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。不过,虽然一些CPU公司宣传自己的CPU对标英特尔,比如华为宣传鲲鹏920性能超出业界标杆25%,同时,能效比优于业界标杆30%。但在商业市场上英特尔依然居于统治地位。那么,国产CPU性能到底怎么样,和英特尔的差距到底在哪里?铁流对以下国产CPU做一个简单盘点。
X86阵营:澜起、海光、兆芯
2016年起,澜起科技与Intel、清华大学合作,开发出安全可控CPU,并结合澜起科技安全内存模组推出安全可控的高性能服务器平台,在业界首次实现了硬件级实时安全监控功能,并可用于人工智能领域。
澜起科技官方介绍:
津逮服务器平台是在英特尔至强通用处理器技术的基础上,融合了清华大学可重构计算处理器(RCP)模块以及澜起科技混合安全内存模组(HSDIMM®),构成了动态安全监控技术(DSC),以满足国内数据中心对高安全、高性能计算的迫切应用需求。
津逮CPU其实就是在Intel CPU上加一个所谓的安全模块,是CPU+ASIC,CPU直接用英特尔的,ASIC国内单位自己做。就性能来说,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的。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,在采用英特尔的X86 CPU只加一个ASIC的情况下,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是属于国际一流水平的,是具有市场竞争力的技术,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。由于在市场上被英特尔吊打,VIA选择到中国大陆合资。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,把主频做到3.0G,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——澜起和海光估35分以上(SPECint2006,GCC),兆芯估计在20分上下(SPECint2006,GCC,用ICC编译器有接近30分,当然,澜起和海光用ICC编译器,跑分也会暴涨)。就兆芯而言,由于属于X86阵营,生态并非制约兆芯的因素,CPU性能和价格才是兆芯要解决的当务之急。
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。
之后,一些网友也把中方占股 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。但是,ARM mini China 51%本身就是一个空壳公司,成立这家公司本身就是孙正义拿来割韭菜的,而ARM mini China 可以让国内ARM阵营厂商不惧怕制裁更是无稽之谈。
数月前,ARM决定制裁华为,由中资控股51%的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,就是国内外资本勾结割韭菜的工具。
多年前,ARM服务器被业界炒的火热,被热炒的程度不亚于现在的RISC-V,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——从实践上看,Intel、IBM、AMD、ARM、苹果的发展历程中,技术都有迭代演进的发展过程,每一代源代码修改一般不会超过25%。像苹果中途插入,也是站在ARM的肩膀上,基于ARM公版内核修改——拿ARM A8、A9、A15改了三代做了五款处理器。以至于ARM还表示,因为A8、A9、A15有漏洞,所以搭载苹果A4、A5、A5X、A6、A6X处理器的设备也存在隐患......一步登天,而且100%自己写的这种情况,实在有违事物发展一般规律。伯利克非常牛,做RISC-V,也是一步一个脚印,技术迭代演进,不存在一步登天的情况。
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。目前,华为和飞腾已经走上了消化吸收再创新的道路。
华芯通是贵州政府与高通成立的合资公司。2012年,高通公司开始计划发展服务器芯片业务,最初的想法是将移动芯片的节能特性与强悍的设计能力结合,吸引诸如微软和谷歌等数据中心这些客户。因为微软、谷歌希望节省运营成本,并在价格谈判中需要与英特尔达成平衡。
之后,高通从Intel、IBM、AMD挖人,在北卡罗来纳州罗利成立设计中心,开启了ARM服务器芯片计划。在巅峰时期,这个团队曾经拥有上千名员工。
在2016年1月,贵州省人民政府与高通签订协议,宣布共同组建一家合资企业,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(约2.8亿美元),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。龙芯的名字会使很多人以为龙芯是举国之力打造的CPU,诚然,在“十五”期间龙芯获得国家较大扶持,在“十一五”期间,由于“汉芯事件”,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,国家资源大力扶持兆芯和华为,核高基等国家项目基本对龙芯断奶,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。正是因为囊中羞涩,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,比如2015年前后问世的龙芯3A2000,工艺为40nm,而在此时,国内同行CPU的工艺大多为28nm。2019年问世的龙芯3A4000,制造工艺为28nm,国内同行的工艺普遍为7/16nm。
虽然很穷,但就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(SPECint2006)。诚然,龙芯这几年进步很快,但CPU性能和生态与英特尔的差距还是非常明显的,想要在商业市场上与英特尔同台竞技,恐怕还要5至10年的时间。
SW由相关单位设计,在超算上非常成功,神威太湖之光曾经多次在TOP500上名列第一,即便现在依然位居第三。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(SPECint2006)左右,如果能够达到预期性能,且能够解决软件生态的问题。那么,在一定范围内小规模推广是可以期待的。
RISC-V
近年来,RISC-V被炒的非常火。国内一些机构之所以选择RISC-V,也是因为想借助目前掀起的RISC-V热潮,认为RISC-V会有前途,将来可能会有一定生态,这样国内单位可以去兼容这个现有的生态。
现在,舆论上和行业里部分人认为RISC-V已经过度炒作,过度拔高RISC-V的前景。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。
就纯商业模式来看,智能手机、平板玩X86与在PC、服务器上玩ARM都注定要失败。
数年前,在英特尔的高额补贴下,国内一些厂商与英特尔合作在手机和平板上推X86,结果是英特尔亏损超过100亿美元,导致其壮士断腕。
ARM服务器在全球范围内退潮,高通、ARM、博通等公司已经用实践证明,纯粹的商业模式下,ARM服务器没戏。在国内外,X86依旧牢牢统治着市场,ARM服务器也就隔三岔五,个别厂商宣传一下,用PPT吊打英特尔来显示存在感。
可以说,在纯商业模式下完全依赖“看不见的手”进行调控,后来者想要挤掉英特尔、ARM在各自强势领域的市场份额,是根本不可能完成的任务。
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,以“农村包围城市”和“二十年磨一剑”的方式逐步侵蚀英特尔和ARM的市场。
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,就会在PC和服务器推ARM,就如同在移动端推X86一样悲剧。
RISC-V对于中国在桌面和服务器CPU上的问题于事无补,而就嵌入式来说,自主CPU已经在一些行业有一定应用,RISC-V也不是唯一项,因而,对于中国来说,RISC-V只是在嵌入式CPU上的一个补充。如果RISC-V能像媒体炒作的那样兴起,那么,有望在嵌入式市场割据一方,但对于解决中国高性能CPU受制于英特尔的问题无能无力。
国产CPU宜良性竞争
铁流认为,国产基础软硬件最理想的状态,就是国内所有CPU公司围绕一套指令集设计CPU,谁的CPU好就用谁的,软件厂商围绕这套指令集建生态。然而,由于现在中国CPU已经集齐了X86、ARM、Power、SPARC、MIPS、RISC-V等诸多指令集,通过行政指令集强行合并团队并不现实。因而比较现实的做法是通过市场竞争优胜劣汰,走类似于美国当年的道路。如果要通过市场竞争实现优胜劣汰,一个前提就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,个别公司通过核高基等项目获得了数十亿的资金。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。特别是对ARM服务器这种商业市场上已经被高通、AMD、华芯通等公司证明商业上是死路,又在实践上被证明存在制裁风险的东西,国家资源不宜过度补贴,更不宜用行政指令指定品牌在安全市场强推。总是依靠补贴和行政指令“照顾”,只能变成温室里的花朵,无法成为参天大树,必须在市场中历练,经历风雨后才能茁壮成长。
铁流认为,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,通过这种方式帮助国产CPU成长,而不是过去那种给钱式帮扶。即便是补贴,就补贴一下流片费用就可以了。而且补贴流片费用必须使用本土晶圆厂的工艺,因为这样可以帮助本土晶圆厂成长,CPU公司不能拿境外晶圆厂去流片反而向国家要补贴。
其次,对于自主可控不能双重标准。诚然,技术引进也是掌握先进技术的有效方式,而且过去有不少成功范例。比如引进英国斯贝发动机,消化吸收后研发出涡扇9,引进CMF56消化吸收开发出涡扇10,引进苏27后开发出J11系列和J15、J16战机,引进AP1000后开发出CAP1400。但问题在于,技术引进一般都有仿制(山寨)——修改原始设计——再创新这样一个过程。技术消化吸收是需要一定能力水平和一定时间的,引进技术后立马宣称自主,这种做法是值得商榷的。某单位在引进俄罗斯战机后,对技术引进消化吸收就有非常精辟的总结:“修改原始设计要慎之又慎”。
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。这三家公司都在走技术引进消化吸收再创新的道路,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。相比之下,澜起只是把英特尔的X86 CPU和国内开发的ASIC模块封装在一起,并没有掌握核心技术。
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授权没问题。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”,在谈判中拿制裁华为做筹码逼迫中国让步。
真正碰到中美撕破脸了,那么,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,广大网友奉为神的华为麒麟也得完蛋。
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,但却对ARM授权的风险视而不见,并把ARM芯片往安全市场冲,这是值得商榷的。
最后,安全市场和商业市场应当齐头并进。首先要明确一点,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。也正因此,铁流在以前文章里强调,宜不过分追求芯片性能,而应追求技术自主化,建立“红色产业链”。就安全市场来说,应当作为中国自己IT技术体系的孵化地。因为历史证明,如果做不到“洋人有啥,我们有啥”,就会被欺负,建立中国自己IT技术体系是实现中华民族伟大复兴的物质基础之一。铁流认为,在 已经有成功样本的情况下,特殊行业国产化替代的步伐可以迈的再大一些。
而就商业市场来说,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,而不应当过度干涉商业市场。毕竟中国商业市场的规模太大,如果使用补贴手段扭曲市场规律,所需要消耗的资金太高,在当下地方债务不乐观的情况下,缺乏可操作性。就商业市场来说,如果与英特尔同属X86阵营的海光、兆芯这些合资CPU能够把市场份额从英特尔手里抢回一部分,那也是非常好的。因为这样一来,可以把更多的利润留在国内,并且锻炼自己的队伍。
铁流的看法是,就商业市场,以及对X86生态和性能有要求的特殊市场,海光是目前性能表现不错,且技术上存在消化吸收可能性的选择。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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