众所周知,电脑芯片被称之为CPU,最牛的CPU是X86架构的intel、AMD,而手机领域的芯片称之为Soc,而最牛的Soc是ARM架构的高通、联发科、苹果芯片等。
与此同时,在Soc中,又有什么CPU、GPU、基带芯片、DSP等,那么问题来了,CPU、Soc、指令集、架构、IP核等等,这些究竟是怎么回事?
CPU也叫做中央处理器(central processing unit)则电脑中负责计算的单元。而Soc包含有CPU、GPU、DSP、基带芯片、ISP等等组件,这些组件封装在一块芯片中,就是Soc。
CPU在计算时,要按照一定的规模标准执行,这个规范标准就是指令集。举个例子,如果CPU只能理解英语,那么指令集就是英语的26个字母。像X86、ARM、MIPS、LoongArch、RISC-V都是指令集范畴。
架构,大部分时候与指令集是等同的,但在ARM这里,又有点不一样,ARM每次都是将指令集组合成特定的规范,比如组合成一些特定的单词,再形成版本,比如V8架构、V9架构……
而IP核,则是指Soc中的CPU核、GPU核心等,同时一个CPU中也有多个核心,这些称之为IP核。
从上面这些名词解释,估计大家可以看出来,CPU/Soc的先进性,直接取决于IP核、也取决于架构、指令集。
就像大家都熟悉26个英文字母,但要写出一篇好的文章,则需要26个字母组合成特定的单词,再通过这些单词组合,最终写成文章,有人写的好,有人写的坏。
而国产CPU发展的较晚,所以早期国内的芯片厂商,要研发芯片,都是采用国外的指令集,没有自研指令集,因为自研确实要求高,难度大。
比如6大国产CPU,华为鲲鹏、飞腾采用的是ARM指令集,兆芯、海光采用的是X86指令集、龙芯采用的是MIPS指令集、申威采用的是alpha指令集。
大家的想法很简单,直接站在成熟的指令集肩上来设计芯片,门槛低,速度快、效率高,同时也能够利用这些指令集的生态,不至于要从0开始,这样成功率大。
但这里大家要注意,X86是直接指令集授权,即你买的是26个字母的使用权,怎么组合排列,都没问题,不存在侵权问题,但X86不轻易对外授权,全球仅有intel、AMD、海光、兆芯4家授权授权,可以开发X86芯片。
ARM不生产芯片只做授权,所以ARM为了赚钱,基本不直接进行26个字母的指令集授权,而是每次都是将字母进行组合,形成特定的单词后,再打包成V1、V2……V9这样的版本,再对外授权的,同时每次都会基于新的架构,发布新的IP核,IP核与架构是对应的。
所以使用ARM指令集时,要不断的购买架构版本、购买新的IP核才行,因为ARM会不断的更新,比如你买了V8版本的架构,没有买V9版本,则不能使用V9的架构,不能使用新的IP核,使用就是侵权,你只能按照ARM画的圈子走……
ARM这种做法有好有坏,好处是ARM从源头对指令集进行打包,保证了ARM芯片的统一性,使用ARM架构的厂商,不用想太多的事,直接找ARM买最新的架构,最新的IP核就行了,门槛低,效率高,还能够保证性能与世界顶尖厂商基本一致,因为大家都源自ARM,水准基本一致。
坏处的第一点就是有点费钱,因为你需要不停的买ARM架构版本,一旦没跟进新版本,就要落后。
当然费钱还是小事,最重要的是从此被ARM卡住了脖子,ARM只要停止新的版本授权,你就只能停留在老版本,注定会被淘汰,因为ARM每次新版架构都会推出新技术,而老架构版本使用不了,一旦使用,就是侵权。
举个最简的例子,目前国内著名的HW、FT公司,之前获得了ARM V8.2的永久授权,可以基于V8.2架构进行芯片的研发。
但ARM后来推出了V9架构版本,新款的V9引入了用于机密计算的Realms模块。另外一个则是AI,将SVE升级到SVE2,能够显著改善CPU的AI性能。同时V9架构版本中,CPU、GPU性能提升,而功耗降低。
但使用V8.2架构的芯片,无法使用新的CPU、GPU核,同时也不能在V8.2上拓展新的指令集实现V9的功能,否则就是侵权。所以不黑不吹,HW、FT公司的ARM芯片,相比于其它使用V9架构的芯片,劣势就很明显了。
并且如果一直无法使用V9架构,这个差距就会越来越大,最后甚至慢慢的就会被市场所淘汰掉。
除此之外,发展也受ARM的限制,如果ARM挤牙膏,那么使用ARM架构、IP核的厂商,大家一起挤牙膏。
最近几年,所有采用公版IP核的ARM芯片,其性能一进提升不明显,这也是使用ARM架构的缺点之一,只要ARM在挤牙膏,那么大家只有一起挤牙膏,受限于ARM。
而我们看看海光,看看龙芯,则进步明显,比如龙芯自研的3A6000系列,其SPEC2006成绩为定点42.3分,浮点53分。算下来IPC达到了定点17/G,浮点22/G,达到了Zen2和10代酷睿水平了,甚至还要更高。
龙芯之所以这么牛,是因为采用了自研的LoongArch指令集,核心IP全部自主研发,一步一个脚印,能够依靠自身的设计能力提升芯片性能,不受谁的限制。
所以不黑不吹,国产ARM芯片的长期可持续发展之路,其实已经出现了很大的问题,如果不能拿到新架构的授权或另寻其他技术路线,我们基本可以认为,它其实已经走到尽头了,长远来看这种国产ARM的投入最终都将变得毫无意义,远大的前景或许只是虚幻的假象。
近日,HW和FT生态合并,很多人认为这是想在滞后的V8.2架构下,将国产ARM生态演变成一条独立的产业分支,脱离ARM的主流航道,独立发展,摆脱限制。但大家都清楚,这种与主流ARM生态脱钩的行为,在后续ARM公司性能不断迭代之下,压力还是相当大的,毕竟ARM V8.2的上限只有那么高,要突破这个上际,太难了。
所以从中国芯的长远来考虑,我们也许是时候选择更为合适的指令集了,不能被某些指令集困在局中止步不前,你觉得呢?
更新时间:2024-08-25
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