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14秒!中国人自己的CPU+操作系统,实现一次计算飞跃

1秒,2秒,3秒……几家北京信创企业的“码农”围坐在一台笔记本电脑前,屏住呼吸,全神贯注,心脏仿佛都随秒针同频跳动。

到了第14秒,电脑桌面顺利“点亮”,实验室里顿时一片欢腾。




从各自为战,到攥指成拳,统信联合产业上下游企业,协同推进国产操作系统研发。

技术快速迭代中,国产操作系统开机时长一步步缩短,终于在2022年实现14秒飞跃。

2022年3月,搭载着龙芯3A5000 4核处理器、统信UOS操作系统、昆仑BIOS固件的同方笔记本电脑实现14秒开机时长的飞跃性突破,代表着“中国芯”“中国魂”的计算机正从“可用”迈向“好用”,在英特尔、微软占据多年的信息技术产业江湖里拓展着中国人的一席之地。

向“14秒”飞跃的每一行代码里,暗藏着几代“北京码农”的创意与雄心。代表北京“软实力”的他们,有的已是奋战几十年的白发先生,有的还是刚刚入行的翩翩少年,信息技术应用创新链条上的一道道难关,正在他们的并肩奋战中取得关键性突破。

龙芯CPU走出“至暗时刻”

开机速度是计算机性能给使用者留下的第一印象。10年前,打开一台搭载着国产硬件、软件的计算机,需要10分钟、甚至更长时间。

CPU(中央处理器)是计算机的心脏,想要给计算机提速,势必先过这一关。中国人有自己的CPU吗?

有。2002年8月10日凌晨,安装着“龙芯1号”CPU的计算机成功启动,终结了中国人完全依靠进口CPU制造计算机的历史。2010年,中科院与北京市携手出资成立龙芯中科公司,期望研发成果加速产业化落地。

但是,仅过了两年多,龙芯中科便陷入“至暗时刻”。

学术味很浓的龙芯团队一直将目光聚焦在提升CPU性能上,迟迟没有拿出符合市场主流需求的通用CPU。研发的高投入,让公司资金吃紧,甚至一度开不出工资,导致人才流失。

“这次危机逼着我们认清了现实。”创始人胡伟武意识到,“下海”创业的龙芯研发人员放弃了中科院的编制,却忘了关注市场的真正需求。也就是说,组织上虽然转型了,但观念还没有跟上。

中科院计算技术研究所总工程师、龙芯总设计师胡伟武

当时,市场主流CPU是多核设计,英特尔主打双核、四核,龙芯为了技高一筹,做起了八核。胡伟武坦言,“人多力量大”的前提是每个人都得强,龙芯虽然是八核,但每核的性能都不如人。龙芯的CPU在当时不被市场接受,原因很简单——不好用。

走了几年的弯路,龙芯终于放下“身段”,将目光投向工业控制领域CPU,之后又在信息化领域成功应用。在不断试错和迭代中,龙芯在2015年收入破亿元,首次实现盈亏平衡。

2015年到2020年,龙芯性能提高了10倍,这才有了支撑14秒开机的可能。开机时长缩短至14秒的同方电脑,所搭载的CPU正是龙芯3A5000系列,其性能已经逼近开放市场CPU的主流水平。

国产操作系统初长成

对于广大计算机用户来说,Windows操作系统的经典图标深深刻在了记忆中。CPU是电脑的心脏,操作系统则是灵魂。如果说龙芯对标的是英特尔,那么谁能对标微软?

2011年,当胡伟武正在为更高水平的CPU奋力一搏时,统信软件公司总经理刘闻欢决定从头创业,打造国产操作系统。

“如果把攻克芯片技术比作攀登喜马拉雅山,解决国产操作系统就是探索马里亚纳海沟。”在此之前,他在一家信息安全企业工作了十几年,愈发感觉到倘若解决不了操作系统瓶颈,信息安全只能是纸上谈兵。

同一时期,中国诞生了一批抱着同样理想的软件公司。但理想丰满,现实骨感,第一波尝鲜的人发现,搭载国产操作系统的计算机不仅速度慢,更无法如Windows一样正常聊天、办公、打游戏。虽然不断有国产新系统上线,但面对技术的差距和市场的残酷选择,这些软件企业接二连三地倒下。

攻克难关无法靠一己之力解决。要解决开机慢、续航短这些用户痛点,必须CPU、操作系统等行业联合攻关。

2019年,国内多个操作系统厂家联合组建的统信软件技术有限公司成立,总部就设在北京经开区信创园,并在武汉、上海、广州等多地设立技术支持机构、研发中心和通用软硬件适配中心。

从各自为战,到攥指成拳,统信联合产业上下游企业,协同推进国产操作系统研发。技术快速迭代中,国产操作系统开机时长一步步缩短,终于在2022年实现14秒飞跃。

“国产操作系统与国际顶尖厂商产品之间的差距,已经从曾经的10年甚至更长缩减到了3到5年。”刘闻欢表示。

如今,统信操作系统已经在银行、电信运营商等多个重点行业落地,最新的家庭版也在今年年初亮相。但新生的国产操作系统,仍面临上游开源社区“断供”风险,进而波及到产业的可持续发展。

“究其原因,是国内基于Linux开源系统的根社区在国外。”刘闻欢说,根社区能助力操作系统厂商摆脱上游开源社区的掣肘,在信息安全层面获得更好的保障。形象地说,就是“供应链”也要安全。

实现14秒开机后两个月,在立足全球三大自主开源社区基础之上,统信发布了中国首个桌面操作系统根社区“深度(deepin)社区”,从“根”出发,掌握开源操作系统的发展权、上游社区主导权,吸引全球爱好者为国产操作系统贡献代码和创意。

“养”出自主化产业链

2014年,受国人追捧的Windows XP系统停止服务,一时间,大量企业和个人用户乱了阵脚。虽然停服后多数功能仍然可以正常使用,但无法获得微软漏洞补丁和系统升级支持,很容易受到病毒和黑客攻击。

6年后,Windows 10停服,上演了一模一样的情形。这更加激发了北京打造自主信创产业体系的动力。

日历翻回到30年前,还是中科院博士生的胡伟武因为实验需要使用刚刚从国外引进的高性能计算机,但这台计算机的密码掌握在外国人手中,使用时需要在一个玻璃房子里被监视操作。

中科院计算技术研究所总工程师、龙芯总设计师胡伟武接受央视专访

这个画面深深刻在了他的心里。所以,在龙芯刚刚起步的时候,凡是能想到的知名公司,都来找胡伟武谈技术授权合作。“我把这些行为理解为‘缴枪不杀’!”他看到技术授权背后,是让龙芯放弃创新研发的能力,因此果断拒绝。

30年后,当年的红衣少年变成了白发先生,胡伟武启动了又一次更彻底、更艰难的“创业”。

全球信息产业主要构建在Wintel(微软-英特尔联盟)和AA(安卓-ARM)两大基于指令集及芯片设计的生态体系上,想要生产与其相匹配的CPU,先得拿下指令集“授权”。

“要想做完全自主创新的CPU,必须在指令集这个底层技术层面也实现自主。”2021年,龙芯中科正式发布龙芯自主指令系统架构LoongArch,实现其生态建设的重大技术突破,这标志着龙芯中科在自主信息技术体系和产业生态建设方面从跟随式发展走向完全自主发展。

支持14秒开机时长的龙芯3A5000,正是采用LoongArch自主指令系统架构,不再需要国外授权。

一个接一个的创新突破,淬炼着北京信创产业链:中兴数据库、国科天迅航电总线协议芯片、青藤云安全等一批全球对标产品诞生,国产信息技术体系初步成型,北京经开区通明湖畔的国家信创园,已集聚全国90%以上的信息技术头部企业,形成覆盖高性能芯片、操作系统、数据库、整机终端、系统集成、网络安全服务等全产业链的信创产业生态。

北京经开区国家信创园统信软件技术有限公司“生态适配调度中心”

“有些产品像养猪,一年就能出栏吃肉;有些产品像养牛,三年就能犁地干活了;我们的产品像养孩子,得养二十年才能成材。”胡伟武把技术攻关比作“养孩子”,生动浓缩了信息技术突破的艰难过程,也预示了信创产业自主化依然任重道远。

奋战多年的“北京码农”们,仍需要以更大力度的创新突破,才能对标国际一流,为中国经济数字化转型和产业链升级铸就坚实“底座”。

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