中國不會重蹈俄羅斯的缺“芯”覆轍

作者：GUEE

美國對俄羅斯禁售CPU和電腦整機已經(jīng)有一段時間了，筆者原以為問題不會很嚴重，畢竟就算只依靠市面上的二手CPU應該也能支撐很久，但是最近的一則新聞令筆者覺得之前的想法過于樂觀。

俄羅斯本土媒體Cnews報道，該國一款名為MIG（Mobile Inform Group）Akinak PC的新款PC問世。該機型搭載了一款名為Skif的4核Cortex-A53 CPU，為64位ARM 架構，頻率1.8GHz。

Cortex-A53核心是ARM公司2012年推出的IP核，主要用于嵌入式CPU。集成4個A53核心主頻1.8GHz的“Skif”，性能不會比龍芯于2015年推出的3A2000高多少，3A2000的性能又大約是龍芯3A6000的1/6，它們都是4核CPU。“Skif”原本是設計用于平板電腦，以往可能從未想過會成為桌面電腦的心臟。

如果不是CPU緊缺，沒有哪家公司會在2023年還用“Skif”這個級別的CPU設計臺式機，完全違背商業(yè)邏輯。更令人吃驚的是“Skif”CPU只在2021年生產了1000枚，如今僅剩下了10枚。在只剩10枚樣品的時候，一邊設計臺式機一邊尋找新的代工生產渠道，透露著無可奈何的緊迫感。CPU存量滿足不了電腦設備的增長，俄羅斯可能很快遭遇CPU的災荒。

俄羅斯沒有更好的國產CPU嗎？

俄羅斯當然不只有平板電腦的CPU，貝加爾電子公司(Baikal Electronics)推出的Baikal系列、莫斯科SPARC技術中心研發(fā)的Elbrus系列都是用于桌面電腦和服務器的CPU產品。

Baikal-M集成了8個ARM A57核心，Baikal-S則集成了48個ARM A75核心。Baikal-S最高頻率2.5GHz，支持1至4路互聯(lián)，TDP功耗120W。

Baikal-M和Baikal-S可以分別對標我國的飛騰D2000和華為鯤鵬920。但是自從ARM宣布不再向俄羅斯企業(yè)授權IP，終止一切合作之后，貝加爾（Baikal）CPU的壽命也就到此為止。雖然貝加爾已經(jīng)購買的IP仍然可以合法使用，但是俄羅斯的芯片生產能力低下，無法替代臺積電的先進制程， 而貝加爾和ARM顯然都不可能按照俄羅斯的芯片生產水平對CPU重新設計。

Elbrus是俄羅斯自主設計的CPU，它和全美達（Transmeta）類似，不但都是VLIW類型的架構（指令集），而且都支持以二進制翻譯的方式兼容x86架構。它們的區(qū)別是Elbrus還可以運行自己指令集的原生軟件，而全美達CPU則只能運行x86的程序。

俄羅斯自主的Elbrus不如我國自主的龍芯，不止性能相差巨大，發(fā)展路線也大相徑庭。

相對于龍芯，Elbrus顯得缺少一些上進心。龍芯敢于投身市場，發(fā)展出小、中、大三個系列數(shù)十個型號的CPU產品。龍芯的賺錢主力是“小、中”嵌入式CPU和配套的產品方案，再用嵌入式的利潤補貼桌面和服務器CPU研發(fā)，才使龍芯的大CPU逐漸追上主流水平。而Elbrus則基本上依靠政府投入，可能也是因為俄羅斯的嵌入式芯片市場規(guī)模小，Elbrus有心也無力。

它們兼容x86的技術方案也有區(qū)別，Elbrus試圖最大程度地兼容x86生態(tài)，研發(fā)了多種二進制翻譯運行模式，除了能運行x86版本的Windows和Linux系統(tǒng)，也能在原生架構的Linux中運行x86架構的軟件。而龍芯為了更好地建立自主軟件生態(tài)，放棄了高效兼容x86操作系統(tǒng)的方案，以發(fā)展原生的自主軟件生態(tài)為主，把兼容x86架構Linux/Windows應用程序作為原生軟件生態(tài)的補充。

盡管俄羅斯也為Elbrus做了大量的原生軟件適配，但是規(guī)模比不上我國，也沒有得力的推廣政策。Elbrus能直接運行Windows系統(tǒng)，大家也就看不到發(fā)展自主軟件生態(tài)的必要性。也不能責怪Elbrus沒有壯士斷腕的決心，畢竟自主CPU的第一要務是生存。本來Elbrus性能就較低，軟件生態(tài)又主要依賴Windows，以俄羅斯的現(xiàn)狀，Elbrus很難發(fā)揮積極作用。

歐美不是一個國家，而是以美國為首的很多個國家。我們常說的“歐美”，在“制裁”的語境下一般沒有包括“俄系”國家在內，“歐美”不愿看到中、俄崛起，自然會不擇手段地打壓。

在現(xiàn)代社會，信息技術就是生產資料，限制別國信息技術發(fā)展，就能有效地阻止別國攀上更高的階梯。因此俄羅斯遭受的制裁和封鎖只是恰逢其會，正好給了“歐美”冠冕堂皇的借口而已。

歐美的軟件封鎖會影響什么？

軟件可以分為閉源軟件和開源軟件兩大類型。閉源軟件絕大多數(shù)是Windows版商業(yè)軟件，基于x86架構。開源軟件則絕大多數(shù)基于Linux系統(tǒng)，也不固定CPU架構，只需對源碼和編譯配置進行簡單修改，就能實現(xiàn)向新架構的移植。

開源軟件不受限制的主要原因，是開源軟件屬于共有版權。美國只能通過一些手段限制別國獲取開源代碼的渠道，但被擴散的開源代碼不受美國管制。

承載軟件的設備又可以分為桌面電腦、服務器、工控設備。其中工控類的軟件大多是定制開發(fā)和定向適配，不像桌面和服務器軟件那樣有廣泛兼容的特性，因此已經(jīng)定型的工控設備幾乎不會受到制裁和封鎖的影響。工業(yè)設計軟件會受到較大的影響，因此必須加強扶持國產的工業(yè)設計軟件。

通用的服務器大多以開源軟件為基礎，比如數(shù)據(jù)庫軟件、Web和流媒體服務器軟件、AI庫和模型數(shù)據(jù)……等等，而國內企業(yè)開發(fā)的同類型商業(yè)軟件，也比開源軟件的功能更加完善和穩(wěn)定，并且有技術支持服務。專用的服務器應用基本上是自己開發(fā)和定制的軟件，比如淘寶/微信的服務器、銀行的業(yè)務系統(tǒng)、網(wǎng)絡游戲的服務器程序……等等，制裁和封鎖也不會造成嚴重影響。

桌面電腦上的Linux系統(tǒng)（含國產系統(tǒng)）以及開源的和國產的應用軟件，都不會受到封鎖和制裁的約束，因此軟件方面的制裁和封鎖，首當其沖的是x86架構的Windows桌面軟件。比如Windows系統(tǒng)和增值服務，以及Adobe全家、AutoDesk系列等專業(yè)和行業(yè)軟件、還有更加專業(yè)的科研類軟件等等。千萬不要有“買了就是我的”這種錯覺，因為任何的商業(yè)合同都受到法律制約，美國企業(yè)遵守美國法律，它們可以撤銷軟件授權和買賣合同。要不然，國內部分大學被禁止使用MATLAB這種事情就不可能發(fā)生。

面對封鎖，俄羅斯用“盜版合法”的方式解了燃眉之急，但因此造成的負面影響會帶來更大的損失。尊重知識產權的國際形象毀于一旦，各種商業(yè)的、學術的國際合作因此中斷，以后各種知識產權交易都會更加困難。俄羅斯是別無它法，才會飲鳩止渴不顧未來，而我們有更加妥善的準備，不會被逼到俄羅斯的窘境。

粗暴又有效的自主軟件生態(tài)建設

政策一刀切，從黨政辦公開始，必須更換成國產電腦和國產系統(tǒng)，有特殊需要的必須打報告。

信創(chuàng)初期，即便是x86的電腦，一旦脫離了Windows，也幾乎只有瀏覽器和WPS能用于辦公，其它軟件要啥沒啥，用戶怨聲載道。但是高端的戰(zhàn)略往往只需要采用最樸素的執(zhí)行方式，辦公系統(tǒng)不能用就找開發(fā)者，打印機不能用就找供貨商，你做不了移植適配那就換一個能做的……于是軟硬件廠商們熱情高漲，提供軟件定制服務的新生力量紛紛涌現(xiàn)，能更快適配驅動的國產外設廠商也獲得青睞。

統(tǒng)信和龍芯更是“越俎代庖”，為了降低國產替代的成本，而為“利舊”付出了很多努力。統(tǒng)信和龍芯開發(fā)了各有特點的打印機兼容方案，把Linux對打印機的兼容性提高了幾個數(shù)量級，不過他們的獨家秘技也只支持統(tǒng)信UOS系統(tǒng)或者龍芯電腦。

有一些陳舊的在線系統(tǒng)是基于IE瀏覽器、ActiveX以及Flash，因為移植成本太高而一直保持現(xiàn)狀。龍芯為了讓這些系統(tǒng)在國產電腦上也能正常使用，就在“龍芯瀏覽器”中實現(xiàn)了對IE、ActiveX、Flash的兼容，不過這項功能只對確實有需要的客戶提供。

在解決政企辦公的國產化的同時，國產電腦和系統(tǒng)也在向更加專業(yè)的行業(yè)應用和工業(yè)應用推進。包括AI訓練的應用場景中，也已經(jīng)有了國產電腦的身影。

現(xiàn)在信創(chuàng)已經(jīng)進行了三年，軟件生態(tài)持續(xù)完善，用戶的怨言也越來越少。從基本不可用到能用、好用，經(jīng)歷了短期的、局部的、可控的、有序的混亂。雖然自主軟件生態(tài)仍然還有很多問題，但是在可控的前提下主動發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，遠遠好過“猝死”性的大范圍業(yè)務癱瘓。

為了避免可能發(fā)生的“Windows停止工作”、“進口CPU被鎖死”、“保密數(shù)據(jù)被竊取”等問題，國產替代是必須推進的工作。

購買IP核及架構授權會授人以柄

計算機硬件不像軟件那樣具有“易復制、易修改、易傳播、易替代、對設備依賴低……”等特點，總體上硬件的研發(fā)難度、生產成本、對設備的依賴都高于軟件。因此硬件更容易被封鎖和制裁，越是高端的產品和設備就越容易被針對，也比針對軟件有更加明顯的成效。

內存和SSD的技術難度低于CPU，也不會受限于軟件生態(tài)而難以銷售，目前國產的內存和SSD已經(jīng)解決了設計、生產、市場的問題，已進入“研發(fā)-生產-銷售”的正增益循環(huán)。國產CPU的境遇比內存和SSD艱難很多，因為CPU的性能極度依賴設計水平和工藝制程，CPU的市場擴張極度依賴軟件生態(tài)的完善程度。

高性能的CPU產品以及IP核（CPU核心等功能模塊）一直都在美國的禁售名單上，并隨著技術迭代而不斷更新，即使我國沒有像俄羅斯那樣被全面封鎖，也只能購買到二三流的產品和CPU核心設計。購買IP核的公司通常缺少自主設計的能力和意愿，只閱讀資料而缺少設計實踐，就不可能擁有自行設計高性能CPU的能力。只要技術的提供者沒有放棄繼續(xù)迭代，那么依靠購買技術就不可能實現(xiàn)超越。一旦封鎖等級提高，或者僅因為對封鎖的恐懼，這類公司就會煙消云散。

CPU架構（指令集）授權也同樣如此，只要別人保持著指令集發(fā)展的主導權，那么購買架構授權就始終只能亦步亦趨。一旦指令集的設計者推陳出新，且獲得主流生態(tài)支持，那么架構授權就容易被要挾。如果新版本的指令集成為主流且不再授權，已獲得的老版本架構就遲早會被淘汰。

目前ARM v9版本沒有授權給任何一家國內企業(yè)，只有少數(shù)企業(yè)獲得了基于v9的IP核授權。也就是說ARM希望國內企業(yè)不要自行設計CPU微結構，而只購買它設計好的核心來組裝CPU。不能實踐微結構設計，就無法掌握核心設計能力，永遠都會被ARM隨意拿捏。

只有完全自主的CPU架構（指令集），才有持續(xù)發(fā)展的可能。龍芯的遭遇也說明了就算埋進了黃土的MIPS都能造成干擾，更何況如日中天的x86和ARM。如果不是因為龍芯早有準備，設計了自主的LoongArch架構，并且及時地重新設計全系列CPU產品，龍芯很可能就會陷入青黃不接的困境。所以說國產ARM一切鼓吹“自主可控”的說法，都是自欺欺人的托詞，是與皇帝新衣一樣的謊言。

美國敢對俄羅斯全面禁售CPU，是因為俄羅斯的自主CPU難當大任，但對我國卻不敢使用同樣的禁令。因為龍芯和申威的CPU性能已經(jīng)可用，特別是龍芯即將發(fā)布的3A6000已經(jīng)達到主流CPU水平，美國如果全面禁售CPU，那就只會把市場拱手相讓。

美國能做的只能是以授權IP核、定制CPU等方式牽制我國自主CPU市場擴張。盡管在龍芯3A6000誕生后，美國禁售的高端CPU核心也被打落凡塵。然而在必要的時候，美國可能會解禁部分高端的IP核授權，雖然有些“迫不得已”，但此舉既能干擾我國自主CPU開拓市場，又能繼續(xù)拿捏購買授權的CPU產品，總好過對自主CPU的飛速進步袖手旁觀。

工藝限制削弱了自主CPU的競爭力

由于美國對芯片生產設備和生產渠道的封鎖，國產CPU目前都無法使用最先進的工藝。國產CPU依靠更先進的工藝提高頻率、堆砌核心的技術路線暫時斷絕，必須把重心轉移到提高CPU核心邏輯設計的能力上來。

只有龍芯和申威在數(shù)年前就對工藝限制有明確的預計，在設計CPU時就開始避免使用國內無法達到的制程。而華為、飛騰都過于樂觀，產品迭代不同程度地受到了工藝限制的影響。飛騰原本計劃2020年發(fā)布基于7nm工藝的桌面CPU產品，現(xiàn)在已經(jīng)杳無音信。華為海思最新的桌面CPU使用14nm工藝，單核性能僅僅原7nm工藝KP920的一半。

表面上被工藝限制打擊的只有國產ARM產品，但實際上受影響最嚴重的反而是完全自主的龍芯和申威。

比如龍芯3A5000使用14nm工藝，單核性能卻與7nm工藝的華為KP920不相上下。龍芯3A6000繼續(xù)使用14nm工藝，4核8線程的規(guī)格，主頻仍然是2.5GHz，但IPC提高了60%左右。3A6000的性能超過了酷睿7代i7-7700，直追同樣4核8線程的酷睿10代i3桌面標壓版本。

龍芯是與核心數(shù)量相同的Intel桌面CPU進行性能對比，和國內某些廠商“以多勝少”的性能對比方式完全不同。比如國產的某x86和某ARM廠商都是用8核產品與Intel低壓版6代酷睿4核產品對比，才得到了“綜合性能相當”的結論。

龍芯3A6000能以2.5GHz的主頻戰(zhàn)平4GHz時的10代酷睿i3，是因為它的IPC達到了Intel和AMD最先進產品的水平。如果龍芯可以使用7nm、5nm的工藝，那么主頻就絕對不止2.5GHz，哪怕只提高50%，單核性能也不至于僅僅追上10代酷睿。

由于服務器CPU的主頻普遍低于桌面產品，龍芯5000/6000系列的服務器CPU性能就能與Intel/AMD的主流產品更加接近。龍芯服務器CPU已經(jīng)推出了3C5000和3D5000，分別是16核和32核，主頻2.2GHz，支持2～16路互聯(lián)。3C5000和3D5000的性能與海光相同核心數(shù)量的CPU持平，其中3D5000的綜合性能超過了飛騰的64核產品。

龍芯6000系列的服務器CPU尚未發(fā)布，但IPC相對于5000系列提高了60%就意味著相同頻率下的性能提高60%。當前5000系列的龍芯服務器CPU性能就已經(jīng)接近2020年之前的、相同核心數(shù)量的Intel至強Gold，那么龍芯6000系列的服務器產品就應該能與Intel當前的服務器CPU相提并論。

工藝限制使龍芯6000系列CPU高IPC的優(yōu)勢不能充分發(fā)揮，不但使龍芯未能與其它的國產CPU拉開更大的絕對性能差距，也削弱了龍芯面對進口CPU時的競爭力。

國產CPU沒有實力追求Intel那樣的極致頻率

Intel可以用14nm工藝讓CPU最高頻率超過5GHz，國產CPU卻不能仿效！

因為國產CPU企業(yè)沒有Intel的財力，不能通過反復流片來尋找物理設計和生產工藝的短板。比如最近UserBenchmark數(shù)據(jù)庫里出現(xiàn)了14代酷睿工程樣品的身影，編號“U3E1”，基準頻率標注為1.2GHz，而實際平均頻率僅0.55GHz左右。要從0.5GHz推進到5GHz以上，不知道需要多少次流片和改進。頻率越高，繼續(xù)提升就越難，以國產CPU的銷量不可能支撐起這種程度的資金消耗。

下圖是Intel自2004至2020年每年的研發(fā)費用，單位是“十億美元”。從2012年開始，Intel每年支出的研發(fā)費用就不低于100億美元。

龍芯6000系列CPU的IPC達到了Intel和AMD最先進產品的水平，而這還不是龍芯的上限。有了高IPC的基礎，只要國內的芯片生產工藝有了重大突破，龍芯CPU的性能就能一飛沖天。除了龍芯CPU，申威的設計能力也在穩(wěn)步提升，國產的SSD也越來越高端，其它更多類型的芯片也越來越有競爭力……

因此筆者認為對于已經(jīng)上了美國黑名單的企業(yè)，美國對芯片生產工藝、生產渠道、生產設備的封鎖就不會放松，因為先進工藝可以大幅度提升包括CPU在內的各種芯片的性能。雖然大部分芯片產品不需要最新的工藝，但是改換工藝比設計高性能CPU簡單太多，一旦開了口子，自主CPU的性能就會突飛猛進。

美國也很難進一步加強對芯片生產的封鎖和制裁，因為我國對芯片生產行業(yè)的投入遠超俄羅斯，產業(yè)鏈基本上能保證自給自足。雖然部分工藝和耗材還存在短板，但技術難點也正在被逐步攻克。何況對于龍芯和申威這種自主設計實力強大的CPU企業(yè)來說，用最新的核心搭配28nm的陳舊制程也不是不可以。下面以龍芯為例，說明可以使用陳舊制程的理由：

龍芯3A4000是使用的28nm制程，且有境內流片的版本。

龍芯3A5000的核心只是微調后升級為14nm工藝，IPC提高10%。

龍芯3A6000是重新設計的核心，不但IPC提高了60%左右，功耗沒有增加，面積還減小了10%。

因此龍芯3A6000就算使用28nm制程，芯片面積也會比3A4000更小，功耗與3A4000持平，IPC相對3A4000提高70%以上。主頻達到2.0GHz左右，性能仍然能在國產同類型CPU中保持第一，相當于相同核心數(shù)量的10代酷睿低頻低壓版本。

受客觀條件限制，龍芯和申威都以增強自身的設計能力為主，才能做到不強求先進工藝，不苛求極致頻率。無論歐美的封鎖將來更嚴厲還是更寬松，只要自己的設計能力足夠強大，就能夠從容應對工藝的變化。

綜上所述

我國的自主軟件生態(tài)比俄羅斯完善，除了基本滿足行業(yè)應用，也已經(jīng)達到了普通用戶基本可用的級別。

我國的自主CPU性能比俄羅斯強大，可以滿足絕大多數(shù)應用場景的需求。

我國的芯片制造產業(yè)鏈比俄羅斯成熟，技術水平更高、待攻克的短板更少，能基本滿足國內應用的需要。

歐美不敢對我國實施與俄羅斯同等級的封鎖和制裁，因為美國不敢。一旦國外IT企業(yè)退出中國市場，國內企業(yè)就會立即填補空缺，等于它們把中國市場交還給中國企業(yè)。

只有自己足夠強大，對手才不敢輕舉妄動，如果沒有足夠強大的自主CPU和自主軟件生態(tài)，我們也一定會遭遇與俄羅斯相同的窘境。因為我國人口更多，消耗更大，缺芯之后只會比俄羅斯更加艱難。