简谈日本CPU的发展道路

作者：愚蠢小猪

近一段时间忙，没有时间写文章。其实是文章好写，资料难收集。不久前在网上看到一篇文章《尴尬中国芯：龙芯CPU的艰涩之旅》，感觉到龙芯CPU前途很不妙。正好自己的工作与CPU有些关联，正好轻车熟路写写日本CPU的发展。对照看看龙芯CPU为什么会陷入困境。

说到日本的CPU，很多人会问，日本有CPU吗？确实,我们日常接触的计算机基本都是wintel，CPU基本都是美国公司的。其实日本有很多种CPU，在中国也被广泛应用，只是我们很难看到它，被嵌入了，不象有个什么“Intel inside”的牌子。当然，在中国嵌入式开发领域，日本CPU的应用也比较少，低端的多为51、PIC、AVR系列，高端的则是ARM一统天下，总之是八国联军。我想大概是因为日本CPU的相关支持工具和文档资料大多用日文写的，一般中国人看不懂。相比之下，欧美的CPU就比较好接受。看起来，CPU这东西，自己的文化弱了，推广起来也比较困难。不过，在日本，日本CPU绝对是主流，从低端到高端。从我使用的情况看，比欧美系的CPU好用，功能全面集成度高。日本的CPU大概叫关起门来自己爽。

谈CPU先要谈与CPU直接相关的基础产业——半导体。日本的半导体产业起步不算早。直到70年代初，日本半导体需要量的7-8成还需要依靠进口。当时中国正处于文化大革命，经济崩溃，知识分子被关牛棚，工农兵大学生和外行领导内行导致科研机构一片混乱。即使这样，日本当年还需要从中国进口半导体制造设备。

这时候，日本的电电公社，现在NTT的前身，相当于中国电信，发挥了很大作用。电电公社坚决采购国产电话交换机，并坚持使用国产的半导体，组织协调日本的半导体企业协作攻关。反面则是电电公社搞垄断，高昂的电话初装费和软预算赤字财政。1976年，日本政府成立半导体的国家实验室，国家的力量进行攻关。国家战略的结果，使日本半导体生产技术达到了世界领先水平。

国家扶持和计划，使日本半导体产业与美国有很大的不同。最大的特点是大而全，小而全，自产自销。在初期，半导体的生产几乎100%在本企业或本集团内消费了。即使现在，也有很大比例是在本企业本集团内消费。这与美国半导体企业基本外销很不相同。比如，日立生产的半导体，很大比例在日立集团内部消费了，如日立的家电、精机、重机、工厂等等。而Intel的半导体则很少自己用，绝大多数都卖给其它用户。原因是日本半导体的起点低，性能质量价格面并没有优势，只能自产自销，大而全小而全，发展半导体是作为国家及本企业集团的战略，而不是一时的经济效益。要经济效益还不如直接买美国的。

日本的这种做法，引起美国的不满，认为这是计划经济违反了市场经济规律云云。日本人也颇不满，自己的电电公社虽然搞软预算赤字财政，毕竟还是企业。而美国的国防部则完全是软预算，完全不讲经济效益。就中国是市场经济的信徒，在日本半导体突飞猛进的时候，中国迎来了改革开放的春风，引进市场机制的葵花宝典，半导体产业就挥刀自宫了。同时自宫的产业还有很多。自宫的结果，使中国这近30年取得了世人瞩目的经济成就。欲练神功需要挥刀自宫，这是颠扑不破的真理。

国家战略和计划的引领下，日本半导体生产工艺突飞猛进，但需要高超设计技巧的CPU却没有很大突破。中国经历了10年文革的摧残，1977年研制成功了专用的弹载16位CPU。美国的CPU在1970年代末期形成了Intel的86系和Motorola的68系CPU。两强争霸，都想扩大市场占有率树立事实上的标准，但又受限于产能不足。于是找到日本厂家，日本厂家以许可证方式生产与美国兼容的CPU，作为第二供货方，这是日本CPU的起步。

日立承接的是Motorola的MC680X和MC68000，日立生产的MC68就叫HD68。NEC则承接Intel的86，形成V20、V30系的CPU。日本没有与国际接轨，融入国际社会的心思，喜欢自定标准，自搞一套。当80年代初IBM PC风靡全球时，日本自搞了一个PC98。手机也是自成系统。这以中国不同，在中国与国际接轨是政治正确，雄心壮志早被阉了，想自立体系想都不敢想。当然，PC98最终没有抵抗住IBM PC，在几年前还是最终放弃了，但毕竟日本曾经奋斗过，很多事也是谋事在人成事在天，但奋斗的心不能死。

1984年，作为日本国策的TRON项目开始实施。TRON项目是集计算机OS和CPU设计一体的大型计划。涵盖的目标非常广泛，从实时控制到桌面系统，从工厂自动化到商业应用，无所不包。目的要建立日本独立的计算机软硬件体系。即阻止外国系统对日本的渗透，又想在世界中树立日本的标准。

1984年也是中国关键的一年。是年年底，通过了城市改革的决议，拉开了城市改革的序幕。这一年还是“鬼门关”，无论项目是否成功，这一年都必须下马停止。时隔20年后，许多项目才重新开始，或者再也没有可能开始了。这一年大概可以称为中国的“自宫年”。中国需要集中精力发展经济，改善生活。我们的目的是喝水，再也不能干挖井的蠢事了，这些“奇技淫巧”还是算了吧。

作为TRON项目的结果。1987年，日立发布了H8/H16/H32三款CPU，分别是8位/16位/32位。其时日本产品在欧美市场上咄咄逼人，即便作为86和68系CPU的第二供货商，也有喧宾夺主侵夺美国原厂商市场份额的势头。这些引发了日美贸易摩擦，美国政府向日本政府施加压力，小胳膊毕竟没有扭过大腿。TRON计划被大幅度缩小，只限定在实时嵌入式领域。Intel和Motorola分别向NEC和日立提起诉讼，禁止它们再生产销售与86和68系兼容的芯片。这些诉讼最后都在庭外和解了，作为和解的结果，H16由于酷似Motorola的68被放弃了，H32由于TRON项目缩小也被放弃了。H8虽然也大量承袭了68的设计，但总算被保留了下来。

日本历史上有过多次失败，但雄心壮志从来就没有熄灭过。虽然有时必须认命，被外力宫去大半，但雄心不死，还有重生的机会。中国则精神上萎靡了，不用别人动手，就自宫了。即便有人劝说中国能行，但始终坚挺不起来。

日立的H8虽然是8位的CISC设计，随着时代发展，逐步扩展到16位和32位。并在此基础上发展了RISC型的SuperH系列SH1/SH2/SH3/SH4。SH1/SH2定位于实时控制领域，SH3/SH4则定位于信息处理。NEC则发展了自己独自的78和V850系列。

这些CPU都定位于嵌入式领域，避免与美国直接冲突。嵌入式领域市场庞大并被细分，手机、游戏机、汽车、各种家用电器、各种生产装置……，这些领域都是日本的强势领域。这些东西和我们日常生活密切相关，但我们往往觉察不到它们里面计算机的存在。在嵌入式领域对CPU的性能要求并不很高，很难出现赢家通吃的局面。日本CPU的最高主频目前还没有超过1GHz，NEC的V850的一款CPU号称是世界上主频最低的32位RISC CPU，只有20MHz，但却有着极低的功耗。嵌入式领域性能不是主要因素，有自己的特色就可以在市场中找到定位点。

嵌入式应用需要丰富的接口，光CPU远远不够。日本的CPU一大特点是集成了丰富的接口，A/D、D/A、PWM、定时器/技数器、各种通信协议、图象声音的编解码器、Flash、SRAM甚至还集成了大容量的DRAM。包含接口的不同，形成一个完整的系列，根据具体应用的需要选择具体的CPU型号。往往一个单片就可以构造一个完整的应用系统。

软件系统虽然TRON被大幅度缩小，成了uITRON，TRON前面的uI分别代表微型和工业的意思。小有小的好处，正好适应这种资源严重受限的嵌入式应用环境。Windows CE和Linux则庞大笨重，于是uITRON占了日本近一半的市场份额。uITRON只是一个标准，并不是具体实现，具体的软件有好几种，其中也有免费开源的uITRON。当然这些日本CPU也能运行Windows CE和Linux。据说SH3是世界上第一种运行Windows CE的CPU。

软件和硬件系统的结合，使日本的CPU在日本市场上成为主导，外国CPU占的市场份额很小。这与中国不同，中国则是被八国联军占领了。日本的出版教育界也功不可没。有名的CQ出版社出版的电子杂志详细介绍这些本国CPU用法和特点，还免费赠送这些CPU的实验板。还免费提供这些CPU的软核，在FPGA中实现自己的系统，用于研究和教学。学生时代的教育就使用本国的CPU，工作后自然而然就使用本国的CPU。中国的教育原来是Z80，后来是8051，于是学生毕业后就用这些外国CPU。

国家战略、科研、教育、产业相结合，使日本CPU产业从无到有，由弱到强，独树一帜。中国这四个方面相互脱节，国家战略是建立市场经济体制，不惜摧毁自己独立的科研和产业体系。科研面是单打独斗，在整个国家当作点缀存在。教育是面向世界，为留学和外企培养人才。产业则基本被卖掉了，外资企业挑大梁。这样的环境中，发展自己的CPU产业何等艰难。聪明如陈进的，一开始就认为事不可为，打磨芯片交差，科研经费落袋。方舟则是在中途醒悟，还是搞房地产来钱快。就剩下愚公龙芯继续奋斗，但不知道红旗能打多久。