走近中国CPU 朱文利 熊川 2001年 6期 #1 神秘的1433实验室 　　2月7日，北京大雪后的一个晴天，记者来到北京大学，未名湖还在冰封之中，但已经有一点春天的气息。这也是新世纪第一个元宵佳节。在北京大学理科1号楼的1433房间，一群年轻人还在忙碌着。34岁的程旭教授，是中国自主知识产权的32/16位微处理器课题组负责人。他谈吐儒雅，但却是不折不扣的猛将。正是他在杨芙清院士和王阳元院士的指导下，带领一支平均年龄不到30岁的北大研究生队伍，继1999年底研发成功我国第一套支持微处理器设计的软硬件协同设计环境，开发成功16位嵌入式微处理器JBCore16之后，又在2001年1月取得突破性进展，研制成功支持32位、16位两套指令系统的微处理器JBCore32及配套系统软件。换句话说，中国自主知识产权的CPU在北大诞生了。 　　1433实验室和对面一间实验室是他们的主战场，实验室被挡板隔成一个个小空间，在这些小格子里，小组的研究人员已经紧张工作了五年。在实验室里，很显眼地摆着两张行军床，“通宵工作时，可以轮流休息一会儿”，设计小组的成员解释说。这两张行军床，是中国CPU进军历程的见证。 　　在这间神秘的1433实验室里，记者看到令国人魂牵梦萦的基于中国CPU的信息家电示范原型系统，外观看起来似一块板卡，由JBCore32、MPEG2解码芯片、RAM、主存单元、USB接口、音频视频输入输出、键盘接口、电源等几部分组成，其中的核心正是我国自主设计的JBCore32嵌入式微处理器。为了这一块小小的芯片，我们等待了整整30年！ 　　目前北大的32位CPU（采用FPGA实现）主频达到24MHz。预计2001年7月，将采用0.25微米的工艺，主频将达到100～200MHz。程旭教授说，此次完成的32位微处理器，性能与当今世界先进的嵌入式微处理器相当。程旭教授还说，北大计划在10年内研制出与当时世界先进水平相当的通用CPU，而更有专家相信，不用10年就可以实现这一目标。（^06010101a^） 　　张效祥院士、沈昌祥院士、王志刚院士等专家一致认为，北大的CPU结构先进合理，满足嵌入式系统需求，在体系结构设计、系统软件、程序开发和调试等方面成果达到国际先进水平，对发展我国有自主知识产权的微处理器产业具有重要意义。 　　王元阳院士更是肯定地说：“这不是简单的模仿、跟踪，而是采用最新的设计理念和技术的自主创新，它的开发成功说明中国完全有能力开发自己的微处理器。” 　　在小小的1433实验室里，中国CPU向美国、日本等同行坚决地提出挑战了。而北大的这个研究团队还仅是今天中国众多的CPU研发机构之一。 　　#1 呼唤中国“芯” 　　CPU（中央处理单元，也称微处理器），是一项尖端技术，目前，CPU技术只为少数发达国家掌握。 　　几年前，曾经有位国内IT界权威专家斩钉截铁地说，中国IT发展就要另辟蹊径，对于CPU和操作系统要坚决放弃。这句话很难理解，但也恰好从另一个角度说明了微处理器芯片技术难度和市场风险。 　　综观IT业的发展，CPU芯片无疑是带动整个产业的火车头，但其技术门槛太高，世界上只有美国、日本等极个别国家有设计实力，绝大多数国家都成了信息核心技术的“门外汉”。 　　从市场来看，全球微处理器市场，美国和日本占绝对垄断地位，去年我国内地的集成电路芯片消耗总量是436亿，国产芯片产值只有83.6亿元，仅占世界总额的1%，自给率只有19%。而且，这19%中的一半以上实际上都出口了。中国在集成电路方面的需求在1999年就达400多亿元人民币，国内的生产能力只能提供中低档产品，仅占世界市场份额的0.67%，绝大数消费依赖国外。在CPU产品方面，中国大陆目前还是空白。 　　从国家安全的角度讲，全面使用外国的微处理器芯片，等于将我国信息安全的控制权拱手让给竞争对手，这是十分危险的事情，时间越长，这种危险越大。1999年底的Intel奔腾Ⅲ序列号带来的安全隐患风波，就曾给我们强烈震撼，政府部门为此放弃采购计划。 　　著名的计算机专家张效祥院士在接受记者采访时，坚定强调“要维护信息的安全，最根本的是在技术上独立自主”。他说：“在硬件上，一些关键性的技术，如CPU还不得不依靠外国。这些技术，花再大的代价人家也不会转让，因为这是具有战略性的技术，不是一般的商品。”为了国家的利益，中国必须开发自有知识产权的CPU芯片！ 　　#1 中国的机遇 　　谈到中国CPU的前景，程旭教授满怀信心，他认为进入21世纪，IT领域内的一个巨大机遇正走向中国。 　　曾被美国垄断了几十年、基本上形成一花独放的微处理器技术，正在面临一场大的技术变革。集成电路的线宽正从深亚微米走向超深亚微米进军；RISC（精简指令系统）技术在迅猛发展近20年之后正处在呼唤新一代微处理器结构的战略转折时期；IC（集成电路）也正在向IS（集成系统即系统芯片S.C）发展，层出不穷的单芯片系统（System-on-a-chip）将大量涌现。在国外，CPU生产已不是Intel等几家巨头一统天下的局面，MIPS、ARM等CPU公司异军突起。 　　程旭教授认为，21世纪之初，中国的机会到了！ 　　中国有巨大的IT市场，这个市场将在五至十年内直逼美国。预计到2010年，中国芯片的总需求将达500亿美元，这是中国CPU生存和发展的巨大市场空间。“十五”期间，中国把社会信息化、以信息化促进工业化放在发展经济极为重要的地位，这使中国的IT产业会有飞速发展，而作为中国IT产业的心脏──中国自主知识产权的CPU，是中国IT业腾飞的强力发动机。 　　在中国，一批世界一流的IC制造工厂如上海的909工程以及投资超过15亿美元的中芯微电子公司和宏力半导体公司正在紧锣密鼓地建设，中国CPU在生产上将毫无问题。在上海、深圳、北京、西安，一批IC设计企业也将如雨后春笋般建立，这样开发中国CPU就有了坚实的基础。在前沿研究方面，北京大学、上海交大、哈尔滨工大、西北工大、国防科大、航天部711所等院所一批高水平的科研人员已投入中国CPU的研究之中，中国CPU正是龙吟虎啸之时。 　　天时、地利、人和，发展CPU的各种机遇降临中国，中国人盼望自己的CPU盼了30年，今天，我们完全有理由相信，中国CPU将风行天下。