近年來,中國政府大力發展集成電路產業,國產
CPU 如同雨后春筍般成長起來。國產
CPU 性能到底怎么樣,和
英特爾的差距到底在哪里?筆者接下來對國產
CPU 做一個比較全面客觀的盤點。
X86 陣營:瀾起、海光、兆芯
2016 年起,瀾起科技與 Intel、清華大學合作,開發出津逮
CPU。津逮
CPU 其實就是在 Intel
CPU 上加一個所謂的安全模塊,是
CPU+ASIC。由于本身用的就是
英特爾的 X86
CPU,因而在性能上是可以媲美
英特爾的
CPU。問題就在于,增加一個 ASIC會導致額外封裝成本,以及 ASIC 本身也有成本,因而能不能把成本控制下來是關鍵。另外,能否保證 100%安全可控,這也是需要時間檢驗的問題。
海光是
AMD 和曙光成立的合資公司。在銳龍問世前,
AMD 在商業上被
英特爾壓著打,因而向中國大陸拋出橄欖枝,成立合資公司,并將 Zen 的源代碼和設計文檔等技術資料授予合資公司。就性能來說,Zen 屬于國際一流水平,具有市場競爭力,這一點從
AMD 股價在過去幾年上漲 800%就能體現出來。據說海光已經在進行產品的迭代創新,如果能夠把技術消化吸收,并把成本控制下來,在商業市場和
英特爾搶飯碗,那是挺好的。
兆芯是上海國資與中國臺灣 VIA 成立的合資公司。在十二五期間,合資公司承接了核高基 01 專項,獲得了海量資金扶持。兆芯通過引進 VIA 的技術,做了數代改進,最新的 KX6000,性能達到老一代
AMD 處理器的水平,如果能夠把成本降下來,那么在上網本、瘦客戶端等平臺上還是有一定潛力的。誠然,兆芯
CPU 性能提升比較明顯,但和瀾起津逮
CPU 和海光
CPU 在性能上還是有不小差距。
ARM 陣營:ARM mini China、華為、飛騰、華芯通
隨著中國掀起
芯片熱,
ARM 也來大陸開設合資公司。一些網友把中方占股
ARM miniChina 51%的股份視為中國可以通過這種方式不再懼怕國外制裁。數月前,
ARM 決定制裁華為,
ARM mini China 與
ARM 保持一致步調共同制裁華為,這足以說明,
ARM mini China 對于中國實現
CPU 自主可控沒有任何關系。
多年前,
ARM 服務器
CPU 被諸多行業人士看好,并認為有希望取代 X86,或侵蝕部分 X86 服務器
CPU 市場。于是,
AMD、高通、博通等一大批知名國外公司相繼參與,華為和飛騰也加入這波浪潮。
華為的
ARM服務器
CPU獲得了核高基等國家資源的扶持。其
ARM服務器有Hi1610、Hi1612、Hi1616、Hi1620。Hi1616 就是鯤鵬 916,Hi1620 就是鯤鵬 920,華為宣傳鯤鵬 920 性能超出業界標桿 25%,同時,能效比優于業界標桿 30%。就
芯片設計本身來說,Hi1610、Hi1612 是買 A57 做集成,Hi1616 是買 A72 做集成。Hi1620雖然華為官方宣傳自主,但根據技術發展一般規律來看,應該是站在巨人肩膀上的產物。
飛騰的
ARM 服務器和華為的發展模式類似。飛騰已經研發了 FT1500A、FT2000、FT2000plus 等幾款
芯片,其中,FT2000plus 雖然在單核性能上與
英特爾差距較大,但在多核上飛騰對標
英特爾 E5
處理器。
華芯通是貴州政府與高通成立的合資公司。高通將向合資公司提供其服務器
芯片專有技術,支持新公司在未來的發展。根據公開消息,華芯通首期注冊資本 18.5 億元,貴州方面占股 55%,高通方面占股 45%。雖然這項合資一度被非常看好,但在 2019年 4 月底,華芯通宣布關門。
ARM 服務器 CPU 有三個問題,一是性能,二是生態,三是價格。
就性能來說,雖然華為和飛騰紛紛用 PPT 對標,甚至“吊打”
英特爾,但其實是用 48核、64 核對戰
英特爾 14 核、28 核。國產
ARM CPU 在單核性能上與
英特爾還是有不小差距的,因而只能用堆核心數來對比多核性能。然而,
CPU 最關鍵的恰恰是單核性能,實踐證明,強勁的單核性能+超線程才是最優解。單核性能上不去,盲目堆核心數是邪路。
就生態來說,雖然早在 4、5 年前業界就盛傳
ARM 在服務器上的生態會很豐富,但時至今日,當年夸下的海口依然只是 PPT。X86 在 PC 和服務器上的優勢異常穩固。
就價格來說,
芯片的價格與產量息息相關,在這方面,
英特爾相對于國產
ARM CPU有明顯優勢。加上國產
ARM 服務器
CPU 普遍采用堆核心數量的做法,這又進一步加大了
芯片的成本,因而這些國產
ARM 服務器
CPU 反而比
英特爾賣的更貴。
高通、
AMD 等國外巨頭之所以放棄
ARM 服務器
CPU,華芯通之所以關門,根源就在于純商業模式下,
ARM 服務器
CPU 走不通。正是因此,華為和飛騰都往央采和安全可控市場沖。
MIPS/SW64:龍芯、申威
龍芯成立于 2001 年。在“十五”期間龍芯獲得國家較大扶持,在“十一五”期間,政策上加大了對
芯片項目的審核力度,國家對
芯片項目的撥款變得“非常謹慎”,這使國家資金遲遲沒有到位,是李國杰院士用計算所的經費支持龍芯研發。在“十二五”之后,龍芯只能自己賺錢和依靠投資人的投資養活自己。在過去 18 年的時間里,國家只給了龍芯 5 億多的經費。正因為囊中羞澀,使龍芯在“斷奶后”,
芯片的制造工藝上普遍落后于同時期其他國產
CPU。
就
CPU 最關鍵的單核性能來說,龍芯依靠自己的
芯片設計能力,在制造工藝落后 1-2代的情況下,單核性能進步迅速,達到 20 分。誠然,龍芯這幾年進步很快,但
CPU性能和生態與
英特爾還是有很大差距。
SW 由相關單位設計,在超算上取得成功后,SW 開始把服務器作為發力的方向,2019年會有 SW3231 問世,2020 年 SW3232 會問世。就單核性能來說,SW3232 的預定目標是 25 分左右,如果能夠達到預期性能,且能夠解決軟件生態的問題,在一定范圍內小規模推廣是可以期待的。
RISC-V
近年來,輿論上和行業里部分人認為
RISC-V 已經過度炒作,這種炒作和幾年前高調炒作
ARM 進軍服務器
CPU,
ARM 前景無限非常類似。
可以說,在純商業模式下完全依賴“看不見的手”進行調控,想要擠掉
英特爾、
ARM在各自強勢領域的市場份額,是不可能完成的任務。只有通過“看得見的手”進行調控,后來者才能有一個茁壯成長的機會。
因此,對于
RISC-V 而言,單純依靠市場的力量,能夠做的是在嵌入式方面有所作為,比如在
物聯網的大潮下,做一些嵌入式應用,無法在 PC 和服務器這類對性能要求較高的市場有所作為。因為在這些方面依靠市場力量搞
RISC-V,就如同在 PC 和服務器推
ARM,在移動端推 X86 一樣悲劇。
國產 CPU 宜良性競爭
國產基礎軟硬件最理想的狀態,是國內所有
CPU 公司圍繞一套指令集設計
CPU,軟件廠商圍繞這套指令集建生態。比較現實的做法是通過市場競爭優勝劣汰,前提是必須有良好的規則,否則只能是“劣幣驅逐良幣”。
首先,不宜搞拉偏架式幫扶補貼。近年來,國家對集成電路產業的扶持力度很大。誠然,國家對于落后產業進行補貼幫助產業發展是理所當然的,但補貼也要講究方式方法,政府資金可以“扶一程”、“送一程”,之后就應該讓企業到市場中去自謀生路了。
應用是國產
CPU 成長的階梯,國家應當從應用上動腦筋,幫助國產
CPU 用起來。
其次,對于自主可控不能雙重標準。技術引進也是掌握先進技術的有效方式,技術消化吸收是需要一定能力水平和時間。對于技術引進,真正關鍵的在于能力。海光、華為、兆芯都在吸收消化引進的技術,都是拿到了真東西。海光是完整
CPU 內核及源代碼,兆芯從 VIA 獲得了源碼,華為也由
ARM 公司授權獲得技術,關鍵是要形成自己的設計能力,開發出自己的獨立產品和 IP。
這里在對 X86 和
ARM 授權多說幾句。網上總有不明真相的群眾認為 X86 授權有問題,而
ARM 授權卻米有。但實際上,X86 和
ARM 授權都是存在瑕疵的,也都有回旋的余地。
就海光來說,
英特爾和
AMD 之間的 X86 交叉授權背景復雜,交叉技術授權符合美國法律法規,如果
英特爾拿這個去制約
AMD 的生意,就會受到美國國內的反壟斷制裁,這對
英特爾更嚴重更致命,以至于網友調侃,“農企要掛了,
英特爾又得去送錢”。
像當下這種敏感時期,中美也是斗而不破的,即便華為被列入“實體名單”,即便
ARM宣布遵守川普禁令,但還是有回旋余地——川普并沒有一上來就全面封殺,而是給了90 天寬限期,而寬限期還未結束,在 G20 碰面之后,川普明顯就松口了。可以說,川普的目的“以戰促和”。
真正碰到中美撕破臉了,一切中國使用的由美國控制的專利技術,軟件、硬件全都無法幸免,中國商業社會有可能會癱瘓。
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 授權攻擊 X86
CPU,卻對
ARM 授權的風險視而不見,這是值得商榷的。
最后,安全市場和商業市場應當齊頭并進。中國還做不到使用國產 EDA、原材料、設備、工藝完成國產
CPU 的設計、制造、封裝,因而自主可控是相對概念。就安全市場來說,應當作為中國自己 IT 技術體系的孵化地。
就商業市場來說,還是應當讓商業法則發揮作用,政府應當作為規則的維護者,不應當過度干涉商業市場。筆者認為,就商業市場以及對 X86 生態和性能有要求的特殊市場,海光目前性能表現不錯,且技術上存在消化吸收的較高可能性。問題在于成本控制水平,價格有沒有競爭力。就建立中國版 W
intel 來說,龍芯和申威可以期待,但短期在商業市場缺乏競爭力,需要二十年磨一劍打持久戰。