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国产CPU,如今怎么样了?
新闻来源: 数据中心前沿技术
发布日期: 2019-09-26


从2018年4月中兴事件以来,电子领域圈内圈外的人都知道芯片是我国电子产业最薄弱的环节。从那之后,国产芯片领域不仅吸引了大量的目光,也获得了从上到下国家各级政府的大力扶持。到2019年9月,中兴事件已经过去将近一年半的时间了,国产芯片,尤其是国产CPU到底进展怎么样了呢?9月10-11日在湖南长沙举行的世界计算机大会(World Computer Congress)上专门设立了“计算机芯片”专题,国内的飞腾、兆芯、华为等国产CPU厂家汇聚一堂,让我们得以了解国产CPU最新的进展情况。

国产芯片加工制程

 

说到芯片,不可回避的就是芯片加工制程。从与会专家给出的国内外芯片制程进展对比上可以明显地看到,国内技术落后国际先进水平1-2代。即使到了2019年9月,国内的中芯国际也只是量产了28nm工艺制程,14nm制程还处于风险开发阶段。不过由于摩尔定律放缓,给了国内晶圆厂追赶国际先进水平的机会窗口。

回到CPU设计开发领域,天津飞腾(www.phytium.com.cn)可以说是目前国产CPU性能较为领先的厂家。飞腾的系列CPU已经可以应用在服务器、桌面和嵌入式设备中。目前业界正在大量使用的飞腾最高端的CPU是64核心的FT-2000+处理器,但在飞腾的Roadmap中,已经将下一代FT-2500列入其中,这款新CPU将会在2020年推向市场。

天津飞腾系列处理器Roadmap

 

飞腾的CPU都是基于ARMv8架构开发的,FT-2000+ CPU已经采用了16nm工艺,最多达到64个核心,芯片主频在2.0-2.3GHz之间。飞腾官方宣称FT-2000+可以达到2014年的Intel Xeon E5-2695v3的性能水平。目前市面上Intel在售的第二代Xeon-SP处理器已经达到3.5GHz左右的主频,且可以提供28核心/56线程。这么一对比,就可以看到FT-2000+在性能上的差距了。不过从好的方面来看,至少目前国内已经有了可以大量商用的国产CPU。

飞腾大量商用的服务器芯片FT-2000+

 

飞腾之所以目前商用较多,主要还在于其已经有了一定的生态圈。尤其是与天津麒麟OS的配合,在市面上形成了PK体系,号称中国版的Wintel。除了操作系统之外,得益于国家的支持,很多国产软件(数据库、办公、应用)都能够很好地适配PK体系。

飞腾服务器生态图谱

 

为了促使天津飞腾能够进一步地发展,就在不久前的8月26日晚间,中国长城发布公告称,拟以3.02亿元的价格,收购“天津飞腾”35%股权。交易完成后,中国长城公司总共将持有天津飞腾35%股权。从这一股权收购来看,天津飞腾目前仅有8.6亿人民币左右的市值。相比于全中国每年的CPU采购量而言,可以发展的空间还是非常大的。

基于ARM授权的架构开发CPU是一条捷径,但考虑到目前市面上大量基于x86的软件,拥有基于x86体系的CPU肯定是更好的选择。当然,在Intel和AMD这两座大山面前,这样一条路并不好走。在国家和上海市政府的支持下,上海兆芯集成电路有限公司(www.zhaoxin.com)就选择了啃这块硬骨头。

兆芯在x86处理器方面的进展

 

为了能够开发出完全x86架构的CPU,上海兆芯需要同时掌握中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)和主板芯片组(Chipset)这三大关键技术。上海兆芯的技术来源于台湾威盛电子(VIA),在2013年上海兆芯成立的时候,威盛电子占有20%的股份。虽然有了外部技术来源,但要同时掌握如此众多的芯片设计技术,还是具有相当大的挑战。所以,上海兆芯的CPU在产品性能和迭代方面并不是很快。

兆芯对x86平台掌握能力

 

在今年6月20日,上海兆芯发布了新一代桌面和服务器处理器,分别是开先KX-6000系列和开胜KH-30000系列。这两款处理器都采用16nm工艺,虽然核数较少,但主频在国产CPU中首次达到3.0GHz,且是CPU+GPU+Chipset的三合一芯片,可以说是国产CPU取得的一个重大成果。

由于刚刚发布没多久,开胜和开先系列CPU目前在市面上的商业应用还较少,其实际使用性能和应用生态还有待进一步验证。

兆芯x86产品系列

兆芯KH-30000服务器8核处理器

 

作为国内科技巨头,华为推出的每一款自研芯片都备受人们的关注。在被美国禁运的当下,为了能继续发展服务器产品,华为正在不遗余力地推广其鲲鹏CPU。

华为在服务器领域可用的自主芯片

 

华为从2004年就开始进行芯片研发,至今已经有15年了。和天津飞腾一样,华为基于ARMv8架构开发了目前最新的鲲鹏916和鲲鹏920服务器处理器。配合华为前不久发布的晟腾AI芯片,以及华为已经开发多年的SSD控制器、网卡芯片和智能管理芯片,华为完全有能力基于自研芯片构建起一套完整的服务器系统。

华为在自主芯片领域的策略

 

华为现阶段的芯片研发涵盖了“算、存、传、管、智”这五大方面。按照华为的说法,他们的开发策略是“发布一代、研发一代、规划一代”。也就是说,华为的芯片发布将会存在大小年之分。第一年发布芯片,第二年着力应用芯片和构建芯片生态,第三年再发布下一代的芯片。比如计算方面已经发布的鲲鹏920芯片,目前已经在研发下一代鲲鹏930芯片;而AI计算方面的晟腾910芯片,在2018年发布、2019年商用的基础上,2020年有望发布下一代晟腾920芯片。

飞腾和华为鲲鹏处理器性能对比

 

由于飞腾和华为鲲鹏都是基于ARMv8架构开发的CPU芯片,难免会被人们拿来做一番比较。从具体参数上来看,鲲鹏920芯片更胜一筹,而飞腾FT-2000+/64的性能只与鲲鹏916相当。得益于7nm工艺,鲲鹏920能够达到2.6GHz的主频,并且将DDR4速率提升到2933MT/s、将PCIe速率提升到Gen4等级。这样的IO性能已经达到目前业界主流芯片的能力,这也体现出华为海思在国内属于一流的芯片设计能力。

华为通过云服务扩展自主芯片生态

 

以华为的体量,开发几款芯片并不难,难的还是如何构建基于鲲鹏CPU的生态。由于华为有云业务,通过使用基于鲲鹏CPU的泰山服务器,华为可以将鲲鹏云服务和晟腾AI计算能力提供给广大用户。作为用户,在确定好自己云服务的性能指标后,其实并不关心、也不需要知道后台到底用的是基于鲲鹏处理器的服务器,还是基于Intel/AMD处理器的服务器。这是华为构建鲲鹏CPU生态的一大优势。

华为鲲鹏生态建设设想

 

另一方面,华为给自己设定了商业边界。在硬件和云方面华为会完全自主掌控;在部件、整机方面,华为则愿意与其它厂家进行合作开发;而在更上层的操作系统、中间件和应用层,华为则表示自己不会涉足,完全交由合作伙伴来建设。如果华为的设想能够得以实现,以其技术实力,华为将有可能成为国内的Intel。

可能大家会有疑虑,中国到底有没有必要搞这么多种CPU?从追赶国际先进水平的角度来看,国家层面肯定是希望能够多管齐下,百花丛中选出最好的那一两朵出来;从商业角度对比来看,美国有Intel、AMD和IBM开发不同应用领域的处理器,作为14亿人的市场,中国应该也能够容纳多种类型处理器的存在。

 

总 结

从国内主要的几家CPU厂家最新的进展来看,国内可以做出ARM架构的处理器,也可以开发出x86架构的处理器,能满足一定的使用需求,但性能上还无法达到国际先进水平,具有1-2代的差距。在国内芯片厂家中,华为的技术实力无疑是最高的,其ARM架构的CPU在部分性能方面已经能够达到业界主流水平。

但芯片开发本身还不是最大的难点,构建完全国产的CPU生态才是摆在各个芯片厂家面前最困难的事情,毕竟这不是一个厂家可以解决的问题。基于此,华为提出了进行生态建设的“沃土计划”,投资15亿美元,汇聚500万开发者,全力打造基于鲲鹏处理器的生态。

国产CPU的发展,虽然艰难,但我们已经看到了希望。相信只要持续建设下去,国产CPU生态终有一天能够构建起来。


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