近年来,中国政府大力发展集成电路产业,国产
CPU 如同雨后春笋般成长起来。国产
CPU 性能到底怎么样,和
英特尔的差距到底在哪里?笔者接下来对国产
CPU 做一个比较全面客观的盘点。
X86 阵营:澜起、海光、兆芯
2016 年起,澜起科技与 Intel、清华大学合作,开发出津逮
CPU。津逮
CPU 其实就是在 Intel
CPU 上加一个所谓的安全模块,是
CPU+ASIC。由于本身用的就是
英特尔的 X86
CPU,因而在性能上是可以媲美
英特尔的
CPU。问题就在于,增加一个 ASIC会导致额外封装成本,以及 ASIC 本身也有成本,因而能不能把成本控制下来是关键。另外,能否保证 100%安全可控,这也是需要时间检验的问题。
海光是
AMD 和曙光成立的合资公司。在锐龙问世前,
AMD 在商业上被
英特尔压着打,因而向中国大陆抛出橄榄枝,成立合资公司,并将 Zen 的源代码和设计文档等技术资料授予合资公司。就性能来说,Zen 属于国际一流水平,具有市场竞争力,这一点从
AMD 股价在过去几年上涨 800%就能体现出来。据说海光已经在进行产品的迭代创新,如果能够把技术消化吸收,并把成本控制下来,在商业市场和
英特尔抢饭碗,那是挺好的。
兆芯是上海国资与中国台湾 VIA 成立的合资公司。在十二五期间,合资公司承接了核高基 01 专项,获得了海量资金扶持。兆芯通过引进 VIA 的技术,做了数代改进,最新的 KX6000,性能达到老一代
AMD 处理器的水平,如果能够把成本降下来,那么在上网本、瘦客户端等平台上还是有一定潜力的。诚然,兆芯
CPU 性能提升比较明显,但和澜起津逮
CPU 和海光
CPU 在性能上还是有不小差距。
ARM 阵营:ARM mini China、华为、飞腾、华芯通
随着中国掀起
芯片热,
ARM 也来大陆开设合资公司。一些网友把中方占股
ARM miniChina 51%的股份视为中国可以通过这种方式不再惧怕国外制裁。数月前,
ARM 决定制裁华为,
ARM mini China 与
ARM 保持一致步调共同制裁华为,这足以说明,
ARM mini China 对于中国实现
CPU 自主可控没有任何关系。
多年前,
ARM 服务器
CPU 被诸多行业人士看好,并认为有希望取代 X86,或侵蚀部分 X86 服务器
CPU 市场。于是,
AMD、高通、博通等一大批知名国外公司相继参与,华为和飞腾也加入这波浪潮。
华为的
ARM服务器
CPU获得了核高基等国家资源的扶持。其
ARM服务器有Hi1610、Hi1612、Hi1616、Hi1620。Hi1616 就是鲲鹏 916,Hi1620 就是鲲鹏 920,华为宣传鲲鹏 920 性能超出业界标杆 25%,同时,能效比优于业界标杆 30%。就
芯片设计本身来说,Hi1610、Hi1612 是买 A57 做集成,Hi1616 是买 A72 做集成。Hi1620虽然华为官方宣传自主,但根据技术发展一般规律来看,应该是站在巨人肩膀上的产物。
飞腾的
ARM 服务器和华为的发展模式类似。飞腾已经研发了 FT1500A、FT2000、FT2000plus 等几款
芯片,其中,FT2000plus 虽然在单核性能上与
英特尔差距较大,但在多核上飞腾对标
英特尔 E5
处理器。
华芯通是贵州政府与高通成立的合资公司。高通将向合资公司提供其服务器
芯片专有技术,支持新公司在未来的发展。根据公开消息,华芯通首期注册资本 18.5 亿元,贵州方面占股 55%,高通方面占股 45%。虽然这项合资一度被非常看好,但在 2019年 4 月底,华芯通宣布关门。
ARM 服务器 CPU 有三个问题,一是性能,二是生态,三是价格。
就性能来说,虽然华为和飞腾纷纷用 PPT 对标,甚至“吊打”
英特尔,但其实是用 48核、64 核对战
英特尔 14 核、28 核。国产
ARM CPU 在单核性能上与
英特尔还是有不小差距的,因而只能用堆核心数来对比多核性能。然而,
CPU 最关键的恰恰是单核性能,实践证明,强劲的单核性能+超线程才是最优解。单核性能上不去,盲目堆核心数是邪路。
就生态来说,虽然早在 4、5 年前业界就盛传
ARM 在服务器上的生态会很丰富,但时至今日,当年夸下的海口依然只是 PPT。X86 在 PC 和服务器上的优势异常稳固。
就价格来说,
芯片的价格与产量息息相关,在这方面,
英特尔相对于国产
ARM CPU有明显优势。加上国产
ARM 服务器
CPU 普遍采用堆核心数量的做法,这又进一步加大了
芯片的成本,因而这些国产
ARM 服务器
CPU 反而比
英特尔卖的更贵。
高通、
AMD 等国外巨头之所以放弃
ARM 服务器
CPU,华芯通之所以关门,根源就在于纯商业模式下,
ARM 服务器
CPU 走不通。正是因此,华为和飞腾都往央采和安全可控市场冲。
MIPS/SW64:龙芯、申威
龙芯成立于 2001 年。在“十五”期间龙芯获得国家较大扶持,在“十一五”期间,政策上加大了对
芯片项目的审核力度,国家对
芯片项目的拨款变得“非常谨慎”,这使国家资金迟迟没有到位,是李国杰院士用计算所的经费支持龙芯研发。在“十二五”之后,龙芯只能自己赚钱和依靠投资人的投资养活自己。在过去 18 年的时间里,国家只给了龙芯 5 亿多的经费。正因为囊中羞涩,使龙芯在“断奶后”,
芯片的制造工艺上普遍落后于同时期其他国产
CPU。
就
CPU 最关键的单核性能来说,龙芯依靠自己的
芯片设计能力,在制造工艺落后 1-2代的情况下,单核性能进步迅速,达到 20 分。诚然,龙芯这几年进步很快,但
CPU性能和生态与
英特尔还是有很大差距。
SW 由相关单位设计,在超算上取得成功后,SW 开始把服务器作为发力的方向,2019年会有 SW3231 问世,2020 年 SW3232 会问世。就单核性能来说,SW3232 的预定目标是 25 分左右,如果能够达到预期性能,且能够解决软件生态的问题,在一定范围内小规模推广是可以期待的。
RISC-V
近年来,舆论上和行业里部分人认为
RISC-V 已经过度炒作,这种炒作和几年前高调炒作
ARM 进军服务器
CPU,
ARM 前景无限非常类似。
可以说,在纯商业模式下完全依赖“看不见的手”进行调控,想要挤掉
英特尔、
ARM在各自强势领域的市场份额,是不可能完成的任务。只有通过“看得见的手”进行调控,后来者才能有一个茁壮成长的机会。
因此,对于
RISC-V 而言,单纯依靠市场的力量,能够做的是在嵌入式方面有所作为,比如在
物联网的大潮下,做一些嵌入式应用,无法在 PC 和服务器这类对性能要求较高的市场有所作为。因为在这些方面依靠市场力量搞
RISC-V,就如同在 PC 和服务器推
ARM,在移动端推 X86 一样悲剧。
国产 CPU 宜良性竞争
国产基础软硬件最理想的状态,是国内所有
CPU 公司围绕一套指令集设计
CPU,软件厂商围绕这套指令集建生态。比较现实的做法是通过市场竞争优胜劣汰,前提是必须有良好的规则,否则只能是“劣币驱逐良币”。
首先,不宜搞拉偏架式帮扶补贴。近年来,国家对集成电路产业的扶持力度很大。诚然,国家对于落后产业进行补贴帮助产业发展是理所当然的,但补贴也要讲究方式方法,政府资金可以“扶一程”、“送一程”,之后就应该让企业到市场中去自谋生路了。
应用是国产
CPU 成长的阶梯,国家应当从应用上动脑筋,帮助国产
CPU 用起来。
其次,对于自主可控不能双重标准。技术引进也是掌握先进技术的有效方式,技术消化吸收是需要一定能力水平和时间。对于技术引进,真正关键的在于能力。海光、华为、兆芯都在吸收消化引进的技术,都是拿到了真东西。海光是完整
CPU 内核及源代码,兆芯从 VIA 获得了源码,华为也由
ARM 公司授权获得技术,关键是要形成自己的设计能力,开发出自己的独立产品和 IP。
这里在对 X86 和
ARM 授权多说几句。网上总有不明真相的群众认为 X86 授权有问题,而
ARM 授权却米有。但实际上,X86 和
ARM 授权都是存在瑕疵的,也都有回旋的余地。
就海光来说,
英特尔和
AMD 之间的 X86 交叉授权背景复杂,交叉技术授权符合美国法律法规,如果
英特尔拿这个去制约
AMD 的生意,就会受到美国国内的反垄断制裁,这对
英特尔更严重更致命,以至于网友调侃,“农企要挂了,
英特尔又得去送钱”。
像当下这种敏感时期,中美也是斗而不破的,即便华为被列入“实体名单”,即便
ARM宣布遵守川普禁令,但还是有回旋余地——川普并没有一上来就全面封杀,而是给了90 天宽限期,而宽限期还未结束,在 G20 碰面之后,川普明显就松口了。可以说,川普的目的“以战促和”。
真正碰到中美撕破脸了,一切中国使用的由美国控制的专利技术,软件、硬件全都无法幸免,中国商业社会有可能会瘫痪。
因此,X86 和
ARM 都存在瑕疵,也都有回旋的余地。一些
ARM 支持者以 X86 授权攻击 X86
CPU,却对
ARM 授权的风险视而不见,这是值得商榷的。
最后,安全市场和商业市场应当齐头并进。中国还做不到使用国产 EDA、原材料、设备、工艺完成国产
CPU 的设计、制造、封装,因而自主可控是相对概念。就安全市场来说,应当作为中国自己 IT 技术体系的孵化地。
就商业市场来说,还是应当让商业法则发挥作用,政府应当作为规则的维护者,不应当过度干涉商业市场。笔者认为,就商业市场以及对 X86 生态和性能有要求的特殊市场,海光目前性能表现不错,且技术上存在消化吸收的较高可能性。问题在于成本控制水平,价格有没有竞争力。就建立中国版 W
intel 来说,龙芯和申威可以期待,但短期在商业市场缺乏竞争力,需要二十年磨一剑打持久战。