国产 CPU 厂商主要有华为、飞腾、海光、兆芯、龙芯、申威这六家,它们拥有一个共同点,就是都采用了技术引进吸收再消化的模式,没有谁是完全平地起高楼的。
CPU工作模型:
指令集架构
指令集架构(Instruction Set Architecture),又称指令集或指令集体系,是 计算机体系结构中与程序设计有关的部分,包含了基本数据类型,指令集, 寄存器,寻址模式,存储体系,中断,异常处理以及外部 I/O。指令集架构包含一系列的 opcode 即操作码(机器语言),以及由特定处理器执行的基 本命令。简单地来说,指令集一般被整合在操作系统内核最底层的硬件抽 象层中,属于计算机中硬件与软件的接口,它向操作系统定义了 CPU 的基 本功能。
国产CPU三种模式
自主能力排名
申威和龙芯都有自己的指令集架构,华为和飞腾具有ARMV8指令集架构授权,而海光和兆芯获得了X86IP级授权,所以自主程度排名为:
申威、龙芯>飞腾、鲲鹏>海光、兆芯
另外一款开源ISA架构RISCV近年来发展势头迅猛,目前在IOT,MCU领域已经逐渐站稳脚跟,准备发力高性能计算领域,国内已经出现了平头哥,比特大陆等等研发高性能RISCV处理器的公司,如果未来能成气候,自主能力应该能够排到首位。
厂家简介:
1.天津飞腾,基于ARM架构授权,创新可信主力芯片生产商,产业生态日益丰富,市场空间广阔。
2.华为鲲鹏,基于ARM架构授权,卓越性能提供市场最强算例支撑。
3.龙芯,国内最早自主研发昔年厂商,MIPS架构体系自主化程度高.
4.海光,性能优越的X86架构芯片,架构来源于AMD授权,商用市场极具潜力。
5.申威,自主化成都最高的alpha架构芯片,alpha架构硕果仅存的一脉,主供军方与超算市场。
6.兆芯,国内X86主要入围芯片,架构授权来源于台湾威盛(VIA),后者授权来自于早年收购的两家美国X86芯片公司,兆芯业务主要覆盖上海地区,在教育,金融,市政普及度较高。下图是LINUX内核启动时对X86 ISA的支持信息,可以看到ZHAOXIN,INTEL,海光,AMD,Centaur VIA的子公司,现在已经被INTEL收购。
再说说各家的发展现状。华为和飞腾都是 ARM 路线,华为在 ARM V8 版本下很不错,但前提是 V8 版本,因为 V9 版本没授权,包括现在大热的 AI 等重要扩展都用不了,后续迭代已经没什么希望了。飞腾的情况也一样,没有 V9,后续很难了。现有情况下,ARM 路线基本被堵死了,这些年的真金白银基本打水漂,很可惜。
海光和兆芯是 X86 路线,差别是兆芯授权来自于威盛,但是有限授权,海光的授权来源是 AMD,是永久指令集授权,可以自由进行扩展和迭代,产品性能很强,是目前六家里唯一的高端 CPU,在商业市场也比较受欢迎。
海光授权的来历:
与 AMD 成立合资公司,变相获得 x86 内核授权。由于 Intel 与 AMD 之间 存在交叉授权协议,当 AMD 成立合资公司时,若 AMD 为非控股股东,则 合资公司不能获得 X86 授权,只有 AMD 保持控股状态时,合资公司才能 获得 X86 授权。因此最初合资的一项条件就是 AMD 控股合资公司。但如 果由 AMD 控股了合资公司,那势必影响合资公司获得国家扶持的力度, 而且一旦外资控股,其创新可信身份将存疑,很多国产项目将无法参与。 于是,AMD 与海光达成了一个迂回的合作方案:首先,AMD 与海光信息 成立合资公司成都海光微电子技术有限公司(简称“海光微电子”),AMD持股 51%,为控股股东,负责开发 CPU核(享有 AMD 现有的 x86 内核授 权)。然后海光与 AMD 另外成立一家由海光信息控股的合资公司成都集成 电路设计有限公司(简称“海光集成电路”),海光信息持股 70%。由海光 集成电路购买海光微电子的 IP 授权,以此为基础开发 CPU,最终实现 ARM 卖 IP 核的翻版。从而,既规避了 Intel 的 X86 授权限制,又使得海光 X86 CPU成为内资公司开发的产品,满足创新可信要求。
至今,在海光CPU上仍然使用了AMD的某些核心技术,比如虚拟化技术AMD-V。
龙芯是引进的 MIPS,在国产 CPU 中起步是最早的,现在也基于 MIPS 发展出了 LoongArch。最新的 3A6000 设计水平对标 AMD Zen2。虽然存在着不小的生态问题,但是逐步补上,党政领域风头强劲。
申威在六大 CPU 里属于世外高手,最早引进的是 Alpha 架构,后来自己发展了 SW-64,申威的主要应用在超算和军工这些特种领域,鼎鼎有名的神威太湖之光用的就是申威 CPU。申威目前不对商用,所以类似龙芯的生态问题也没有对它形成困扰。
总的来说,虽然华为、飞腾、海光、兆芯、龙芯、申威这六大国产 CPU 厂商所采用的模式相同,但是由于它们授权模式、所走路线等方面的不同,发展现状也就存在着很大的差距。
北京君正
北京君正也拿到了MIPS的指令集架构授权,可以基于MIPS32位处理器ISA自由进行微架构设计,其设计的XBUST技术在性能方面表现优异,但是根据官网的资料以及为网络上的回复投资者信息,其目前暂时没有支持MIPS64开发的计划,更没有相应的产品了,在其上市招股说明书中也并未提及64位处理器的技术路线,通篇都在讲32位CPU。君正的MIPS32位处理器主要面向的消费类电子市场,厂家众多,市场分散,竞争激烈,主打性价比,虽然有自行设计CPU的能力,但是主要面向中低端的嵌入式CPU芯片,而并非其它六家那样的主打高性能的服务器桌面级CPU芯片,这或许是提到高性能CPU设计厂商中不包括君正当缘故吧。
信创产业
信创产业,即信息技术应用创新产业 。信创产业是“新基建”的重要内容 。信创产业推进的背景在于,过去中国IT底层标准、架构、产品、生态大多数都由国外IT商业公司来制定,由此存在诸多的底层技术,信息安全、数据保存方式被限制的风险。全球IT生态格局将由过去的“一极”向未来的“两极”演变,中国要逐步建立基于自己的IT底层架构和标准。基于自有IT底层架构和标准建立起来的IT产业生态便是信创产业的主要内涵。
信创二字来源于“信息技术应用创新工作委员会”。2016年3月4日工委会成立,是由从事信息技术软硬件关键技术研究、应用和服务的企事业单位发起建立的非营利性社会组织。
兆芯
CPU面向通用计算,GPU面向专用计算,芯片组面向外设IO,三者集成到一颗芯片中:
结束
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