近日，一場工業(yè)產(chǎn)品發(fā)布會引發(fā)關(guān)注，主辦方聯(lián)合合作伙伴發(fā)布了29款自主工業(yè)系列產(chǎn)品，這些產(chǎn)品全部基于國產(chǎn)的自主指令系統(tǒng)“龍架構(gòu)”。長久以來，來自西方國家的兩家科技公司的指令系統(tǒng)以及基于這兩類指令系統(tǒng)所構(gòu)建的信息技術(shù)體系，主導著全球信息產(chǎn)業(yè)。
小小芯片在國密安全體系發(fā)揮大作用
一個比指甲蓋略大一點的芯片，能為國家網(wǎng)絡(luò)安全做些什么？
“一個芯片里有數(shù)10億個晶體管，就相當于一根頭發(fā)絲的空間距離，要走幾千根線，設(shè)計復雜，也好比在一座城市里設(shè)計和建造高架橋網(wǎng)絡(luò)。”彭飛介紹，研發(fā)團隊將原本外置的安全保護能力內(nèi)置到芯片中，形成龍芯CPU內(nèi)生國密安全體系，依托該安全體系可以自下而上建立安全架構(gòu)，讓芯片、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件貫穿聯(lián)通，龍芯國密云是在其基礎(chǔ)之上研發(fā)出的產(chǎn)品，可以從云端調(diào)用芯片中的安全能力，形成云端一體化的安全防護體系。“不需要在電腦前擺放一圈軟硬件來進行安全保護。
9月5日，2022年國家網(wǎng)絡(luò)安全周開幕，龍芯中科展臺，其自主研發(fā)的CPU芯片吸引參觀者注意。圖為芯片展示。王海涵/攝
密碼技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)安全的核心技術(shù)和基礎(chǔ)支撐，芯片是網(wǎng)絡(luò)安全的保障和基座。在新興的云模式下，由于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)邊界變得模糊，以及云計算帶來的很多不確定因素，對芯片安全技術(shù)提出了更高要求。
圖為芯片業(yè)務(wù)介紹。王海涵/攝
針對傳統(tǒng)云平臺可能存在的用戶信息濫用、隱私泄露等潛在風險，龍芯國密云合理運用國家商用密碼技術(shù)在云計算領(lǐng)域的技術(shù)研究，創(chuàng)新性研發(fā)出國密云產(chǎn)品，覆蓋應(yīng)用層、云管平臺、虛擬化層、容器層，及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備、服務(wù)器等環(huán)節(jié)，解決云計算環(huán)境中，云平臺游離在國密保護環(huán)境之外的問題，有效保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行環(huán)境和數(shù)據(jù)支撐環(huán)境安全。
82歲成功研制芯片
最大的心愿就是匍匐在地
擦凈祖國身上的恥辱
，時長00:46
在“龍芯”的研究團隊中
你能看著這么一個身影
但是你永遠想不到
這位瘦骨嶙峋的耄耋老人
會是一名以柔弱之軀
打破美國芯片壟斷的科學家
生于戰(zhàn)火之中 年幼立志報效國家
1936年，黃令儀出生在廣西
襁褓中的她就歷經(jīng)了流離失所之苦
因為經(jīng)歷過山河破碎的絕望
見證過民不聊生的恐慌
在黃令儀的心中
早早地埋下了
救亡圖存、立志報國的鴻鵠之志
成年后，黃令儀以優(yōu)異的成績
考上了華中工學院（今華中科技大學）
1958年，她以優(yōu)異的成績畢業(yè)
并被推薦到了清華大學半導體專業(yè)學習
當時，清華大學是
為數(shù)不多的開辦半導體專業(yè)的學校
這意味著
她在這一刻踏上了
為中國科技崛起而奮斗的征程
這一路
她走了60年
黃令儀
1960年，學有所成的她
回到了母校
開始從事教學和科研工作
她對半導體的研究
經(jīng)過淬煉變得更加深入與透徹
扎實的學術(shù)功底和對夢想的追求
令黃令儀有信心
在半導體領(lǐng)域有所發(fā)展和突破
在教書育人的同時創(chuàng)建了
國內(nèi)首個半導體實驗室
在極端惡劣的情況下
終于研發(fā)出了我國的半導體二極管
于無聲處驚天動地
1962年
黃令儀被調(diào)到了中科院計算所工作
1965年時
為了突破“兩彈一星”中的瓶頸
國家開始成立計算機所二部
專攻微型計算機和三極管等項目
這是中國第一個芯片研究團隊
在缺資料、缺設(shè)備
缺人才、缺材料的情況下
她帶領(lǐng)團隊嘔心瀝血
成功研制出半導體三極管
隨后步入艱難的芯片研發(fā)之旅
1966年
我國自行研制的空間計算機成功問世
1973年
中科院決定研制大型通用計算機
作為集成電路上的載體
芯片被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域
對國家科技發(fā)展有著重要的意義
黃令儀和她的團隊
為了能夠盡快研制出性能穩(wěn)定的存儲器
一步一步開始突破
她們研制的芯片也即將到達世界先進水準
1978年
贏得了全國科學大會重大成果獎
截止1984年時
晶體管研發(fā)已經(jīng)取得了實質(zhì)性進展
中國的集成電路和芯片發(fā)展
已經(jīng)無限逼近于世界水平
但是不久后
因為中科院經(jīng)費緊張
大規(guī)模集成電路研發(fā)被叫停了
得到消息的黃令儀
蹣跚的走出計算所大樓的北門
禁不住失聲痛哭起來
匍匐在地，擦凈祖國的屈辱
1989年
黃令儀受邀參加美國的國際芯片展覽會
偌大的會場里
她跑遍了展臺
卻沒有發(fā)現(xiàn)一家中國企業(yè)
她在日記中寫道：
“琳瑯滿目非國貨，淚眼漣漣”
黃令儀曾公開說過：
我最大的心愿就是匍匐在地
擦凈祖國身上的恥辱
2001年，65歲的黃令儀已經(jīng)進入了退休生活，但她的志向還沒有實現(xiàn)。此時，中科院胡偉武教授，向全國發(fā)出了打造中國芯的集結(jié)令。他親自找到黃令儀，邀請她一起搞芯片。
面對經(jīng)費不足等重重困難，黃令儀還是毅然選擇加入龍芯研發(fā)團隊，成為了項目負責人。
2002年8月10日，我國首款通用CPU“龍芯1號”研制成功。雖然性能上差距很大，但卻真正打破了國產(chǎn)計算機無芯可用的歷史。
在黃令儀和同行的芯片人的不懈努力下，“龍芯3號”等一大批國產(chǎn)高性能芯片應(yīng)運而生。復興號高鐵實現(xiàn)了百分之百的國產(chǎn)化。殲20等先進軍事裝備，配套了相控陣雷達，換上了中國自已的“心臟”。北斗衛(wèi)星也裝上了中國芯，徹底打破了西方的技術(shù)封鎖。
在長達半個多世紀的艱辛探索中，以黃令儀為代表的芯片人，從二極管、三極管、微型計算機、大型集成電路等，一路披荊斬棘，打造出了中國人自己的芯片。這一場逆襲和突圍，可謂是“受任于敗軍之際，奉命于危難之間，堅守于挫折之下，崛起于不屈之中”。
如今，年過古稀的黃令儀依然奮戰(zhàn)在國產(chǎn)芯片的事業(yè)中，只是現(xiàn)在，她的身邊多了越來越多的同行者，多了越來越多的年輕人。
胡偉武：“中國人要有自己的芯片”
胡偉武就讀于中國科學技術(shù)大學、中國科學院研究生院，1996年博士畢業(yè)后，進入中科院計算所工作。
20世紀90年代，西方國家簽訂《瓦森納協(xié)定》，對包括計算機在內(nèi)的中國尖端科技實施全面封鎖。我國計算機系統(tǒng)運算和控制核心的CPU芯片全部依賴進口。
胡偉武說：“改革開放以來，我國整機和應(yīng)用領(lǐng)域做得很好，但做到芯片時卻受制于人。打個比方，現(xiàn)在大家種了兩塊地，地主都是西方的，交了租金之后自己還能賺點錢。我們本來賺錢就不多，他現(xiàn)在還動不動威脅說不租給你了，我自己開第三塊地自己種，就不受制于人了。”
胡偉武有一些“沖動”，他說，“中國這么大一個國家，怎么能沒有自己的CPU芯片呢？”2001年初，在中科院計算所的支持下，33歲的胡偉武帶頭組建課題組，開始自主CPU芯片的研制。
2002年8月10日凌晨，中科院計算所北樓105房間掌聲雷動，安裝了“龍芯1號”CPU芯片的計算機順利啟動，“龍芯1號”成為我國首款自主研發(fā)的CPU芯片，一定程度上打破了中國只能依賴進口CPU芯片的僵局
談及為什么堅持要做中國“芯” 胡偉武回答說：“傳到我這一代了”
胡偉武回憶說，快八十歲的黃令儀老師，一天到晚拖著鼠標，盯著屏幕查電路。他勸告黃老師：“給年輕人把把關(guān)就行，別親自干了。”黃老師脫口而出：“我這輩子最大的心愿是匍匐在地擦干祖國身上的恥辱。”
胡偉武告訴記者，他的導師夏培肅曾多次對他講：“這輩子最大的心愿就是搞好中國的計算機事業(yè)，我們這代人沒搞好，你要搞得比我好。”前輩的重望和理念，深深地影響了胡偉武。
放棄編制，辭職下海
讓龍芯銷售額從虧損走向盈利
從2001年到2010年，龍芯研發(fā)經(jīng)費投入超過4億元，在一些領(lǐng)域取得了突破，總體成果卻并不顯著。作為帶頭人，胡偉武開始受到社會的質(zhì)疑。“大家對龍芯怒其不爭，我這么支持你，但你為什么還不能跟英特爾競爭？”
就在胡偉武舉步維艱的時候，一些國外公司主動找到他，表達了“合作”的意向，提出給予授權(quán)或合資辦企業(yè)，但胡偉武拒絕了。
“其實它們就是四個字——繳槍不殺。你要了人家技術(shù)，就會喪失你的研發(fā)能力，如果中斷了自主研發(fā)過程，你就只能跟著它，它給你什么，你要什么，很受牽制。”
之后，龍芯開始市場化運作，對龍芯處理器研發(fā)成果進行產(chǎn)業(yè)化。龍芯團隊放棄原有事業(yè)編制，從中科院計算所辭職下海。胡偉武承諾，從此以后不評獎，不評職稱，放棄院士申報，他說：“中國不缺院士，缺的是像英特爾這樣的企業(yè)。”
2015年，通過調(diào)整產(chǎn)品定位，龍芯銷售額過億元，從虧損走向了盈利。
自主創(chuàng)新指令系統(tǒng)
“打得一拳開，免得百拳來”
2018年，國內(nèi)的芯片業(yè)遭到西方某些國家的刻意打壓，龍芯遇到了麻煩。當時國內(nèi)芯片業(yè)普遍的做法是通過授權(quán)使用國外成熟的指令系統(tǒng)，一些西方國家以此為要挾。這讓胡偉武重新思考，龍芯要不要重新創(chuàng)立自己的指令系統(tǒng)。
可是，一個企業(yè)換指令系統(tǒng)風險是很大的，對龍芯這樣的企業(yè)有可能是顛覆性的，胡偉武說這相當于“把地基都拔了。”
“有半年時間茶不思、飯不想，后來突然想到這句話‘打得一拳開，免得百拳來’。”
面對這樣的局勢，胡偉武開始了“反擊”。2019年底，龍芯開始研發(fā)自己的指令系統(tǒng)“龍架構(gòu)”。如今，基于“龍架構(gòu)”所創(chuàng)建的龍芯信息生態(tài)體系已經(jīng)初具規(guī)模，在國內(nèi)的應(yīng)用越來越廣。
談及人們對龍芯的評價，胡偉武說，“希望人們買龍芯不是因為支持自主，而是基于它性價比的考慮。另外，人們提到龍芯、提到這幫人時，覺得他們還是做實事的，說到能做到，就行了。”
從追趕到開創(chuàng)
相信自己、相信“中國芯”
忘我精神 在師徒之間傳承
“小伙子，外面什么天氣啊？”
中國科學院計算技術(shù)研究所的走廊里
站滿了等候研究生面試的學生
一位中年人突然走來
問了陳云霽這樣一句話
把一心準備面試的他
給“問蒙了”
陳云霽回了回神
才回答“是晴天”
“下一位，陳云霽”
他推開考場的大門
卻發(fā)現(xiàn)這位中年人坐在了面試官席上
原來，這就是國產(chǎn)芯片領(lǐng)域的專家胡偉武教授
陳云霽后來的導師
胡偉武教授詢問面試者天氣的原因
陳云霽是后來才知道的
胡偉武說：
“那時候我整整一周都沒出研究所了
才想問問外面的天氣情況”
這意外的回答
深深感動了陳云霽
忘我精神
在師徒之間傳承了下來
與“中國芯”一同成長
2002年，陳云霽本科畢業(yè)，來到了中科院計算所，跟隨胡偉武研究員碩博連讀，成為當時龍芯研發(fā)團隊中最年輕的成員，并在博士畢業(yè)后留在了計算所工作。近十年間，陳云霽在導師的帶領(lǐng)下一直在國產(chǎn)芯片領(lǐng)域深耕。25歲時，這個一直被稱為天才的年輕人，已經(jīng)成為8核“龍芯3號”的主要架構(gòu)師。29歲，他成為中科院計算所的博士生導師。
“龍芯3號”已從單核發(fā)展到多核，用陳云霽的話說，就是“一桌菜要給8桌客人吃”，任務(wù)和性能要求都大大提升。陳云霽不斷摸索，提出訪存協(xié)處理器結(jié)構(gòu)，緩解了龍芯3B運算帶寬比問題；提出快速完整的內(nèi)存一致性驗證方法，解決了多核處理器功能驗證中的難題。
陳云霽
“要向無人區(qū)進發(fā)”隨著科研的深入，陳云霽腦海中的這個聲音越來越響。此前的工作大多是"追趕"，雖然一些成績填補了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白，但終究是和國際上的芯片研究者在同一個賽道競爭。陳云霽想做的是“開創(chuàng)”，另辟一條新賽道，讓中國成為領(lǐng)跑者。于是，他把研究領(lǐng)域轉(zhuǎn)向人工智能與芯片設(shè)計的交叉研究。
開辟一條新路絕非易事，何況那時人工智能領(lǐng)域的研究才剛起步，前景未知。陳云霽和學生做了大量調(diào)研，卻鮮有收獲，甚至最前沿的國際會議上都缺乏相關(guān)論文。
漸漸地，有的學生想打退堂鼓，有的同行也認為找不到這樣的路。
陳云霽不信！那時對機器學習的計算、訪存和通信的基本規(guī)律并不清楚，問題層出不窮，他仍鼓勵大家：“憑龍芯項目時期打下的堅實基礎(chǔ)，慢慢算，總能算出來。”
像導師曾經(jīng)做過的那樣，陳云霽把床搬進了研究所，一心撲在研究上。經(jīng)過幾年努力，第一個深度學習處理器問世，這是國際首個深度學習處理器芯片。
2008年，北京奧運會舉辦期間，他窩在一個沒有空調(diào)的宿舍里寫論文。那篇論文最終被國際計算機體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域三大旗艦會議HPCA錄用，這也是HPCA上第一篇第一作者來自中國大陸的論文。
在生活中，他把狹窄的折疊床都支在了辦公室的書架下面，并開玩笑地說，這就是程序員生活的“標配”。桌旁還有一塊掛在墻上的白板，以供他隨時捕捉靈感。就像大多數(shù)人對程序員的刻板印象那樣，格子襯衫和眼鏡，就是陳云霽的標準行頭。
盡管智能算法規(guī)模快速增長，硬件系統(tǒng)的發(fā)展卻異常緩慢，為了解決這個矛盾，研究計算機架構(gòu)的陳云霽與計算所研究人工智能的同事展開了交流合作。他們設(shè)想，從計算機體系結(jié)構(gòu)的角度，來設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片。在此之前，計算機硬件的速度和功能，已經(jīng)成為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用發(fā)展的瓶頸。
陳云霽和同事幾次提出基于人工智能方法的處理器研發(fā)技術(shù)，但都以失敗告終。可這些挫折，并不能讓他放棄“人工智能”之夢。
碰壁的過程持續(xù)到2014年，終于，在美國鹽湖城召開的國際計算機體系結(jié)構(gòu)支持、編程語言和操作系統(tǒng)國際會議（ASPLOS）上，陳云霽與法國國立計算機及自動化研究院的奧利弗·特曼教授合作的“一種小尺度的高吞吐率機器學習加速器”，獲得了最佳論文獎。
這不但是大陸科研機構(gòu)首次在計算機系統(tǒng)和高性能計算領(lǐng)域頂級國際會議上獲得最佳論文獎，也是亞洲首次、美國之外國家第二次獲得ASPLOS會議的最佳論文。
以“DianNao”和“DaDianNao”中文拼音命名的深度學習處理器架構(gòu)，終于正式出現(xiàn)在計算機體系結(jié)構(gòu)的國際舞臺上，在此之前，并沒有中文發(fā)音的芯片。陳云霽挨個給他的外國同行們糾正發(fā)音，告訴他們，“nao”是三聲。
許多外國研究者為此“備受折磨”，不得不卷著舌頭，反復嘗試讀出這個中國芯的正確名字。
陳云霽（右一）在龍芯團隊與同學合影
這些年一路走來，陳云霽還主持研發(fā)了國際首個深度學習處理器芯片“寒武紀”。2016年，寒武紀的指令集架構(gòu)“Cambricon”在國際會議ISCA上發(fā)布，相較于傳統(tǒng)指令集，性能顯著提升。2018年，陳云霽團隊深度學習處理器芯片的一系列研究成果，被《Science》雜志刊文評論為“開創(chuàng)性進展”，而他和他的團隊成員，被評價為“先驅(qū)”和“公認的引領(lǐng)者”。
堅持，讓陳云霽守得云開見月明。2021年，陳云霽的“深度學習處理器體系結(jié)構(gòu)新范式”獲得2020年度國家自然科學獎二等獎。
“從‘追趕’到‘開創(chuàng)’，不是須臾便能達成的，需要一代代有科學理想、坐得住冷板凳的人久久為功地做下去。”陳云霽說，更重要的是相信自己，相信能夠在我們手中，創(chuàng)造屬于自己的“中國芯”。
一塊小小的芯片
凝聚著中國最前沿的科研力量
雖然在微型芯片領(lǐng)域
我們還有很大的一段路要走
路在腳下，志在心中
年輕一代的科學家已經(jīng)逐漸成長
未來中國芯片的研發(fā)之路
必將群英匯集，愈發(fā)璀璨
「 支持烏有之鄉(xiāng)！」
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