在全球加密技術(shù)迎來迭代的轉(zhuǎn)折前夜，路航和他的同伴正在加速鍛造一個密盾——密算處理器。這不僅是一場技術(shù)攻關(guān)，更是一場關(guān)乎國家數(shù)據(jù)安全的生死競速。他們深知，唯有搶占這一技術(shù)制高點(diǎn)，才能在未來博弈中贏得先機(jī)，避免再次陷入“卡脖子”的困境。當(dāng)數(shù)據(jù)泄露的陰影籠罩全球，當(dāng)科技巨頭在加密算力領(lǐng)域跑馬圈地，這支中國科研團(tuán)隊正以破釜沉舟的決絕，在信息安全的微觀世界里編織數(shù)據(jù)“鎧甲”。他們的目標(biāo)清晰而堅定：為數(shù)字中國打造既固若金湯又運(yùn)轉(zhuǎn)自如的安全基座，讓每一比特數(shù)據(jù)都能在防護(hù)周全的環(huán)境中創(chuàng)造價值。

1978年，當(dāng)羅恩·里維斯特（Ron Rivest）、倫納德·阿德曼（Leonard Adleman）與邁克爾·L.德圖佐斯（Michael L. Dertouzos）在論文中首次寫下“同態(tài)加密”（Homomorphic Encryption）這個詞時，他們或許不會想到，這項(xiàng)被后世譽(yù)為“密碼學(xué)圣杯”的技術(shù)，會在半個世紀(jì)后成為數(shù)字時代持續(xù)發(fā)展的“救命稻草”之一。

▲路航

彼時，計算機(jī)剛從實(shí)驗(yàn)室走向商用，互聯(lián)網(wǎng)的雛形尚未顯現(xiàn)，但3位科學(xué)家已敏銳地捕捉到一個核心矛盾：未來的世界里，數(shù)據(jù)必然需要流通計算，可隱私與安全如何保障？他們構(gòu)想的“同態(tài)加密”試圖實(shí)現(xiàn)一個顛覆性目標(biāo)——讓加密的數(shù)據(jù)像明文一樣直接運(yùn)算，無需解密即可得到有效結(jié)果。這就像給信件上了鎖，卻能讓收件人隔著鎖看懂內(nèi)容，堪稱密碼學(xué)領(lǐng)域的“異想天開”。

然而，這個美好的構(gòu)想在隨后的幾十年里始終停留在理論層面。傳統(tǒng)加密算法如同“一次性鎖”，解密才能計算，計算必留痕跡；而實(shí)現(xiàn)同態(tài)加密所需的算力消耗，一度讓它成為“不切實(shí)際”的代名詞。直到2009年首個實(shí)用化方案出現(xiàn)，再到2020年全球掀起密算芯片研發(fā)熱潮，這場跨越半個世紀(jì)的技術(shù)接力，終于迎來了關(guān)鍵的“硬件破局”階段。

雖然年輕，但作為國內(nèi)最早開展密算處理研究的學(xué)者之一，中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所處理器芯片全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員路航對這項(xiàng)技術(shù)的未來發(fā)展充滿信心，也心懷緊迫感：“20世紀(jì)70年代通用處理器興起時，我國自主CPU研發(fā)比國際領(lǐng)先水平晚了整20年；到21世紀(jì)初智能處理器時代，這一差距縮短至10年左右；如今在密算處理器這一全新領(lǐng)域，我們已經(jīng)積累了深厚的技術(shù)基礎(chǔ)和工藝水平，無論是論文發(fā)表數(shù)量，還是原型芯片的研制進(jìn)度，可以說并不比歐美及其盟友落后太多，甚至可以說是和他們齊頭并進(jìn)。但這并不代表我們以后不會落后，唯有持續(xù)關(guān)注和加大各方投入，才能在密算時代到來之時立于博弈浪潮之尖?！睂β泛胶退难芯客閬碚f，這是一場“事關(guān)生死存亡、不能輸?shù)膽?zhàn)斗”，而他們要做的，就是團(tuán)聚起越來越多志同道合的人奔涌向前。

背影傳承下的密算芯片突圍之路

2020年，當(dāng)美國國防部預(yù)研局（DARPA）聯(lián)合英特爾、微軟啟動“DPRIVE”密算芯片計劃時，這個被科幻劇《神盾局特工》預(yù)言過的技術(shù)角逐，終于從銀幕走向現(xiàn)實(shí)。2020年也因此被路航視為密算芯片的“元年”。

在數(shù)個場合中，路航反復(fù)提到了計算系統(tǒng)從通用計算、智能計算階段，即將走到隱私計算時代。在這個階段，保護(hù)隱私已經(jīng)成為人們對計算系統(tǒng)的一個重要的訴求。

事實(shí)上，我們正處在一個數(shù)據(jù)爆炸卻也危機(jī)四伏的時代。從手機(jī)里的人臉信息到云端存儲的金融數(shù)據(jù)，從企業(yè)的核心商業(yè)機(jī)密到國家的敏感戰(zhàn)略信息，數(shù)據(jù)在為生活帶來便利、為發(fā)展注入動能的同時，也像一群“裸奔”的羔羊，暴露在隱私泄露、濫用盜用的風(fēng)險中。當(dāng)傳統(tǒng)加密技術(shù)在量子計算的潛在威脅下漸露疲態(tài)，當(dāng)AI大模型對數(shù)據(jù)的貪婪索取讓個人隱私無處遁形，“如何讓數(shù)據(jù)既安全又能用？”成為橫亙在數(shù)字時代面前的一道必答題。

▲路航（前排左四）及其團(tuán)隊成員合影

同態(tài)加密代表的密態(tài)計算，恰似黑暗中的微光——它就像給數(shù)據(jù)穿上了靈動的“護(hù)身符”“防彈衣”，讓數(shù)據(jù)在加密的“鎧甲”中自由運(yùn)算，在安全的“屏障”里釋放價值。隨著技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用場景的逐漸拓展，這項(xiàng)曾經(jīng)被“囚禁”在實(shí)驗(yàn)室里沒有發(fā)揮更大作用的技術(shù)終于迎來了沖破藩籬的曙光。各國紛紛加大投入，展開激烈的競爭。美國憑借DARPA項(xiàng)目持續(xù)領(lǐng)跑，歐洲以法國ZAMA公司為代表，韓國首爾國立大學(xué)則在密算算法和硬件架構(gòu)領(lǐng)域貢獻(xiàn)了多個核心突破（如業(yè)界廣泛應(yīng)用的CKKS算法），比利時魯汶大學(xué)的密碼學(xué)研究更是為全球提供理論支撐等。

值得慶幸的是，在這場掰著手指能數(shù)清玩家的競賽中，不乏中國學(xué)者提早布局的身影。

2011年4月29日，路航清楚地記得這個日子。那是他第一次踏入中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所（簡稱“計算所”）大門進(jìn)行博士面試的日子。在此之前他在北京航空航天大學(xué)專注電子信息工程專業(yè)的學(xué)習(xí)，主要研究底層電路設(shè)計，偏工程應(yīng)用。其間，他曾到過中關(guān)村附近實(shí)習(xí)。計算所于他而言，只是神秘而陌生的“隔壁鄰居”。冥冥之中自有天意，他與計算所的緣分就此開啟。

到計算所后，路航專注的領(lǐng)域發(fā)生了重要轉(zhuǎn)變。這里會聚了一群計算機(jī)領(lǐng)域的頂尖學(xué)者，學(xué)術(shù)氛圍濃厚，諸多居于國際前沿研究方向的探討，讓他看到了科研的更多可能。他的博士生導(dǎo)師李曉維研究員是中國計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的資深學(xué)者，原計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（現(xiàn)處理器芯片全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）常務(wù)副主任。在學(xué)術(shù)氛圍的帶動和恩師的指引之下，路航開始向領(lǐng)域的科研高峰攀登。

在計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，四大頂會論文發(fā)表難度極大，2010年左右國內(nèi)發(fā)表數(shù)量僅為個位數(shù)。路航所在的團(tuán)隊立志在國際競爭中嶄露頭角，發(fā)表高水平成果。在研究過程中，路航遇到了諸多挑戰(zhàn)，最大的挑戰(zhàn)莫過于從“工程思維”到“學(xué)術(shù)創(chuàng)新”的轉(zhuǎn)變。導(dǎo)師鼓勵他突破傳統(tǒng)思維的束縛，從不同的角度去思考問題，尋找創(chuàng)新的解決方案。彼時多核眾核處理器的研究正熱，路航聚焦片上互連架構(gòu)，致力于架構(gòu)設(shè)計和軟硬件協(xié)同優(yōu)化，以提高片上多核間的通信效率，讓處理器在帶寬不受限的環(huán)境下充分發(fā)揮性能。

這個探索過程極為困難，也為路航帶來了全新的機(jī)遇。他需要跨越多個知識領(lǐng)域的鴻溝，重新學(xué)習(xí)和理解軟件層面的知識，同時將硬件背景與之深度融合，找到創(chuàng)新的切入點(diǎn)。路航?jīng)]有退縮，而是與團(tuán)隊一起，深入分析問題的本質(zhì)，尋找突破的方向。他大膽創(chuàng)新，提出了多項(xiàng)具有前瞻性的解決方案。通過這樣的創(chuàng)新嘗試，他開始在軟硬件協(xié)同的領(lǐng)域嶄露頭角，參與了一系列重要科研項(xiàng)目，與團(tuán)隊一起攻克了許多技術(shù)難題。在良好的環(huán)境氛圍中，他不斷拓寬自己的視野，提高自己的科研能力，逐漸成長為一名在計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域有著深厚造詣的學(xué)者。正是這種錘煉，讓他拿下了當(dāng)年體系結(jié)構(gòu)頂會論文，為中國在國際芯片架構(gòu)領(lǐng)域爭得一席之地。

在路航成長的過程中，恩師的影響始終如影如燈，照亮前行。李曉維研究員在學(xué)術(shù)上非常嚴(yán)謹(jǐn)，也經(jīng)常會用一些老科學(xué)家的精神來啟發(fā)學(xué)生如何來做好科研。路航至今清晰地記得李老師講述的那個“雪地背影”的故事：20世紀(jì)90年代的一個冬日，北京飄著鵝毛大雪，年輕的李曉維原本以為導(dǎo)師楊芙清院士會放棄原本預(yù)定的會議，沒想到一大早接到導(dǎo)師的電話，要求他按原計劃執(zhí)行。他冒雪趕到北京大學(xué)時，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望見楊院士正獨(dú)自在厚厚的積雪中艱難前行，雪地上留下一串深深的腳印。這個畫面成為李曉維科研生涯中最珍貴的記憶，也成為他傳遞給路航的精神財富。

多年后，在阿聯(lián)酋阿布扎比的一場國際學(xué)術(shù)會議上，路航親身經(jīng)歷了相似的感動。會議中心長長的銀色走廊上，他跟在導(dǎo)師李曉維身后，看著這位嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)者獨(dú)自前行的背影，仿佛時光重疊，讓他真切體會到科研精神的代代相傳。

從楊芙清院士在雪中的堅守，到李曉維研究員堅持創(chuàng)新思維推動團(tuán)隊在國際前沿領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟……在路航看來，中國學(xué)者在計算技術(shù)領(lǐng)域的每一步積累，都在為未來的關(guān)鍵突破奠定基礎(chǔ)。而他和團(tuán)隊之后在密算處理器研究領(lǐng)域取得的一系列突破，也正是得益于站在前人的肩膀上帶來的底氣和自信，讓他們向著密算處理器的無人區(qū)勇敢探索。

打造屬于中國自己的密算處理器芯片

“密態(tài)計算之所以沒能跨越式發(fā)展，只因缺少一顆能承載它的芯片心臟。而沒有自主可控的密算芯片，所有數(shù)據(jù)安全都是沙上城堡?！睂ρ邪l(fā)密算處理器芯片的迫切性，路航有清醒的認(rèn)識。

謀劃布局，細(xì)心落子。近年來，路航團(tuán)隊最顯著的成果體現(xiàn)為兩款原型芯片——“張江一號”與“揚(yáng)子江”，二者均基于同態(tài)密算處理器（HPU）概念設(shè)計，卻各有側(cè)重?！皬埥惶枴笔轻槍γ芩闼惴ǖ膶Ｓ糜布O(shè)計，其特點(diǎn)是指令集精簡，僅支持幾種核心密算操作，但通過硬件架構(gòu)的專用優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了對特定密算任務(wù)的高效加速。而“揚(yáng)子江”則更進(jìn)一步，是真正意義上符合HPU定義的原型：團(tuán)隊為其定義了3種主流密算算法的完整指令集，覆蓋密態(tài)計算的全部基本操作，并在硬件中集成專用處理器核，可直接解析指令并調(diào)用硬件算子完成復(fù)雜運(yùn)算。這種設(shè)計使其成為密算領(lǐng)域的“通用處理器”——在密算這個特定領(lǐng)域內(nèi)，能夠支持多種不同算法，為用戶提供搭建上層應(yīng)用的充分自由度。

為支撐這兩款原型的實(shí)際應(yīng)用，團(tuán)隊還開發(fā)了配套的算子庫——Poseidon（“波塞冬”）。這個軟件庫可直接調(diào)用硬件算力，讓用戶通過編程便捷使用密算功能，形成“硬件芯片+軟件庫”的協(xié)同體系，如同英偉達(dá)通過GPU與CUDA生態(tài)激活A(yù)I算力，為密算技術(shù)的落地奠定了基礎(chǔ)。

近年來，在多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助下，路航和所在團(tuán)隊在密算處理器架構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域提出了多個創(chuàng)新理論和方法，例如基于FPGA的全同態(tài)硬件加速架構(gòu)（HPCA’23，中國大陸首篇）針對全同態(tài)加密的分布式多卡加速架構(gòu)（HPCA’25）、針對密算下的深度學(xué)習(xí)推理加速（MICRO’25）以及全同態(tài)加密的軟硬件協(xié)同加速（DAC’25、ICCAD’25）等。他們先后在電氣電子工程師學(xué)會（IEEE）匯刊及計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域知名國際會議上發(fā)表多篇高水平學(xué)術(shù)論文，并合作出版了多部著作等。這些居于國際前沿的探索都為我國在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

在產(chǎn)業(yè)界，路航團(tuán)隊的研究獲得了企業(yè)與行業(yè)的高度認(rèn)可。他同時斬獲螞蟻基金、飛騰基金、華為胡楊林基金3項(xiàng)中國計算機(jī)學(xué)會（CCF）面上的企業(yè)基金。這些基金的獲取不僅是對團(tuán)隊研究潛力的肯定，更體現(xiàn)了越來越多頭部企業(yè)對密算領(lǐng)域的重視——他們通過CCF平臺與研究團(tuán)隊開展深度合作，推動技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)。比如路航所在團(tuán)隊與螞蟻集團(tuán)的合作——團(tuán)隊領(lǐng)銜研發(fā)的高性能全同態(tài)處理器及計算庫為螞蟻實(shí)現(xiàn)復(fù)雜業(yè)務(wù)場景下的大規(guī)模隱私計算提供了巨大助力。合作經(jīng)費(fèi)雖然不多，但研究成果已深度融入螞蟻技術(shù)生態(tài)，并應(yīng)用于風(fēng)控等實(shí)際場景，不僅為螞蟻集團(tuán)構(gòu)筑了技術(shù)護(hù)城河，更為下一代安全技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化落地鋪設(shè)了硬件基石。

值得一提的是，路航正在與一個國家級新型研發(fā)機(jī)構(gòu)開展定向項(xiàng)目研究，目標(biāo)是聚焦密算處理器的核心技術(shù)攻關(guān)，研制具備機(jī)密計算與密態(tài)計算雙模塊的專用芯片。這類項(xiàng)目的特殊性在于，它們直接服務(wù)于國家數(shù)據(jù)安全戰(zhàn)略，避免因敏感數(shù)據(jù)泄露造成的災(zāi)難性后果。

相關(guān)研究成果體現(xiàn)了密算研究的獨(dú)特性與巧妙性，即針對數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的發(fā)展難題，以隱私計算、區(qū)塊鏈等技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建安全共享、可信計算、留痕留存的計算環(huán)境，讓數(shù)據(jù)的流通“可用不可見”，讓數(shù)據(jù)交易行為可追溯、可審計；讓數(shù)據(jù)資源、算力、算法等形成可供交易的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)“可算不可得”，從而保障數(shù)據(jù)要素安全高效流通。

團(tuán)隊的技術(shù)愿景已呈現(xiàn)具體應(yīng)用場景：例如在隱私保護(hù)領(lǐng)域，用戶的人臉圖像可經(jīng)加密后在云端完成處理，全程無需暴露原始數(shù)據(jù)，僅返回加密處理結(jié)果，在本地解密后即可獲得最終效果。這種“數(shù)據(jù)可用不可見”的模式，適用于金融風(fēng)控、國防科研等領(lǐng)域，為解決“數(shù)據(jù)流通與安全”的矛盾提供了可行路徑。

當(dāng)前，兩款原型芯片仍基于可編程邏輯器件（FPGA）開發(fā)，受限于硬件資源，算力與明文計算仍有差距。因此，團(tuán)隊的下一步核心任務(wù)是“流片試制”——研發(fā)更高性能的HPU芯片，突破資源限制，大幅提升密算性能。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)將使密算技術(shù)邁出關(guān)鍵一步：從概念原型走向?qū)嵱没布?，?～5年內(nèi)可能到來的“密算時代”做好準(zhǔn)備。正如路航所言，密算技術(shù)正處于“爆發(fā)前夜”，而專用芯片的成功研制，將為這一新興領(lǐng)域從技術(shù)突破到大規(guī)模應(yīng)用提供“基礎(chǔ)設(shè)施”，避免中國再次陷入“落后挨打”的局面?！按蛟煲豢顚儆谖覀儑易约旱拿芩闾幚砥餍酒保锹泛郊捌鋱F(tuán)隊的心之所愿。

每個人都可以在密算的“大熔爐”中發(fā)光發(fā)熱

“孤光雖明不及炬，眾焰雖微可燎原?！薄耙粋€人走得快，一群人走得遠(yuǎn)。”自始至終，路航反復(fù)強(qiáng)調(diào)在密算處理器這一前沿領(lǐng)域，單打獨(dú)斗難以突破技術(shù)壁壘，唯有匯聚眾智方能攻克難關(guān)。他所在的團(tuán)隊正是秉持這樣的理念，在交叉融合中迸發(fā)科研火花。

路航如今所在的處理器芯片全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，依托中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所，是中國科學(xué)院批準(zhǔn)正式啟動建設(shè)的首批重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一，并被科技部遴選為首批20個標(biāo)桿全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室近年來獲得了處理器芯片領(lǐng)域首個國家自然科學(xué)獎等6項(xiàng)國家級科技獎勵；在處理器芯片領(lǐng)域國際頂級會議發(fā)表論文的數(shù)量長期列居中國前列；在國際上成功開創(chuàng)了深度學(xué)習(xí)處理器等熱門研究方向；孵化了總市值超過千億元的國產(chǎn)處理器芯片頭部企業(yè)等。

▲路航帶三年級的孩子學(xué)編程

背靠“大樹”，路航所帶領(lǐng)的密算處理器研究創(chuàng)新團(tuán)隊有著得天獨(dú)厚的科研沃土。這支由學(xué)生與工程師共同組成的交叉隊伍既傳承了實(shí)驗(yàn)室在處理器架構(gòu)領(lǐng)域數(shù)十年的深厚積淀，又開創(chuàng)性地將密碼學(xué)理論與芯片設(shè)計深度融合，形成了獨(dú)具特色的人才培養(yǎng)創(chuàng)新模式——在“學(xué)術(shù)探路與工程落地”的協(xié)同中，在“因材施教與開放包容”的堅守中，書寫著交叉學(xué)科領(lǐng)域新的篇章。

團(tuán)隊的生命力，藏在學(xué)術(shù)與工程的“雙向奔赴”里。研究生在頂會論文的字里行間追逐前沿，那些在學(xué)術(shù)研討中迸發(fā)的新思想，如同播撒的種子；工程師們則帶著“讓想法落地”的執(zhí)念，致力于將這些“種子”培育成觸手可及的技術(shù)實(shí)體。雖然還有很多的工作要做，但路航對結(jié)果充滿信心。

在交叉學(xué)科的探索中，路航始終堅持“讓每個聲音都被聽見”。密算研究橫跨密碼學(xué)、計算機(jī)、電子工程等不同學(xué)科，不同領(lǐng)域的專家常常帶著截然不同的視角。他常對團(tuán)隊說，交叉學(xué)科的魅力，就在于不同智慧的碰撞。那些在會議室里激烈爭論的參數(shù)，在實(shí)驗(yàn)室里反復(fù)調(diào)試的模型，最終會化作技術(shù)突破的關(guān)鍵。這種開放包容的氛圍，正是他崇尚且致力營造的學(xué)術(shù)生態(tài)——不固執(zhí)己見，不閉門造車，讓每個領(lǐng)域的專業(yè)智慧都能在密算的“大熔爐”中發(fā)光發(fā)熱。

人才培養(yǎng)的路上，路航把“因材施教”4個字刻進(jìn)了團(tuán)隊基因里?！罢f起來容易，做起來挺難?！彼寡?，當(dāng)項(xiàng)目需求與學(xué)生特長沖突時，堅持因材施教需要勇氣。為了讓學(xué)生“做擅長的事，有明確的路”，他牽線合作單位，讓學(xué)生在真實(shí)場景中實(shí)踐，“他們看到了就業(yè)方向，技術(shù)也在產(chǎn)學(xué)研閉環(huán)中更成熟”。這份“不強(qiáng)迫、重引導(dǎo)”的堅持，讓每個學(xué)生都能在適合自己的軌道上生長。

人才培養(yǎng)的真諦是無聲的傳承。當(dāng)學(xué)生們遇到瓶頸時，路航也會像當(dāng)年恩師一樣分享那個“雪地背影”的故事，告訴他們科研路上沒有捷徑；當(dāng)團(tuán)隊取得突破時，他又會提醒大家保持清醒，因?yàn)檎嬲膭?chuàng)新往往需要經(jīng)歷漫長的積累……他相信，真正的科研品格，正是在這樣的言傳身教中代代延續(xù)。

科研閑暇時，路航有自己的放松方式，但“萬變不離其宗”。在周六的輕吧里，當(dāng)他伴著輕音樂小酌雞尾酒時，腦海里思索的或許還是科研課題；在健身房揮汗如雨時，那句“健康工作五十年”的誓言，藏著對科研事業(yè)的長久承諾；教三年級兒子寫代碼時，看著孩子認(rèn)真記筆記的模樣，他會把“守正創(chuàng)新”的理念悄悄種進(jìn)下一代心里。路航相信，這種不斷思索和傳承，可以讓“腳踏實(shí)地”不再是口號，而是成為融入日常的行動自覺。