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        龍芯中科沖擊科創板!從實驗室到上市,三代人為中國芯奮戰20年|IPO黃金眼

          從實驗室到上市公司,三代人為中國“芯”的開拓之路

          2001年,年僅32歲的胡偉武剛剛轉正成為中科院計算技術研究所研究員1年,得知所里在籌備CPU項目,看著十年前做本科畢業設計的實驗室,重操舊業的沖動讓自己向師兄唐志敏立下軍令狀,“一兩年之內不把通用操作系統引導成功,提頭來見”【1】,于是受命出任龍芯CPU首席科學家。

          這是自1984年暫停后,中科院計算技術研究所再度啟動大規模集成電路的研究,中國人再次踏上對國產芯片的追夢之旅。

          “狗?!钡奖倍?,“芯”跳加速

          2001年5月在中科院計算所知識創新工程的支持下,龍芯課題組正式成立。時任計算技術研究所所長的是李國杰院士,他的另一個身份是曙光信息產業有限公司的創始人和董事長,就是擁有國產超算的中科曙光的掌舵人,而這又是另一個故事。

          國產芯片啟動項目的名字叫Godson,乍一看以為是上帝之子,項目組希望開辟希望之光;而字典中也的確有這個單詞,不過是教子的意思。但這些都不是胡偉武的本意,他后來解釋道,這是一個音譯,其實這個處理器的名字叫“狗?!?,起賤名好養活。

          這是一種玩笑,但多少也透露出國產芯命運的坎坷,科研人員對于前輩無數次嘗試最終落敗的心酸,單純地希望龍芯能夠活下來。

          但即便是賤名,胡偉武的團隊也沒有輕賤去對待。在他撰稿回憶研發攻堅的文章中,他提到:

          “好幾次,我早上六七點鐘打開實驗室的門,發現有些人手里抓著鼠標就靠在椅子上睡著了。我看到這樣的場景總忍不住想落淚,但急于了解昨晚的進展,還是叫醒他們并讓他們接著干。我覺得自己真比周扒皮還狠。我的一個學生近兩個月時間很少在凌晨4點前睡覺,而常常到八九點鐘我上班后就會把他叫起來?!薄?】

          “我們堅持—種觀點,我們現在落后這么多,如果大家都—樣,—周五天、—天8小時上班,恐怕很難趕上。唯有像當年摘"兩彈--星"—樣拼命,才能不受欺負,我們的子孫才有希望重新做到‘犯我大漢者,雖遠必誅之’?!薄?】

          在這樣拼命精神下,在這樣的使命感中,龍芯不負眾望,在次年成功通過驗收。

          2002年8月,龍芯1號正式問世,首次解決了中國無芯的局面,同年入選中國科學院和工程院聯合主辦的十大科技進展新聞,當年入選的還有“神舟”三號、四號飛船發射成功;三峽工程導流明渠截流成功等等。

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          圖/龍芯中科官網

          這一款通用式的首枚“中國芯”,含有600多萬個晶體管,可執行250多條指令。雖然性能只能與英特爾的486相當,但并不影響國產芯片成功起步的重要意義。(作者注:486即80486芯片,英特爾1989年推出,而在1993年推出了廣為國人所知的奔騰系列處理器,在2002年時,奔騰4處理器已經問世2年了。)

          首發成功后,胡偉武的團隊繼續“芯”跳加速,用2年的時間,完成了英特爾11年的升級之路。

          2003年12月,龍芯2號在中科院計算所正式亮相,這時候的龍芯已經進入國家863計劃、核高基項目了。

          此次龍芯2號的研究目標是在2004年中期,用0.18微米的工藝,實現主頻500MHz、SPECCPU2000測試分值超過300的64位通用CPU芯片?!?】換句話說,就是接近奔騰4的水平。

          而龍芯面臨的另一個挑戰——商業化之路,也越來越突出。而早在龍芯1號誕生時,中科院計算所就已經意識到了這個難題。

          2002年底由李國杰院士擔綱的龍芯產業聯盟成立,也推出了“雙百計劃”,即"吸引100家以上的各專業領域的產研單位加盟,研發出100款以上基于龍芯的專用產品,并在2年內達到總計百萬臺以上的市場銷售。"【2】

          但事實不容樂觀。彼時,將龍芯產品進行商用的只有曙光的龍騰服務器和神州數碼、長城的NC,在規模和銷量上都還未成氣候?!?】

          當然,每當遇到困難的時候,總是會有潑冷水的,畢竟世上無難事,只要肯放棄。2018年發生過,2003年的時候也發生過。

          當時有評論員認為,在嵌入式CPU方面留給我們的空間可能會比較大。在通用芯片方面,已經有Intel、AMD和IBM。我們完全可以去做更適應我們自己的芯片?;蛘呖纯从《?,即使不做芯片,也仍然可以成為IT大國?!?】

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          龍芯3號驗收報告 圖/知網

          在這種質疑聲中,胡偉武帶著他的龍芯繼續前進。2008年,4核龍芯3號流片成功,這也標志著國產CPU芯片正式進入了多核時代。

          龍芯3號的制程來到了65nm,主頻為1GHz-1.2GHz,晶體管的數目達到了4.25億個。從2002年到2008年,6年時間里晶體管數量提升超過60倍。趕超中的國產芯片團隊,硬生生把18個月晶體管數量翻一倍的摩爾定律,壓縮到了12個月!

          上個月,龍芯中科展示了最新處理器龍芯3A5000,其采用了12nm工藝,4核設計,基礎頻率2.5GHz,這已經追到了英特爾i5系列芯片了。更重要的是,這款芯片采用了龍芯中科新推出的完全自主指令集 LoongArch,性能相比上一代3A4000,其單核性能提了50%,功耗卻降低了30%。

          在提升性能的過程中,龍芯也依舊在進行商業化的嘗試。

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          基于龍芯的研究和應用 圖/知網

          早在2013年,首款內置龍芯處理器筆記本逸瓏8133就正式上市了。中國高鐵100%國產化,背后也有著龍芯的支持。而2015年北斗衛星飛上太空,龍芯隨之奔向星辰大海。從國防的雷達、火控,到日常的WiFi路由,這顆中國“芯”已經慢慢走進了公眾的視野。

          背了別人的鍋,破了指令集的局

          在芯片商用逐步展開的時候,其實關于國產芯片的問題并全部沒有解決。

          胡偉武曾在一次采訪中說,我們的應用很發達,但是基礎很薄弱,我們不能看著別人的第三層的房子很漂亮,我們就跟著做第三層的房子,而不管第一層和第二層的房子。

          如果說應用是第三層的房子,我們從購物到社交,從外賣到出行,的確是擁有漂亮的第三層房子。但是第一層的芯片是基礎,第二層是指令集和操作系統,也非常重要。

          我們在挑選電腦的時候會考慮到操作系統,也在安裝軟件的時候,知道不同的系統軟件是不一樣的。而指令系統,作為一個非常底層的體系,距離我們生活過于遙遠而不被大家所熟悉。

          但毫不夸張地說,指令系統是軟件生態的起點,只有從指令系統的根源上實現自主,才能打破軟件生態發展受制于人的鎖鏈。而同時,指令系統也與底層芯片架構相呼應。華為海思與ARM的愛恨情仇,根源就在于指令集的授權問題。

          而多年以前,龍芯2號也遇到過類似華為海思的問題。

          2005年的時候,龍芯與MIPS的專利糾紛就浮出水面,龍芯2號也被追著熱議與MIPS架構高度類似的問題。為了解決專利問題,龍芯甚至采用了“曲線救國”的方式,與擁有MIPS授權的意法半導體合作來解決專利困擾。

          最終,在2009年6月16日,龍芯獲得了MIPS 64位架構使用權,專利的問題是解決了,但是網友們一下子“炸了鍋”。

          一時間關于龍芯血統的討論、自主性的討論、是否擔當得起國產芯的討論,鋪天蓋地而來,網友們的“群情激奮”,使得中科院計算所在短短三天后,專門召開新聞發布會,龍芯項目負責人胡偉武和計算所所長李國杰院士,親自來解釋這件事情。

          胡偉武面對這廣大媒體,像給學生上課一樣科普了指令集、專利授權時,不知道懷著何種心情。但他對著鏡頭,堅定地說:“龍芯購買的是MIPS的結構授權,主要是基于擴大市場考慮,不涉及技術專利問題,并不影響龍芯CPU的自主性”,也還是很有當年“提頭來見”的氣魄的。

          網友們為什么對于龍芯的血統這么在意,逼得中科院在三天內就召開新聞發布會,可能主要是漢芯寒過的心還沒捂熱乎,而這是國產芯片史上不能忘記的一樁丑聞。

          其實,還在寫這篇文章的時候,作者與偏愛科技股的朋友聊了一下龍芯中科,朋友的第一反應是“喲,那顆‘磨皮’的芯片還能上市???!”龍芯不是漢芯!龍芯真不是漢芯!龍芯的確不是漢芯!

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          漢芯一號驗收報告 圖/知網

          可能作者的朋友并不是個案,整個龍芯團隊,都面臨過這種被誤解的困擾,也只怪漢芯之毒,遺害甚廣。

          在龍芯項目起步時,漢芯項目也在上海展開。而2003年,在龍芯1號發布半年之后,漢芯一號在上海通過技術鑒定。據專家認定"漢芯一號"及其相關設計和應用開發平臺屬于國內首創,達到了國際先進水平,其研制成功,標志著我國在 DSP 數字信號微處理器核心芯片上獲得重大突破,填補了我國在高端通用 DSP 芯片上的空白。

          同年二月,人民日報和光明日報發報道此事。

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          基于龍芯的研究和應用 圖/知網

          2006年1月,在清華BBS上出現一封匿名信,稱漢芯一號負責人陳進從飛思卡爾公司買入芯片,找民工磨掉商標后換上了漢芯標識。后被21世紀經濟報道持續跟蹤。

          官方很快進行了調查,人民日報也在5月刊登了上海交大的處理結果:終止陳進負責的科研項目的執行,追繳相關經費,取消陳進以后承擔國家科技計劃課題的資格;教育部決定撤銷陳進“長江學者”稱號,取消其享受政府特殊津貼的資格,追繳相應撥款;國家發展改革委決定終止陳進負責的高技術產業化項目的執行,追繳相關經費。

          誰也沒有想到,在上海交大和中芯國際的加持下,這個集聚國人期待的突破,最后竟然讓人寒心?!皾h芯”給國產芯片的努力造成了巨大的傷害,以至于當提到龍芯時,可能第一反應都是“磨皮芯”。

          在誤解與偏見中,龍芯一路堅持到了今天。

          而在去年,龍芯研制的CPU終于基于了自己的架構,龍芯還委托了第三方評估機構,對于自己的龍芯基礎架構進行評估,并與國際著名的X86、ARM、RISC-V等進行對比,而IT之家也刊文公布了這次評估結果:

          LoongArch 在指令系統設計、指令格式、指令編碼、尋址模式等方面進行了自主設計。LoongArch 指令系統手冊在章節結構、指令說明結構和指令內容表達方面與上述國際上主要指令系統存在明顯區別。LoongArch 基礎架構未發現對上述國際上主要指令系統中國專利的侵權風險。

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          2021年6月17日胡偉武在第十六屆開源中國開源世界高峰論壇上做《指令系統的自主和兼容》主題演講  

          圖/開源中國開源世界高峰論壇

          龍芯架構包括基礎架構部分和向量指令、虛擬化、二進制翻譯等擴展部分,有近 2000 條指令,不包含 MIPS 指令系統,具有完全自主、技術先進、兼容生態三方面特點。

          尤其在生態方面,作為一個后發系統,龍芯要去挑戰的是英特爾與微軟和AMD與安卓,這兩個非常成熟和成功的生態。而芯片、指令、系統以及應用,如果不能形成完整的生態,國產化還是一紙空談。

          龍芯架構充分考慮兼容生態需求,融合了各國際主流指令系統的主要功能特性,基于龍芯團隊在二進制翻譯方面十余年的技術積累創新,不僅能夠確?,F有龍芯電腦上應用二進制的無損遷移,而且能夠實現多種國際主流指令系統的高效二進制翻譯。

          “狗?!彼鷤ノ渑c龍芯團隊

          龍芯能走到今天,與項目領頭人胡偉武密不可分,二十年歲月彈指一過,當年那個意氣風發的年輕人,現在也已經滿頭白發。

          胡偉武,1968年出生在浙江永康一個鄉村教師家庭,自小他就是“別人家的孩子”,中考與高考都是當地狀元。1986年,他以浙江永康縣高考狀元的身份,進入中國科技大學計算機專業。

          畢業后,他免試進入中國科學院計算機技術研究所,攻讀博士,師從我國著名計算機系統結構專家夏培肅院士。

          而夏培肅院士,是中國計算機事業的奠基人之一,被譽為“中國計算機之母”。早在1953年,華羅庚提出要研制中國電子計算機,夏培肅就參與組建了最初的三人小組。最終在1960年,夏培肅設計試制成功中國第一臺自行設計的電子計算機——107計算機。

          這個時候的中國計算機水平,還是與國際先進水平保持一致的!

          上個世紀90年代,集成電路、半導體研發預算屢被削減。夏院士嗅出危機,多次向上建言:“我國應開展高性能處理器芯片的設計,建議國家大力支持通用CPU芯片及其產業的發展,否則在高性能計算技術領域將永遠受制于人?!痹菏康脑捳衩@發聵,也在胡偉武心里埋下種子?!?】

          1998年,夏院士還帶著胡偉武完成了一篇題為《高性能計算技術展望》的文章,并發表在中國科學院院刊上。中國計算機研究薪火相傳的接力棒,就是這樣從第一代遞到了第二代手中。

          以“提頭來見”的氣魄接下了龍芯的課題項目,胡偉武也接下來前輩們的期盼。胡偉武在接受采訪時提到,后來他去病房看望老師的時候,也還要匯報龍芯項目的進展,而計算所所長李國杰院士,曾經跟他說,“我這輩子能不能看到國產芯片,就全看你們了?!?/p>

          在前輩的期許中,胡偉武領著100萬的經費,帶著臨時組建的研究團隊,擠進了不足60平米的實驗室,也就有了開頭“周扒皮”的自稱和后面的一列故事。

          2010年,胡偉武二度拒絕中科院計算機所的院士推薦名額,隨后建立龍芯中科技術有限公司,推進自主芯片民用與商用?!?】而跟著他一起下海的,還有很多他的同事甚至學生,而這些學生中,最為大家所知的,可能是寒武紀的陳天石、陳天霽兄弟。

          而陳天霽曾是8核龍芯3號的主設計師!第三代的身影,已經在胡偉武的帶領下,進入了國產芯片的事業。所以,胡偉武的貢獻不僅僅是龍芯這塊芯片,更是他在這塊芯片上20年的堅持,為中國芯片事業培養了一代人,中國的“芯芯之火”,也才有了燎原的可能。

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          龍芯中科前十大股東 圖/Wind

          龍芯中科對于這些投身于國產芯片事業的人,也是非??犊?。胡偉武和晉紅夫妻二人,通過天童芯源及芯源投資、天童芯正、天童芯國合計控制公司 33.61%的表決權,成為了公司實際控制人。

          而第一大股東天童芯源,其實是整個研發團隊的控股平臺。在這個團隊中,有一個非提不可的人,她就是黃令儀。

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          胡黃令儀 圖/參考資料【5】

          黃令儀,1936年出生于廣西南寧。她在抗戰中長大,隨新中國一起成長,1958年華中工學院(現華中科技大學)畢業后,進入清華大學半導體專業深造,因為表現出色,于1962年加入中科院?!?】

          1980年,她設計出一款256ROM內存,獲得了1980年院科技成果獎二等獎。但到了1984年,計算所因為科研經費緊張,暫停了大規模集成電路的研究。走出辦公大樓,黃令儀忍不住失聲痛哭,和同事們嘔心瀝血十幾年創建的研究室以及正在進行的研究就這樣被一句話宣告結束了?!?】

          經歷過屈辱與動蕩年代的她,立志要以自己的奮斗,擦去祖國身上的恥辱;而在準備大展拳腳的當干之年,事業卻因為經費不足遭到致命打擊。而自此,中國被世界甩在了身后。

          當2002年,黃令儀第一次見到胡偉武后,他們追求國產芯片的共同理想交匯在了一起,這位當時66歲的老人毅然決定放棄退休,再次出山,參與主持中國龍芯項目的研究,自此她開啟了“中國芯”的研發征途。

          而這一堅持,就又是近20年。2019年12月,黃令儀再次取得重大突破,她主持的龍芯3A4000/3B4000系列處理器,性能追上了美國AMD的挖掘機CPU水平,在耄耋之年,在半個多世紀的堅持后,這位老人終于實現了自己的理想。

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          搭載龍芯3A4000的福瓏2.0開發機內部 

          圖/龍芯中科微博

          因為卓越的貢獻,2020年1月6日,中國計算機學會給黃令儀頒發了CCF夏培肅獎項,這也是對這位貫穿了中國計算機事業三代人的功勛老者的肯定。

          從投資看龍芯中科

          前面三章都在講故事,但是A股市場從來不缺故事,這些故事對于評判龍芯中科有什么價值呢?

          其實,龍芯中科應該算一個賽道股。

          它的賽道并不是傳統的行業高速增長,當然,集成電路未來增速的確不錯。它的賽道是經歷貿易糾紛后,自主可控、國產替代從一個產業升級的國家戰略,已經成為全國上下的共識。

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          集成電路市場規模 圖/龍芯中科招股說明書

          在這種共識背景下,去A化的演進,為國產芯片打開的空間是巨大的。而正如胡偉武在采訪中提到,實驗室里出來十臺發動機裝在車上跑一年,跟工廠里出來百萬臺發動機裝在車上跑十年,是完全不同的兩件事。

          去A化為國產芯片打開的市場,不僅僅是提供營收和利潤,而是在產品實際使用中,不斷發現問題,不斷迭代,從而不斷向世界領先水平逼近。

          所以這個賽道上滾下去的雪球,不僅可以越來越大,還會越來越緊實。

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          國內集成電路市場規模 圖/龍芯中科招股說明書

          但賽道股也面臨著巨大的風險。表面上的去A化,其實是中國芯片產業鏈對美日歐三者聯盟的競爭:從設計到設備,從精細化工到高純度原料等等。

          所以,講了很多產品的發展之路,講了創始團隊的故事,講了把研發團隊團結在一起的股權結構。當我們不確定最終產品行不行的時候,我們先要確定人行不行,張磊在《價值》中也提到,投資的本質還是投人。

          不過,龍芯中科還是一家爭氣的公司。

          在2018年的時候,在工控領域站住了腳跟,當年雖然只實現了不到800萬的利潤,但這基本上確定了“狗?!笨梢曰钕聛砹?。工控差異化的使用環境以及對售后服務的強烈需求,都能成為龍芯保持優勢的地方。

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          營業收入變動 圖/Wind

          然后在2020年信息化類芯片快速起量,從19年的2.5億營收提升到7.9億,成為公司最重要的收入來源。

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          龍芯2k1000工業系統方案 圖/龍芯中科微博

          按照龍芯中科招股書中的介紹,其主要產品包括面向嵌入式專門應用的龍芯 1 號系列處理器、面向工控和終端類應用的龍芯 2 號系列處理器、以及面向桌面與服務器類應用的龍芯 3 號系列處理器。

          信息類芯片收入的快速起量,也標志著龍芯3號商業化邁出了重要一步。

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          營業收入前五名 圖/Wind

          這個重要一步,還不能說明公司的成功。從公司重要客戶角度來講,龍芯還是一個非常to G的市場,政府采購成為了公司核心來源。未來面向更商業化的市場,是否還具有生命力呢?

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          產品銷量及單價 圖/龍芯中科招股說明書

          中國每年過億的手機、PC以及各類物聯網設備的銷量,對于2020年出貨只有百萬量級的龍芯來說,無疑是一片廣闊的天地。但這廣闊的天地又是競爭殘酷的商業化市場,這才是對龍芯自主性和創新能力的最有效檢驗,這也才是對龍芯商業價值最有效地檢驗。

          中國半導體產業發展的現在,有以龍芯、寒武紀、華潤微等為代表的國家隊,也有以斯達半導、圣邦股份為代表的民間海歸,還有以韋爾股份、聞泰科技為代表的資本并購派。多條腿走路,也都在各自發展。

          而未來發展的道路,從中芯國際的人士變動來看,努力趕超最頂尖制程和利用現有產業基礎大力發展成熟制程,成為了兩種思路。

          而在這種思路變化中,胡偉武更傾向于后者,他認為同時利用系統優化提升最終產品性能,這一理念最后會將龍芯引向何方?中國半導體興起在民族復興中能否成為重要的篇章?這可能值得我們每個人去期待。

          作者自語:

          其實作者自己翻看了一遍招股說明書,一方面是CPU的確是一個高精尖的項目,才疏學淺的我也無法發掘太多的技術亮點,另一方面是相比于給大家介紹龍芯中科這個公司如何,推算業績、展望市值,作者更希望給大家介紹龍芯中科背后的這群可愛的人如何。

          上市之后也許這家公司會被暴炒,大家可能會熱議,實控人胡偉武夫婦身家多少,股東中有很多員工持股計劃,一波造富多少。但看看胡偉武20年如一日,從黑發青年熬成了滿頭白發,還有很多我們沒有看到的他的師長、同事以及學生,這樣一群理想主義者,為眾人抱薪者,是應該得到回饋的。

          資本對于他們獎勵,是微不足道的,也是理所應當的。資本去獎勵這樣的人,去吸引未來的人踏上這樣的道路,在這種大家喊著賭國運的時候,不是更合適的一種方式嗎?

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