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发布时间:2019-02-21 15:16:38 影响了:

  “做不成我提头来见!”      2000年10月,中国科技大学,胡伟武在校园里疾步走着。胡伟武离开母校已经十年,这次是代表中科院计算所回来搞招生宣传――他现在已经是研究员、博士生导师了。但是当他推开实验室的大门,看到桌上满是芯片、电容、电阻、电烙铁……他的眼睛不由湿润了。
  那些没日没夜与逻辑门、触发器、译码器、选择器玩儿命的日子,靠手工焊接连线制作处理器的日子,对他而言有一种深深的诱惑。此刻,他有一种重操旧业的冲动。
  他拨通了一个电话。
  电话是打给计算所体系结构研究室主任唐志敏的,唐志敏正在负责筹备我国自主知识产权的芯片――龙芯设计的总体规划和实施。胡伟武在电话里说:“给我两年时间,做不成我提头来见!”
  
  激情比经验更重要
  
  2000年11月,中科院计算所正式启动CPU设计项目。
  这一年,胡伟武32岁,唐志敏35岁。他们能行吗?计算所的所长李国杰院士是坚定的支持派。他认为中国信息产业要实现跨越式的发展,突破点正是芯片产业的做大做强。他相信:“在信息技术领域,经验不见得是最重要的,只要有一定的研究基础,有激情,有一个团结的群体,就能够获得成功。”他大胆决策,拿出所里一半的运转经费1000万元投入龙芯CPU项目。
  胡伟武是一个很讲义气的人,决定了去做芯片,他就把别的项目都推掉了,把出国邀请函放进抽屉里,全身心扑到龙芯CPU上。困了,就在实验室里打个盹儿;醒了,再接着干。胡伟武办公室墙上挂着毛主席头像和毛主席诗词“红军不怕远征难,万水千山只等闲……”,他似乎在伟人的目光下指挥着一场不见腥风血雨但是同样残酷的战争。
  胡伟武的女儿才六岁多,在院里的小学读书,小姑娘知道爸爸很忙,只提了一个很小的要求:希望爸爸可以陪她一起坐班车回家。但是,自从项目启动,胡伟武一次都没能兑现。有一次,小姑娘忍不住哭了,一边哭一边说:“爸爸你就知道你的CPU,不管我和妈妈了。”胡伟武心里很难受,但还是硬着心肠没有答应。女儿看到爸爸很难过,后来不哭了,她说:“爸爸你一定要做成功,你要是做CPU做不过帝国主义,我以后接着做。”
  那一刻,胡伟武百感交集,将女儿紧紧搂在怀中。
  
  “狗剩”他爹他妈
  
  CPU领域知识产权壁垒森严,龙芯的命运,扑朔迷离。在研究组里,大家都亲切地管“龙芯”叫“狗剩”,想的是取个贱一点儿的名字,将来好养活。
  唐志敏和胡伟武提出的方略是绕过与奔腾的抗衡,选择与MIPS兼容的RISC指令集,将龙芯定位于服务器应用。通用CPU包括用于服务器的CPU和用于PC的CPU,Intel和AMD几乎分享了PC类CPU所有的市场,而在服务器领域,还没有形成一家独大的局面。并且,MIPS公司自己不做芯片,非常支持其它厂家设计、生产以及销售与MIPS兼容的芯片,在知识产权方面比较开放。
  这个“孩子”,好像有了一线生机,可以躲过早夭的厄运。
  零零星星听到关于这个“孩子”的消息,一些人从四面八方汇聚到研究组。他们一开始也没有想到,与这个“孩子”的感情最后会是多么难以割舍。张志敏就是其中一个。
  2001年的春天,张志敏得知计算所要做CPU,非常激动,他马上打电话给李所长。他本来在航天集团工作,单位马上要派他出国做高级访问学者,他说他可以利用出国前的时间来帮忙。
  等到看到胡伟武做的方案,张志敏就感叹,胡伟武真是很聪明,这件事肯定能成。
  胡伟武也把张志敏称为“最佳搭档”,因为张志敏做工程出身,项目管理的经验丰富,与理论见长的胡伟武正好互补。做到后来,张志敏连国也不出了,主任的待遇也不要了,留下来和大家一起做“狗剩”他爹他妈。
  
  Login:第一个大胜仗
  
  奋战到2001年8月份,考验大家的时候到了。能否通过FPGA验证,是对前一阶段逻辑设计的检验。
  胡伟武在日记中写道:
  8月12日,星期日。下班前得知第二天有领导要来所里检查工作,决定冒险把原来定的联调时间提前一周,希望一次成功。但怕万一失手会影响士气,只找了几个骨干在星期一晚上开始联调。即使发现一个很小的错误,也要修改,而修改一次设计再形成新的FPGA烧制文件,至少需要八个小时。只有一天24小时全拿来工作,才能保证有两次修改机会。
  8月13日,星期一。凌晨4点,把FPGA文件写入FPGA,没有任何动静。很快就用逻辑分析仪发现了问题。原因是启动时与主板握手机制有缺陷,导致主板一直没有撤掉复位信号。赶快修改,12点形成了新的FPGA烧制文件,写入后还是没有任何动静。晚上接着调试,发现芯片插卡上有两个焊点短路,去掉后,主板的液晶显示器上如约显示出“GODSON”(“狗剩”的英文译名)字样,立时爆发出一片欢呼。
  8月14日,星期二。我们决定连续作战,到晚上十一点左右,成功地运行经过改造的主板上的BIOS系统,相当于一个简单的操作系统,又是一片欢呼,这时课题组的其他成员才知道,我们是在龙芯上运行程序。12点,要求所有人回家睡觉。晚上雷声大作,风雨交加,以示庆贺。忽然觉得,几个月来沉重的压力稍有缓和,我却兴奋得难以入眠。
  8月15日,星期三。上班后开始试图启动LINUX操作系统,但每次都在最后进入用户态启动各种应用程序时出错。怀疑是TLB的问题,因为访问用户空间才开始使用TLB。一直跟TLB斗争了三天两夜,中间发现了不少问题,每次充满期望地改过来却总是归于失望。
  8月18日,星期六。直到吃晚饭前,才恍然大悟,发现这些天来困扰我们的问题,赶快修改。
  8月19日,凌晨两点多。形成FPGA文件并写入FPGA,2点42分,屏幕上出现了“login”字样,登录进去随便玩儿,和使用其它机器上的LINUX一样。我用vi编辑了一个文件记录这一历史时刻,兴奋得马上给唐志敏打电话报告好消息。那时虽然我们都已经极度疲惫,但在场的六个人都兴奋得毫无睡意,当晚是风雨交加,我们一直聊天到天亮。早上6点,大家回家睡觉,我连续睡了二十多个小时。
  
  一竿子插到底
  
  芯片研制分为两个大的阶段,一是逻辑设计阶段,好比写书要先形成一个草稿;之后是物理设计,好比为了把书成批印出来,要按印刷的要求进行排版。
  第一款“验证芯片”已经完成了龙芯的逻辑设计工作,很多人都劝课题组把物理设计交出去算了。毕竟计算所没有做过物理设计,但是胡伟武坚持“一竿子插到底”。
  课题组计划分两步走。A方案是委托有经验的第三方物理设计公司进行物理设计,这是一个保底方案。同时,与第三方加强交互,组织自己的队伍进行物理设计。
  原来以为春节就可以交给第三方一个综合出来的门级网表,但是RTL设计总是改了又改,可测性设计方案也一直在调整。每次解决一个问题,另一个问题又接踵而至。2002年春节,好多人留下来加班。“你回去也休息不好,心里发慌,不如在这里做事情。”胡伟武说。
  过年的时候,他们给三个实验室的门上都贴了春联,看上去喜气洋洋。有一副春联写道:辞旧岁狗剩横空出世,迎新春龙芯马到成功。还有一个横批写道:知苦不苦。
  
  团结就是力量
  
  龙芯的研究团队是一个团结的团队,彼此之间很理解。大家的目的很明确,就是把事情做成。
  胡伟武自己都承认在性格上有极端的地方,他是典型的搞科研的人,说到开会、写报告就头疼。龙芯这个大项目按经费的来源划分为好多个课题,有计算所立的、科学院立的、科技部立的等等。作为其中一些课题的负责人,立项、申请、合同、汇报等事情,胡伟武一个字都没有写过,都是唐志敏代劳。胡伟武感动地说:“我在计算所十来年,见了不少下属帮领导写报告的事,却从未见过领导帮下属写报告。”
  宽厚的唐志敏对此的说法是“大家自觉地走向了一种分工”。在现有的框架里来做事,如果还想做成这个项目,很多琐事必须去做,于是他就去做了。
  胡伟武和张志敏的合作也很有意思。胡伟武的一个重要技术决策――浮点除法是在物理设计阶段加入的。在对性能的追求上,胡伟武有科研人员的执著,而张志敏有从工程出发的冷静考虑。浮点除法部件的设计比较复杂,加入一个新的设计很可能导致大的变动,影响项目按时完工,但是胡伟武一定要做,有什么办法保证他一定能成功呢?张志敏太了解胡伟武了,于是两人打赌,三天之内搞不定浮点除法,胡伟武就绕整个北楼喊一圈“张志敏真厉害”。胡伟武是“拼命三郎”,他从不服输,结果是胡伟武组织定点除法和浮点乘法的设计人员两天就把浮点除法设计完并在FPGA中跑起来。
  胡伟武和负责测试研究的李晓维之间也是争论不断,作为测试方面的专家,李晓维强调测试的重要性,但是往芯片设计上加东西会导致在关键路径上时间又多一些,而胡伟武始终想提高频率,唐志敏的办法是让大家充分表达自己的观点,相互学习,最后彼此都很佩服对方。
  
  七天七夜
  
  课题组在4月底将网表交给第三方设计公司。事情做到这个份儿上,已经算有个交待了。但是热血沸腾的胡伟武和团队里的成员并不因此而满足。这个时候,微电子中心的黄令仪老师和她的学生也加入到这个项目中。他们的参与,使课题组自己做物理设计的进程大大加快了。
  课题组还必须拿到跟集成电路生产工艺密切相关的单元库才能开始自己的物理设计。负责办这件事情的陈岚副研究员想了很多办法,最后发现,惟一可行且合法的途径是寻求芯片制作厂商的授权。课题组将目光锁定台湾的台积电。但是,台积电的方针是只发展像IBM这样的大客户,以龙芯目前实验用的产量,对台积电来讲是笔不赚钱的买卖,怎么办?一贯埋头做学问的科研人员也要给流片厂商讲故事才行,要让对方看到自己未来潜在的市场。台积电在大陆的代表到课题组来了好几次,看项目的进展,和研究人员交谈。到2002年4月份的时候,这件事也确定下来了。
  课题组真正拿到物理库和设计规则是在6月份。当明确地知道自己具备完成物理设计的客观条件时,组里的空气顿时紧张起来。A方案已经在6月份交给台积电流片(按集成电路流水线生产标准生产芯片,行话称之为“流片”),课题组决定把自己做物理设计的方案在7月份交出去流片。
  课题组决定同时做两个物理设计,一个是实验性的B方案,一个是准备量产的正式方案――C方案,面积小,布线难度也大多了。
  C方案详细布线完成后,离截止日期不到一周的时间。马上开始检验、调整,连续加班三天三夜,课题组终于在7月3日完成了版图并通过了LVS检查。
  不料测试组在最后关头发现一个错误,重做布线已经来不及了。胡伟武通宵达旦干了24小时手工改版图,终于把这个错误也消灭了。这时候离截止日期还有一天。
  下午5点时,测试组又发现一个问题,扫描链在重连时没有根据要求连出来。听到这个消息,胡伟武的大脑变得一片空白,回到机房看到大家因连续熬夜苍白的脸,胡伟武几乎决定放弃了。胡伟武把负责物理设计的几个人召集起来说明情况,没想到负责后端版图编辑的杨旭他们马上就说我们可以手工再改版图。胡伟武眼睛一热。
  半个小时后,胡伟武在机房进行了动员,第一句话就是:“我们肩负的是历史使命,我们要做出中国第一台不依赖于洋人CPU的计算机。”手工修改网表的工作量很大,一个芯片内部几十万根线都不止,有时候改一根线用一天时间都有可能。跟厂里联系,因为是周末,课题组得到了多一天的期限。在接下来的两天两夜里,胡伟武带领大家用手工把一万多个触发器分成十几条扫描链,并连出来。由于大家都十分疲惫,胡伟武要求任何一个修改都是一人操作,另外两人在边上看着。7日凌晨三点多,最后一项工作完成,每个人在工作单上签字,大家的手都在哆嗦。
  胡伟武让所有人都回去休息,人陆续走后,胡伟武一个人呆在办公室里。他对自己说,就这样了,没什么可后悔的了。
  这已经是连续加班的第七天。
  
  这是一个激动人心的时刻
  
  在胡伟武这边做物理设计的同时,张志敏设计的主板以及由王剑和张福新负责的系统软件也基本调试完毕,一系列基于龙芯1号的应用方案也相继出台,一切等待最后的系统验证。
  长时间的等待使人变得有些疑神疑鬼。有很多次,胡伟武半夜惊醒,突然想起某个地方有个疏漏,就再也睡不着,眼睁睁挨到天亮,到单位赶快查文件证实自己错了,一颗悬着的心才落地。
  芯片终于回来了。8月9日晚9点30分,一切就绪,胡伟武把带有龙芯1号CPU的子卡插到主板上,屏住呼吸按下电源键,主板的数码管上瞬间就显示出预期的“Godson-1”字样,引起一阵欢呼。
  8月10日早上6点8分,“godson login:”的字样终于出现在显示器上,大家高兴得长时间欢呼。胡伟武抱着键盘,迫不及待地登录进去,用vi编辑龙芯1号产生的第一个文件,其中一段是这样写的:
  The great ecstasy at this moment makes all of our exhausting efforts of the past year be over paid. Though this is only a little step of a long march, it indicates the glorious future of our own CPU.
  (这是一个激动人心的时刻,过去一年里我们所有的付出孕育了这一刻。虽然,在漫长的开发道路上,我们只是踏上了一个小台阶而已,但是毫无疑问,这预示了我们自己的CPU光辉的未来。)
  快到七点的时候,胡伟武觉得没问题了,上楼到办公室给李老师和唐志敏打电话。李老师接到电话后就说:“我马上来。”没等胡伟武把地点告诉他,就把电话挂了。给唐志敏打电话,他正在北京的一个郊县开会,他兴奋地说:“太好了太好了太好了。”然后马上就往回赶。唐志敏平时很沉得住气,从来没有见过他像今天这样,跟个小孩儿似的。
  李老师和唐志敏先后来看了“狗剩”一会儿,已是早上9点了,大家谁都不困,都不想回去。本来前一晚说好调通后去天安门广场看升国旗,可是现在国旗早升起来了。胡伟武就说:“咱们还是到天安门向毛主席报告去。”结果大家一起打车去天安门,那一天,去毛主席纪念堂的人特别多,胡伟武他们排了一个多小时的队,终于得偿心愿,于是大家回去睡觉。
  8月10日调通的是A方案,即委托第三方做物理设计的方案。高兴了两天之后,大家又开始担心B方案和C方案能不能成功。
  8月29日,终于拿到了C方案的首批芯片。许彤、范宝峡和郑为民他们忍不住在焊接现场就进行联调,胡伟武在电话里严肃地说要进行处罚,但是心里很高兴。他们回来后,胡伟武又和大家一起对调通的样机进行了更多的测试,一直到凌晨十二点左右,没有发现问题,胡伟武给全组都发了一封邮件,告知C方案成功的消息。
  发完邮件后,胡伟武靠在办公室的沙发上,觉得非常累,但又睡不着。胡伟武想起一些网友去年的鼓励――“只要能做出来,再贵也要买”;想起课题组在向院党组汇报龙芯的工作出来后,江院长追出来跟李老师说:“李院士,我就把这个宝押在你身上了”;想起在机房度过的无数个不眠之夜;想起最后连续加班七天七夜的每一个细节,每一张累得毫无血色却执著不改的面孔……
  那一刻,胡伟武泪水满眶。
  
  几代人的梦想
  
  9月20日,龙芯1号通过了测试组的测试。
  9月22日,龙芯1号通过了由中国科学院组织的鉴定委员会的鉴定。
  9月28日,中国科学院举行了龙芯1号的发布会。胡伟武的恩师夏培肃院士专门来看他,她很高兴龙芯终于被做出来了。50年前,在华罗庚先生的倡议下,夏老师等三位同志组成了中国第一个计算机研究小组,现在,龙芯项目组里的很多人都是她的学生,或学生的学生。在胡伟武的提议下,龙芯1号的物理版图中,每一层金属上都刻上了“XIA50”的字样。
  
  关于龙芯2号
  
  龙芯只有在市场上取得成功才是真的成功。与龙芯配套的LINUX操作系统也已经开发成功;张志敏开始开发龙芯专用主板;曙光公司开发的龙腾服务器已经问世;与此同时,以龙芯为CPU的网络计算机也已开发成功……一个产业链初具雏形。
  芯片本身也需要不断改进,胡伟武已经开始进行龙芯2号的研制。“性能要有大幅度的提高才行。”他很自信地说。
  我不久后再去计算所采访的时候,怎么也找不到他。后来才发现,他把自己办公室的电话线拔了,埋头在里面进行封闭式开发。他很得意地对我说:“这办法不错吧?我决定了,在龙芯2号出来之前,我不会再抛头露面了……”
  (刘明摘自《中国青年》2002年第23期)
  

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