1946年2月14日，人類第一臺通用計算機誕生。人們驚訝於它的塊頭，也被它的速度震驚——這個佔地170平方米，重約30噸，使用17000多支電子管，執行一小時耗電150度的“大塊頭”，每秒可以進行5000次加法運算，是人工計算的千倍以上。
當時的人們可能想象不到，70多年間，這個叫作“計算機”的東西，會越變越小，越來越快。
變化的秘訣，在於一片幾平方釐米的薄薄晶片。
2002年8月，這個長期被國外幾家大公司壟斷的領域裡，中國產品首次亮相——“龍芯1號”CPU在北京誕生。中國人只能依靠進口CPU製造計算機的歷史，在這一刻終結。
胡偉武
胡偉武，被譽為“龍芯之父”。為了這片“中國芯”，他已奮鬥了20餘年。
龍芯晶片
如今，“龍芯”系列CPU已經廣泛應用於我國電子政務、工業控制等許多關鍵領域。胡偉武也在今年榮獲北京市突出貢獻中關村獎。
“中國芯”的奮鬥還在繼續，在這位中國科學院計算技術研究所總工程師的心中，為中國造“芯”，使命光榮！
“我要當科學家”
1968年，美國矽谷，羅伯特·諾伊斯和戈登·摩爾辭去工作，投身創辦一家儲存晶片企業，他們給企業起名“英特爾”。當時，他們沒有想到，“英特爾”未來會變成世界晶片巨頭。
正是在這一年，萬里之外的浙中永康縣一位叫做應一新的鄉村教師迎來自己的第二個兒子。二兒子隨母姓胡，起名偉武。
上世紀六七十年代，大山裡的永康農村，絕大部分人家還沒有電燈。年少的胡偉武平時上學，假期跟著母親下地掙工分，晚上回到家，就著煤油燈看書、寫作業。村裡飄起炊煙，這是胡偉武一天最開心的時候，不是為了吃飯，而是又到了聽廣播的時間——這件家裡最值錢的電器，總能帶來大山外的訊息。
很小的時候，胡偉武就把電影中、畫報上那些身穿白衣、手拿圖紙的科學家和工程師視為榜樣，他覺得他們特別神氣，“長大後，我也要當科學家，當工程師。”
身為教師的父親總跟兒子說：“學好數理化，走遍天下都不怕”。胡偉武沒讓父親失望。雖然因為父親調動工作，他總是轉學，但每到一所學校，他都能成為“第一名殺手”——因為他的到來，原來的第一名很快就變成了第二名。
中考，胡偉武是全縣第一名；高考，胡偉武還是全縣第一名，全省理科第29名。報志願時，胡偉武想報數學或物理專業。已經負責招生工作的父親變得現實了，他覺得學數學和物理畢業後不好找工作。在杭州上大學的哥哥建議：“現在計算機專業挺熱的。”胡偉武一想，計算機跟數學和物理都有關係，而且畢業後也可以當科學家、工程師。就這麼定了！
最終，胡偉武被中國科學技術大學計算機專業錄取，雖然當時，他還不知道計算機長什麼樣。
從金華到上海，再到合肥，轉車換乘時，扛著行李，趕路雖然辛苦，但胡偉武很興奮，因為這是他第一次走出永康山區，他迫切地想要看看外面的世界。
入學後，第一次上機。進計算機房前，老師遞給胡偉武和同學們每人一副鞋套、一件白大褂，胡偉武換上“行頭”，心裡樂開了花——這跟電影和畫報上的科學家一模一樣。進了機房，老師叮囑大家一切要聽指令，嚴禁亂摸。胡偉武好奇地看著計算機，“這和縣城商場裡能看到的小電視一樣啊”“那些隔著玻璃的鐵櫃子是幹什麼用的”……
大學五年，胡偉武刻苦學習，分秒必爭。他沒去過巢湖，沒去過黃山，偶爾週末和同學去看場電影，回來後，他又為白白失去兩個小時後悔不已。他所有的興趣，都在計算機上。一個月生活費20多元，他吃最便宜的飯菜，卻毫不猶豫地買8塊錢一張的5寸軟盤。
研究程式設計、破解難題，胡偉武樂此不疲，就連玩遊戲，他也有一顆“攻關”的心。當時同學們在計算機上玩一款類似於“黃金礦工”的小遊戲，每積累5000個積分就會獎勵“一條命”。胡偉武破解了程式，500分就能獲得一次獎勵，這樣就可以一直玩下去，永遠不會“GAME OVER”。
做畢業設計時，胡偉武和另外一位同學用幾百個晶片搭起一套電路系統，能執行8086指令系統中除了十進位制和除法以外的所有指令。這套電路系統有旅行箱那麼大。現在來看，那可能是胡偉武製作的第一個CPU。“當時我就想參加一臺實用計算機的設計。哪怕是參與一個小部件的設計也行。”胡偉武說，他覺得只要參與了設計，距離科學家就又近了一步。
給佳佳的生日禮物
1991年，成績優異的胡偉武被保送到中科院計算所直接攻讀博士學位，師從我國計算機事業的奠基人、中科院院士夏培肅。讀博五年，導師淡泊名利、嚴謹求實的學風，對胡偉武影響極大。
1995年4月，胡偉武把自己的博士論文提交給夏培肅。他很有信心，計劃著參加7月的畢業答辯，他想把博士畢業證書作為生日禮物送給即將在下半年出生的孩子。
胡偉武沒想到，論文很快被導師打了回來，每一章都密密麻麻標註了修改意見。他不敢大意，認真修改，再提交，再打回，再修改……最終，26易其稿，直到次年2月才提交答辯。此時，他的女兒佳佳已經出生好幾個月了。
答辯當天，參加評審的都是國內計算機領域的頂級專家：有後來獲得國家最高科學技術獎的金怡濂院士，有後來擔任北京航空航天大學校長的李未院士，有後來擔任中科院計算所所長的李國傑院士……答辯很順利，胡偉武這篇以“CPU共享記憶體的相互關係”為主題的博士論文獲得專家們的一致好評，入選當年的全國百篇優秀博士論文。
計算機資料儲存裝置包括記憶體和硬碟，硬碟適用於長期儲存資料，記憶體則是暫存資料供CPU隨時呼叫。因此，記憶體空間大小直接影響到CPU運算的效率。胡偉武的論文揭示了多個CPU共享記憶體時如何保證正確的訪存次序。
依據這一成果，胡偉武研發了一套虛擬共享儲存系統，在國際同類系統中首次實現把多臺計算機的記憶體空間組織成更大的共享空間，各計算機CPU可以互相訪問對方機器記憶體的資料，大大提升了計算機內網系統的執行速度和效率。
胡偉武給這套系統取名“JIAJIA（佳佳）”，這也是他女兒的小名。如今，“JIAJIA”已被二十多個國家和地區的100多個科研單位使用。
這份遲到的生日禮物，也在女兒的心中種下了科學的種子。
佳佳小時候沒人照看，胡偉武經常帶她到實驗室，甚至帶她出差。佳佳有時候會好奇地問爸爸都在忙些什麼，胡偉武總是說，在“做CPU”。耳濡目染下，女兒對CPU的設計竟然也有了“心得”，“CPU就是在一張紙上畫些方塊，然後用線和箭頭把這些方塊連起來，再塗上點顏色，寫上一些字，最後一燒，燒出一個亮晶晶的小方塊。”女兒的話，總是逗得胡偉武哈哈大笑。
如今，佳佳正在中科院攻讀博士學位，也走上了科研之路。
“龍芯”出世
2002年8月10日凌晨6時08分，中科院計算所北樓105房間。一臺計算機螢幕上如約出現“login：”字樣。頓時，歡聲雷動。
安裝了“龍芯1號”CPU的計算機正常啟動工作。“龍芯”出世，中國人只能依靠進口CPU製造計算機的歷史，在此刻終結。作為專案首席科學家，胡偉武流下熱淚。
將時針撥回到上世紀90年代末，小巧、便捷的通用計算機（如家用電腦）大規模湧入中國市場，迅速受到家庭、企業和單位的青睞。當時國內已經誕生一批通用計算機生產企業，但最關鍵的CPU晶片，全部依賴進口。沒有誰願意在晶片這個難題上下功夫，“既然國外產品更先進，為什麼不用它們的”，這樣的觀點在當時很流行。
有識之士已經意識到了“造不如買”的隱患。以夏培肅、金怡濂、李國傑為代表的一批科學家認為，通用CPU是核心技術，不可受制於人；中國市場這麼大，利潤不應該全部留給國外。1999年起，時任中科院計算所所長的李國傑院士奔走呼籲：“十五”期間要啟動自主CPU的研發，要不然就沒機會了。
2000年10月，胡偉武回到了闊別9年的母校中科大。他是來做招生宣傳的。忙完招生，胡偉武走進上學時的實驗室，當年他做的那個電路系統，依舊靜靜地躺在角落裡，桌面上放滿了晶片、電容、電阻、電烙鐵……一瞬間，胡偉武彷彿回到了十年前，那些沒日沒夜和邏輯閘、觸發器、譯碼器相伴的時光，依次浮現在眼前，探索未知的誘惑撲面而來。
走出實驗室，胡偉武就撥通了正在籌備CPU設計專案的中科院計算所繫統結構室主任唐志敏的電話：“一兩年之內不把通用作業系統boot（安裝執行）起來，我提頭來見”。
2001年初，李國傑院士從計算所科研經費裡擠出100萬元，啟動通用CPU研發。任務落在了胡偉武身上，那年他32歲。
胡偉武又開始了沒日沒夜的奮鬥。他帶著學生們從頭開始，一步步補課，最多時幾天沒有合過眼。
2001年8月19日，胡偉武帶領團隊設計的Godson CPU成功地把LINUX作業系統boot起來。他沒有食言。
這只是剛剛開始。
2002年，研發進入攻堅階段，胡偉武迎來了一位戰友——已經66歲的中科院微電子所研究員黃令儀。聽說胡偉武團隊要研製CPU，她主動帶領學生加入，跟著大家一起加班熬夜，“每天早上7點我到所裡，黃老師已經在了；晚上10點我準備離開，她還握著滑鼠，緊盯螢幕上的設計方案，沒有半點要下班的意思。”胡偉武回憶著，眼中滿是欽佩。
一次，黃令儀和一名學生圍繞一個技術細節爭論起來。“這樣的技術細節犯不著這麼較真啊！”學生說，“我不能留遺憾！”黃令儀吼道。原來，她心裡始終扎著一根刺。1989年，黃令儀在國外參加一個晶片博覽會，結果尋遍所有攤位，找不到一家中國企業，“1963年我做計算機研究，當時我們的積體電路研究水平和國外是同步的，為何現在有如此大的差距！”黃令儀說，“龍芯”給了她希望，她一定要做好。
2004年，胡偉武（右三）、黃令儀（右一）與龍芯課題組成員，在龍芯2C晶片設計執行成功後到天安門廣場看升旗 龍芯中科供圖
雖然在胡偉武、黃令儀等人手中誕生的“龍芯1號”CPU，整體效能只相當於奔騰Ⅱ處理器的一半。但它完成了我國通用處理器從無到有的飛躍，更重要的是給了龍芯研發團隊巨大的信心。2004年，胡偉武帶領團隊研製的“龍芯2號”處理器效能達到奔騰Ⅲ處理器的水平。如今，最新的“龍芯”處理器效能已經是“龍芯1號”的100多倍。
期待“龍芯”出海
龍芯晶片
“一直到現在，我們的CPU晶片效能距離國外頂級通用CPU，依然是有差距的。”胡偉武很清醒。這些年來，他帶領團隊一直在“補課”。他也深知，有的“課”可以在實驗室裡補，有的“課”則必須到市場中去補，“比如試錯迭代”。
2010年4月，中國科學院和北京市共同牽頭出資入股，成立龍芯中科技術有限公司，胡偉武擔任董事長，“龍芯”從研發走向產業化。
2011年到2015年，“龍芯”用五年時間完成在市場中的第一輪試錯迭代。2015年銷售上萬片CPU晶片，銷售收入達到盈虧平衡。
2016年到2019年，“龍芯”用四年時間完成在市場中的第二輪試錯迭代，並在電子政務、工業控制等領域開啟市場局面。同時，第三代處理器產品3A4000/3B4000成功推出，辦公資訊化應用全面展開。2019年各類CPU出貨量達到幾十萬片。
今年起，第三輪迭代已經開始，又是每年百萬片的試錯迭代……
每一輪試錯迭代，都暴露了數以萬計的問題，解決了數以萬計的“bug”（漏洞）。實驗室研發晶片，通常以論文和評審答辯作為水平衡量標準，“我們從100片晶片中抽取10片完成答辯就行，有1%或者3%的瑕疵率，完全沒問題。但作為市場化產品，這就完蛋了！客戶的要求是1萬片晶片瑕疵不能超過3片。”胡偉武說。
第一輪迭代時，龍芯中科交付客戶1萬片晶片，結果因為裝機後執行質量達不到要求而被全部退貨，價值上千萬元。胡偉武咬著牙接受了退貨！“這是必須要吸取的教訓！”此後，類似的情況再沒有出現。
今年，胡偉武他們最新研發的5000系列CPU，將採用12奈米工藝，預計單核通用CPU的效能較前一代產品提高50%，達到市場主流CPU產品的水平。胡偉武期待，2023年起，龍芯CPU可以參與開放市場和海外市場的競爭。胡偉武還有一個“野心”——打造全球第三大“晶片+作業系統”生態體系。但有一個前提，必須自力更生！
不管多難，胡偉武都會堅持走下去。就像他的父親當年穿山走梁，點著油燈給孩子們上課一樣，是父親的油燈，照亮了他和同齡人的科學夢。胡偉武堅信，中國“芯”也一定會照亮自主創新、民族復興的大路。
來源 北京日報客戶端|記者 張航 和冠欣
編輯：徐慧瑤
流程編輯 吳越