小编语:此文给小编也科普了一下,看到国产还有这么多 CPU 厂商,都看下来似乎多是“人歌都不红”的状态,部分厂商只在特定应用以及具有政府依赖性质的市场上维持生存,谈不上真正的商用,这样一比较,似乎确实只有海思还比较争气了,正如《中国芯阵营大考:龙芯落后,海思竟是最大赢家》此文标题所写……

 

 一直以来缺“芯”少“魂”是中国计算机产业的心病,除国防军工和信息安全领域使用龙芯、申威、飞腾等国产 CPU 之外,民用市场上的国产计算机基本没有“中国芯”,中国每年需要进口的芯片的资金已经超过每年进口的石油总价,高达 2000 多亿美元。

近年来,国家对集成电路产业发展高度重视,成立了拥有 1200 亿元人民币的集成电路大基金扶持产业发展,先后与 IBM、VIA 合资 / 合作成立兆芯、宏芯,并大力扶持展讯、海思、联芯、新岸线等 ARM 阵营 IC 设计公司茁壮成长,那么各家在 2015 年各取得哪些技术成果?或者说 2015 年国产芯片哪家强?
 

 

龙芯

龙芯在 2015 年对龙芯可谓是丰收年,于年中发布的 GS464E 可谓里程碑式的突破,在 SPEC2000 测试中,整数和浮点性能成倍提升——SPEC2000 GCC4.8 编译器跑分为:整数 764/G、浮点 1120/G,使用 LCC 编译器跑分为:整数 828/G、浮点 1578/G。特别是其浮点性能已经接近了 Intel IVY。3A2000 也得益于新微结构实现相较于 3A1000 性能提升 1 倍,不仅一扫 3A1000 和 3B1000 时代的憋屈。
 

 

从表中可以看出,龙芯和 Intel,最大的差距在主频上。其次才是制程和微结构的差距。

龙芯正在流片的 3A3000,针对 GS464E 的瓶颈做了改进,将定点发射队列从 16 项提升到 32 项,将浮点发射队列从 24 项提升到 32 项,并提升了缓存和主频。期待 3A3000 流片归来后的表现。

申威

因为某些原因申威始终带着神秘色彩,而且公开资料也非常少,即便了解到情况也怯于下笔。

2015 年申威的超算芯片性能达到 Intel 第一代至强 PHI 计算卡的水平,而且有着更好的性能功耗比,在设计理念上也更先进,并被用于采用纯自主技术的 100P 超算。

笔者曾认为申威专注于超算芯片,放弃了桌面芯片的进一步研发,但事实证明笔者低估了申威的技术实力,在完成超算芯片研发的同时,申威还发布了新一代桌面芯片,该芯片采用中芯国际 40nm 制程,主频 1.6G,功耗 40-50W,根据 SPEC2000 测试,整数超过 1000 分(@1.6G 主频)。
 

 

目前,申威也积极进军党政军安全 PC 市场,并对龙芯、飞腾、兆芯等做安全市场的 IC 设计公司造成冲击。目前申威桌面芯片的性能基本满足党政军办公需求,真正的短板在软件支持上。

此外,在服务器芯片方面,申威也正在积极开发一款 16 核服务器芯片。

 


飞腾

飞腾后仿制过德州仪器的 DSP,做过 Intel 的安腾,仿制过流处理器,仿制过 UltraSPARCT2,先后更换 IA-64、SPARC、ARM 三个指令集,将合作单位折磨的痛不欲生。

在飞腾购买 ARM 指令集授权后,飞腾于 2015 年发布了自主设计的微结构和 CPU。

2015 年,飞腾(ARM)有“火星”和“地球”2 款产品。“地球”是一款 4 核 CPU,微结构是国防科大自主研发的“小米”,是一款桌面 CPU。“火星”的微结构也是“小米”,“火星”拥有 64 核心,主频达 2G,制程工艺 28nm,功耗 120W。虽然“火星”单核性能较弱,但依靠核心数量优势,在 Spec 2006 的模拟器测试中,多核整数分数达 672,浮点分数 585,足以和 Xeon E5-2699v3 相媲美(Xeon E5-2699v3 整数、浮点成绩分别是 680 和 460)。

诚然,目前的“小米”还无法与 Intel 的 ivy、haswel 相比,但在 ARM 阵营中,根据模拟器测试成绩,单核性能是强于 ARM Cortex A57 的(笔者认为 SPEC2006 整数 9.6/G 是开 auto parallel 的结果,关 autoparallel,使用 GCC,将来实测有 7/G 就是胜利)。

目前,“火星”和“地球”都在流片中,估计 2016 年年中会有好消息。

君正

君正在 2015 年和三星合作,使君正产品能够获得三星正在推广的 Tizen 系统的支持。并推出了针对智能穿戴芯片市场和物联网芯片市场的 M200 和 X1000。这两块芯片最大的优势就是在性能够用的前提下,非常廉价且功耗很低。君正打算将 X1000 卖到 15-20 元,搭载 X1000 的开源开发板可以卖到 100 左右。极低的价格再加上芯片本身又集成了 RAM,外围电路相对简单,X1000 甚至可以跨界充当“超级单片机”。

由于嵌入式芯片在软件方面也是底层+OS+应用软件,底层+OS 往往由芯片供应商解决,而应用软件一般按需求定制。这导致在智能可穿戴市场,相当一部分可穿戴产品和应用软件具有专用性,软件生态链相对较短,加上应用需求的多样化,导致不能用一套通用方案来满足所有人的要求,所以在这个领域没有某个厂商可以实现垄断。

因此,在智能穿戴市场未必会出现 PC 和手机市场那样赢着通吃的情况,而这就给君正一个机会,比如某个正在做 WIFI 音响的创客团队,就因飞思卡尔前段时间涨价 30%,而选择了廉价的 X1000 芯片,并订购了 1 万片做测试。

智能穿戴芯片和物联网芯片对性能要求不高,君正的产品完全满足性能要求,而 Intel 的爱迪生虽然性能强悍,但颇有大炮打蚊子的嫌疑。ARM 阵营 IC 设计公司受制于相对较高的授权费,在芯片产量较小的情况下,并不具备价格上的竞争力。

因为对性能要求较高的应用场景相对较少,大部分应用场景更关注低功耗、廉价、尺寸等因素,所以智能穿戴芯片和物联网芯片市场真正的竞争力不是性能,而是功耗、廉价和软件支持。因此,就不比较性能了。

 


宏芯

由于引进技术中,往往有这样一个过程,先贴牌,后仿制,再修改原始设计,最后在将引进的技术融会贯通后自主创新。因此,宏芯 2015 年发布的 CP1,其实就是 IBM 的 Power8 的马甲。根据宏芯公布的 PPT,要走完贴牌、仿制、修改、自主创新这个过程基本要到 2018—2019 年的 CP3。祝宏芯能用 5 年时间实现技术的消化吸收和推陈出新。

兆芯

2013 年,上海市国资委下属的上海联投和台湾 VIA 合资兆芯,上海联投注资 12 亿元人民币,还承接了核高基 1 号专项,获得了不少于 70 亿的项目经费。

兆芯的产品线很长,根据兆芯官网的资料,有智能机顶盒解决方案、智能手机解决方案、台式机解决方案、笔记本解决方案。其中智能机顶盒解决方案、智能手机解决方案的 CPU 核购买自 ARM,GPU 用的是购买自 S3 的技术,到底是买 S3 的技术授权,还是购买全套技术资料,因具体交易细节尚未披露也就不得而知了。如果是购买了 S3 全部知识产权,并可以此为平台开发自己的产品,那么兆芯(GPU)将会是景嘉微电子的强力竞争对手。

兆芯的台式机和笔记本解决方案所用的 X86 芯片,但存在知识产权瑕疵——VIA 的 X86 授权源自收购 Cyrix,但在 Intel 收紧 X86 授权后,VIA 遭受 Intel 专利大棒暴击,使 VIA 的桥片销声匿迹。在英特尔与美国联邦贸易委员会(FTC)达成协议后,英特尔需向 VIA 提供 x86 授权协议延长至 2018 年 4 月。

目前,兆芯有 ZX-A 和 ZX-C 两款 X86 芯片,ZX-A 是 VIA Nano 的马甲。

2015 年兆芯发布的 ZX-C 其实就是当年 VIA 做到一半,后被放弃掉的四核 CPU,VIA/ 兆芯在拿到核高基的经费后,将当年的半成品做成成品。ZX-A 和 ZX-C 使用同样的微结构,差距仅限于双核变四核,主频提升到 2G,40nm 变 28nm。
 

 

从表中可以看出来,虽然 ZX-C 有 2G 主频,但是因为微结构性能有限,整体性能并不强。

 

 

 

海思麒麟、展讯、联芯

由于都是购买 ARM IP 核授权就索性一起说了。

2015 年海思和展讯在商业上都实现巨大成功——根据 IC Insights 发布 2015 年全球前十大 IC 设计商排行与整体销售排名,海思和展讯双双挤入前 10。麒麟 950 非常高的概率成为 2015 年能在市场上买到的安卓最强芯。而展讯在被紫光收购后,也成为不差钱的主,员工数量迅速扩充到 4000 余人,在拥有雄厚的资金后,和以廉价著称的联发科大打价格战,大幅侵蚀 3G 手机芯片市场,并将联发科打的丢盔弃甲,股价惨遭腰斩。

而联芯则借小米的东风,将 LC1860 推向市场,虽然无法和海思和展讯相比,但毕竟是一个好的开始。

不过在海思麒麟、展讯、联芯在商业市场取得成功的同时,也要注意到,这三家公司卖出的手机芯片没有一片是自主设计的微结构。三家公司都是购买 ARM 的 CPU 核、GPU 核以及各种接口 IP 核,通过一定的流程,集成(高级组装)SOC。虽然通过购买国外技术大幅降低了技术门槛,缩短了研发周期,但整个过程根本不涉及最核心的微结构设计。因此,在芯片的性能、功耗、安全性、利润分配方面缺乏话语权,在完全依附于 AA 体系后,在发展路线和安全可控方面完全受制于 ARM 和谷歌。
 

(因 A72 比 A53 强很多,麒麟 950 在表格中只列 A72)

 

由于都是购买 ARM IP 核授权,产品高度同质化,性能差距的根源在于 ARM 不同微结构的性能差距,因此,麒麟 950 在性能上大幅领先 SC9830A、LC1860。

因为搭载三星猎户座 8890 和高通骁龙 820 的手机还无法在市场上买到,加上笔者对 GK 跑分不感冒,所以就比较已经在市场上可以买到的猎户座 7420 和麒麟 950。麒麟 950(4A53+4A72)和三星猎户座 7420(4A53+4A57)比较的话,由于主频相差不大,就看 A72 和 A57 孰强孰弱了。

根据华为公布的 SPEC2006 测试,A57 整数得分为 6,A72 整数得分为 6.7,因此,在 CPU 方面麒麟 950 也强于三星猎户座 7420;GPU 方面麒麟 950 是 ARM 的 Mali T880MP4,猎户座 7420 是 Mali T760MP8,根据 ARM 的资料,两者性能相当。

结语

在 2015 年的国产手机芯片中,麒麟在性能上 950 力压群雄,一枝独秀。

在 2015 年的国产桌面芯片中,从微结构上看龙芯最佳,申威次之,兆芯再次之,而且 GS464E 和已 Intel 的 Nehalem 性能差距甚微,3A2000 和 I3 550 的差距主要在主频上。从主频上看,ZX-C 最高,申威四核次之,龙芯 3A2000 主频最低。因此,2015 年的三款国产桌面 CPU 总体性能差距不大。

据笔者了解,2016 年 VIA 很可能拿不出 Intel Nehalem、龙芯 GS464E 和 AMD Steamroller 一个等级的微结构,而申威在完成四核桌面芯片后,主要精力放在 16 核服务器芯片上,加上 IC 设计漫长的研发周期,因而笔者认为,2016 年国产桌面芯片的最强者将从正在流片的“地球”和龙芯 3A3000 中产生。