國(guó)產(chǎn)處理器現(xiàn)在的水平水平剖析

1、-. z.談到中國(guó)芯，很多人第一個(gè)反響就會(huì)是龍芯。自2000年開場(chǎng)研發(fā)到現(xiàn)在，龍芯已經(jīng)有十五年的歷史。雖然媒體不時(shí)會(huì)報(bào)道一些關(guān)于龍芯的消息，但由于市面上難以見到實(shí)物，外界對(duì)它的了解實(shí)在少得可憐。從立項(xiàng)開場(chǎng)，龍芯的研發(fā)單位中科院計(jì)算所就立志要做到世界一流水平的CPU；則在2015年的今天，他們的產(chǎn)品終究到達(dá)了什么水平呢？我們先了解一些背景知識(shí)：龍芯是中科院計(jì)算所龍芯工程組研發(fā)，兼容MIPS指令集，具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CPU系列。龍芯分1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)三大產(chǎn)品線，分別對(duì)應(yīng)超低功耗嵌入式芯片、低功耗SoC與主流PC、效勞器CPU幾大目標(biāo)市場(chǎng)。目前代表龍芯最強(qiáng)水平的型號(hào)是龍芯3B-1500 CPU，

2、有8個(gè)核心，32nm制造工藝，主頻1.2GHZ；其次是四核心的龍芯3A 1.2GHZ。因?yàn)槭褂玫腗IPS指令集與主流的*86、ARM不同，龍芯平臺(tái)無法直接運(yùn)行大多數(shù)常見的性能測(cè)試集；加上產(chǎn)品沒有大量上市、用戶稀少等原因，媒體、評(píng)測(cè)機(jī)構(gòu)不太容易了解它的實(shí)際性能表現(xiàn)。所幸計(jì)算所公開了一些部性能測(cè)試數(shù)據(jù)，我們得以從中分析龍芯的實(shí)力。計(jì)算所使用的測(cè)試軟件是專業(yè)領(lǐng)域常用的跨平臺(tái)測(cè)試集SPEC CPU 2000。很多主流CPU都有SPEC跑分成績(jī)可查，為我們的比照帶來了便利。首先我們來看看SPEC_int測(cè)試。這項(xiàng)測(cè)試考察CPU的單線程整數(shù)運(yùn)算能力，關(guān)系到一般用戶常用應(yīng)用的性能表現(xiàn)。參與比照的是龍芯3B-

3、1500 1.2GHZ、Apple A8 1.4GHZ、ARM Corte* A57 1.7GHZ和IntelCore i7 4770 4GHZ。龍芯的表現(xiàn)相當(dāng)凄慘，成績(jī)只有A57的一半多點(diǎn)。換句話說在常見的單線程整數(shù)應(yīng)用中，主流旗艦手機(jī)都可以輕松秒殺龍芯3B。接著是多線程測(cè)試SPEC_int rate。計(jì)算所只提供了四核心版本的龍芯3A的多核測(cè)試分?jǐn)?shù)，我們找到了一款老版四核i7 965 3.2G的成績(jī)來做比擬。Core i7 965的主頻不到龍芯3A的3倍，但是多線程整數(shù)性能是后者7倍多?，F(xiàn)在主流的新一代Core系列CPU的性能更強(qiáng)，可見龍芯的差距多大。就算8核心的龍芯3B的性能到達(dá)3A的兩

4、倍，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及主流的PC CPU。SPEC測(cè)試離我們普通用戶還是比擬遠(yuǎn)，而且這種測(cè)試中CPU廠商可以手動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)試代碼來優(yōu)化性能，類似的優(yōu)化手段卻不一定能對(duì)主流應(yīng)用生效。在計(jì)算所的一篇論文中我們找到了龍芯3A運(yùn)行常見的JS測(cè)試Sunspider的成績(jī)，來看看它和主流設(shè)備差距多大：結(jié)果十分驚人：龍芯的性能只有iPhone 6使用的A8芯片的十分之一不到。光談性能是不夠的，芯片的功耗也是一項(xiàng)重要指標(biāo)。計(jì)算所給出了一項(xiàng)數(shù)據(jù)：8核心、32nm工藝的龍芯3B典型功耗約30w。相比其孱弱的性能，30w的功率實(shí)在顯得太高了?，F(xiàn)在的龍芯是什么能耐，想必諸位已經(jīng)心里有數(shù)了。面向效勞器開發(fā)的龍芯3B實(shí)際表現(xiàn)還不如主

5、流手機(jī)，這就是計(jì)算所面對(duì)的殘酷現(xiàn)實(shí)。目前的龍芯產(chǎn)品在主流市場(chǎng)可以說毫無競(jìng)爭(zhēng)力，所謂取代進(jìn)口芯片更是癡心妄想。所幸龍芯的研發(fā)單位已經(jīng)意識(shí)到了自家產(chǎn)品與對(duì)手的巨大差距，并在努力追趕。根據(jù)計(jì)算所的公開信息，性能提升數(shù)倍的下一代龍芯最快將于年底面世，預(yù)計(jì)至少到達(dá)AMD的技術(shù)水平。如果方案能按時(shí)完成，基于龍芯核心的PC就可以滿足黨政機(jī)關(guān)的根本辦公需求，開場(chǎng)在敏感詞單位大面積推廣。這對(duì)龍芯來說是非常誘人的前景。當(dāng)然，未來龍芯能做出什么成績(jī)完全取決于他們有多強(qiáng)的實(shí)力。過去龍芯工程組總是喜歡吹牛、好高騖遠(yuǎn)，結(jié)果實(shí)際產(chǎn)品表現(xiàn)極差，惹人笑話。如果計(jì)算所扔掉不切實(shí)際的夢(mèng)想，踏實(shí)做事，龍芯還是可以在市場(chǎng)上分一杯羹的；

6、否則它只會(huì)像過去那些失敗的國(guó)產(chǎn)品牌一樣走入歷史被人遺忘，后人提起來也不過是茶余飯后的談資罷了。眾所周知，集成電路是我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)開展的核心領(lǐng)域，而CPU中央處理器則是集成電路中的核心元器件。目前國(guó)家對(duì)信息平安有著迫切的形勢(shì)要求，如果沒有CPU的國(guó)產(chǎn)化與自主化，國(guó)家平安將無從談起。最近一年多來，國(guó)產(chǎn)CPU開展亂象叢生，中國(guó)芯目前終究開展如何，本文將為大家揭開國(guó)產(chǎn)CPU的面 紗，探討國(guó)產(chǎn)CPU的自主可控之路。國(guó)貨當(dāng)自強(qiáng)，國(guó)產(chǎn)CPU的開展之路一說起國(guó)產(chǎn)CPU,大家自然會(huì)想到龍芯。龍芯是中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所自主研發(fā)的通用CPU,是我國(guó)第一款高性能通用CPU,目前龍芯已經(jīng)開展到第三代產(chǎn) 品龍芯3號(hào),采用MIP

7、S64位指令集，具備八個(gè)處理器核心，主頻1.2GHz,龍芯系列CPU在處理器設(shè)計(jì)上具備核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。除 龍芯外，國(guó)產(chǎn)飛騰申威系列處理器等也是國(guó)產(chǎn)CPU的代表，其中飛騰是國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院開發(fā)的銀河飛騰系列高性能通用CPU,申 威處理器由國(guó)家高性能集成電路設(shè)計(jì)中心自主研發(fā)，具體由江南計(jì)算所研制實(shí)施。上述處理器都在國(guó)產(chǎn)高性能超級(jí)計(jì)算機(jī)中有過亮相，并得到了國(guó)家科技 重大專項(xiàng)核高基工程的專項(xiàng)資金支持。但國(guó)家和民眾對(duì)于國(guó)產(chǎn)CPU應(yīng)用的期望遠(yuǎn)不止于幾臺(tái)超算則簡(jiǎn)單。目前，國(guó)產(chǎn)CPU給大家的感 覺也似乎只是在*些特定領(lǐng)域得到了應(yīng)用，而市場(chǎng)上主流的各類效勞器、臺(tái)式機(jī)、筆記本、交換機(jī)等量大面廣的產(chǎn)品，大家

8、還是很少看到國(guó)產(chǎn)CPU在上述領(lǐng)域 有真正成熟的商業(yè)化應(yīng)用。而目前國(guó)的平安形勢(shì)和IT國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，也顯然對(duì)于上述產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化市場(chǎng)替代有著更加迫切和實(shí)質(zhì)的需求。在產(chǎn)業(yè)化 方面，龍芯作為上述CPU的代表，2010年，龍芯中科技術(shù)正式負(fù)責(zé)龍芯CPU的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作，其負(fù)責(zé)人胡偉武總裁曾表示，三年產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型之 后，龍芯發(fā)現(xiàn)，落后的軟硬件生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)成為制約其開展的主要瓶頸。以產(chǎn)品種類論，龍芯過去三年產(chǎn)業(yè)化確實(shí)開展快速。2010年，龍芯只有2款可以賣的芯 片產(chǎn)品，2011年有4款，到2012年，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)到達(dá)10多款。目前龍芯在平安領(lǐng)域和嵌入式市場(chǎng)已經(jīng)有所成績(jī)，但胡偉武曾在公開報(bào)告中指出，軟硬件 生態(tài)系統(tǒng)的滯

9、后已經(jīng)開場(chǎng)制約龍芯開展。雖然龍芯已經(jīng)在完善軟硬件生態(tài)上做了很多，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，而且已經(jīng)成為制約龍芯開展的首要瓶頸。國(guó)產(chǎn)市場(chǎng)迎來實(shí)質(zhì)性利好，CPU巨頭一擁而上最 近兩年，各類信息平安事件的愈演愈烈使得國(guó)家意識(shí)到必須要在國(guó)產(chǎn)化上加快步伐，尤其是核心器件的國(guó)產(chǎn)化，工信部在2015年工業(yè)強(qiáng)基專項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案 指出，通過10年左右的努力，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)70%的核心根底零部件元器件、關(guān)鍵根底材料自主保障，局部到達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平。與此同時(shí)，國(guó)產(chǎn)CPU似乎也迎來了開展的良機(jī)，各個(gè)國(guó)際CPU巨頭廠商也開場(chǎng)對(duì)中國(guó)表示出了前所未有的開放態(tài)度，愿意與國(guó)資本方合作，成立國(guó)CPU企業(yè)，共謀集成電路產(chǎn)業(yè)開展。2013年4月，兆芯集

10、成電路成立，兆芯由市國(guó)資委下屬聯(lián)和投資和威盛電子股份合資成立，注冊(cè)資本2.5億美元，研發(fā)中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的*86架構(gòu)核心處理器芯片，號(hào)召推動(dòng)中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)的整體開展。2014 年10月，省經(jīng)信委與IBM公司簽署了共同推動(dòng)中國(guó)OpenPOWER芯片生態(tài)系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)鏈建立的合作備忘錄，中晟宏芯信息科技與IBM 公司簽署了芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán)授權(quán)方面的進(jìn)一步合作協(xié)議，中晟宏芯方案通過獲得IBM POWER架構(gòu)、POWER8相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及芯片設(shè)計(jì)工具的許可，在中國(guó)市場(chǎng)開發(fā)和推廣POWER效勞器的處理器產(chǎn)品。同樣是2014年 10月，中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)以下簡(jiǎn)稱中國(guó)電子旗下中國(guó)振華電子集團(tuán)飛騰CPU工程簽約儀式在

11、*濱海新區(qū)隆重舉行，標(biāo)志著 中國(guó)電子正式邁入信息平安高端芯片領(lǐng)域。2015年3月26日，中國(guó)電子在京召開CPU與網(wǎng)絡(luò)交換芯片新品發(fā)布暨成果推廣會(huì),發(fā)布了采用ARM指令集 的FT-1500A系列處理器，并宣布可實(shí)現(xiàn)對(duì)Intel中高端至強(qiáng)效勞器芯片的替代，一時(shí)之間風(fēng)云突變，各大國(guó)際CPU廠商都在國(guó)找到了合作伙伴，并表現(xiàn)出了前所未有的開放，是真心合作，還是尋求代言不管出于何種考慮，國(guó)際CPU廠商顯然已經(jīng)感受到了中國(guó)市場(chǎng)的國(guó)產(chǎn)化力度，并希望與中國(guó)一起分享國(guó)產(chǎn)化市場(chǎng)的紅利。但 事實(shí)證明CPU芯片的國(guó)產(chǎn)化之路還有很長(zhǎng)要走。自成立以來一直保持神秘背景的兆芯公司，2014年已經(jīng)推出了其采用*86架構(gòu)的國(guó)產(chǎn)兆芯

12、處理器，但從 用戶拿到的實(shí)際樣品來看，芯片封裝上竟然還赫然印著威盛Nano的商標(biāo)字樣，而據(jù)稱這款國(guó)產(chǎn)兆芯芯片與威盛公司在2008年推出的Nano芯片似 乎并無二致，知識(shí)產(chǎn)權(quán)也還在對(duì)方公司手里。而關(guān)于IBM Power處理器在國(guó)的合作，據(jù)參與工程的相關(guān)專家透露，IBM雖然在開放POWER架構(gòu)的處理器授權(quán)方面表現(xiàn)出了足夠的誠(chéng)意，但由于IBM的 POWER處理器設(shè)計(jì)流程與工藝相當(dāng)復(fù)雜，是一個(gè)龐大的系統(tǒng)實(shí)施工程，并不是通過給IBM公司支付一筆不菲的授權(quán)費(fèi)就可以簡(jiǎn)單解決，后續(xù)如何讓國(guó)公司完 整地承接POWER處理器設(shè)計(jì)并不受約束的開展，以及如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化盈利，也還是懸而未決的問題。國(guó)產(chǎn)與自主的命題之爭(zhēng)國(guó)

13、 產(chǎn)一詞，一直以來是個(gè)爭(zhēng)議很大的用語，目前我國(guó)對(duì)于國(guó)產(chǎn)還沒有統(tǒng)一的界定標(biāo)準(zhǔn)。*些觀點(diǎn)顯然是不適宜的。例如：有人說，只要公司在中國(guó)注冊(cè)、交稅， 就是中國(guó)公司,它的產(chǎn)品和效勞就是國(guó)產(chǎn).也有人說，本國(guó)產(chǎn)品是指在中國(guó)境生產(chǎn)，且國(guó)生產(chǎn)本錢比例超過50%的最終產(chǎn)品,甚至還給出了按材 料本錢計(jì)算的公式。顯然，這樣的標(biāo)準(zhǔn)只適合粗放型產(chǎn)品，完全不適用于高技術(shù)領(lǐng)域。而更深層次的問題，則是在國(guó)家對(duì)網(wǎng)絡(luò)與信息平安日益重 視的情況下，是否國(guó)產(chǎn)就意味著自主平安？中國(guó)工程院院士倪光南在近期承受的采訪中指出，自主可控是增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)與信息平安的前提。而對(duì)自主可控的理解，主要包 括以下幾個(gè)方面：一是知識(shí)產(chǎn)權(quán)自主可控。在當(dāng)前的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)

14、格局下，知識(shí)產(chǎn)權(quán)自主可控十分重要，做不到這一點(diǎn)就一定會(huì)受制于人。第二、技術(shù)能力自主可控。技 術(shù)能力自主可控，意味著要有足夠規(guī)模的、能真正掌握該技術(shù)的科技隊(duì)伍。技術(shù)能力可以分為一般技術(shù)能力、產(chǎn)業(yè)化能力、構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈能力和構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能力 等層次。三是開展自主可控。我們不但要看到現(xiàn)在，還要著眼于今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，對(duì)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)而言，都能不受制約地開展。倪院士還在撰文 中列舉了中國(guó)電視產(chǎn)業(yè)的例子以說明長(zhǎng)期開展的重要性。眾所周知，前些年我國(guó)通過投資、收購等等，曾經(jīng)擁有了CRT電視機(jī)產(chǎn)業(yè)完整的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和構(gòu)建整個(gè)生態(tài) 系統(tǒng)的技術(shù)能力。但是，外國(guó)跨國(guó)公司一旦將CRT的技術(shù)都賣給中國(guó)后，它們立即轉(zhuǎn)向了LC

15、D平板電視，使中國(guó)的CRT電視機(jī)產(chǎn)業(yè)變成淘汰產(chǎn)業(yè)。信息領(lǐng)域技 術(shù)和市場(chǎng)變化迅速，要防止出現(xiàn)類似事件。因此，如果*項(xiàng)技術(shù)在短期效益較好，但從長(zhǎng)期看做不到自主可控，一般說來是不可取的。只顧眼前利益，有可能會(huì)在 以后造成更大的被動(dòng)。從CPU自主化角度來看，目前國(guó)的CPU企業(yè)分為兩種，一種是采用國(guó)際上成熟的CPU核，如華為海思、瑞芯微、全志 等企業(yè)，采用基于ARM的CPU核心來做自己的SoC單芯片系統(tǒng)方案芯片，這種方式雖能夠快速推出系統(tǒng)級(jí)芯片方案并占領(lǐng)市場(chǎng)，但還談不上CPU核心的 國(guó)產(chǎn)與自主。目前，飛騰CPU的產(chǎn)業(yè)化企業(yè)-*飛騰公司也放棄了自主研發(fā)處理器核，而是直接采用ARM提供的64位V8系列處理器

16、核，與海思 的麒麟系列手機(jī)芯片所采用的ARM處理器核屬于同一個(gè)系列。但這樣做出來的所謂國(guó)產(chǎn)芯片問題也很明顯，芯片中的處理器核心仍然依賴于國(guó)外CPU廠商， 就像我們之前拿現(xiàn)成的CPU、主板、存去攢電腦一樣，只是現(xiàn)在變成了攢芯片.另一種則是真正意義上進(jìn)展自主研發(fā)處理器核心的企 業(yè)，目前國(guó)在這方面的單位卻日益變得鳳毛麟角。目前能夠看到的似乎只有龍芯和申威兩家老牌單位還在堅(jiān)持，這兩家單位一直基于自主設(shè)計(jì)的CPU核 心架構(gòu)進(jìn)展研發(fā)并不斷更新?lián)Q代。2014年11月，中科曙光面向效勞器市場(chǎng)推出國(guó)產(chǎn)龍芯3B效勞器，開場(chǎng)在商用效勞器市場(chǎng)加快產(chǎn)業(yè)推廣，與此同時(shí)，龍芯架 構(gòu)的性能缺乏等問題也在被不斷的詬病和質(zhì)疑，最

17、近，中國(guó)科學(xué)：信息科學(xué)期刊登載了下一代龍芯架構(gòu)的相關(guān)論文，介紹了新產(chǎn)品的具體改良與多項(xiàng)性能測(cè)試數(shù) 據(jù)，從數(shù)據(jù)上看，龍芯處理器的跑分并不輸于國(guó)際主流中檔處理器，其同頻性能已接近Intel Ivy Bridge架構(gòu)水平。龍芯自己對(duì)此的判斷是，性能的問題將在一兩年真正得到解決.慢進(jìn)則退，近兩年來龍芯顯然開場(chǎng)加快自己產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程，并希望以 實(shí)際成績(jī)來回應(yīng)質(zhì)疑，防止國(guó)產(chǎn)CPU的運(yùn)十悲劇重演。國(guó)產(chǎn)CPU陷入產(chǎn)業(yè)迷局，自主化之路何去何從？隨 著近幾年國(guó)產(chǎn)CPU 的持續(xù)開展，以及國(guó)產(chǎn)化自主浪潮的到來，一時(shí)間國(guó)產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)開展頭緒萬象。一方面國(guó)傳統(tǒng)CPU企業(yè)如龍芯等堅(jiān)持自力更生并積極探索市場(chǎng)化，并開場(chǎng)在 行業(yè)應(yīng)

18、用取得突破，另一方面國(guó)外主要CPU 廠家都在國(guó)找到了合作伙伴，并希望與國(guó)產(chǎn)廠商共同謀求國(guó)產(chǎn)化市場(chǎng)紅利。不同CPU架構(gòu)與產(chǎn)業(yè)實(shí)體的多頭開展，中國(guó)面臨在CPU重大產(chǎn)業(yè)路徑上的選擇難 題。與CPU產(chǎn)品開展配套的另一個(gè)重要層面是根底軟件。目前國(guó)家已經(jīng)在一些涉及經(jīng)濟(jì)命脈的重要行業(yè)推廣操作系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化，企業(yè)層面也涌入了 一批做國(guó)產(chǎn)Linu*軟件系統(tǒng)的大軍。軟硬一體化協(xié)同開展已經(jīng)成為業(yè)界共識(shí)，國(guó)產(chǎn)根底軟硬件面臨著共同實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)替代的歷史性機(jī)遇。但同時(shí)我們也可以看到， 國(guó)不管是CPU企業(yè)還是操作系統(tǒng)企業(yè)，其面臨的能力差距與產(chǎn)業(yè)生態(tài)差距也是明顯的。國(guó)產(chǎn)根底軟硬件廠商目前要取得產(chǎn)業(yè)突破，缺的并不僅僅是資金和政策， 而更多地是自主創(chuàng)新的能力。CPU作為一個(gè)涉及芯片設(shè)計(jì)、工藝、封裝與軟件的大系統(tǒng)工程，目前國(guó)家層面似