在全球加密技术迎来迭代的转折前夜，路航和他的同伴正在加速锻造一个密盾——密算处理器。这不仅是一场技术攻关，更是一场关乎国家数据安全的生死竞速。他们深知，唯有抢占这一技术制高点，才能在未来博弈中赢得先机，避免再次陷入“卡脖子”的困境。当数据泄露的阴影笼罩全球，当科技巨头在加密算力领域跑马圈地，这支中国科研团队正以破釜沉舟的决绝，在信息安全的微观世界里编织数据“铠甲”。他们的目标清晰而坚定：为数字中国打造既固若金汤又运转自如的安全基座，让每一比特数据都能在防护周全的环境中创造价值。

1978年，当罗恩·里维斯特（Ron Rivest）、伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）与迈克尔·L.德图佐斯（Michael L. Dertouzos）在论文中首次写下“同态加密”（Homomorphic Encryption）这个词时，他们或许不会想到，这项被后世誉为“密码学圣杯”的技术，会在半个世纪后成为数字时代持续发展的“救命稻草”之一。

▲路航

彼时，计算机刚从实验室走向商用，互联网的雏形尚未显现，但3位科学家已敏锐地捕捉到一个核心矛盾：未来的世界里，数据必然需要流通计算，可隐私与安全如何保障？他们构想的“同态加密”试图实现一个颠覆性目标——让加密的数据像明文一样直接运算，无需解密即可得到有效结果。这就像给信件上了锁，却能让收件人隔着锁看懂内容，堪称密码学领域的“异想天开”。

然而，这个美好的构想在随后的几十年里始终停留在理论层面。传统加密算法如同“一次性锁”，解密才能计算，计算必留痕迹；而实现同态加密所需的算力消耗，一度让它成为“不切实际”的代名词。直到2009年首个实用化方案出现，再到2020年全球掀起密算芯片研发热潮，这场跨越半个世纪的技术接力，终于迎来了关键的“硬件破局”阶段。

虽然年轻，但作为国内最早开展密算处理研究的学者之一，中国科学院计算技术研究所处理器芯片全国重点实验室副研究员路航对这项技术的未来发展充满信心，也心怀紧迫感：“20世纪70年代通用处理器兴起时，我国自主CPU研发比国际领先水平晚了整20年；到21世纪初智能处理器时代，这一差距缩短至10年左右；如今在密算处理器这一全新领域，我们已经积累了深厚的技术基础和工艺水平，无论是论文发表数量，还是原型芯片的研制进度，可以说并不比欧美及其盟友落后太多，甚至可以说是和他们齐头并进。但这并不代表我们以后不会落后，唯有持续关注和加大各方投入，才能在密算时代到来之时立于博弈浪潮之尖。”对路航和他的研究同伴来说，这是一场“事关生死存亡、不能输的战斗”，而他们要做的，就是团聚起越来越多志同道合的人奔涌向前。

背影传承下的密算芯片突围之路

2020年，当美国国防部预研局（DARPA）联合英特尔、微软启动“DPRIVE”密算芯片计划时，这个被科幻剧《神盾局特工》预言过的技术角逐，终于从银幕走向现实。2020年也因此被路航视为密算芯片的“元年”。

在数个场合中，路航反复提到了计算系统从通用计算、智能计算阶段，即将走到隐私计算时代。在这个阶段，保护隐私已经成为人们对计算系统的一个重要的诉求。

事实上，我们正处在一个数据爆炸却也危机四伏的时代。从手机里的人脸信息到云端存储的金融数据，从企业的核心商业机密到国家的敏感战略信息，数据在为生活带来便利、为发展注入动能的同时，也像一群“裸奔”的羔羊，暴露在隐私泄露、滥用盗用的风险中。当传统加密技术在量子计算的潜在威胁下渐露疲态，当AI大模型对数据的贪婪索取让个人隐私无处遁形，“如何让数据既安全又能用？”成为横亘在数字时代面前的一道必答题。

▲路航（前排左四）及其团队成员合影

同态加密代表的密态计算，恰似黑暗中的微光——它就像给数据穿上了灵动的“护身符”“防弹衣”，让数据在加密的“铠甲”中自由运算，在安全的“屏障”里释放价值。随着技术的不断成熟和应用场景的逐渐拓展，这项曾经被“囚禁”在实验室里没有发挥更大作用的技术终于迎来了冲破藩篱的曙光。各国纷纷加大投入，展开激烈的竞争。美国凭借DARPA项目持续领跑，欧洲以法国ZAMA公司为代表，韩国首尔国立大学则在密算算法和硬件架构领域贡献了多个核心突破（如业界广泛应用的CKKS算法），比利时鲁汶大学的密码学研究更是为全球提供理论支撑等。

值得庆幸的是，在这场掰着手指能数清玩家的竞赛中，不乏中国学者提早布局的身影。

2011年4月29日，路航清楚地记得这个日子。那是他第一次踏入中国科学院计算技术研究所（简称“计算所”）大门进行博士面试的日子。在此之前他在北京航空航天大学专注电子信息工程专业的学习，主要研究底层电路设计，偏工程应用。其间，他曾到过中关村附近实习。计算所于他而言，只是神秘而陌生的“隔壁邻居”。冥冥之中自有天意，他与计算所的缘分就此开启。

到计算所后，路航专注的领域发生了重要转变。这里会聚了一群计算机领域的顶尖学者，学术氛围浓厚，诸多居于国际前沿研究方向的探讨，让他看到了科研的更多可能。他的博士生导师李晓维研究员是中国计算机体系结构领域的资深学者，原计算机体系结构国家重点实验室（现处理器芯片全国重点实验室）常务副主任。在学术氛围的带动和恩师的指引之下，路航开始向领域的科研高峰攀登。

在计算机体系结构领域，四大顶会论文发表难度极大，2010年左右国内发表数量仅为个位数。路航所在的团队立志在国际竞争中崭露头角，发表高水平成果。在研究过程中，路航遇到了诸多挑战，最大的挑战莫过于从“工程思维”到“学术创新”的转变。导师鼓励他突破传统思维的束缚，从不同的角度去思考问题，寻找创新的解决方案。彼时多核众核处理器的研究正热，路航聚焦片上互连架构，致力于架构设计和软硬件协同优化，以提高片上多核间的通信效率，让处理器在带宽不受限的环境下充分发挥性能。

这个探索过程极为困难，也为路航带来了全新的机遇。他需要跨越多个知识领域的鸿沟，重新学习和理解软件层面的知识，同时将硬件背景与之深度融合，找到创新的切入点。路航没有退缩，而是与团队一起，深入分析问题的本质，寻找突破的方向。他大胆创新，提出了多项具有前瞻性的解决方案。通过这样的创新尝试，他开始在软硬件协同的领域崭露头角，参与了一系列重要科研项目，与团队一起攻克了许多技术难题。在良好的环境氛围中，他不断拓宽自己的视野，提高自己的科研能力，逐渐成长为一名在计算机系统结构领域有着深厚造诣的学者。正是这种锤炼，让他拿下了当年体系结构顶会论文，为中国在国际芯片架构领域争得一席之地。

在路航成长的过程中，恩师的影响始终如影如灯，照亮前行。李晓维研究员在学术上非常严谨，也经常会用一些老科学家的精神来启发学生如何来做好科研。路航至今清晰地记得李老师讲述的那个“雪地背影”的故事：20世纪90年代的一个冬日，北京飘着鹅毛大雪，年轻的李晓维原本以为导师杨芙清院士会放弃原本预定的会议，没想到一大早接到导师的电话，要求他按原计划执行。他冒雪赶到北京大学时，远远望见杨院士正独自在厚厚的积雪中艰难前行，雪地上留下一串深深的脚印。这个画面成为李晓维科研生涯中最珍贵的记忆，也成为他传递给路航的精神财富。

多年后，在阿联酋阿布扎比的一场国际学术会议上，路航亲身经历了相似的感动。会议中心长长的银色走廊上，他跟在导师李晓维身后，看着这位严谨的学者独自前行的背影，仿佛时光重叠，让他真切体会到科研精神的代代相传。

从杨芙清院士在雪中的坚守，到李晓维研究员坚持创新思维推动团队在国际前沿领域站稳脚跟……在路航看来，中国学者在计算技术领域的每一步积累，都在为未来的关键突破奠定基础。而他和团队之后在密算处理器研究领域取得的一系列突破，也正是得益于站在前人的肩膀上带来的底气和自信，让他们向着密算处理器的无人区勇敢探索。

打造属于中国自己的密算处理器芯片

“密态计算之所以没能跨越式发展，只因缺少一颗能承载它的芯片心脏。而没有自主可控的密算芯片，所有数据安全都是沙上城堡。”对研发密算处理器芯片的迫切性，路航有清醒的认识。

谋划布局，细心落子。近年来，路航团队最显著的成果体现为两款原型芯片——“张江一号”与“扬子江”，二者均基于同态密算处理器（HPU）概念设计，却各有侧重。“张江一号”是针对密算算法的专用硬件化设计，其特点是指令集精简，仅支持几种核心密算操作，但通过硬件架构的专用优化，实现了对特定密算任务的高效加速。而“扬子江”则更进一步，是真正意义上符合HPU定义的原型：团队为其定义了3种主流密算算法的完整指令集，覆盖密态计算的全部基本操作，并在硬件中集成专用处理器核，可直接解析指令并调用硬件算子完成复杂运算。这种设计使其成为密算领域的“通用处理器”——在密算这个特定领域内，能够支持多种不同算法，为用户提供搭建上层应用的充分自由度。

为支撑这两款原型的实际应用，团队还开发了配套的算子库——Poseidon（“波塞冬”）。这个软件库可直接调用硬件算力，让用户通过编程便捷使用密算功能，形成“硬件芯片+软件库”的协同体系，如同英伟达通过GPU与CUDA生态激活AI算力，为密算技术的落地奠定了基础。

近年来，在多项国家自然科学基金项目的资助下，路航和所在团队在密算处理器架构设计领域提出了多个创新理论和方法，例如基于FPGA的全同态硬件加速架构（HPCA’23，中国大陆首篇）针对全同态加密的分布式多卡加速架构（HPCA’25）、针对密算下的深度学习推理加速（MICRO’25）以及全同态加密的软硬件协同加速（DAC’25、ICCAD’25）等。他们先后在电气电子工程师学会（IEEE）汇刊及计算机系统结构领域知名国际会议上发表多篇高水平学术论文，并合作出版了多部著作等。这些居于国际前沿的探索都为我国在相关领域的发展奠定了良好的基础。

在产业界，路航团队的研究获得了企业与行业的高度认可。他同时斩获蚂蚁基金、飞腾基金、华为胡杨林基金3项中国计算机学会（CCF）面上的企业基金。这些基金的获取不仅是对团队研究潜力的肯定，更体现了越来越多头部企业对密算领域的重视——他们通过CCF平台与研究团队开展深度合作，推动技术从实验室走向产业。比如路航所在团队与蚂蚁集团的合作——团队领衔研发的高性能全同态处理器及计算库为蚂蚁实现复杂业务场景下的大规模隐私计算提供了巨大助力。合作经费虽然不多，但研究成果已深度融入蚂蚁技术生态，并应用于风控等实际场景，不仅为蚂蚁集团构筑了技术护城河，更为下一代安全技术的产业化落地铺设了硬件基石。

值得一提的是，路航正在与一个国家级新型研发机构开展定向项目研究，目标是聚焦密算处理器的核心技术攻关，研制具备机密计算与密态计算双模块的专用芯片。这类项目的特殊性在于，它们直接服务于国家数据安全战略，避免因敏感数据泄露造成的灾难性后果。

相关研究成果体现了密算研究的独特性与巧妙性，即针对数字经济发展面临的发展难题，以隐私计算、区块链等技术为基础，构建安全共享、可信计算、留痕留存的计算环境，让数据的流通“可用不可见”，让数据交易行为可追溯、可审计；让数据资源、算力、算法等形成可供交易的产品，实现数据“可算不可得”，从而保障数据要素安全高效流通。

团队的技术愿景已呈现具体应用场景：例如在隐私保护领域，用户的人脸图像可经加密后在云端完成处理，全程无需暴露原始数据，仅返回加密处理结果，在本地解密后即可获得最终效果。这种“数据可用不可见”的模式，适用于金融风控、国防科研等领域，为解决“数据流通与安全”的矛盾提供了可行路径。

当前，两款原型芯片仍基于可编程逻辑器件（FPGA）开发，受限于硬件资源，算力与明文计算仍有差距。因此，团队的下一步核心任务是“流片试制”——研发更高性能的HPU芯片，突破资源限制，大幅提升密算性能。这一目标的实现将使密算技术迈出关键一步：从概念原型走向实用化硬件，为3～5年内可能到来的“密算时代”做好准备。正如路航所言，密算技术正处于“爆发前夜”，而专用芯片的成功研制，将为这一新兴领域从技术突破到大规模应用提供“基础设施”，避免中国再次陷入“落后挨打”的局面。“打造一款属于我们国家自己的密算处理器芯片”，是路航及其团队的心之所愿。

每个人都可以在密算的“大熔炉”中发光发热

“孤光虽明不及炬，众焰虽微可燎原。”“一个人走得快，一群人走得远。”自始至终，路航反复强调在密算处理器这一前沿领域，单打独斗难以突破技术壁垒，唯有汇聚众智方能攻克难关。他所在的团队正是秉持这样的理念，在交叉融合中迸发科研火花。

路航如今所在的处理器芯片全国重点实验室，依托中国科学院计算技术研究所，是中国科学院批准正式启动建设的首批重点实验室之一，并被科技部遴选为首批20个标杆全国重点实验室。实验室近年来获得了处理器芯片领域首个国家自然科学奖等6项国家级科技奖励；在处理器芯片领域国际顶级会议发表论文的数量长期列居中国前列；在国际上成功开创了深度学习处理器等热门研究方向；孵化了总市值超过千亿元的国产处理器芯片头部企业等。

▲路航带三年级的孩子学编程

背靠“大树”，路航所带领的密算处理器研究创新团队有着得天独厚的科研沃土。这支由学生与工程师共同组成的交叉队伍既传承了实验室在处理器架构领域数十年的深厚积淀，又开创性地将密码学理论与芯片设计深度融合，形成了独具特色的人才培养创新模式——在“学术探路与工程落地”的协同中，在“因材施教与开放包容”的坚守中，书写着交叉学科领域新的篇章。

团队的生命力，藏在学术与工程的“双向奔赴”里。研究生在顶会论文的字里行间追逐前沿，那些在学术研讨中迸发的新思想，如同播撒的种子；工程师们则带着“让想法落地”的执念，致力于将这些“种子”培育成触手可及的技术实体。虽然还有很多的工作要做，但路航对结果充满信心。

在交叉学科的探索中，路航始终坚持“让每个声音都被听见”。密算研究横跨密码学、计算机、电子工程等不同学科，不同领域的专家常常带着截然不同的视角。他常对团队说，交叉学科的魅力，就在于不同智慧的碰撞。那些在会议室里激烈争论的参数，在实验室里反复调试的模型，最终会化作技术突破的关键。这种开放包容的氛围，正是他崇尚且致力营造的学术生态——不固执己见，不闭门造车，让每个领域的专业智慧都能在密算的“大熔炉”中发光发热。

人才培养的路上，路航把“因材施教”4个字刻进了团队基因里。“说起来容易，做起来挺难。”他坦言，当项目需求与学生特长冲突时，坚持因材施教需要勇气。为了让学生“做擅长的事，有明确的路”，他牵线合作单位，让学生在真实场景中实践，“他们看到了就业方向，技术也在产学研闭环中更成熟”。这份“不强迫、重引导”的坚持，让每个学生都能在适合自己的轨道上生长。

人才培养的真谛是无声的传承。当学生们遇到瓶颈时，路航也会像当年恩师一样分享那个“雪地背影”的故事，告诉他们科研路上没有捷径；当团队取得突破时，他又会提醒大家保持清醒，因为真正的创新往往需要经历漫长的积累……他相信，真正的科研品格，正是在这样的言传身教中代代延续。

科研闲暇时，路航有自己的放松方式，但“万变不离其宗”。在周六的轻吧里，当他伴着轻音乐小酌鸡尾酒时，脑海里思索的或许还是科研课题；在健身房挥汗如雨时，那句“健康工作五十年”的誓言，藏着对科研事业的长久承诺；教三年级儿子写代码时，看着孩子认真记笔记的模样，他会把“守正创新”的理念悄悄种进下一代心里。路航相信，这种不断思索和传承，可以让“脚踏实地”不再是口号，而是成为融入日常的行动自觉。

来源: 科学中国人