對(duì)照龍芯困境 談日本CPU的發(fā)展道路

說(shuō)到日本的CPU，很多人會(huì)問(wèn)，日本有CPU嗎？確實(shí),我們?nèi)粘＝佑|的計(jì)算機(jī)基本都是wintel，CPU基本都是美國(guó)公司的。其實(shí)日本有很多種CPU，在中國(guó)也被廣泛應(yīng)用，只是我們很難看到它，被嵌入了，不象有個(gè)什么“Intelinside”的牌子。當(dāng)然，在中國(guó)嵌入式開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，日本CPU的應(yīng)用也比較少，低端的多為51、PIC、AVR系列，高端的則是ARM一統(tǒng)天下，總之是八國(guó)聯(lián)軍。我想大概是因?yàn)槿毡綜PU的相關(guān)支持工具和文檔資料大多用日文寫(xiě)的，一般中國(guó)人看不懂。相比之下，歐美的CPU就比較好接受。看起來(lái)，CPU東西，自己的文化弱了，推廣起來(lái)也比較困難。不過(guò)，在日本，日本CPU絕對(duì)是主流，從低端到高端。從我使用的情況看，比歐美系的CPU好用，功能全面集成度高。日本的CPU大概叫關(guān)起門來(lái)自己爽。

談CPU先要談與CPU直接相關(guān)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)——半導(dǎo)體。日本的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起步不算早。直到70年代初，日本半導(dǎo)體需要量的7-8成還需要依靠進(jìn)口。當(dāng)時(shí)中國(guó)正處于文化大革命，經(jīng)濟(jì)崩潰，知識(shí)分子被關(guān)牛棚，工農(nóng)兵大學(xué)生和外行領(lǐng)導(dǎo)內(nèi)行導(dǎo)致科研機(jī)構(gòu)一片混亂。即使這樣，日本當(dāng)年還需要從中國(guó)進(jìn)口半導(dǎo)體制造設(shè)備。 

這時(shí)候，日本的電電公社，現(xiàn)在NTT的前身，相當(dāng)于中國(guó)電信，發(fā)揮了很大作用。電電公社堅(jiān)決采購(gòu)國(guó)產(chǎn)電話交換機(jī)，并堅(jiān)持使用國(guó)產(chǎn)的半導(dǎo)體，組織協(xié)調(diào)日本的半導(dǎo)體企業(yè)協(xié)作攻關(guān)。反面則是電電公社搞壟斷，高昂的電話初裝費(fèi)和軟預(yù)算赤字財(cái)政。1976年，日本政府成立半導(dǎo)體的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家的力量進(jìn)行攻關(guān)。國(guó)家戰(zhàn)略的結(jié)果，使日本半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。 

國(guó)家扶持和計(jì)劃，使日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)與美國(guó)有很大的不同。最大的特點(diǎn)是大而全，小而全，自產(chǎn)自銷。在初期，半導(dǎo)體的生產(chǎn)幾乎100%在本企業(yè)或本集團(tuán)內(nèi)消費(fèi)了。即使現(xiàn)在，也有很大比例是在本企業(yè)本集團(tuán)內(nèi)消費(fèi)。這與美國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)基本外銷很不相同。比如，日立生產(chǎn)的半導(dǎo)體，很大比例在日立集團(tuán)內(nèi)部消費(fèi)了，如日立的家電、精機(jī)、重機(jī)、工廠等等。而Intel的半導(dǎo)體則很少自己用，絕大多數(shù)都賣給其它用戶。原因是日本半導(dǎo)體的起點(diǎn)低，性能質(zhì)量?jī)r(jià)格面并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，只能自產(chǎn)自銷，大而全小而全，發(fā)展半導(dǎo)體是作為國(guó)家及本企業(yè)集團(tuán)的戰(zhàn)略，而不是一時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益。要經(jīng)濟(jì)效益還不如直接買美國(guó)的。 

日本的這種做法，引起美國(guó)的不滿，認(rèn)為這是計(jì)劃經(jīng)濟(jì)違反了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律云云。日本人也頗不滿，自己的電電公社雖然搞軟預(yù)算赤字財(cái)政，畢竟還是企業(yè)。而美國(guó)的國(guó)防部則完全是軟預(yù)算，完全不講經(jīng)濟(jì)效益。就中國(guó)是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的信徒，在日本半導(dǎo)體突飛猛進(jìn)的時(shí)候，中國(guó)迎來(lái)了改革開(kāi)放的春風(fēng)，引進(jìn)市場(chǎng)機(jī)制的葵花寶典，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)就揮刀自宮了。同時(shí)自宮的產(chǎn)業(yè)還有很多。自宮的結(jié)果，使中國(guó)這近30年取得了世人矚目的經(jīng)濟(jì)成就。欲練神功需要揮刀自宮，這是顛撲不破的真理。 

國(guó)家戰(zhàn)略和計(jì)劃的引領(lǐng)下，日本半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝突飛猛進(jìn)，但需要高超設(shè)計(jì)技巧的CPU卻沒(méi)有很大突破。中國(guó)經(jīng)歷了10年文革的摧殘，1977年研制成功了專用的彈載16位CPU。美國(guó)的CPU在1970年代末期形成了Intel的86系和Motorola的68系CPU。兩強(qiáng)爭(zhēng)霸，都想擴(kuò)大市場(chǎng)占有率樹(shù)立事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，但又受限于產(chǎn)能不足。于是找到日本廠家，日本廠家以許可證方式生產(chǎn)與美國(guó)兼容的CPU，作為第二供貨方，這是日本CPU的起步。

日立承接的是Motorola的MC680X和MC68000，日立生產(chǎn)的MC68就叫HD68。NEC則承接Intel的86，形成V20、V30系的CPU。日本沒(méi)有與國(guó)際接軌，融入國(guó)際社會(huì)的心思，喜歡自定標(biāo)準(zhǔn)，自搞一套。當(dāng)80年代初IBMPC風(fēng)靡全球時(shí)，日本自搞了一個(gè)PC98。手機(jī)也是自成系統(tǒng)。這以中國(guó)不同，在中國(guó)與國(guó)際接軌是政治正確，雄心壯志早被閹了，想自立體系想都不敢想。當(dāng)然，PC98最終沒(méi)有抵抗住IBMPC，在幾年前還是最終放棄了，但畢竟日本曾經(jīng)奮斗過(guò)，很多事也是謀事在人成事在天，但奮斗的心不能死。 

1984年，作為日本國(guó)策的TRON項(xiàng)目開(kāi)始實(shí)施。TRON項(xiàng)目是集計(jì)算機(jī)OS和CPU設(shè)計(jì)一體的大型計(jì)劃。涵蓋的目標(biāo)非常廣泛，從實(shí)時(shí)控制到桌面系統(tǒng)，從工廠自動(dòng)化到商業(yè)應(yīng)用，無(wú)所不包。目的要建立日本獨(dú)立的計(jì)算機(jī)軟硬件體系。即阻止外國(guó)系統(tǒng)對(duì)日本的滲透，又想在世界中樹(shù)立日本的標(biāo)準(zhǔn)。 

1984年也是中國(guó)關(guān)鍵的一年。是年年底，通過(guò)了城市改革的決議，拉開(kāi)了城市改革的序幕。這一年還是“鬼門關(guān)”，無(wú)論項(xiàng)目是否成功，這一年都必須下馬停止。時(shí)隔20年后，許多項(xiàng)目才重新開(kāi)始，或者再也沒(méi)有可能開(kāi)始了。這一年大概可以稱為中國(guó)的“自宮年”。中國(guó)需要集中精力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，改善生活。我們的目的是喝水，再也不能干挖井的蠢事了，這些“奇技淫巧”還是算了吧。 

作為TRON項(xiàng)目的結(jié)果。1987年，日立發(fā)布了H8/H16/H32三款CPU，分別是8位/16位/32位。其時(shí)日本產(chǎn)品在歐美市場(chǎng)上咄咄逼人，即便作為86和68系CPU的第二供貨商，也有喧賓奪主侵奪美國(guó)原廠商市場(chǎng)份額的勢(shì)頭。這些引發(fā)了日美貿(mào)易摩擦，美國(guó)政府向日本政府施加壓力，小胳膊畢竟沒(méi)有扭過(guò)大腿。TRON計(jì)劃被大幅度縮小，只限定在實(shí)時(shí)嵌入式領(lǐng)域。Intel和Motorola分別向NEC和日立提起訴訟，禁止它們?cè)偕a(chǎn)銷售與86和68系兼容的芯片。這些訴訟最后都在庭外和解了，作為和解的結(jié)果，H16由于酷似Motorola的68被放棄了，H32由于TRON項(xiàng)目縮小也被放棄了。H8雖然也大量承襲了68的設(shè)計(jì)，但總算被保留了下來(lái)。 

日本歷史上有過(guò)多次失敗，但雄心壯志從來(lái)就沒(méi)有熄滅過(guò)。雖然有時(shí)必須認(rèn)命，被外力宮去大半，但雄心不死，還有重生的機(jī)會(huì)。中國(guó)則精神上萎靡了，不用別人動(dòng)手，就自宮了。即便有人勸說(shuō)中國(guó)能行，但始終堅(jiān)挺不起來(lái)。 

日立的H8雖然是8位的CISC設(shè)計(jì)，隨著時(shí)代發(fā)展，逐步擴(kuò)展到16位和32位。并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了RISC型的SuperH系列SH1/SH2/SH3/SH4。SH1/SH2定位于實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域，SH3/SH4則定位于信息處理。NEC則發(fā)展了自己獨(dú)自的78和V850系列。 

這些CPU都定位于嵌入式領(lǐng)域，避免與美國(guó)直接沖突。嵌入式領(lǐng)域市場(chǎng)龐大并被細(xì)分，手機(jī)、游戲機(jī)、汽車、各種家用電器、各種生產(chǎn)裝置……，這些領(lǐng)域都是日本的強(qiáng)勢(shì)領(lǐng)域。這些東西和我們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)，但我們往往覺(jué)察不到它們里面計(jì)算機(jī)的存在。在嵌入式領(lǐng)域?qū)PU的性能要求并不很高，很難出現(xiàn)贏家通吃的局面。日本CPU的最高主頻目前還沒(méi)有超過(guò)1GHz，NEC的V850的一款CPU號(hào)稱是世界上主頻最低的32位RISCCPU，只有20MHz，但卻有著極低的功耗。

嵌入式領(lǐng)域性能不是主要因素，有自己的特色就可以在市場(chǎng)中找到定位點(diǎn)。 
嵌入式應(yīng)用需要豐富的接口，光CPU遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。日本的CPU一大特點(diǎn)是集成了豐富的接口，A/D、D/A、PWM、定時(shí)器/技數(shù)器、各種通信協(xié)議、圖象聲音的編解碼器、Flash、SRAM甚至還集成了大容量的DRAM。包含接口的不同，形成一個(gè)完整的系列，根據(jù)具體應(yīng)用的需要選擇具體的CPU型號(hào)。往往一個(gè)單片就可以構(gòu)造一個(gè)完整的應(yīng)用系統(tǒng)。 

軟件系統(tǒng)雖然TRON被大幅度縮小，成了uITRON，TRON前面的uI分別代表微型和工業(yè)的意思。小有小的好處，正好適應(yīng)這種資源嚴(yán)重受限的嵌入式應(yīng)用環(huán)境。WindowsCE和Linux則龐大笨重，于是uITRON占了日本近一半的市場(chǎng)份額。uITRON只是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，并不是具體實(shí)現(xiàn)，具體的軟件有好幾種，其中也有免費(fèi)開(kāi)源的uITRON。當(dāng)然這些日本CPU也能運(yùn)行WindowsCE和Linux。據(jù)說(shuō)SH3是世界上第一種運(yùn)行WindowsCE的CPU。 

軟件和硬件系統(tǒng)的結(jié)合，使日本的CPU在日本市場(chǎng)上成為主導(dǎo)，外國(guó)CPU占的市場(chǎng)份額很小。這與中國(guó)不同，中國(guó)則是被八國(guó)聯(lián)軍占領(lǐng)了。日本的出版教育界也功不可沒(méi)。有名的CQ出版社出版的電子雜志詳細(xì)介紹這些本國(guó)CPU用法和特點(diǎn)，還免費(fèi)贈(zèng)送這些CPU的實(shí)驗(yàn)板。還免費(fèi)提供這些CPU的軟核，在FPGA中實(shí)現(xiàn)自己的系統(tǒng)，用于研究和教學(xué)。學(xué)生時(shí)代的教育就使用本國(guó)的CPU，工作后自然而然就使用本國(guó)的CPU。中國(guó)的教育原來(lái)是Z80，后來(lái)是8051，于是學(xué)生畢業(yè)后就用這些外國(guó)CPU。 

國(guó)家戰(zhàn)略、科研、教育、產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，使日本CPU產(chǎn)業(yè)從無(wú)到有，由弱到強(qiáng)，獨(dú)樹(shù)一幟。中國(guó)這四個(gè)方面相互脫節(jié)，國(guó)家戰(zhàn)略是建立市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制，不惜摧毀自己獨(dú)立的科研和產(chǎn)業(yè)體系?？蒲忻媸菃未颡?dú)斗，在整個(gè)國(guó)家當(dāng)作點(diǎn)綴存在。教育是面向世界，為留學(xué)和外企培養(yǎng)人才。產(chǎn)業(yè)則基本被賣掉了，外資企業(yè)挑大梁。這樣的環(huán)境中，發(fā)展自己的CPU產(chǎn)業(yè)何等艱難。聰明如陳進(jìn)的，一開(kāi)始就認(rèn)為事不可為，打磨芯片交差，科研經(jīng)費(fèi)落袋。方舟則是在中途醒悟，還是搞房地產(chǎn)來(lái)錢快。就剩下愚公龍芯繼續(xù)奮斗，但不知道紅旗能打多久。