1、龍芯:中科院嫡系部隊,專注于自主架構 CPU
最開始是基于國外的MIPS指令集來研發的,后面拓展了LoongISA指令集。后來又研發出了一個真正自主可控的LoongArch指令集,這個指令集兼容MIPS、LoongISA。
所以目前龍芯可以說在指令集上已經實現了自主可控,不再依賴MIPS了,不過自研指令集后,生態問題沒解決。
LoongArch屬于龍芯自己的生態,軟硬件玩家少,龍芯全部要自己來實現從0到1到10的過程,還是較為困難的,龍芯的想法是推出指令集轉譯器,翻譯ARMX86指令,然后來兼容安卓、windows程度,但目前還沒實現,但方向不錯,犧牲部分性能,換取生態。
2020年,龍芯中科推出了自主指令系統 LoongArch。2021 年 7 月開始,公司信息化業務已經轉向基于龍芯自主指令系統 LoongArch 的 3A5000 系列處理器,工控業務開始轉向基于龍芯自主指令系統 LoongArch 的系列處理器。
具體而言,龍芯中科研制的芯片包括龍芯 1 號、龍芯 2 號、龍芯 3 號三大系列處理器芯片及橋片等配套芯片:
龍芯 1 號系列:低功耗、低成本專用嵌入式 SoC 或 MCU 處理器,通常集成1 個 32 位低功耗處理器核,應用場景面向嵌入式專用應用領域,如物聯終端、儀器設備、數據采集等;
龍芯 2 號系列:低功耗通用處理器,采用單芯片 SoC 設計,通常集成 1-4 個64 位低功耗處理器核,應用場景面向工業控制與終端等領域,如網絡設備、行業終端、智能制造等。
龍芯 3 號系列:高性能通用處理器,通常集成 4 個及以上 64 位高性能處理器核,與橋片配套使用,應用場景面向桌面和服務器等信息化領域;
配套芯片:包括橋片及正在研發尚未實現銷售的電源芯片、時鐘芯片等,其中橋片主要與龍芯 3 號系列處理器配套使用和銷售,電源芯片和時鐘芯片主要與龍芯 2 號、龍芯 3 號系列處理器配套使用。龍芯 1 號、2 號、3 號處理器芯片及配套芯片的主要客戶是板卡、整機廠商。
2、兆芯:X86授權
兆芯由上海市國資委下屬企業和臺灣威盛電子合資成立。基于X86架構,成功研發并量產多代通用CPU,在PC產業上使用wintel生態,優勢明顯。
兆芯通用處理器產品涵蓋“開先”、“開勝”兩大系列,開先面向PC,開勝面向服務器,開先中最新的是KX6000系列,采用采用16nm,不過性能方面,還是有點弱。
測試得知,8 核心的 KX-U6780A 產品性能與第七代的 4 核心英特爾 i5 整體水平仍存在差距,尤其是單核性能不足 7 代 i5 一半,但整數性能方面對英特爾 i5 實現了反超。與intel水平有8年以上差距,還需要努力。
3、飛騰:長期自主化耕耘,擁抱 ARM 架構
目前是國資比例最高(CEC通過中國長城控股)的國產CPU企業,是聚焦國家戰略需求和重大項目的CPU國家隊。曾先后嘗試X86、Epic、SPARC、ARM四個指令集,并以SPARC開源代碼為基礎設計了FT-1000、FT-1000A、FT-1500等CPU。擁有覆蓋桌面、服務器和嵌入式等領域的完整產品線。
飛騰CPU,也采用的是ARM指令集,同樣像華為鯤鵬一樣,基于ARM V8架構永久授權,主要也用于服務器產品,現在移動終端市場占據統治地位。其中飛騰2000+/64核產品性能已經與英特爾主流E5部分產品性能相當。
在2020年的時候,飛騰對高性能服務器 CPU、高效能桌面 CPU、高端嵌入式 CPU 三條產業線進行了全面的品牌升級。
此外還產生三大系列芯,分別以騰云S、騰銳D、騰瓏E來命名,其中S2500是最新的服務器芯片,采用16nm工藝,性能表現優異,下一代產品會采用7nm工藝。
芯片產品主要分為高性能服務器芯片、高效能桌面芯片和高端嵌入式芯片。
高端嵌入式芯片:飛騰嵌入式芯片采用自主研發、面向嵌入式行業定制化的處理器核心,具有高安全、高可靠、強實時和低功耗的特點,滿足行業終端產品、工業控制領域應用產品需求。
高效能桌面芯片:飛騰桌面芯片采用自主研發的高能效處理器核心,全芯片性能卓越、功耗適度,最新產品內置硬件級安全機制,能夠同時滿足信息化領域對性能、能耗比和高安全的應用需求。
高端嵌入式芯片:飛騰嵌入式芯片采用自主研發、面向嵌入式行業定制化的處理器核心,具有高安全、高可靠、強實時和低功耗的特點,滿足行業終端產品、工業控制領域應用產品需求。據AMEYA360電子元器件平臺www.ameya360.com所知從產品迭代上,天津飛騰主要包括FT-1500 系列產品、FT-2000 系列產品以及基于 FTC663 內核的D/S 系列產品。
4、海光:基于海外龍頭加快自主研發,發出國產 x86 體系最強音
海光是國內高性能計算機龍頭中科曙光的參股子公司。
主要是通過AMD獲得了ZEN1架構和X86指令集的永久使用權。海光的CPU主要作于服務器,目前有7、5、3系列,分別定位于高、中、低檔。
近期,海光的技術來源一致困擾受制于合資的外資公司(AMD 占股51%),受到質疑,且技術的后續升級也可能存在一定難度(AMD只授權了上一代架構 Zen)。
海光擁有海光CPU和海光DCU兩類高端處理器產品,可以滿足服務器、工作站等計算、存儲設備中對高端處理器的功能需求:
海光 CPU:兼容 x86 指令集,處理器性能參數與國際同類型主流處理器產品相當,支持國內外主流操作系統、數據庫、虛擬化平臺或云計算平臺,能夠有效兼容目前存在的數百萬款基于 x86 指令集的系統軟件和應用軟件,具有優異的生態系統優勢。此外,海光 CPU 支持國密算法,擴充了安全算法指令,集成了安全算法專用加速電路,支持可信計算,提升了高端處理器的安全性。
從海光 CPU 應用場景角度看,公司將海光 CPU 產品規劃為海光 7000 系列、海光 5000 系列和海光 3000 系列。三個系列產品技術設計同源,處理器核心等具有相似的技術特征。根據不同的產品規格定義,需要在一塊基板上封裝 1 至 4顆裸片。目前,公司在售的海光 CPU 產品主要為海光 7200、海光 5200 和海光 3200 系列產品。
海光 DCU:以 GPGPU 架構為基礎,兼容“類 CUDA”環境,軟硬件生態豐富,典型應用場景下性能指標達到國際上同類型高端產品的水平。海光 DCU 主要面向大數據處理、商業計算等計算密集型應用領域,以及人工智能、泛人工智能類運算加速領域。海光 DCU 產品采用與海光 CPU 類似的產品研發策略,2018 年1 月啟動深算一號 DC 產品設計,目前品已實現商業化應用。另一方面,公司啟動了第二代 DCU 深算二號的產品研發工作已于 2020 年 1 月啟動。
海光 CPU 系列產品中海光一號、海光二號已經實現商業化應用,海光三號完成實驗室驗證,海光四號處于研發階段;海光 DCU 系列產品深算一號已經實現商業化應用,深算二號處于研發階段。
5、華為鯤鵬:華為自主研發的全國產化高性能 CPU
基于 ARM 架構開發,是華為繼移動麒麟芯片、AI 昇騰芯片后,第三款自研芯片。鯤鵬芯片定位于服務器應用,其產品自研完成了華為具備優勢的服務器業務自上而下的基礎算力打通。
在通用計算處理器領域,2014 年發布鯤鵬 912 處理器, 2016 年發布鯤鵬 916處理器。2019 年 1 月,華為正式發布鯤鵬 920 芯片。根據華為官方介紹,鯤鵬 920 處理器是業界第一顆采用 7nm 工藝的數據中心級的 ARM 架構處理器,集成最多 64*自研核,支持 64 核、48 核、32 核等多種型號。華為將鯤鵬芯片用于自身服務器,并用來搭建自身的數據中心業務。
鯤鵬芯片多向出擊,鯤鵬 930 芯片值得期待。華為鯤鵬處理器是華為自主研發的基于 ARM架構的企業級系列處理器產品,包含“算、存、傳、管、智”五個產品系統體系。為了保證鯤鵬計算產業的可持續演進,鯤鵬處理器從指令集和微架構兩方面進行兼容性設計,確保既可以適應未來的應用和技術發展演進的需求,又能后向兼容。參考華為鯤鵬芯片的發展路徑規劃,鯤鵬次時代芯片 930 芯片將有望進一步迭代,并在服務器和 PC 兩個方向進一步出擊。
TaiShan 200 服務器是華為新一代數據中心服務器,基于華為鯤鵬 920 處理器,適合為大數據、分布式存儲、原生應用、高性能計算和數據庫等應用高效加速,旨在滿足數據中心多樣性計算、綠色計算的需求。TaiShan 200 服務器僅為華為基于鯤鵬芯片所打造的自有服務器產品,鯤鵬通用計算平臺事實上提供基于鯤鵬處理器的TaiShan 服務器、鯤鵬主板及開發套件。
6、申威:Alpha指令集
申威CPU可是國之重器,因為主要用于超級計算機。
之有國內的超級計算機還使用的是intel的芯片,比如天河1號,后來美國不準Intel賣超算給中國,于是中國自研研發申威CPU。
申威早期采用Alpha指令集,后期拓展了自己的SW-64指令集,目前在神威、太湖之光中就使用的是SW26010芯片。
另外申威目前也向服務器芯片發展,推出了申威 8A 芯片,Intel 中端服務器處理器相當,目前攬下統信、聯想、大道云行、鼎甲等多家合作商。
總結
海光、兆芯采用x86架構,基于此架構性能強于其他架構,軟硬件應用生態以及更可持續的迭代發展,在國產商業市場競爭中拔得頭籌。
鯤鵬、飛騰采用ARM 架構,也基于此研發了多樣化的產品,在國產商業市場中占據一定份額,由于受到授權條款限制,產品迭代及市場前景不確定性大大增強。
申威、龍芯則是早期采用Alpha架構及MIPS架構,后期在Alpha架構及MIPS架構基礎上,形成了SW-64和LoongArck架構。基于引進架構自研了新架構,在國家的扶持下,上層應用生態逐步搭建,QQ、WPS這些軟件也漸漸能跑起來了,在黨政及特殊市場都有一定的應用。
目前,自研架構生態問題尚不穩定,使用反饋有待改善。
此外在可控程度上,申威、龍芯>飛騰、鯤鵬>海光、兆芯;申威、龍芯居于首位,其余需要授權,局限較大。
最后我國致力于CPU的自主可控,雖道阻且長,但行則將至;相信這些大廠可以在國產化大潮下,鯤鵬展翅,鞏固發展命門,在市場化道路上越走越遠。
審核編輯:湯梓紅
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