孕育“龙芯”的478个日夜

文 ｜ 《中国科学报》 记者 赵广立

“龙芯1号”芯片。

“八五”“九五”期间，我国连续10年没有部署通用处理器（CPU）研制项目。于1999年底出任中国科学院计算技术研究所（以下简称计算所）所长的李国杰，为此心急如焚。

“错过这5年，以后就没机会了！”李国杰到处奔走呼吁：“十五”期间要花大力气做通用处理器。

通用处理器是芯片中的“珠穆朗玛峰”，是信息领域的基础和核心。没有它，计算机系统及各类电子设备都将受制于人。但国内在论证要不要做通用处理器时并没有统一意见。不少专家认为国内没能力做，还有人觉得我们国家不用做。

申请不到经费，计算所只能破釜沉舟。2001年，计算所下决心拿出1000万元的“家底”，设立通用处理器研制项目。

启动资金有了，下一步就是找人。李国杰一开始琢磨着找有经验的老同志来牵头，直到30岁出头的胡伟武进入他的视野。

立下“军令状”的年轻人

“十五”初期，国内比较主流的观点是我国应以研制专用的嵌入式处理器为主：一是许多人认为我国还不具备研制高性能通用处理器的能力；二是专用的嵌入式处理器需求量更大，市场更广阔。也有折中建议，认为应先从芯片封装入手，等挣到一些钱、学到一些本事再考虑先进的芯片设计。

李国杰坚持认为，中国的芯片产业不能再走像个人电脑产业一样以组装为主的老路，如果只重视低端芯片或用别人的产品组装，“前途不会太美好”。

“如果我们不敢碰通用处理器，就永远只能处于技术的下游。”李国杰说，几年前他曾在上海参观一家飞机设计所，该所展厅里的一幅题词让他大感震撼。

那是两院院士、时任中国工程院院长宋健的题词，只有4个字——“站起来吧”！

“认为中国不可能做出通用处理器的人，缺少的正是‘站起来’的自信心。”李国杰说。

在年轻的胡伟武身上，他看到了这种自信心。

胡伟武1991年从中国科学技术大学毕业后进入计算所攻读博士学位，之后留所工作。一个偶然的机会，让他与通用处理器项目命运相连。

2000年10月，胡伟武被派往母校招生。回到原来待过的实验室，自己和同学10年前用400多个元器件搭起来的电路还静静地躺在那里。

熟悉的操作台映入眼帘，让胡伟武产生了一种“重操旧业”的冲动——那些没日没夜与逻辑门、触发器等“玩命”的日子，对他“有一种深深的诱惑”。

他想到了所里正在筹备的通用处理器项目，拨通了计算所系统结构室主任唐志敏的电话，半开玩笑地立下“军令状”：“两年内不把通用操作系统启动起来，我提头来见！”

小名“狗剩”，英文名Godson

年轻的负责人可能对完成课题任务没有百分之百的把握、不十分清楚“水有多深”，但正是这些不确定性才能激发出创造潜力。李国杰后来说：“我相信人才是可以逼出来的。”

通用处理器要先做逻辑设计。通用处理器设计项目开始后，李国杰在全所会议上制定了“高起点、一步到位”的目标，要求设计团队从高性能通用处理器入手，走跨越式发展的技术路线。

2000年11月，唐志敏和胡伟武着手拉起队伍，成立“龙芯课题组”。

课题组非常简陋，只有十来个人、100万元经费和一间50平方米大小的实验室。36岁的唐志敏负责整个处理器设计的总体规划；33岁的胡伟武作为项目负责人，带着七八名研究生做具体设计。

课题组后来还加盟了一位工程经验丰富的“大哥”——38岁的计算所客座研究员张志敏。他放弃出国的机会和高薪的工作，在处理器设计中负责工程管理。

张志敏个性沉稳，与胡伟武一张一弛，非常互补。每周一上午开例会，胡伟武总要慷慨激昂地动员一番，张志敏却总是冷静地指出困难所在，适时“泼冷水”，以至于有时候他不“泼冷水”，大家都不习惯。

龙芯课题组一开始面临的问题是，选择哪条技术路线。

技术路线正确与否不仅影响科研进度，还将决定龙芯处理器未来的命运。

唐志敏仔细分析多种指令系统后，最终决定选择采用RISC结构的MIPS指令系统。这是一种兼容方案，主要是出于市场考虑：MIPS应用面比较广，服务器和嵌入式系统都可以用；同时，技术壁垒比较低，知识产权障碍较少。

龙芯课题组还给这个处理器取了一个很有传统特色的小名“狗剩”。

“名字贱一点容易养大。”胡伟武说，“音译成英文，就是Godson。”

“狗剩”跑起来了

在努力攻坚“狗剩”的几个月里，团队成员付出了难以想象的艰辛。

胡伟武记得，设计工作的全面铺开是2001年“五一”假期后。当时所里通知，10月要展示处理器设计方面的成果。由此，团队进入了夜以继日的工作状态。

胡伟武说，当出现一个错误时，应用程序、操作系统以及处理器本身都是怀疑对象，需要多方面协调与分析，每次都是连续几天几夜的鏖战。

最后一次联合调试尤为“惨烈”。“即使发现一个很小的错误，修改一次设计再形成新的烧制文件，至少也需要8小时。只有24小时不间断，才能保证一天有几次修改的机会。”胡伟武说，8月中旬，为了赶进度，几名骨干决定冒险把联调时间提前一周。

他们周一晚上开始联调，周二凌晨4点写入烧制文件，没有任何动静。发现问题后，他们赶紧修改并赶在中午12点之前形成新的烧制文件，写入后仍无响应。晚上接着调试，发现处理器插卡上有两个焊点短路，擦除后，主板上的液晶显示器终于显示出“Godson”这几个字母。

“跑通了！”大家一片欢呼。

团队一鼓作气，于周三晚上成功启动了经过改造的基础输入输出系统（BIOS）。周四一早，他们又试图启动Linux操作系统。不巧，每次都在最后关头报错，直到周六晚饭时才发现问题。大家匆匆扒拉几口饭继续修改，改好已是8月19日凌晨2点多。

2时42分，屏幕上终于出现了“login”字样，登录进去之后可以正常操作。

这就是“龙芯1号”，它终于走通了关键的第一步。胡伟武兴奋地给唐志敏打电话：“‘狗剩’跑起来了！”

那天，在场的6位成员都极度疲惫，但也都兴奋得毫无睡意，一直聊到天亮。胡伟武回忆，那个凌晨的北京电闪雷鸣、风雨交加，他回去后连续睡了20多个小时才把觉补回来。

“以我为主”的物理设计

第一步成功之后，“龙芯1号”的物理设计马上提上日程。

这期间，龙芯通用处理器的研发得到了中国科学院知识创新工程方向性项目500万元经费的支持，加上计算所匹配的经费，龙芯团队的经费从100万元增加到了1000万元。

不过，不少人对龙芯团队做物理设计表示担忧。从历史上看，计算所并没有做过大规模芯片的物理设计。

胡伟武对团队有信心。鉴于计算所在物理设计上的空白，他提出了“以我为主”并联合相关单位进行物理设计的方针，并和唐志敏商量出将“龙芯1号”流片分两步走的策略。第一步，委托有经验的第三方公司进行物理设计，作为“保底方案”；第二步，组织队伍进行独立的物理设计。

物理设计对龙芯团队来说是一个全新领域。他们就如同“刘姥姥进大观园”，既感新鲜又不知所措。不过，大家努力“补课”——在整个物理设计中，人均看过1万页文档。

在2002年初的全所大会上，李国杰把“龙芯1号”流片作为全所最重要的任务。

“老兵”驰援

从“不会”到“会”，胡伟武心里慢慢踏实下来。更令他心安的是，龙芯团队迎来了物理设计的“行家+老兵”驰援——中国科学院微电子中心（中国科学院微电子研究所前身）研究员黄令仪。

早在2001年12月，计算所就联系黄令仪：“希望您能帮助我们的处理器做物理设计。”

黄令仪是中国“缺芯少魂”的亲历者。1989年，她被公派到美国，恰逢拉斯维加斯举办国际芯片展览会。她跑遍展会摊位，愣是没找到一个中国的展位。那时她暗下决心：“一定要设计一块高水平的芯片来参展，为祖国洗刷耻辱。”

2002年1月21日，66岁的黄令仪敲开唐志敏的办公室：“我来和你们干物理设计。”

两天后，黄令仪带着4名同事一起来到龙芯实验室。胡伟武表示热烈欢迎，并告诉黄令仪：“我们要让全中国的人都能用上自己的通用处理器。”这句话让她备感振奋。从这天起，两人开启了长达近20年的密切合作。

计算所提出当年9月底前完成流片的要求。2002年春节，龙芯团队大多数人都留下来加班。大年二十九，他们在“办公室卧室”贴对联，其中一副是：

上联：辞旧岁狗剩横空出世

下联：迎新春龙芯马到成功

横批：马跃龙腾

龙芯团队2002年春节加班时在办公室门口贴的对联。

没有硝烟的战争

按照既定部署，交给第三方公司的方案为1A，龙芯团队自主设计的方案为1B。黄令仪出于经验，和胡伟武商量，龙芯团队要做两个芯片方案1B和1C：1B确保打通全部流程，对时序和面积不必苛求；1C为力争能实现的方案，时序要严、面积要小。

本以为这套方案已很周全，孰料临近流片交付，问题接踵而来。

“一天一个‘冲击波’，如果是心脏病患者，肯定就要趴下了。”黄令仪回忆，1B和1C都“不省心”，团队十几个人几乎天天不睡觉，面色苍白，嘴唇都没了血色，只有眼睛布满血丝。

看到大家的样子，黄令仪心底升腾起一股悲壮感：“这不就是一场没有硝烟的战争吗？”

在流片交付截止日期的前一天，巨大的挑战突然出现。当天下午5点，测试组发现，整个处理器1万多个触发器的扫描链由于一个失误没有连出来。

胡伟武脑袋嗡的一下，一句话没说，便扎进食堂吃饭，边吃边想：“剩下一天时间，几乎没有修复的可能，必须放弃1C方案的流片了。”想到这里，整个人一下子颓了。

他回到机房，把大伙儿召集起来说明了情况，看着大家熬脱了相的脸，几乎决定放弃。没想到负责后端版图设计工作的杨旭说：“我们可以手工再改版图。”这让胡伟武眼窝一热。

晚上8点，他召集全组在机房开会，动员大家：“我们肩负的是历史使命，因为我们要做出第一台不依赖外国处理器的计算机。”

接下来的两天两夜，他们硬是把1万多个触发器分成十几条扫描链连了出来。

在连续加班的第七天凌晨，终于交付了所有流片文件后，胡伟武和黄令仪说：“我们没什么可后悔了。”

有那么一瞬间，胡伟武非常怀念研制龙芯之前的日子。那时候，每天下班后可以接女儿一起坐班车回家，给她讲故事、教她背《三字经》。回到家，帮妻子做好饭后，他喜欢躺在躺椅上，边看新闻边看妻子哄女儿吃饭。星期天一家人还可以去爬香山。而今，这一切变得很奢侈、很遥远。

“我有时候觉得自己比‘周扒皮’还狠，我们课题组的成员也很玩命。”胡伟武记得，有好几次，他在早上六七点钟打开实验室的门，发现有人手里握着鼠标就靠在椅子上睡着了。“看到这样的场景，我忍不住想落泪，但还是叫醒他们接着干。”

有一次深夜，大家聊到“赶超”话题，一致认为中国落后这么多，外国人又不比我们笨，如果跟他们一样都一周5天、一天8小时上班，恐怕很难赶上，“唯有像当年搞‘两弹一星’一样拼命才行”。

这一仗，打赢了

研制通用处理器是“一锤子买卖”，不是满分就是零分。在这样的压力下，胡伟武经常凌晨三四点醒来就再也睡不着了。

在等待流片回来的一个多月里，他还常被噩梦惊醒——都是突然想起一个可能的疏忽，却总也想不明白，直到天亮。到单位后赶快翻出来看看，才发现是虚惊一场。“这样的经历至少有10次以上。”

黄令仪也是如此。她坚持加工两块芯片后，一直“心中沉甸甸的”，担心做不出来，好长时间都是在心惊肉跳中度日，慢慢地脖子竟不能动了。大夫嘱咐她“不能再用电脑”。

终于，2002年8月9日，胡伟武看到传达室信件通知栏上有了龙芯联系人的名字，赶忙取回来。打开一看，是日夜盼望的芯片。

晚上，他们把带有“龙芯1号”通用处理器的子卡插到主板上，先运行了一个简单的测试程序。胡伟武屏住呼吸按下电源键，数码管上瞬间显示出“Godson-1”字样。

经过一晚上的调试，8月10日6时8分，“Godson Login”字样终于出现在显示器上，大家激动得长时间欢呼。他们调试了几次，一切正常。

胡伟武上楼到办公室，给李国杰打电话：“李老师，我是胡伟武。”

“怎么样？”

“成了。”

“我马上来。”不到10分钟，李国杰就赶来了。

8月29日，1C方案芯片也拿到了。

黄令仪不敢去现场看测试。直到胡伟武一个电话打到家里：“成功了！”她顿时心花怒放，脖子也不疼了。

以2002年8月10日“龙芯1号”研制成功为标志，龙芯团队回答了“中国人能不能研制通用处理器”的问题。这一仗，计算所打赢了！

“龙芯1号”的诞生，结束了中国人只能用国外处理器制造计算机的历史，被誉为民族科技史上的一个里程碑。该成果入选两院院士评选的“2002年中国十大科技进展新闻”。

2002年9月28日，中国科学院举行了“龙芯1号”发布会。当“龙芯1号”在满场掌声中闪亮登场时，胡伟武在台下热泪盈眶。

课题组成员在“龙芯1号”发布会上留影。

从2001年5月8日到2002年8月29日，“龙芯1号”的孕育者投入了478个日夜。胡伟武明白，这虽然是万里长征第一步，但昭示着中国自主处理器的未来，今后还有无数个日夜等待他们去奋斗。

历史也正是这样书写的：20多年来，龙芯筚路蓝缕、艰难困苦、玉汝于成，在九死一生中活了下来、强大起来，实现了对个人电脑、服务器、高性能计算机上通用处理器的国产替代，成为一种标识、一个民族品牌、一座丰碑，巍然屹立于中国信息产业自立自强的历史中。

黄令仪（右一）与胡伟武（右三）及龙芯课题组成员在龙芯2C芯片设计运行成功后到天安门观看升旗。计算所供图

《中国科学报》 (2024-08-23 第4版 专题)

编辑 | 赵路

排版 | 郭刚

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