基于浏览器的应用将成为应用的主流,纯浏览器应用的用户群也将壮大起来,加之,Linux桌面应用的不断改进和龙芯低价位、低功耗的特点,龙芯的大众市场前景应该看好。
而在嵌入式、服务器市场也不存在人们使用Windows的习惯影响,至于说涉及到国家经济与国防安全的应用,龙芯的优势更不必说。