绕过“巨龙”：龙芯笔记本与 OpenBSD 的折腾之旅

背景

这篇文章源自 Hacker News 上的一篇技术博客，作者是一位拥有大量非主流笔记本电脑收藏的资深极客。他近期入手了一台基于 MIPS 架构的国产笔记本电脑——联想（Lenovo）旗下的“叶龙”（Yeeloong），并成功在其上运行了 OpenBSD 操作系统。

对于作者而言，这台机器不仅填补了他收藏中 MIPS 家族系统的空白，更是一个绝佳的学习机会：他主要使用 NetBSD，而借此机会深入探索 OpenBSD 在高度便携且架构独特的设备上的表现。然而，这次折腾远比预期漫长，作者坚持从 SD 卡启动、尝试从源码编译浏览器等“不走寻常路”的行为，进一步增加了难度。

文章的核心切入点在于追溯这台设备中“中国 MIPS 衍生架构”的起源。这并非作者团队首次接触 MIPS 架构的笔记本电脑（此前曾报道过 IBM 的 MIPS 非 ThinkPad 以及 Sun Ray 笔记本），但这是他们拥有的第一台 64 位 MIPS 笔记本，也是体积最小的一台。其处理器的身世尤为复杂：早期芯片的技术文档主要使用中文，而作者坦言自己的中文翻译能力甚至不如日语。因此，在中文一手资料与西方二手报道存在分歧时，作者倾向于采信中文原始资料，并对此可能产生的误差表示歉意。

核心内容

国家意志与 863 计划

中国长期以来将本土技术视为摆脱外国利益控制、实现独立自主的关键。早期电子工业主要集中在国防领域。直到 1980 年代，中国政府意识到自己在新技术发展中落后，特别是受到美国“战略防御计划”（SDI，即“星球大战”计划）的启发。SDI 不仅涉及太空核武器拦截，还通过 SDI 组织向基础科学研究投入了大量资金，苏联、日本和欧洲也进行了类似的平行努力。

作为回应，邓小平推动了“863 计划”（国家高技术研究发展计划）。该计划于 1986 年 3 月由多位科学家和工程师提出，邓小平在报告上批示：“此事必须尽快决定，不可延误。”863 计划涵盖生物技术、航天、激光、自动化、能源、新材料和信息技术等多个领域，时间跨度为十五年。它随后成为“七五”计划及后续五年计划的国家政策，到 1988 年已成为中国首要的工业研发倡议。

龙芯（Godson）的诞生

尽管领导层对半导体高度重视，但整个 1990 年代，中国国内市场仍被 ARM 和 Intel 等外国处理器设计主导。缺乏尖端制造和设计能力使得早期差距难以逾越。直到 2001 年，在中国科学院计算技术研究所（ICT）所长胡伟武的带领下，依托“十五”计划和 863 计划的延续资金，团队开始研发一款高性能芯片。

该芯片官方命名为“龙芯”（Longxin，意为“Dragon Core”）。开发者为其赋予了一个发音相似的英文译名“Godson”，意为“上帝的儿子”，但在中文语境中，这听起来像“狗食”（Dog food）。作者推测，这种故意的“贬义”可能源于中国旧俗中给孩子取贱名以避邪祟的传统，同时也契合了“吃自己生产的狗粮”（即内部消化使用自家产品）的技术理念。

技术选型与 Godson-1 的突破

为了快速启动项目，ICT 设计师评估了现有架构，最终选择了 32 位 MIPS II 架构。原因包括其知名度高、版权限制较少、软件支持良好，且无需在拥挤的 x86 市场中竞争。然而，为了商业化并确立可防御的知识产权，团队去除了 MIPS 架构中当时仍受专利保护的“非对齐内存访问指令”。

基于此规范，团队开发了模拟器，并于 2001 年 8 月 19 日首次让 Linux 在该芯片上启动，这一天被视为龙芯的“生日”。

初代龙芯（Godson-1）在微架构上进行了大胆创新：

• 采用动态流水线。
• 通过早期形式的“不可执行位”（no-execute bit）硬件缓解缓冲区溢出攻击，这是 MIPS 架构 CPU 的首创。
• 设计流程从 Verilog 仿真到 FPGA 原型，最终流片。

2002 年 9 月 28 日，龙芯-1 由 ICT 与江苏中意集团合资成立的 BLX 集成电路设计公司正式发布。

• 规格：400 万晶体管，4mm² 芯片面积，上海宏力半导体采用 180nm 工艺制造。
• 性能：7 级流水线，主频最高 266MHz，功耗低于 1W（200MHz 时为 0.4W）。
• 缓存与执行：8KB L1 指令缓存和 8KB L1 数据缓存，支持寄存器重命名（仅整数）、分支预测、动态调度及乱序执行。拥有 1 个内存访问单元、2 个定点单元和 2 个支持有限 SIMD 的浮点单元。
• 特性：与 SGI 的 MIPS 不同，龙芯-1 仅支持小端模式（Little-endian）。
• 兼容性：提供了 Red Hat Linux 7.1 和 VXWorks 的移植版本。

设计师估计，2000MHz 下的性能大致相当于五年前配备 180MHz R5000 处理器的 SGI O2 工作站，尽管受限于缺乏 L2 缓存支持、较大的节点尺寸和相对简单的电路设计，但它确实存在、被制造出来并运行了真实代码。

商业冲突与后续

龙芯-1 的成功令中国政府和国内支持者欣喜，但 MIPS Technologies（MTI，1998 年从 Silicon Graphics 分拆）却极为不满。MTI 认为 BLX 将龙芯-1 描述为“MIPS-like”（类 MIPS），却未获得 ISA 许可或品牌授权，也不具备直接兼容性。

尽管存在争议，AMD 仍于 2003 年 12 月与 BLX 在北京合资成立开发中心，旨在生产基于龙芯架构的瘦客户机（Thin clients）。

关键要点

• 地缘政治驱动研发：龙芯的诞生是中国“863 计划”背景下，为摆脱对国外技术依赖、实现半导体自主可控而进行的国家级战略举措。
• 架构选择与妥协：项目初期选择 32 位 MIPS II 架构是为了规避 x86 专利壁垒并利用其成熟生态，但为了确立自主知识产权，去除了受专利保护的非对齐内存访问指令。
• 微架构创新：龙芯-1 在 MIPS 架构基础上引入了动态流水线、硬件级缓冲区溢出防护（no-execute bit）等创新，虽性能不及同期高端产品，但实现了从 0 到 1 的突破。
• 命名背后的文化隐喻：“龙芯”（Longxin）与“Godson”的命名不仅具有象征意义，其谐音“狗食”可能隐含了“自产自销”的技术自信及传统避邪文化。
• 知识产权纠纷：龙芯早期因未获 MIPS 官方许可却使用“类 MIPS”描述，引发了与 MIPS Technologies 的法律和商业争议，但这并未完全阻碍其与 AMD 等国际巨头的合作尝试。
• 极客实践价值：对于 Linux/OpenBSD 社区而言，龙芯笔记本提供了一个独特的 MIPS 平台，使得在非主流硬件上移植和测试开源操作系统成为可能，尽管过程充满挑战。

意义与影响

龙芯系列芯片的出现，标志着中国在通用处理器领域迈出了实质性的一步。它不仅打破了国外厂商在 1990 年代末至 2000 年代初的技术垄断格局，更验证了在缺乏尖端制造工艺的情况下，通过微架构创新和软件适配提升芯片竞争力的可行性。

从技术生态角度看，龙芯基于 MIPS 架构的衍生发展，为 OpenBSD、NetBSD 等类 Unix 系统提供了除 x86 和 ARM 之外的另一种硬件平台选择。对于像作者这样的技术爱好者而言，这种“不走寻常路”的折腾不仅加深了对操作系统底层机制（