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国产CPU急流勇进

2021/01/06
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2020 年,CPU 处理器市场可谓硝烟四起。

一边是英特尔推出全新第十代酷睿系列处理器,一时风头无两;另一边,AMD 先后推出锐龙 3000XT 和锐龙 5000 系列处理器,夺下两大桂冠。

在英特尔和 AMD 的激烈竞争之下,国产 CPU 也正悄然崛起,在被国际巨头肆虐的本土市场上逐渐生根发芽。

中国半导体行业协会副理事长魏少军曾公开表示,当前国产通用 CPU 处理器尽管与世界最先进水平相比仍有一些差距,但已从十年前“基本不可用"发展到今天“完全可用",国产 CPU 应用开始从专用领域转向公开市场,迈出了具有里程碑意义的重要一步。

在此大环境和趋势下,飞腾公司近日召开“2020 飞腾生态伙伴大会”。作为国内领先的自主 CPU 芯片提供商,飞腾公司坚持核心技术自主创新,产业生态开放联合的发展理念,不断完善产品谱系,携手上下游厂商构建起庞大、开放、活跃的产业生态。与国产 CPU 发展步调相辅相成。

天津飞腾的生态进展与规划

  • 生态布局

大会上,飞腾公司总经理窦强分享了 2020 年飞腾 CPU 的生态建设和应用成果。截止目前,飞腾合作伙伴数量约超过 1600 家(包括集成商合作伙伴 246 家、硬件合作伙伴 516 家、软件合作伙伴 851 家),整机形态日益丰富,应用领域持续拓展。

同时加速发力协同优化,推动软件认证适配,携手生态伙伴发布了 90 余个行业联合解决方案,覆盖电信、金融、能源、交通、医疗、数字城市、工业制造等行业领域,同时耦合云计算、大数据、5GAI、区块链等技术方向,给行业信息化建设快速发展提供“芯”动能。

飞腾公司副总经理张承义向与非网等媒体指出,飞腾生态大会的意义一方面在于打破外界对于公司自成体系、排外的固有印象与生态困境;另一方面,在坚持自主创新、开放联合的方针下,加强技术提升与生态建设,拓宽“朋友圈”。

在良好的产业生态环境和上下游生态伙伴的通力合作下,飞腾公司 2020 年芯片销量超 150 万片,全年营收超 13 亿元,取得了较快发展。其中,由于终端类产品规模较大,桌面 CPU 销量约占其中 8 成,主要应用于党政办公系统、重点行业业务系统、云计算、大数据以及金融、能源和轨道交通等关系到国家安全和国计民生的重要领域。

未来,飞腾将围绕 9 个战略性行业的部分合作伙伴,支持其产品开发和软硬件适配与优化,推动行业联合解决方案加速落地,助力客户取得商业成功。

此外,飞腾也在发力校企合作和技术人才培养,正式发布了飞腾培训认证体系,与西安交通大学、湖南大学、电子科技大学、天津大学等 11 所高校的 15 个项目已经签约。面向政府部委机关、行业用户、行业协会、集成商、整机商、板卡厂商等企事业伙伴共育人才,共同构筑信息人才的全新生态。

  • 三大产品线迭代升级

2020 年,飞腾公司对三大产品谱系(高性能服务器 CPU、高效能桌面 CPU、高端嵌入式 CPU)进行了全面的品牌升级,形成了腾云 S 系列、腾锐 D 系列、腾珑 E 系列,产品研发基于这三大产品线不断迭代升级。

大会期间,飞腾发布了新一代桌面处理器芯片腾锐 D2000。飞腾公司副总经理郭御风介绍,腾锐 D2000 集成 8 个飞腾自主研发的高性能处理器内核 FTC663,兼容 64 位 Armv8 指令集,主频 2.3-2.6GHz,TDP 功耗 25W,支持飞腾自主定义的处理器安全架构标准 PSPA I.0,满足更复杂应 8 用场景下对性能和安全可信的需求。

相比上一代产品,腾锐 D2000 性能大幅提升,可与上一代产品 FT-2000/4 管脚兼容,客户可以实现现有系统的原位拔插代换,无缝兼容;SPECint 分值为 97.45,接近原来的 2 倍。基于腾锐 D2000 的台式机、笔记本、一体机、工控机、网安设备等各类型终端产品将于 2021 年第 1 季度陆续上市。

在高性能服务器 CPU 部分,飞腾在 2020 年下半年推出了腾云 S2500 系列服务器 CPU,相比上代产品性能大幅跃升,兼具高可扩展、高性能、高安全、高可靠、高能效五大核心能力,目前已被国内诸多厂商所采用。

据窦强介绍,下一代服务器 CPU 将基于全新的 FTC860 核心,采用 Armv8.2+架构。新架构将内存支持升级到 DDR5,并拓展到 16 个通道,支持内存校验纠错,还有最多 64 路 PCIe 5.0,安全方面支持 PSPA 1.0 架构。与 S2500 相比,新一代的服务器 CPU 在单核性能上将有 50%的提升,芯片计算性能提升 1 倍以上,访存性能提升 60%以上,芯片 I/O 性能提升 15 倍。

在嵌入式 CPU 方面,窦强表示,下一代嵌入式 CPU 将会采用柔性体系架构,即兼顾性能和功耗的大小核设计,接口丰富的高集成 SoC,差异化的配置和多形态的封装,适配多场景应用。基于柔性体系架构,打造四核、双核、单核版三种规格产品,来满足包括电力、轨交、云终端及工业控制等多种场景需求。

除了产品更新以外,从飞腾下一步规划来看,公司还计划推出第一代桌面平台化解决方案——洞庭平台。据介绍,该平台将支持包括腾锐 D 系列芯片(桌面 CPU)以及飞腾套片 x100 在内的产品。张承义表示,洞庭平台可以为客户提供集成度更高,可靠性更高,成本更低的解决方案,同时加快开发进度,提升国产化率。

  • 展望

回看当下 CPU 市场,经过多年鏖战的英特尔和 AMD 等行业巨头早已铸就了高护城河,国产 CPU 一边踉跄前行,一边重振旗鼓。

在芯片自主浪潮下,展望 2021 年,飞腾公司将进一步加大产品研发、生态建设力度,通过技术创新赋能行业发展。预计全年人员规模将突破 1200 人,研发投入突破 7 亿元,芯片交付量超 200 万片,全年营收超 20 亿元。

架构之“争”

了解完飞腾市场进展和规划之后,我们不妨再来看一下 CPU 架构方面。

CPU 是电子设备的运算和控制核心,负责指令读取、译码与执行。指令集是 CPU 处理指令及数据的规范,可分为复杂指令集(CISC)与精简指令集(RISC),前者以 x86 架构为主,后者涉及 Arm、MIPS、Alpha、Power 等架构。随着市场的演进,目前 x86、Arm 成为主流的两种架构。

关于 CPU 架构的发展历程和现状,张承义在采访中分析了 CPU 架构从“蛮荒时代”到“战国时代”再到“寡头时代”的发展过程。

2009 年以来,x86 逐步领跑通用 CPU(桌面与服务器 CPU)市场,规模优势相较于 Non-x86 不断扩大。十多年来,不少“鼓吹”Arm 服务器 CPU 的厂商,高通博通、AMD、华芯通等先后铩羽而归。根据 Gartner 的数据,2019 年,全球 x86 服务器出货量和销售额分别为 1249.7 万台和 693.6 亿美元,远超其它架构。

不过,近年来随着移动互联网的发展,Arm 架构迎来发展良机。Arm 架构 CPU 的应用始于低功耗、计算量小的移动场景,凭借低能耗、灵活性高等优势逐渐在移动端、IoT 侧占据市场及技术优势。

Arm 阵营动作频频,Arm 与 x86 在通用 CPU 市场展开竞争。以飞腾为代表的国内 Arm 架构阵营能否突出重围?张承义认为,架构的演进存在时代性和偶然性,是否契合历史机遇与计算变革是其能否脱颖而出的重要原因。

从上述 Arm 阵营厂商的“前车之鉴”以及 Marvell 不久前“放弃”Arm 通用服务器芯片计划的行业动态不难发现,Arm 服务器 CPU 单纯走商业市场的路子行不通,以定制化产品和角度切入细分市场是较为可能的出路。

在本届大会当中,飞腾联合了中国长城、浪潮、同方、曙光、中兴通讯等 15 家国内厂商发布了基于腾云 S2500 的多路服务器产品群。高性能服务器 CPU 腾云 S2500 明年预计迎来爆发期,有望带来服务器 CPU 的增长。

桌面 CPU 领域,苹果携 Arm 架构的 M1 芯片高调而来。暂且不讨论苹果进攻桌面端的野心,站在 Arm 和 x86 的竞争角度来看,苹果此举无疑对 Arm 来说是一个好消息,M1 芯片的发布将会吸引更多的人,将开发人员从 x86 转移到 Arm,其他 Arm 阵营处理器厂商无疑也会受到鼓舞,去推出相关的 Arm 处理器产品。

飞腾新发布的桌面处理器芯片腾锐 D2000,将搭载在台式机、笔记本、一体机、工控机、网安设备等各类型终端产品,于明年陆续上市,持续助推 Arm 生态。

根据 IDC 最近报告显示,Arm 在当今的数据中心和云市场仍只占很小的一部分,收入基础尚小。但近几年 Arm 架构发展迅速,从移动端向桌面和服务器领域进军,同时在行业厂商的推动下,逐渐在“利基市场”中崭露头角。

飞腾作为一家基于 Arm 指令集架构进行自主研发的国产 CPU 代表企业,秉持开放、合作、共赢的方针,聚焦主营芯片业务,提出未来 5 年投资 10 亿元的“共飞腾”生态支持计划,支撑生态伙伴做好整机、软件、集成业务,协调发展,与生态伙伴实现共赢。

另一方面,x86 和 Arm 之外,RISC-V 架构凭借开源和灵活性吸引了一些行业公司的目光。其优势显而易见:(1)设计优势,能够降低芯片研发的门槛;(2)市场优势,RISC-V 适合众多市场发展;(3)管理优势,有利于规避政策管制等影响因素;(4)大家都从零开始,没有历史包袱;

但优势背后依旧困难重重,张承义认为,RISC-V 对于芯片设计厂商在初期成本方面确实有一些优势,但在生态系统上尚难以提供完整的支持,花在后续生态建设上的成本还会在一定程度上抵消早期的成本优势。目前在国产通用 CPU 市场,RISC-V 几乎没有份额。

可见,其问题并不在于 CPU 设计层面的指令技术等技术上的障碍,更多的是来自生态和商业模式上的限制,即如何解决产业链企业盈利的难题,如何搭建完善的行业生态体系,都是摆在 RISC-V 面前的挑战。

因此,从一些对生态系统的成熟度和统一性要求不高的应用领域(弱生态领域)逐渐移植和积累是 RISC-V 应该重点发力的领域。

结语

从许多年前那个 CPU“群雄争霸”的年代,到英特尔独步武林,再到 Arm 顺势而起,近年来 RISC-V 应势而生,时代际遇、技术变革、市场策略,无一不决定着架构路线的兴衰起落。

技术问题向来不是阻碍其发展的主要障碍,Arm 架构、x86 架构这么多年来之所以在各自优势领域里长期保持领先,源于已经建立起了完整的生态,生态内的企业和产品围绕架构来进行整合。

2021 年,随着产业政策的不断加码,期待国产 CPU 能够趁“势”直追,开枝散叶。

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AMD公司成立于1969年,总部位于美国加利福尼亚州桑尼维尔。AMD(NYSE: AMD)是一家创新的科技公司,致力于与客户及合作伙伴紧密合作,开发下一代面向商用、家用和游戏领域的计算和图形处理解决方案。

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