從中科院畢業后， 他一直在計算機芯片設計中拼搏，并先后組建了國產x86 CPU和芯片組研發團隊，如今作為兆芯的總工程師，指導著500人規模的研發團隊，先后負責了多顆CPU和x86-SOC芯片的自主設計研發和量產。

王惟林用“很難，真的很難”來形容從無到有的研發之路。他不僅要跟時間賽跑，用盡可能少的時間去追趕國際巨頭多年的積累， 用少得多的資源去實現技術上的突破，更需要和難以控制的外部因素較勁，比如彌漫整個行業的人才荒、成熟工程師的中途“跑路”，以及對國產芯片的質疑等等。

“一點點前進，一點點改變現狀”，王惟林深知，差距無法一日彌合，但在中國芯片人的努力下，整個行業已經以可感知的速度向前進步了。

王惟林，國家科技重大專項課題研發負責人

國產x86 CPU技術團隊負責人

上海兆芯集成電路有限公司總工程師

1

18年奮斗

從0到IC生態鏈完備

王惟林2019年的目標很明確，“完成下一代7nm驗證芯片的開發，包括新工藝下的高速高功耗設計流程和最新規格的接口IP。”

盡管又是一場硬仗，

但打過硬仗的王惟林有信心。

劍指國產處理器芯片的研發和量產，兆芯雖然成立于2013年，但它的研發團隊卻要遠早于此，王惟林是重要的組建者。“兆芯這支研發團隊其實2001年就成立了，最早是在威盛電子做芯片組。在威盛時期，這支設計團隊就是芯片組核心的研發團隊，完成了很多美國和***同事認為不可能做到的項目，曾經2次在半年內完成了新型芯片組和手機芯片的研發流片任務。可以說，在進入處理器設計之前，我們已經是國內最好的設計團隊之一，有培養好的人才、有良好的設計流程、豐富的設計經驗，”王惟林說，“到2010年，很多員工從芯片組研發的工作中分離出來，組建成了CPU研發團隊。到后來兆芯成立，這支全部由本土員工組成的國內研發團隊也隨之被納入到兆芯的體系之下。”

所謂芯片組，是一組共同工作的集成電路“芯片”，它負責將計算機的核心——微處理器和機器的其他部分相連接，是發揮處理器性能，保證整機性能和系統可靠穩定的重要部件。而CPU則是一臺計算機的運算核心和控制核心，每一臺電腦、每一部手機都由它控制，每年，我國從國外進口的CPU金額有550億到600億美元之多。

如今，CPU和芯片組，是兆芯的研發重點，有一只500人規模的軟硬件工程師團隊。王惟林仍然記得這支團隊在研發第一顆處理器芯片時的酸甜苦辣。

從0開始，消化吸收再創新。當年，兆芯引進了第一顆x86高性能處理器芯片，王惟林的團隊吸收了它的微架構，同時復現了完整的流程，“初步了解了高性能處理器完整的設計流程。”

在完成了第一顆高性能處理器芯片的消化之后，研發團隊開始對微架構和設計方法進行重新設計，他們對內核做了優化，把頻率往上拉，把功耗往下降，同時把共享總線改成共享緩存來提高效率。這樣相較于第一代芯片的40nm兩核1.6GHz60平方毫米，20瓦功耗，第二代處理器芯片在頻率和IPC（每時鐘周期指令數）提高的同時，還把內核增加了一倍，面積壓縮20平方毫米，功耗壓縮到十幾瓦。

最為重要的是，經此一役，兆芯的處理器研發團隊徹底掌握了高性能處理芯片研發的精髓。

但教訓也有很多。“做完之后發現有些性能功耗和我們的預期的不太一樣。有些設計當時考慮的比較簡單，需要再次優化。處理器需要在在選定工藝下，把握微架構，主頻，功耗的平衡，我們努力補上性能評估、功耗評估等設計流程缺失的環節，現在終于把功耗和性能的誤差控制在了1%之內。”

基于此前芯片的設計經驗和教訓，重新設計的芯片——開先KX-5000系列處理器在2016年8月成功流片了。“開先KX-5000系列處理器在內核流水線、分支預測、內存帶寬、調度算法優化和多核節點互連優化的同時，IO、Memory性能改進了很多。整機性能達到了英特爾I3的標準，除了辦公，很多桌面娛樂，游戲支持的也不錯”。

兆芯國產通用處理器性能顯著提升，應用體驗不斷改善

從最初到現在，兆芯CPU單核性能提高了2.5倍，整機性能提高了8倍多；芯片組則一直跟國際最新芯片保持同樣的性能和設計規格。在芯片生態方面，兆芯與工藝、操作系統、中間件、應用軟件、整機開發制造等環節的合作伙伴形成了一個完備的生態鏈。

2

銜枚疾進

呼吁破局IC產業「人才荒」

表面上，一切順利，但研發中的波折和困難，王惟林記憶猶新。

人力上一直處于緊繃的狀態，一兩個人的去留甚至會影響到一個設計特性的開發進度。“工程師稍微有些變化，就有可能放棄或者降低一些設計規格，”王惟林說，“第六代產品開先KX-6000的一些優化本在開先KX-5000的時候就準備做進去，但因為當時負責的工程師離職，只好收縮戰線。”

有處理器領域的權威人士曾說95年以后的論文不用看，因為架構講得都差不多了。在傳統的高性能處理器領域，這個說法確實比較貼近事實。但是國內，甚至很多國外的設計公司在面向高性能處理器芯片的研發中，設計技術和方法依然十分生澀。“這就好比，我們知道過河要搭橋，但不知道如何搭個好的橋，甚至我們猜到了很多方法，但由于時間和成本很難去試一試，”王惟林說“方法和流程，如同材料學和飛機發動機一樣，需要大量的試錯和基礎預研。”

我們要確保每一顆芯片成功。Intel、AMD研制一款芯片，大概需要5年以上的時間，甚至很多技術很早就開始預研了，而且各方面成本投入非常大，積累深厚。“我們一直處于趕路的狀態，很多現實壓力讓你沒有時間去看清楚、看細致，也沒辦法進行試錯，找出某些關鍵問題的更優解。”

而從2.0GHz到3.0GHz，到更高頻率，隨著處理器主頻的上升，芯片設計也出現新的課題。“我們只能在短時間內盡力做好，同時在一步一步往前趕，一點點改變這個現狀，一次到位很難，”王惟林說。

與此同時，可能是出于宣傳的需要或是工程師的個人偏好，注重單點性能而罔顧整體性能、穩定性、可靠性的風氣，一度也把芯片設計帶到了歧路上。“處理器要量產一定要保證可靠性、穩定性和兼容性。這個控制不住，肯定會出問題。所以，我們在做的產品， 最重要的是在保證用戶性能需球的同時，要確保用戶使用起來穩定兼容，設計上要處理好這些，比如功耗，信號的完整性，電源平面的抖動等。”

人才荒，

則是整個行業的面臨的共通困難。

王惟林每年都會去大學招聘，“以前去某中部地區著名大學招聘，每年都能招來十幾人。大概從前兩年開始，我每年只能招來幾個”，王惟林很納悶，回過頭去問這些專業的情況，才發現很多研究方向都改為軟件了。

集成電路設計行業是人才、資金和技術密集型的行業，高性能處理器更是其中尖端復雜的代表，兆芯的研發人員大部分都是碩士、博士畢業，研究方向偏硬件，投入時間和經濟回報上的不對稱，讓越來越多的優秀人才流出。“小朋友也要養家糊口”，王惟林理解這些壓力。

雖然現實艱難，但是王惟林也注意到，政府在提供更好的支持。在北京，政府做出了IC產業北設計、南制造的產業規劃，北邊的中關村集成電路產業園，集合了海思、展訊等企業，南邊則有亦莊。“這很像美國硅谷，一個園區集聚了產業鏈上下游的企業，”王惟林說。

值得關注的是，北邊的中關村集成電路產業園去年還落成了中關村集成電路科技館，面向公眾、在校學生、業內人士開放，意在提升IC產業的社會影響力，讓更多年輕人接觸IC、了解IC、投身IC，從根子上提升年輕人對這一生澀產業的認知和興趣。

中關村集成電路科技館

改變在發生，王惟林也期待和呼吁政府等部門，在人才培養、人才引進、戶口、住房等問題上，讓IC企業得到持續的支持，多方位破局困擾行業發展的「人才荒」難題。

3

國產芯片關鍵

是要能響應國家的使命召喚

一個“奇怪”的現象是，國產芯片喊了很多年，也時有成果發布，但是普通人的手機和電腦上，仍然是進口芯片一統江湖。國產芯片去哪兒了？

也正是這樣的情況，形成了大眾對國產芯片的直觀印象：砸了很多錢，但不爭氣。

“可以理解。愛之彌深、恨之彌深，大概是這樣一種態度。”對于公眾對國產芯片的質疑，王惟林認為有幾個原因：一是整個國產芯片行業的發展水平與國際相比，確實還比較初級；二是在產業的初期，很多芯片為了獲取經費拼命宣傳，只強調一些不實用的單點指標，整體的處理性能還非常差，同時不注重穩定性和可靠性，宣傳效果和實際可用性落差大。

但在經過近20年發展之后，國產芯片設計水平在摸爬滾打中取得的顯著進步也應該被看到。國產高性能處理器在很多領域是可以勝任需求的。在民政系統的婚姻登記系統、在上海銀行的柜面業務中，兆芯CPU驅動的整機都已投入使用。另外，黨的十九大會議上，數百臺的會務用機全部都采用了兆芯CPU，基于兆芯CPU的整機還成功完成了2018年中非合作論壇北京峰會的會務保障工作。