胡伟武:为中国人造中国芯

导读承担了研发CPU的课题之后,胡伟武几乎把所有时间都交给了实验室。写代码写到深夜,就去空无一人的走廊尽头泡方便面充饥;调试程序至清晨,...

承担了研发CPU的课题之后,胡伟武几乎把所有时间都交给了实验室。

写代码写到深夜,就去空无一人的走廊尽头泡方便面充饥;调试程序至清晨,能看到阳光斜斜地照射进来;衣服全部黏在身上,蚊子在一旁嗡嗡乱飞,就知道最闷热的夏天到了;也有时无风无雨,在寂静黑暗的走廊里,胡伟武想起自己快要成了旅馆的家。

2002年8月10日清晨6时8分,中国科学院计算技术研究所北楼的一间实验室里,在胡伟武的主持下,安装了“龙芯1号”CPU的计算机正常启动工作。“龙芯1号”是我国首枚拥有自主知识产权的通用高性能微处理芯片,终结了中国人只能依靠进口CPU制造计算机的历史。

而后,胡伟武继续主持研制了龙芯1号、2号、3号三个系列处理器和龙芯桥片系列,并创立龙芯中科技术股份有限公司,担任董事长。2022年6月,龙芯中科在上交所科创板上市。

如今的胡伟武已年过半百,他将科研交给了团队的伙伴们,自己主要承担公司的管理职能。头发已然接近全白的他,依然一副儒雅样貌。和年轻时一样,胡伟武还戴着一副眼镜,穿着和往常一样的衬衫,步履匆匆地走在路上。

他有时会想起童年。每当提起“梦想”一词,画报和电影里那些穿着白大褂的科研人员、拿着图纸的工程师,总会浮现在他脑海里。如今,他觉得,自己不仅实现了儿时的梦想,而且还走得更远。

胡伟武在办公室。新京报记者 吴瑜 摄

“第一名”

关于读书时代,胡伟武想不到自己遇到过什么困难。

1968年,胡伟武出生于浙江永康的一个小乡村。父亲是乡村语文教师,总在家里鼓励他看书写字。那个年代资源匮乏,没有什么课外书可以看,他就去背成语词典。有一年大年初一,亲戚朋友来家里拜年,一群人围坐着热闹聊天,胡伟武便拿着成语词典出了门,冒着大雪到山上去看。

没有课外辅导书,他就看父亲的教师培训书籍和应用题集。小学三年级的暑假,他把两本应用题集全部做了一遍。成绩果然回报了他,在中小学阶段,胡伟武的成绩从来都是第一名。由于父亲工作调动,胡伟武也跟着转了不少学校。但是每到一个新学校,那里的第一名就成了他。“那时候年轻气盛。”胡伟武说,如果哪次考试成绩没有把第二名甩开很多分,他心里都会不舒服。

“梦想”是每个孩子逃不开的作文话题。胡伟武坦言,小时候的他,对梦想没有太大的概念,他只是明确地知道,父母常鼓励他,别继续走老路当农民,但对于自己究竟要做什么,他还没有太多想法。每当提起这个词,胡伟武总会想起画报和电影里那些穿着白大褂的人,他们拿着图纸,也不知道是工程师还是科学家。

到了高中,胡伟武投身题海,把所有时间都放到了学习上。到了后期,买来的新资料里,已经没有他没做过的题了。1986年,胡伟武考出了永康市理科第一的成绩,在浙江省排第29名。

本着对数学和物理的兴趣,胡伟武很坚定,打算就填报这两个专业。可是父亲认为这两个专业不好找工作。胡伟武的哥哥已经读完了大学一年级,他的意见是,现在计算机领域很热门,而这是一个和数学、物理都有关系的专业。

最终,胡伟武填报了中国科学技术大学计算机专业,并被录取。就这样,从未见识过什么叫计算机的他,和计算机结了缘。

2022年9月30日,胡伟武在公司展厅向记者介绍公司产品。新京报记者 吴瑜 摄

接过接力棒

读了大学,胡伟武也没有丝毫松懈。

当时计算机专业刚设置不久,还是个新兴学科。“有点像现在的人工智能,很交叉的一个学科,什么知识都涵盖一些。”胡伟武很快提起兴趣,开始在实验室里学着造打印机、运算机,不同老师教了不同部件的制造方法。不上课时,他就待在图书馆,有时去看场电影,事后都会想办法把这两个小时补回来。

1991年,胡伟武免试进入中科院计算所攻读博士学位,师从著名计算机系统结构专家夏培肃院士。在夏培肃的言传身教下,胡伟武体会到了中国计算机发展的不易。

如今回望,他将中国计算机事业发展分为三代。第一代计算机人在改革开放前完全自主地造计算机,但是没有市场化,由国家下任务,给相关单位研制计算机使用。第二代中国计算机人的阶段,则是完全市场化,但丧失了自主性,到了上个世纪八十年代,中关村一条街出现,国外批量工业化的产品进入中国市场,中国计算机从CPU和操作系统两大核心技术退出了。

此时的中国计算机事业,总是受制于人。

20世纪90年代,《瓦森纳协定》对包括计算机在内的中国尖端科技实施全面封锁。“我们国家那时候进口美国的高性能计算机,用于天气预报、石油勘探,有时候还需要通过元首外交才能解决。”胡伟武说,由于进口时承诺过不能用于军事目的,机房外面需要盖一个玻璃墙。玻璃里面,中国科学家上机操作,而玻璃外面,美国派来的专家盯紧他们的一举一动。

即便如此,国内对于买CPU还是造CPU,仍然没有达成共识。有人认为“造不如买”,也有人认为中国造不出芯片。

但不少中国科研人员已经意识到,应该自主研发CPU。1998年4月,夏培肃联合金怡濂院士、周毓麟院士召开香山科学会议,研讨我国高性能计算机怎么发展,这次会议便讨论了CPU的自主研发。1999年,时任中科院计算所所长的李国杰也开始呼吁,在“十五”期间做中国自主的CPU。

已经博士毕业,留校当研究员的胡伟武,就是在这样的时机接过接力棒的。

由于博士论文入选“首届全国百篇优秀博士学位论文”,胡伟武有机会出国做科研,或者在外企谋得一份高薪工作。然而在导师夏培肃的劝说下,最终他决定留在中科院计算所,拿着800元一个月的工资,如夏老师所说,“为国家做贡献。”

2000年10月,胡伟武回到母校中国科技大学。望着眼前的芯片、电阻、电烙铁,他想起了自己当年动手造机器的日子。恰逢中科院计算所正在筹备CPU设计项目,胡伟武便萌生了这一想法,一回去就主动请缨。

在李国杰的坚持下,CPU设计最终是作为计算所的内部项目先开展起来的。这是胡伟武在计算所的十来年里,第一次体验不用立项申请就直接开始做一个课题。2001年5月,在中科院计算所知识创新工程的支持下,龙芯课题组正式成立。

时年33岁的胡伟武,承担了研发CPU的课题,并获得100万的资金支持。十来个人,一间五六十平方米的实验室,第三代计算机人就此接过接力棒,开始了在市场化条件下实现自主性的尝试与探索。

胡伟武在接受采访。新京报记者 吴瑜 摄

实验室的日与夜

2001年5月,胡伟武开始全力投入做CPU设计。在那个挂着“人生能有几回搏”的牌子下方,胡伟武和团队成员们夜以继日。

由于时间紧张,在确定流水线结构时,团队来不及看论文,也来不及做实验,胡伟武和伙伴们靠着过去的知识积累,摸着石头过河。每次出了错,就得从头再来,几乎所有人,都把时间交给了实验室。

胡伟武强硬地规定,每天晚上和周六都算工作时间,周日才算加班日,只有加班会另行通知。他和大家一块儿熬夜通宵,夜深人静时,在空荡的走廊尽头吃泡面充饥,等到天亮了,看着太阳斜斜地照射进来。

调试阶段是一个比较大的挑战。每次遇到问题,都需要再次对应用程序、操作系统或处理器进行分析。一个小错误,就需要花费大量的时间。他曾多次把已经回家的团队成员喊来实验室,有时甚至是晚上十二点多,胡伟武也无奈,“他们的老婆肯定骂死我了。”

最后一次验证处理器功能正确性时,他们使用FPGA验证系统运行LINUX操作系统,发现了一个很小的错误。但光是修改设计形成新的FPGA烧制文件,就需要至少8个小时。

“只有一天工作24小时,才能保证一天有几次修改设计的机会。”熬通宵成了常态,好几个早晨,胡伟武在六七点钟打开实验室的门,发现伙伴们又没回家,就靠在椅子上睡觉,手里还扶着鼠标。他有些心疼,但又急于了解进度,只能把他们叫醒,讨论了头天晚上的进展后,几个人继续埋头苦干。

后半夜的走廊,总是更空、更长、更静。有一次回家路上,胡伟武突然怀念起以前正常上下班的日子,坐班车回家后帮妻子做饭,饭后躺在躺椅上,边看新闻联播,边看老婆哄孩子吃饭。他有大把时间给女儿讲故事,教她背三字经,周日还能去爬香山。而现在,家好像只是一个旅馆。

女儿长期见不到胡伟武,每当他问女儿想要什么奖励,女儿都会说,就要爸爸在家里陪我。胡伟武听了很难过,从2001年开始,连续五年的时间里,龙芯全组只休过四次假,两个春节、一个五一假和一个十一假。2004年春节前夕,胡伟武打电话回家解释,由于任务很紧,春节回不了家,电话那头,母亲跟父亲说,“叫他能回家还是争取回来,在一起过不了几个年了。”

可CPU的事业还是要继续做下去,这是一项与国家有关的大事业,家人还是体谅了胡伟武。照顾不过来家庭时,胡伟武的妻子辞了职,专门在家照看孩子。女儿也渐渐理解了父亲,有一次胡伟武遇到困难,在家闷闷不乐,女儿跑过来安慰道:“爸爸,你做CPU做不过外国人没有关系,我长大后接着做。”

他总是把忧愁放在心里。有时候凌晨三四点钟惊醒后,就再也睡不着了。尤其是等待工厂加工芯片的过程中,胡伟武变得有些精神紧张,他总会在噩梦中惊醒,突然想起一个设计上可能存在的疏忽,躺在床上总也想不明白,就一直想到天亮,到单位就从机器中翻出相关部分来看,才发现是虚惊一场。这样的经历,至少有十次以上。

只有后续加入了龙芯团队的科学家黄令仪知道,胡伟武承受的压力与挑战非常多。结果没出来之前,胡伟武一直心惊肉跳地度日,除了做噩梦,有时还会流泪。有一次,她以为胡伟武已经受不了了,然而第二天却见他依然乐观开朗地指挥工作。

好在计算所也给了特别多帮助,让项目得以加速进行。CPU设计项目设立之后,作为项目负责人的胡伟武,却从来没写过项目相关的材料。项目申请书、每月课题进展及支出情况表等,全由时任系统结构室主任唐志敏完成。那时,他是胡伟武的领导。这让胡伟武能把90%以上的时间用在编程和逻辑设计上。

通宵加班多了,胡伟武和团队成员在桌子上铺了铺盖,搭了几张简陋的床。计算所知道后,立刻找人腾出一间房,放了六张床,还在一旁准备了饼干、方便面等食品。

无论是需要接10000瓦的专线,还是急需的老显卡,又或者是组里需要添置的新微机,同事们都会立刻帮忙想办法办到。

调试主板时,由于办公场地紧张,团队只能临时找地方,结果经常把主板烧坏。万般无奈下,胡伟武去计算所找到分管领导,希望借一间房子。回来不到半小时,同事就打来电话说,一楼有一间原来放档案的房间腾出来了。次日,沿墙一圈的地线已经接上。

就是在这间房间里,“龙芯1号”CPU最终调试成功。2002年8月10日清晨6时8分,“login:”的字样出现在用“龙芯1号”作CPU的计算机屏幕上。这个提示符意味着,安装了“龙芯1号”CPU的计算机成功启动工作。

蚊子成群的中科院计算所北楼105房间里,传出一阵欢呼,胡伟武迫不及待地打开文本编辑工具vi,编辑了龙芯1号产生的第一个文件,“Though this is only a little step of a long march,it indicates the glorious future of our own CPU.”(虽然这只是万里长征的一小步,但它预示着我们自己的CPU会有美好的未来。)

这款芯片采用了0.18微米工艺,包含近400万个晶体管,主频最高可达266MHz。虽然性能上仍与市场主流产品存在较大差距,但中国人只能依靠进口CPU制造计算机的历史终结了。

乐观的掌舵人

这一成果激励了很多人。

2002年,龙芯1号被两院院士评为当年的中国十大科技进展。实际上,自龙芯1号发布后,胡伟武就开始收到越来越多的信件,其中有一份电子邮件是这样说的,“我是一位退休工人,退休金不高,你们都很忙,我不想打搅你们的工作,请把你的通信地址告诉我,我给你寄1000元。”

龙芯课题组也为之振奋,胡伟武和团队继续乐观地前行。他没有忘记一直在背后支持着的家属,2003年加入团队的李晓钰记得,除了家属答谢会,胡伟武还安排统计团队成员家属的生日。在他们的生日当天,把鲜花和巧克力送到家属所在的公司去。

不久后,时任上海交通大学微电子学院院长的陈进教授发明的“汉芯一号”造假,他曾借助“汉芯一号”申请了数十个科研项目,骗取了高达上亿元的科研基金。原本该给国人带来自豪感的“汉芯一号”,变成了让人瞠目结舌的重大科研造假事件。

舆论的矛头再次指向自主处理器的研发。由于龙芯和汉芯名字相似,直到现在,仍有人混淆二者。“话说得很难听,你们就是造假。”李晓钰记得,团队成员一时间委屈不已。有人跑去找胡伟武抱怨,胡伟武也只是淡淡地说,“我们没有别的办法,只有做下去,才能让别人相信我们。”

他仍坚定地继续走自主研发的道路,而且决定跳出学校办企业。“CPU设计技术是核心技术,但市场壁垒很高,即便现在已经投片出很好的CPU,如果没人用,就会走入以前‘鉴定会就是追悼会’的怪圈”。2010年,胡伟武和龙芯课题组成员一同辞职,下海创办企业,继续深入研发的同时,让龙芯走向产业化。

四处凑钱解决了资金困难后,2012年,龙芯中科再遇困境。研发了十年,国产CPU的性能仍与市场流通的CPU相差几十倍,国家的专项资助缩紧,“这意味着,国家对你的信心减少了。”

很长一段时间里,为节约成本,龙芯科研团队的薪酬都不高,直到2015年,团队的平均收入也只是行业平均水平的几分之一。

总有人想从龙芯中科挖人,工资开价高达五倍、十倍。有一次,电话直接打到了胡伟武那里,问他,愿不愿意去做另一家互联网企业的CPU主管。胡伟武拒绝后,对方又说,“那你有没有同事、学生推荐来?”胡伟武一口回绝,“他们也不去,他们也要为自己的国家做贡献。”也有外企递来的合作意向,提出技术授权的合作模式,全都被胡伟武一一拒绝。

由于产品的性能差距,开放市场仍然被国外公司占据。胡伟武开始主动去了解市场的需求。他发现,市场需要少量安全性要求较高的、自主性要求比较高的、软件比较简单的产品,如果将这些市场填满,也能获得一些收入。

原先龙芯一直在做专用的高性能产品。这一次,胡伟武决定“俯下身去”,调整了产品定位后,2015年,龙芯销售额过亿元,龙芯系列产品被应用在交通、党政、能源、电力、石油等领域,龙芯中科终于实现了盈亏平衡。

与此同时,胡伟武也开始整顿公司氛围。他努力去平衡市场人员与科研人员的地位,抛开“万般皆下品,唯有读书高”的心态。李晓钰记得,团队有些成员对此不解,胡伟武便劝说,“你卖的是头脑,他们卖的是尊严。”

龙芯的性能在持续研发中不断提高。2021年8月19日,是龙芯诞生的20周年,龙芯团队宣布完成技术补课。当时发布的产品,与市场主流产品的性能已经相差不到一倍。在软件生态方面,也有了完整的基础软件体系。到了现在,胡伟武说,国产的CPU性能,已经逼近市场主流的CPU产品了,目前已经开始希望提高性价比,在市场化条件下实现自主性。

这意味着要让龙芯被更多人认可,“以后的研发,会更注重性价比。”胡伟武坦言,龙芯有两条销路,一个是政策性市场,另一个是开放性市场,以往更多集中在前者。而现在,他希望龙芯能在开放性市场占据更多份额。

他将做CPU比喻成养孩子,“比如说,有的产品像养猪一样,一年就能出栏。有些产品像养牛,养三年就能下地干活。但有些产品像养孩子,得养个三十年,才有出息。这就是养孩子的耐性,做CPU就像养孩子一样。”

第三代人的使命

胡伟武的脚步再没停下。

2012年上半年,胡伟武在机房待了整整两周的时间,那是他最后一次写龙芯CPU的代码。此后,他便将技术交给了团队的年轻人,让他们担当技术负责人,甚至项目负责人。而胡伟武主要承担公司的管理职能。

从周一到周六,都是他的工作日。成了总裁办主任的李晓钰,熟知着胡伟武的全部工作日程。在出差和企业日常管理之间,胡伟武还得抽空配合记者采访。只有周六是相对清闲的。日常工作不多,胡伟武的办公室清净了不少。这一整块时间可以被他自由支配。最近,他重新找出了《费曼物理学讲义》,闲来无事便独自阅读。

他有时也会去课题组走走看看。王铭剑和吕晨都是胡伟武的学生,他们加入课题组之后,和胡伟武的日常接触多了起来。只要胡伟武不出差,就总会去走廊里来回走走,观望他们的进展,有时走到工位旁,便叮嘱一句,“你们现在有条件流片了,多自己动手试试。”

实际上,不用做科研时,胡伟武的生活是低调而传统的。他不用智能手机,只在需要做核酸检测时特意带上一个智能手机。多数人和他联系,都主要通过邮箱。

但在学校里,他的课堂却是“明星课”,学生们总是慕名而来。今年在中国科学院大学雁栖湖校区,胡伟武的第一堂硕士研究生的课就被挤得爆满。没座位了,学生们就站在教室里听,还有人搬来楼道的长椅。王铭剑记得,他读研一时,胡老师的每节课也都是这样,很多没抢到课的人,就站在走廊和楼梯上听讲,一站就是三小时。由于经常抢不到位置坐,王铭剑有时就在寝室看直播课。

教书育人始终是胡伟武生活的另一半。今年下半年,每周一的下午、晚上和每周三的上午,胡伟武总要驱车赶往怀柔区,为中国科学院大学的本科生和硕士生授课。

教学时,他总会格外注重实践。从教二十余年,胡伟武总结出计算机教育领域的痛点——高校基本上都在教大学生怎么用计算机,而不是怎么造计算机。这是长久以来的现状。胡伟武明白,现在中国大部分高校的老师自己也没有造过计算机,没做过CPU和操作系统,自然无法向学生展示这一内容。

为此,胡伟武还促成了一项大赛的诞生。2017年,在教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会的指导下,第一届“龙芯杯”全国大学生计算机系统能力培养大赛启动。每年,都有上百家高校的大三、大四的学生参加这项大赛。

在中国科学院大学,本科生和研究生的课程也被重新编写,造计算机的过程被体系性地表现出来。今年暑假,胡伟武还参与了导教班的教学,和全国计算机体系结构的老师一起研讨,该如何教学生造计算机。龙芯电脑也走进了一些中小学,孩子们开始在国产的自主平台上使用计算机。

“没有在市场化条件下实现自主性之前,中国都会处于第三代计算机人的阶段。”胡伟武的心中始终有一个目标,那就是在国外的Wintel(微软+英特尔)体系和AA(ARM+Android)体系之外,建立起第三套体系,用属于中国自身的技术底座来支撑自主的产能发展。他认为,自己和这些学生们,都是第三代计算机人,这是他们的共同使命。

人物简介

胡伟武,中共党员,龙芯中科技术股份有限公司董事长,中国科学院计算技术研究所研究员,博士生导师。在他的带领下,“龙芯1号”研发成功,这是中国第一枚拥有自主知识产权的通用高性能微处理芯片,而后又主持研制了“龙芯”系列芯片,实现了我国CPU关键核心技术的突破。

国家杰出青年科学基金获得者,2018年“CCF王选奖”获得者,第九、十届全国青联委员,第十一届全国青联常委,第十一届全国人大代表,中共十八大、十九大、二十大代表。2020年8月,荣获北京市突出贡献中关村奖,摘得北京科学技术最高奖桂冠。先后承担国家863项目、国家杰出青年基金、中科院知识创新工程方向性项目等课题。

新京报记者 汪畅 编辑 陈晓舒 校对 贾宁

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