12月10日晚，科創闆上市委公告，龍芯中科技術股份有限公司首發12月17日上會。死磕了20年的龍芯中科承載國人太多期盼，作為沖擊科創闆的第一支國産自主CPU股，那就讓我們從招股書分析一下龍芯到底有多少“硬科技”。
從招股書中的介紹來看，龍芯中科主營業務為處理器及配套晶片的研制、銷售及服務，主要産品與服務包括處理器及配套晶片産品與基礎軟硬體解決方案業務。目前，龍芯中科基于資訊系統和工控系統兩條主線開展産業生态建設，面向網絡安全、辦公與業務資訊化、工控及物聯網等領域與合作夥伴保持全面的市場合作，系列産品在電子政務、能源、交通、金融、電信、教育等行業領域已獲得廣泛應用。
基于自主指令系統建構産業生态
龍芯中科招股書中提到，龍芯中科是國内始終堅持基于自主指令系統建構獨立于Wintel體系和AA體系的開放性資訊技術體系和産業生态的CPU企業。經過長期積累，形成了自主CPU研發和軟體生态建設的體系化關鍵核心技術積累。
近年來，國産CPU企業發展出多條技術路線，如海思和飛騰采用的是ARM授權，海光和兆芯則采用X86授權。衆所周知，指令系統是計算機最基礎、最核心的知識産權，承載着軟體生态的發展創新，是建立資訊産業生态的基礎。任何企業采用包括X86指令系統和ARM指令系統，都會在很大程度上限制中國資訊産業生态的發展和獨立性。
與購買國外指令系統的授權不同，2020年，通過十餘年的自主研發和市場化運作，龍芯在處理器研發、基礎軟體研發、生态體系建設等方面已具備充足的技術和經驗積累的條件下，推出了自主指令系統LoongArch（龍芯架構）。LoongArch指令系統已認證國内權威第三方機構中國電子資訊産業發展研究院的知識産權評估，認定LoongArch指令系統與ALPHA、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86為不同的指令系統設計。
經過二十年的技術積累和産業探索，龍芯中科為何會走向基于自主指令系統的發展道路，為何敢于提出要建構獨立于Wintel體系和AA體系的開放生态這樣宏偉的目标，下面筆者将分析招股書中龍芯中科核心技術的三個“不同”，看看龍芯這家企業到底具備了什麼關鍵核心技術的“硬實力”。
一、關鍵IP，外購還是自研
龍芯中科招股書中提到：與國内多數內建電路設計企業購買商業IP進行晶片設計不同，龍芯中科堅持自主研發核心IP，形成了包括系列化CPUIP 核、GPUIP 核、記憶體控制器及PHY、高速總線控制器及PHY等上百種IP核。
晶片行業中所說的IP，一般也稱為IP核。IP核是指晶片中具有獨立功能的電路子產品的成熟設計。一般說來，一個複雜的晶片是由晶片設計者自主設計的電路部分和多個外購的IP核連接配接構成的。
（晶片設計公司可以通過購買商業IP進行晶片設計）
随着晶片設計領域的分工越來越精細化，目前很多內建電路企業通常都會購買國外的成熟IP來做晶片，如手機晶片領域，CPU大都采用的是ARM公司的CPUIP核授權。購買商業IP是目前國内晶片設計公司的普遍做法，但這也存在一定風險，尤其像CPU這類産品，目前較為成熟的IP提供商均是國外公司，一旦停止授權産品就不能更新疊代。而如果要做出像ARMCPU的一些高端IP，國内企業沒有5-10年以上的投入積累是做不出來的，為什麼呢？因為IP開發的技術難度和要求非常高，通常涉及幾十萬行以上的代碼邏輯以及上億個半導體的電路布局，并且需要多次流片來驗證其正确性，IP核的任何小瑕疵都有可能影響到整個晶片設計的成敗，影響到花費了數百萬元甚至上億元整個晶片研發的投入産出。是以，複雜IP核的售價也極為昂貴。
這裡就是龍芯中科的第一個“不同”，他與國内多數內建電路設計企業購買商業IP設計晶片不同，龍芯中科堅持自主研發核心IP，形成了包括系列化CPUIP核、GPUIP核、記憶體控制器及PHY、高速總線控制器及PHY等上百種IP核。
2021年7月，龍芯中科釋出了龍芯3A5000處理器，其自主研發的CPU核性能已逼近市場主流産品。根據IT媒體中關村線上對龍芯3A5000的測評資料表明，龍芯3A5000單核SPECCPU 2006 Base 定浮點分值在2.5GHz主頻下性能超過26分，平均每GHz性能超過10分，已接近目前市場主流X86産品的水準。
值得注意的是，除了CPU核心的自研，招股書中還提到，龍芯處理器晶片的GPU核、記憶體控制器和PHY、高速IO接口控制器和PHY等上百種IP均自主研發。對于當今一顆高複雜度的CPU晶片而言，其内部由很多IP組成，包括CPU、GPU、記憶體控制器、IO接口控制器、高速SRAM、高速接口、鎖相環等核心IP。類似GPU和記憶體接口這種IP核，對內建電路從業者來說都是門檻極高的領域，國内的晶片設計企業購買國外的GPU核和記憶體接口IP核的單次使用報價都是百萬美元起。國内最近有少量GPU創業企業都是資本追捧的對象。但龍芯的團隊可以同時做出這麼多的IP，而且僅是作為CPU的配套IP，這種技術實力和經驗的積累在國内是非常罕見的。
二、軟體生态，跟随還是自建
衆所周知，指令系統承載着軟體生态，而軟體生态又控制着産業體系，龍芯中科堅持建構獨立于Wintel體系和AA體系的開放性資訊技術體系和産業生态,是以必然會在指令系統和軟體生态上建立自己的話語體系，打造自己的産業“地基”。
正如開篇所講，龍芯中科推出了自主指令系統LoongArch（龍芯架構）。事實上，推出一個指令系統并不難，難的是要搞定與之配套的作業系統和軟體生态。這恐怕也是即便放眼全球，也沒有多少公司敢在通用CPU領域推出一個新的指令系統的根本原因所在。而龍芯中科做指令系統的底氣，在筆者看來可能也并不在于指令系統設計本身，而更多是自身掌握了關鍵CPU設計和軟體生态建構的能力，而這就是龍芯中科的第二個不同。
在作業系統方面。招股書顯示，與國内多數CPU企業主要基于ARM或者X86指令系統融入已有的國外資訊技術體系不同，龍芯中科推出了自主指令系統LoongArch，并基于LoongArch遷移或研發了作業系統的核心子產品，包括核心、三大編譯器（GCC、LLVM、GoLang）、三大虛拟機（Java、JavaScript、.NET）、浏覽器、媒體播放器、KVM虛拟機等。形成了面向資訊化應用的基礎版作業系統Loongnix和面向工控類應用的基礎版作業系統LoongOS。在X86和ARM這兩個主流的體系中，上述核心子產品都是Intel公司和ARM公司等國外大企業負責維護的，國内的作業系統企業則把這些子產品內建進自主作業系統。龍芯中科為了推自主指令系統，必須掌握這些核心子產品。例如，在新版招股書中，龍芯中科披露了在OpenJDK國際開源社群釋出的JDK14版本，龍芯中科的貢獻度排名進入全球前四。國内用Java程式設計的工程師數以百萬計，但有能力做Java虛拟機的團隊寥寥無幾，浏覽器等其他作業系統核心子產品也一樣，而龍芯中科為了支援自主指令系統，全面掌握了作業系統的核心子產品。
（Loongson排第四位谷歌排第五）
龍芯中科對作業系統核心子產品的研發，不光具備基礎的“支撐性”，也具備了相當的“創新性”，根據招股書介紹，LoongArch是一款充分考慮相容需求的自主指令系統，可以通過“指令系統創新+二進制翻譯”的方式，高效運作其他平台上的二進制應用程式，進而達到生态融合的目的。這也就意味着，通過高效的二進制翻譯系統，龍芯計算機平台可以實作在龍芯平台上不跑Windows，但是能直接跑Windows應用程式，徹底打通不同指令集之間的應用生态相容問題，包括如列印機在内的外設即使隻有Windows驅動，也一樣可以在龍芯平台上進行翻譯運作，便于廣大使用者對已有裝置的利舊和相容。12月9日，龍芯中科和統信軟體共同成立“悟空聯合創新實驗室”，提到将完成全年6000款外設驅動遷移，以及包含QQ、IE浏覽器、騰訊會議、百度網盤、Foxmail、AutoCAD、Xmind等在内的100款以上X86商業應用遷移，應該就是基于上述核心技術。
三、提升性能，靠工藝還是靠設計
龍芯中科的第三點不同，在于更多依靠設計而非工藝來提升性能。招股書顯示：與國内多數CPU設計企業主要依靠先進工藝提升性能不同，龍芯中科通過設計優化和先進工藝提升性能，擺脫對最先進工藝的依賴。通過自主設計IP核，克服境内工藝IP核不足的短闆。
內建電路制造技術的“卡脖子”問題目前已經成為我國IT資訊産業甚至全國人民的“芯”中之痛，對于廣大內建電路設計企業而言，大都希望通過利用先進工藝來提升性能，但問題也顯而易見，就是越是依賴先進工藝，就越會存在供應鍊被“卡脖子”的問題。龍芯中科在工藝制程的選擇上，一直顯得比較保守，但現在回過頭去看，反而是有着“深謀遠慮”的最正确的選擇。龍芯中科2021年最新推出的3A5000處理器，使用12/14nm工藝節點，而之前的3A4000則采用了28nm的成熟工藝，目前還沒有看到7nm的工藝節點産品。這一點跟很多內建電路企業一開始就追求7nm甚至5nm的制程工藝有很大不同，胡偉武曾多次在公開場合強調：國内14nm-28nm工藝可滿足我國大多數資訊應用場景需求，也有利于我們國家基于這樣成熟工藝節點進行裝置和材料的自主化，形成基礎技術能力後再進行疊代。龍芯中科一方面通過設計本身來提升産品性能，另一方通過自主設計各類IP核配套來克服境内工藝IP核不足的短闆。這樣做的好處是顯而易見的，就是能夠擺脫對國際先進工藝的依賴，盡量在生産供應鍊上做到不受制于人。同時，也說明了龍芯中科的工藝優勢還沒有完全發揮出來，後續産品在工藝提升和性能提升上還有着很大的上升空間。
“晶片IP、軟體生态、晶片生産”是中國晶片産業的三大痛點，也是中國科技産業打通内循環的三大堵點，不可繞路而行，要迎難而上。經過20年的發展，科創闆終于迎來了國産CPU第一股，也将載入中國自主CPU發展史冊。科技自立自強是國家十四五規劃的重要戰略，通過龍芯中科可以看到，我們的産業獨立、自主是完全可以做到的，也希望看到越來越多的擁有真正自主技術的企業上市，發展壯大。
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