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 mini China 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 Wintel 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。

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