飞腾cpu 飞腾，最强中国芯

就在昨天，腾飞CPU服务器、龙芯CPU服务器、神威CPU服务器进入政府采购名单的消息突然炸了整个网络。这是国内CPU服务器首次进入政府采购名单。业内人士普遍认为，这一条目是国内CPU企业发展的里程碑。本文重点研究国内CPU R&D团队的“三驾马车”之一——腾飞。

天津腾飞信息技术有限公司

中国R&D对国产CPU和OS的支持始于20世纪90年代的泰山项目。由于各种原因，这个项目不幸流产了。今天，在各种搜索引擎中找不到关于这个项目的文字。然而，失去的计划为中国未来的CPU研发留下了一丝火花，这个小小的火花后来演变成了三支国家队:腾飞、龙芯、神威。近年来，随着上述三个团队的不断努力，以及洪欣、赵信等民营或合资CPU R&D企业的成立，中芯的水平正逐渐接近国际水平。其中，“腾飞”最引人注目。他不仅开发了全球首款基于ARM架构的64核CPU“火星”，也是国内唯一一家能够提供从高性能计算芯片(大型)到桌面和嵌入式芯片(小型)产品的CUP企业。关于腾飞的故事始于火星，火星使他出名。

01战神火星

没想到十五年后，他在攻读硕士学位时取的英文名张朝阳会在一夜之间风靡芯片界。

2015年8月，在知乎、Leifeng.com、Zhiding.com、艺电等国内外网络平台上。，业内人士前来讨论张朝阳在HotChips 2015上的主旨演讲Mars: A 64核ARMv8处理器(“Mars:A 64核ARM8兼容微处理器”)。

热议的第一个原因是，张朝阳的“腾飞团队”设计的代号为Mars的CUP芯片是世界上第一个基于ARM架构的64核CPU。这个ARM阵营最厉害的CPU居然是由一个低调的中国团队设计的，反正是业内爆料；第二个原因是作为第二个受邀站在HotChips舞台上的中国CPU团队——第一个是08年的龙芯，代表了整个中国通用CPU芯片七年来的进步，而张朝阳用来举报的PPT确实很烂。

HotChips大会在国际CPU界堪称“华山论剑”。从1989年第一届开始，大会每年都在硅谷的同一个地方举行(早年是斯坦福大学，近年来是弗林特中心)，从来没有挪过地方。每年都有CPU巨头和新兴企业通过它向世界展示芯片架构的最新理念。虽然不是第一个站在HotChips舞台上的中国团队，“腾飞”创造了一个会议记录——hot chips历史上第一个远程主题报告。

因为倒霉的张朝阳没拿到美国签证。

经过总结，张成义认为这是PPT失败的主要因素。无法拿到签证，团队放弃了提前参加会议的想法，向会议申请撤回报告。应HotChips的盛情邀请，直到会议前几天，张成义才决定以远程报告的形式参加会议。当时，张成义开始急于修改PPT，会议要求提前几天完成草案，留给他修改PPT的时间很少。第二个原因是缺乏经验。PPT的内容分为三个部分。第一部分重点介绍了腾飞独立处理器内核的设计，第二部分重点介绍了整个芯片的片上存储和互连设计，最后是芯片的物理指标和性能指标。结果第一部分讲得太长，导致后面时间不够。第三个原因是原本调试好的视频会议(Google Hangouts)在会议前半小时到了，突然视频信号无法显示，就草草改成了语音报告。于是，全世界的同行看着一个简单丑陋的PPT，听着一个可怜的中式英语虎头蛇尾的介绍世界上第一个基于64核ARM的CPU芯片。各种失误导致现场反应冷淡，受到国内同行的深度批评。

张朝阳的PPT网上还是可以找到的

对于张成义来说，这一重要的历史时刻写得有些哭笑不得。2015年8月25日，北京时间上午6点，他完成了当时国内最强大的通用CPU芯片发布会，该芯片由腾飞团队打造。隔壁房间，小学的儿子在微微打呼噜。

Hotchips上的不良外观让腾飞团队长期受到国内业界的质疑。当时“火星”并没有消失，有人认为是另一家国内研究机构在释放卫星，骗取资金。在压力下，腾飞团队反应平静:没有任何借口，他们继续埋头工作。不同于国内一些经常在媒体上发表言论的CPU团队，腾飞快到了的风格是内敛低调的——“你说你的，我做我的，到时候我们会遇到真家伙”。

一年后，在2016年的夏天，腾飞团队展示了火星的样本和服务器原型，并展示了基于火星的企业级应用解决方案。火星在腾飞芯片系统中被命名为FT-2000，性能与英特尔的E5服务器芯片相当。这是国产服务器芯片在性能上第一次和Intel平起平坐。换句话说，2016年火星样本的水平与2014年英特尔服务器芯片的水平大致相当。此时，一年前，严酷的怀疑消失了。

火星的主要性能指标

腾飞团队参加了Hotchips 2016大会

火星采用的微内核结构还有一个昵称“小米”，是中文“小米”的拼音。业内一度怀疑这里的“小米”和雷军的小米之间的关系。真相与此无关。腾飞R&D团队的主要成员都是理工科的，所以他们不擅长命名。有一天，领导突然指着队里的一个设计师说:“你姑娘的外号是小米吗？我们这一代的微结构叫小米，下一代就换成他家，成成，谁家叫ViVi？就是这样。”于是乎，下一代微结构就不叫成成了，现在叫大米(大米)。人们经常开玩笑:下一代会被称为米语吗？

至于名为火星的FT-2000，是精心设计的。上一代腾飞系列芯片采用的SPARC架构源自美国SUN公司。“太阳”翻译成“太阳”。为了表明它的设计离太阳越来越远，系列芯片的架构代码都是以太阳系的行星命名的。最早的架构代码叫“Mecury”，第二代架构叫“Venus”，转换到ARM兼容，就到了第三代架构叫“Earth”，就是FT-1500A。按道理，下一个新建筑应该叫木星，但是团队很喜欢火星这个名字。直接命名为火星一号和火星二号。

英文名“Mars”在罗马神话的意思是“战神”，大概暗示了腾飞人最深刻的愿景:成为通用CPU领域不可战胜的战神。

20年的寻找，不变的中文核心

所有看似偶然的“横空出生”背后，都有不为人知的艰辛。火星也是。为了这个当之无愧的中国核心，腾飞团队花了二十年。

20世纪90年代末，怀着“为中国打造核心”的梦想，腾飞组建了一支团队，开始了“中国核心”的研发。到2006年，腾飞团队已经成功开发了两代国产CPU，并在关键领域实现了大规模应用。“十一五”期间，在国家“核高基金”科技重大项目的支持下，以FT-1000/FT-1000A和FT1500为代表的第三代腾飞CPU进入商业应用。第三代腾飞CPU采用SPARC指令集架构，但SPARC脆弱的生态系统无法支持腾飞CPU的大规模商用。腾飞真正的跨越式发展始于第四代腾飞CPU的问世，即与ARM指令集研发兼容的FT-1500A和FT-2000系列CPU。

2011年秋，腾飞项目组在长沙附近的宁乡县举办的研讨会被视为腾飞发展史上的“遵义会议”。

在那次会议上，只做了一件事:讨论腾飞是继续沿着SPARC架构前进，还是转向ARM架构。

当时项目组的人力分为两种，一种是沿着SPARC架构继续升级FT-1500微架构的单核性能，另一种是研究ARM指令集。在会上，两派进行了激烈的辩论。SPARC路由学校认为，FT-1000和FT-1500可以大规模应用于超级计算领域，也就是届时将要量产的FT-1500的性能和工艺已经在国内领先，整体性能正在接近世界最先进的CPU。虽然单核性能低，但团队已经开始了超标量乱序处理器内核的设计，初步评估可以大大提高单核性能。这个时候改变架构意味着部分设计工作需要重新发明，成本太高。ARM路线学校更关注工业生态。虽然FT-1500性能优异，但很难推广。在国内外，基于SPARC架构的软硬件生态几乎为零，芯片性能也好不到哪里去，没有可用的软件，这和废金属没什么区别。除了为超级计算制造高性能CPU，腾飞还有一个重要的使命，就是为关键行业和领域的自主可控信息系统提供核心芯片，从而推动国内集成电路产业的发展。ARM的生态是目前唯一能与x86抗衡的指令集，软硬件和人才基础都是SPARC望尘莫及的。经过设计评估，与原SPARC芯片升级计划相比，推出ARM平台CPU样片只需多花一年时间，但产业化推广可以节省宝贵的时间。

与会的大领导几乎是一脸阴沉地听完了两派的争吵。在最后的闭门会议上，经过领导和总工程师组的反复比较，他们决定放弃SPARC架构，采用ARM架构。

2014年10月，第一款兼容ARM指令集的CPU FT-1500 a问世，指标相当漂亮，再一次站在了国产CPU的巅峰。通过改变架构，只用了三年左右的时间就开发出了国内领先的通用CPU芯片，在业界引起了震动。很多同事怀疑FT-1500A根本不是自主开发的，而是购买了ARM的IP核心许可证——只有这样才能大大减少研发时间。

目前国内所有通用CPU厂商采用的产品架构都是西方人发明的，架构的同一个术语就是“指令集”。用哪个指令集与CPU的“自可控性”没有直接关系。这只是一个设计规则。厂商根据这个规则自行设计芯片(选择不同的指令集设计CPU大致相当于你写文章是英文还是中文，使用过程中不同语言的语法规则是什么)。而IP核授权是指部分或全部芯片设计代码由他人编写，然后出售给厂商。如果中间藏着后门，厂家无法得知。

面对质疑，腾飞团队仍然没有回复。“一场口水战，就是投入人力和时间！当时腾飞公司成立，工作没有理顺。哪里有精力防守？腾飞在2012年底宣布由ARM指令集授权，但相关工作是在2011年开始的。没有任何准备怎么能贸然和ARM通话？FT-1500A的研发时间是三年，外界看来不少于两年。天津腾飞每个芯片的处理器核心都是自己设计的！!"三年半后，天津腾飞信息技术有限公司(以下简称“天津腾飞”)副总经理郭玉峰终于吐出了当年被关押的恶灵。

2015年底，“火星”(FT-2000)刚刚完成模拟测试，在发布之前，惠普全球首席科学家、全球战略合作副总裁格雷格(Greg)带领一个团队前往天津腾飞讨论合作事宜，希望将来能在他们的服务器上使用“火星”。目前，百度、阿里等互联网公司与天津腾飞有联系，希望对腾飞的CPU进行评估，为其在自己的云和数据中心的应用做准备。

腾飞转投ARM的初衷之一是为了推动国内集成电路产业的发展，最终打破英特尔在高端服务器芯片领域的垄断地位。“火星”的诞生，让挑战英特尔的曙光出现。

虽然火星已经达到了与国际主流CPU媲美的性能，但是一个CPU加八个存储扩展卡的建设成本非常高，导致火星的产业化不顺利。为了进一步降低成本，2017年，腾飞发布了优化升级后的FT-2000+。这款芯片是目前腾飞最好最划算的产品。它集成了64个新设计的通用微处理器内核，保留了大容量片内二级缓存，将内存控制器升级到8个DDR4，并从片外集成到片内。考虑到芯片面积，放弃了三级缓存，对性能有一定影响，但单片机解决方案大大降低了整机成本，提高了整机可靠性，更符合市场需求。这个芯片的诞生，标志着腾飞完成了从科研思维到市场思维的转变。FT-2000+的工作频率为2.3GHz，双精度浮点的峰值性能为588.8 GHz，功耗为96W。spec2006的实测性能已经达到2014年英特尔至强E5的主流服务器CPU水平，仍然是国内性能最高的服务器CPU。同时，使用FT-2000+的整机建造成本比使用FT-2000低50%。

03 CPU自主控制之争

“中兴事件”后，中国人对一个建立在消费级互联网上的大国的信心瞬间被“缺乏核心和灵魂”的现实击碎，“自主可控的信息系统”成为全民关注的焦点。作为信息系统的核心，CPU是否“可自我控制”对国家信息系统安全和工业系统安全至关重要。

排除CPU生产R&D单元是否满足安全保密要求、R&D团队是否本地化这两个外部条件后，行业对CPU的独立可控标准集中在两个方面:CPU指令集是否可持续、独立；CPU核心源代码是否独立编写。目前第二条已经形成了统一的认识。如果不能独立写核源代码，就意味着如果别人在设计中插了后门，CPU厂商无法判断，完全不符合自主可控的要求。

所以争论的焦点只是CPU指令集是否可持续，是否自主开发。

指令集是软件和硬件之间的一组语言规范。世界上已经有不下十个指令集了。经过残酷的市场竞争，通用领域唯一广泛使用的指令集是英特尔的X86和英国橡子的ARM。由于知识产权的限制，早期的国产CPU没有办法在开放领域使用这两个指令集。早期国产CPU的三驾马车腾飞、龙芯、神威，不得不分别选择SPARC指令集、MIPS指令集、ALPHA指令集。这三个指令集之所以能以极低的价格获得许可(比如SPARC只给腾飞99美元，ALPHA不需要钱)，是因为它们的生态环境非常脆弱，需要吸引合作伙伴一起建立生态才能生存。但是近十年来，由于英特尔和ARM的双重碾压，SPARC、MIPS和ALPHA的生态系统一直在衰退，使得使用上述指令集构建国产CPU的生态环境非常困难。

2011年，腾飞坚定地转向ARM，他看到了两个原因:单纯依靠政府输血无法在CPU战争中生存。在信息系统领域，商业竞争高度发达。在50年的发展道路上，英特尔与摩托罗拉血战，与微软联手将SUN、SGI、IBM、DEC、惠普等CPU技术学校压平。期间还顺便摧毁了其IA-64，使其成为当今桌面CPU和高端服务器CPU领域的霸主地位。而CPU R&D是一个资金和技术高度密集的领域。2017年，中国在集成电路R&D的总投资约为45亿美元，甚至不到英特尔公司每年在R&D投资的50%(数据来源:清华大学微电子研究所所长魏少军教授在半导体2017上的演讲)。作为一家只设计芯片而不生产芯片的企业，ARM 2017年在R&D投资超过5亿美元。过分强调指令集的自主开发，可能会导致一个技术上远离Intel和ARM的企业，依靠一个奄奄一息的指令集重建一个新的生态系统来挑战Wintel和AA(Android+ARM)，取胜的难度可想而知。自主控制不代表封闭。历史无数次证明，封闭会导致落后，挨打会导致淘汰。只有以开放的态度融入世界主流技术体系，从运行开始，识别机会，逐步占领产业链中的一个或几个关键节点，做到你我混合，竞争对手难以替代，才是中国CPU相关企业的生存之道。

魏少军教授在半导体2017年的演讲

腾飞转向ARM系统后，R&D团队迅速扩张，R&D速度、芯片性能和生态建设都有明显提升。不到7年时间，FT-1500A、FT-2000、FT-2000+等一系列高性能CPU产品相继推出，400多家企业联合打造以腾飞CPU为核心的全自主生态系统。它涵盖了高性能计算、服务器、桌面、嵌入式系统等许多应用领域。，为党政办公系统、基础设施关键行业信息系统、云计算和大数据平台、工业控制系统等诸多领域的本地化替代提供全面的解决方案。腾飞也成为国内唯一能提供从高性能计算芯片(大型)到桌面和嵌入式芯片(小型)产品的CUP企业。凭借其在国际集成电路设计领域的卓越表现，腾飞公司被美国EE时报2017“silicon 60”评选为60家最值得关注的半导体和电子创新科技公司之一，并被评为中国前20家集成电路独角兽企业。

腾飞中央处理器家用自主可控开关

腾飞CPU+麒麟OS+400联盟生态

尽管跨越式的进步让腾飞从“核高基地”专项立项之初的参与者成长为领导者，但现实地讲，腾飞公司的发展道路依然充满艰辛:一是市场化之路依然艰难，西方巨头数十年来难以在通用CPU领域杀出一条血路。可以想象，不卖就无法实现自我造血，在烧钱的IC领域也无法可持续发展；其次，赶超之路还很艰难。虽然取得了一些进展，但与国际水平仍有巨大差距；第三，发展道路依然艰难，本土化替代可以作为大力发展的基础，但腾飞的野心应该更大。“腾飞”这个名字是腾飞第一代李国宽教授取的，本意是希望这个团队能够帮助中国的信息产业随着国产芯片的发展而腾飞。只有在开放的市场中磨练企业，在新兴市场中发展和建立自己的体系，才能实现能力的快速增长，推动中国信息产业的发展。

还有一个困难让腾飞队吃了苦头。面对强大的国际CPU巨头，弱小的国内企业应该抱团取暖，但事实是有的企业一有机会就诋毁、攻击同行。每次腾飞推出新产品，网上总是有恶意的批评。当面对最终客户和管理组织时，腾飞团队经常花费大量精力来解释被竞争对手歪曲的事实。腾飞从未用过这种降价伎俩，他的慷慨甚至赢得了竞争对手的尊重。2018年4月，郭玉峰在北京上星召开了腾飞中央处理器大学校友内部分享会。某竞争对手的产品经理也去了现场。听完之后，他给出了三点评价:一、腾飞该队有深厚的技术积累；第二，腾飞的商业模式和市场化还有待加强；第三，腾飞是一个胸怀大志的企业，不会在任何场合诋毁对手。

郭玉峰在夏商馆的分享会

结局:一生只有一件事

张成义和郭玉峰是大学同学，都有博士学位，一个专攻CPU核心设计和低功耗设计，一个专攻I/O系统设计和全芯片SOC。进入天津腾飞后，郭玉峰担任主管R&D的副总经理，张成义担任战略规划部总经理。站在40岁门槛上的两个“油腻中年男人”，有一个共同的特点——都自称有一颗文艺心。张成义称郭玉峰为“乳臭未干的人”，因为小果会在他的朋友圈里发一首“老干部的身体”的原创诗，而平调从来没有写对过。但张成义的行动更大。他在大学对面的商住楼买了一套小公寓，和隔壁同事家开了个小清新独立书店。还好没有房租，他的月收入勉强支付唯一一个员工的工资。

虽然都是博士头衔，但感觉更像工程师而不是学者。吴军博士的畅销书《浪潮之巅》提到一个观点，“一级工程师最多能站10个二流工程师。一流的工程师天生就有责任感和好奇心。大部分都是信心满满但头脑空虚。他们直接但不粗鲁。他们不会逃避。他们不在乎工作界限，把目标放在团队而不是自己的任务上。”郭玉峰认为，腾飞团队的大部分R&D骨干都具有这一特点，这也是腾飞团队在前期用二三十人的小团队策动“大”芯片研发的关键。

近年来，“大国重武器”一词特别流行，但郭玉峰不知道他所做的是否是“大国重武器”。说不，CPU是信息系统的核心，CPU不可能是安全可控的，整个信息系统建设就像是一座建在沙砾上的建筑，随时都有倾覆的危险；说白了，这个耗费了他二十年青春的晶圆，只有1/4手掌大小，既不“大”，也不“重”。“不要看这些不相信对方的国内主要R&D球队。其实大家都不容易。几代人的愿望都集中在这一小块上。前段时间，梁宁关于国产CPU发展的一万字长的文章非常精彩，很多故事我这个资深CPU从业者都不知道。与本文的前辈相比，我们只能算是第二代了。但幸运的是，我们抓住了一个好时机，踏上了国家自主和控制的浪潮。技术革命有一波发展。当我们有幸赶上这样的浪潮，为国家做些有意义的事情时，这是我们研究人员所不能要求的幸福。”

就在昨天，全网突然打开一条消息:龙芯CPU服务器、腾飞CPU服务器、神威CPU服务器进入政府采购名单。这是国产CPU服务器首次进入政府采购名单，具有里程碑意义。