《芯片有话说》第二篇:国产CPU架构的自研之路


《芯片有话说》第二篇:国产CPU架构的自研之路

说到国产CPU的架构,我们必须从大家更熟悉的国产CPU的角度讲起。这样更容易理解。

目前国产CPU品牌我们比较熟悉的有龙芯、华为鲲鹏、阿里平头哥的玄铁等。但实际上比较有名的总共有七大品牌。

龙芯

龙芯CPU由中国科学院计算所自主研发。2002年“龙芯一号”诞生。至今已经发展出1号、2号和3号三个系列。

龙芯1号系列主要面向对性能要求不高的低端嵌入式应用。龙芯2号系列主要面向对性能要求较高的工程控制和终端产品。龙芯3号系列主要面对性能要求很高的个人电脑和服务器领域。

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面向低中高三级市场

龙芯最初采用的是MIPS架构。然后在此基础上研发自己的指令集。这就是LoongISA架构的由来。这个时候严格来说,还不算是完全自主。一旦MIPS架构的授权出现任何问题(虽然可能性很小),龙芯CPU就会成为废品。

经过多年的研究,最终推出了LoongArch架构。这是完全不依赖MIPS架构的全新自主架构。

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LoongArch架构

打个不太恰当的比方:第一代LoongISA架构就像是由瓦良格号改造而成的辽宁号航母。而LoongArch架构则像是002型山东舰。

鲲鹏

鲲鹏系列CPU由华为在2019年面向市场首次发布。是基于ARMv8架构研发的CPU。

主要用于服务器、PC领域。鲲鹏CPU是目前国产CPU中工艺最先进、性能最为强劲的CPU,由台积电代工生产。

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鲲鹏920

由于华为是垂直整合型的企业。其业务覆盖了从芯片、整机、操作系统、云、软件、集成、销售、服务等各个环节,市场上具有极强的排他性。因此,鲲鹏芯片基本不可能单独销售。

飞腾

飞腾1999年由国防科技大学研究团队开始研究,目前是国资比例最高(CEC通过中国长城控股)的国产CPU企业,是聚焦国家战略需求和重大项目的CPU国家队。

飞腾先后尝试过多种CPU架构,其产品也不断在各种架构中过渡。最终使用ARM架构授权研发。最新产品覆盖服务器、桌面级以及嵌入式应用场景。

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飞腾企业级CPU

飞腾CPU积极参与CEC(中国电子集团)主导的PK(即飞腾Phytium CPU和麒麟Kylin操作系统)体系建设,打造安全可靠的中国计算机软硬件基础体系国家队。

海光

2014年海光信息技术有限公司成立。

2016年,海光信息同AMD达成合作,引入X86架构。

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海光CPU

海光信息研发的CPU,内核基于AMD的Zen(采用x86架构),主要面向PC和服务器市场。

兆芯

上海兆芯由上海市国资委下属企业和台湾威盛电子合资成立。研发的CPU,内核基于VIA(台湾威盛电子)。主要在国产桌面PC领域应用较多。

而威盛(VIA)与Intel X86 授权协议于 2018 年已经到期。威盛已经无法再使用Intel新的 X86 专利及相关软件。

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兆芯面临着产品升级和性能更迭上的压力。如果切换其他CPU架构无疑要付出很大代价。而在引进的 X86 源代码和微结构基础上改进优化工作,能否最终摒弃x86架构,现在也是未知数。

鉴于核心架构的选择,注定兆芯CPU在国内关键部门的使用上会被排除在外。

申威

申威CPU由上海高性能集成电路中心研制,采用比较小众的DEC公司的Alpha架构,并进行了指令集扩展和微结构自主创新。由于Alpha架构没落,申威所走的路和龙芯极为相似。目前已知的CPU架构是sw-64架构,成功应用在国产超级计算机中。

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上海高性能集成电路中心是国家科学技术部批准成立的设计中心。主要承担国家重大科研攻关项目,建立了完整的高端处理器研发技术体系。

鉴于申威的研发主体特点以及国产超级计算机的价值和意义,我们有理由相信sw-64架构同样拥有了完全的自主知识产权。

玄铁

玄铁CPU是由阿里巴巴全资子公司平头哥半导体有限公司推出。基于开源CPU架构RISC-V之上构建。是目前RISC-V架构CPU中性能最强的。

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玄铁910

不过,玄铁CPU属于嵌入式CPU,主要用于工控和移动终端领域。与其他能够运用于桌面级和服务器市场的CPU相比,性能还有不足。

从以上国产CPU的情况,可以看出,真正称得上国产CPU架构的只有龙芯、申威

前者主要面向党政机关市场,后者主要面向军政机关市场。

平头哥的玄铁采用开源CPU架构,也算得上半个自研。但由于是嵌入式CPU,性能有限,暂时无法满足桌面级和服务器市场的需求。

虽然国产CPU已经有两种架构,但基于用户特点的不同,申威的sw-64显然不可能商用。所以,真正有可能以商业应用构建起芯片生态的只要龙芯的LoongArch。

值得注意的是,以上七种国产CPU的研发主体全部都是设计公司。CPU的生产由代工厂进行。

龙芯是意法半导体代工,申威是中芯国际代工。

预告:《芯片有话说》第三篇 :Intel和AMD的恩怨情仇

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页面更新:2024-05-02

标签:架构   微结构   芯片   华为   鲲鹏   平头   代工   上海   嵌入式   桌面   性能   领域   服务器   系列   数码   市场

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