新形势下，筑牢数字安全屏障需要构建独立于Wintel体系（Windows操作系统和Intel CPU）和AA体系（Android操作系统和ARM CPU）的开放信息技术体系。

当前，我国信息产业面临巨大变局。国际贸易的不确定性倒逼国内许多行业和企业使用自主研发的CPU和操作系统。Windows黑屏、WindowsXP系统停服、制裁中兴、制裁华为、俄乌冲突等系列事件的发生，驱使政府和企业更加重视自主信息技术体系的建设。近年来，我国出台《中华人民共和国网络安全法》《关键信息基础设施安全保护条例》等法律法规，对公共通信和信息服务、能源、交通、水利、金融、公共服务、电子政务等重要行业和领域，以及其他一旦遭到破坏、丧失功能或者数据泄露，可能严重危害国家安全、国计民生、公共利益的关键信息基础设施，在网络安全等级保护制度的基础上，实行重点保护。

面对美国不断加码的对华半导体制裁，引进国外技术的CPU芯片等关键软硬件难以根本改变信息产业核心技术受制于人的局面，只有加强底层核心技术的自主研发，解决信息产业“卡脖子”问题，才能真正打通我国信息产业发展的“痛点”和“堵点”，构建信息产业新发展格局，实现信息产业的自立自强。

信息产业链的“卡脖子”问题分析

从技术依赖的角度，信息技术体系从上到下可以分为四个层次。最上面的是第四层，即应用层，如办公系统、电商、游戏等；第三层是整机层，如服务器、打印机、网络设备、行业终端等；第二层是以CPU芯片及以操作系统为代表的基础软硬件层。目前，我国信息产业在第四层和第三层发展较好，不大受制于人。第二层的CPU和操作系统经过自主化应用的带动也取得长足进步，但CPU和操作系统还没有“到底”，第二层下面还有一层，即第一层，这一层包括三个方面——指令系统、芯片核心IP模块、芯片生产工艺，是目前“卡脖子”问题的关键所在。

其中，指令系统是计算机最重要的知识产权，决定了软件的编码表征与存储格式，承载着软件生态的发展创新，是建立独立生态系统的基础。芯片核心IP模块，如CPU核、GPU核、内存接口、高速IO（输入输出）接口等，决定了一个芯片的性能、成本、功耗和安全性，我国目前绝大多数SOC芯片都是基于国外的CPU核、GPU核、内存接口及高速IO接口IP核组合出来的。芯片生产工艺，尤其是我国芯片生产线中的材料和设备在很大程度上还受制于人，正在攻关解决。

上述“卡脖子”问题对我国信息产业的高质量发展造成阻碍。因此，构建信息产业国内大循环需要打通三大环节的“卡脖子”问题：一是基于自主IP核的芯片设计；二是基于自主工艺的芯片生产；三是基于自主指令系统的软件生态。

基于自主IP核的芯片设计，性能已达到国际主流水平。龙芯CPU的主要IP核均已完成自主研发，形成了包括系列化CPU核心、GPU核心、内存接口、高速总线接口等上百种IP核。经过20多年的不断迭代发展，龙芯CPU性能已达到国际主流CPU水平。从发展历程看，2002年推出的“龙芯1号”，单核性能与当时市场主流产品性能相差20多倍；2021年推出的龙芯3A5000，单核性能与市场主流产品性能已经相差不到1倍；2023年最新完成流片的龙芯3A6000，根据测试结果表明，其总体性能指标与2020年Intel第十代酷睿水平相当。

基于自主工艺的芯片生产，能够满足自主CPU研制要求。从工艺发展趋势看，近年来，国际主流工艺演进放缓、新工艺的边际效益不断降低，主要表现在：工艺发展从18个月升级一代变为三至五年升级一代；新工艺的性能、功耗边际效益逐步降低，晶圆成本反而大幅提高。另外，随着芯片算力的不断提高，CPU芯片瓶颈转移，带宽问题成为CPU发展的主要瓶颈，需要通过先进封装等方式来缓解。目前，我国境内工艺已经基本满足我国自主信息化建设的要求，但包括光刻机等在内的设备还受制于人。自主CPU应该通过自主设计和系统优化摆脱对境外最先进工艺的依赖。一是通过自主设计IP核，克服境内工艺IP不够丰富的缺点；二是通过设计优化提升性能，克服境内工艺性能偏低的缺点；三是通过封装级优化提高性能；四是通过系统优化大幅提升性能。

基于自主指令系统构建软件生态，建成与X86和ARM并列的基础软件生态。指令系统是生态软件的基础，X86支撑Wintel体系，ARM支撑AA体系。指令系统是计算机软硬件之间的“语言”，中国人可以用国外指令系统设计CPU产品，但无法基于国外指令系统构建自主信息技术体系和产业生态。正如美国有X86、欧洲有ARM，我们需要发展自主的指令系统和软件生态。2020年，龙芯推出龙芯指令系统架构LoongArch（以下简称“龙架构”）。龙架构具有自主性、先进性、兼容性三方面特点，摒弃了传统指令系统中部分不适应当前软硬件设计技术发展趋势的陈旧内容，吸纳了近年来指令系统设计领域诸多先进技术发展成果。经过多年努力，龙架构已建成与X86和ARM并列的顶层基础软件生态。龙架构得到上游国际开源软件界的认可与支持，编译器、虚拟机、浏览器、图形系统等上百个国际开源社区原生支持龙架构，几十名龙芯员工成为相关软件的维护者，提升了我国在上游开源社区的发言权。统信、麒麟操作系统及欧拉、龙蜥、鸿蒙等操作系统社区均推出龙架构版本。

信息技术体系的四个层次

龙架构应用软件生态建设“三步走”计划

打牢CPU和操作系统的基础后，龙芯下一步工作重点是应用软件生态的建设。龙芯CPU应用软件生态建设将分三步走：一是夯实基础，原生支持Linux平台全部主流基础软件和应用环境；二是广泛兼容，通过高效的二进制翻译运行X86和ARM平台上的应用；三是自主应用，推出自主编程框架，构建自主应用体系。

夯实基础，完成Linux基础软件体系建设。龙芯CPU已原生支持Linux全部主流基础软件和应用环境。但由于开源Linux的弱组织性，硬件兼容性和应用兼容性是Linux系统普遍存在的问题。针对硬件兼容性问题，龙芯通过研发统一的系统架构，实现操作系统跨主板整机兼容和CPU代际兼容，使得“任意一套龙芯操作系统可以在不同厂商、不同时期的龙芯整机上安装”，标准规范体系涉及指令、固件、整机、内核等。针对应用兼容性问题，龙芯通过研发应用兼容框架，实现不同版本Linux操作系统的应用兼容，形成了龙芯自身平台上可持续兼容发展的Linux系统生态。

广泛兼容，通过二进制翻译实现跨平台兼容。为了弥补早期国产Linux应用生态不足的问题，龙架构在设计之初就考虑通过指令系统的创新设计与二进制翻译技术，兼容支持X86和ARM跨平台应用。为了实现从X86平台到龙芯平台的高效二进制翻译，需要从三个层次展开工作：一是为了提高二进制翻译性能增加专门指令，龙架构为此增加了一个包含170多条指令的二进制翻译扩展（LBT，Loongson Binary Translation）；二是实现从X86指令到龙架构指令的二进制翻译器；三是为了运行X86的Windows应用，在Linux上完善和优化开源Wine系统模拟出Windows的系统调用和驱动程序等功能。目前，龙芯Linux平台上已经可以直接运行如Windows游戏、PhotoShop等上百款X86+Windows平台的关键应用，并推出IE兼容的龙芯浏览器、支持模拟Windows打印驱动的打印机利旧软件等，形成了良好的跨平台生态兼容模式。

自主应用，形成创新发展的新格局。自主编程框架是自主操作的本质特征。Windows、Android等操作系统都不存在适配问题，是因为它们有自己的编程框架。我国的操作系统由于没有自主的编程语言和编程框架，只能跟着开源的升级而不断升级，导致应用生态发散和无休止的适配。针对这种情况，龙芯将在充分调研Android、IOS和Windows编程框架的基础上提出自主编程框架，打造“自主指令系统+自主编程框架”的自主软件生态的底座，最终形成自主应用生态。

不忘初心、牢记使命。“构建安全可控的信息技术体系”是习近平总书记的殷切嘱托，更是我们的光荣使命。龙芯经过20多年的自主研发，实现了通用CPU的技术“补课”，夯实了自主信息技术体系基础，正在开启自主信息产业生态建设的新征程，为保障国家网络安全、建立自主可控的信息技术体系和产业生态作出积极贡献。