国产CPU之4种架构和6大品牌

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~ 国产CPU领域已形成六大主流厂商格局,包括龙芯、飞腾、鲲鹏、海光、申威、兆芯。CPU架构主要分为复杂指令集(CISC)与精简指令集(RISC)两类,其中CISC以x86架构为代表,RISC包括ARM、MIPS、Alpha、Power等。

这六大厂商在技术与生态建设上各有优势。龙芯、飞腾、鲲鹏、海光在通用计算领域表现出较强优势,是本章节重点讨论的对象。龙芯技术起源于中国科学院计算产业,历经市场化发展,已有超过20年行业积淀。自2001年中科院计算所知识创新工程的支持下,正式成立龙芯课题组,2010年成立龙芯公司。龙芯坚持自主研发与市场化机制,整体发展分为三个阶段:市场带技术,追求自主可控。

龙芯CPU系列包括针对电脑、工控和嵌入式、单片机领域的三个系列。其中,用于桌面和服务器的龙芯3号系列CPU,经历从性能较低到“可用”、再到“好用”的升级过程。早期(2015年前)性能较低,打开20M测试文档需要33秒;2016-2017年性能显著提升,单核性能达到10-11分,打开相同文档时间缩短为6秒;2019-2020年性能再次突破,单核性能提高到20-30分,打开速度少于1秒。

龙芯3号CPU升级有两种模式:工艺更新微结构不变或工艺不变更新微结构。如龙芯3A4000相比3000采用相同28nm工艺但性能成倍提升,龙芯5000系列采用12nm工艺。龙芯3号CPU下一代5000系列目标为提高主频和核数。预计2020年第二季度流片的桌面芯片3A5000采用12nm工艺,单核性能提高至25-30分,与3A4000原位替换,操作系统二进制兼容;服务器芯片3C5000预计2020年第三季度流片,采用12nm工艺,16核结构,支持4-16路服务器。

龙芯在Linux生态建设方面表现出色,为开源社区贡献代码,增强技术影响力。龙芯致力于Linux生态体系的兼容优化,拥有上百人规模的开源软件工程师团队,提供操作系统和底层软件兜底服务的能力。在应用开发环境建设方面,支持主流Linux开发环境,包括多种编程语言、函数库、平台引擎和集成开发工具等。

龙芯在PC端生态建设方面,支持主流整机、操作系统、办公软件、浏览器、输入法和部分设计工具等常见软硬件,覆盖基本办公需求。在服务器领域,龙芯已支持多款服务器、操作系统、存储设备等,形成较为完善的生态体系。云计算生态领域,龙芯的KVM虚拟机于2019年4月发布,完善支持OpenStack集群管理工具,实现自主研制。在云容器方面,龙芯的Docker容器于2017年发布,支持集群管理工具Swarm、Kubernets、Openshift、Mesos等。

飞腾基于20多年的CPU研发积累,依托中国电子信息产业集团(CEC),在2014年成立天津飞腾信息技术有限公司,致力于飞腾系列CPU的设计研发和产业推广。飞腾的核心技术和研发团队来自国内顶尖高校,拥有20多年自主CPU研发经验。飞腾CPU面向服务器、PC和嵌入式三大领域。早期基于SPARC架构,生态受限,2014年转而基于ARM架构,性能显著提升,生态建设顺利推进。

飞腾新一代CPU实现性能显著提升,桌面领域较上一代计算性能提升1倍,功耗降低33%,可实现嵌入式低功耗应用。服务器领域,计算性能提升5.5倍,单位功耗算力提升近2倍,更加高效、绿色。飞腾基于ARMV8架构的服务器CPU,在多核处理能力和功耗方面优势明显,与x86架构产品对比,性能更高、功耗更低。

飞腾构建了终端全栈生态,包括硬件层、固件、操作系统及驱动层和应用层。联合近1000家国内软硬件厂商,支持超过300款服务器、30款整机、40款便携笔记本、20款存储设备等,形成强大的软硬件生态圈。

鲲鹏处理器基于Armv8架构永久授权,处理器核、微架构和芯片均由华为自主研发设计。鲲鹏计算产业兼容全球Arm生态,包含服务器CPU和桌面CPU等产品线,与华为围绕鲲鹏处理器打造的“算、存、传、管、智”五个子系统芯片族相辅相成。

在通用计算领域,鲲鹏CPU主要集中在服务器领域,如基于ARM V8多核架构的鲲鹏920服务器CPU,集成64个物理核,主频最高2.6GHz,通过多核优化提升算力。鲲鹏系列的PC级CPU也在规划中。

鲲鹏920相比英特尔Skylake服务器CPU,在性能和功耗方面优势明显,得益于工艺升级至7nm,内核数量增多,多核优化。华为推出的基于鲲鹏CPU的泰山服务器系列包含多种类型,生态建设方面,华为聚焦架构和并发,提供算力支持,硬件开放、软件开源、支持迁移,共建生态。

华为与腾讯游戏全面合作,与多家软件厂商共同发布基于openEuler的商用版本操作系统,加速鲲鹏生态在各行业落地。海光获得AMD x86授权,通过吸收AMD技术、整合供应链资源,在2020年实现市场份额进一步突破。

六大国产CPU厂商在技术实力和生态建设方面各有特色,共同推动国产CPU发展,形成国内竞争与合作的良性循环。


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