国产芯片能否靠自己走出一片未来?国产芯片性能排行榜

2017-05-05 电子工程世界
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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?
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    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。

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。

龙芯现在是什么水平,什么时候

龙芯现在是什么水平,什么时候能把英特尔和AMD赶出国门?

龙芯,在国人的眼中是一个巨大的IP,我们这一代人对龙芯的期待,不亚于我们上一辈人对第一颗原子弹爆炸的期待,作为国产芯片的掌门人,我们给予了龙芯太多太多的厚望,只不过国产芯片的道路上,龙芯一路艰难前行,太多的坎坷与漫长正在考验着龙芯。

2017年4月,龙芯终于给国人带来了一个好消息:龙芯推出了代表国产最高水平的桌面处理器芯片。

其中最为令人振奋的是龙芯3A3000和龙芯3B3000,从实测数据看,这两款芯片的综合性能已经大大超越了 Intel ATom系列处理器和ARM系列CPU,这个性能,用中国工程院院士砖家的话来说,已经达到了可用的的水平,图形计算能力出众,日常办公的使用以及出差都没有任何问题!

国产手机处理器中前有华为麒麟的翘楚,后有小米松果处理器的后起之秀,作为桌面处理器的龙芯,这么多年国家大量经费的投入,哪什么来给国人一个满意的交代呢?从过去的发展路径来看,即使是磕磕绊绊,但胡伟伍说,未来龙芯要做的,就是要把“天花板上的”CPU造出来。

在征服星辰大海之前,我们来看看这颗国产顶级CPU龙芯3A3000究竟怎么样:

    1、目前国产最强

由于目前CPU都是多核心架构,所以比较芯片的绝对性能,那就是单核心的单挑,龙芯之父胡伟武介绍,3A3000这款芯片的单核心性能,在国产所有芯片里面性能最高,这一点是毫不夸张的说,国产芯片研发机构本来就不多,所以龙芯在国产芯片领域最强理所当然。

    2、超过Atmo和ARM!

具体性能方面,3A3000是龙芯上一代芯片性能的3-5倍,请看下图,与VIA和AMD的主流中端芯片比较,数据几乎相当,个别方面还有超越的地方。这个性能超于Intel atmo和顶级手机处理器中的ARM处理器,相当于Intel和AMD高端处理器的性能。

    3、距离Intel最强技术仍有30%的差距,超越只是时间的问题。

虽然性能相当于Intel的高端处理器,但还是和Intel的顶尖水准有一定的差距,实际上作为一个刚刚成立,只有十年的企业,在国家政策的打理扶持下,难以在短时间内达到国际顶尖水准也是情有可原的,虽然龙芯3A3000和Intel 高端CPU还有30%的差距,这大概就是一代产品的微小距离,不过只要加大经费的投入,增加研发人员,目测只需要3年的时间就可以赶美超欧,不仅让中国人用上国产的龙芯,更让世界各国人民用上中国的芯片!    

    4、龙芯可是纯自主研发

倪光南院士曾经说,核心技术不可买来,买来的还是核心技术吗?龙芯的开发一直走的是自主研发的道路,据胡伟武介绍,龙芯3A3000除了厂家提供基本的单元外,CPU和内存控制器等模块都是自主研发并设计生产,把第三方IP拒之门外。

龙芯之父胡伟武详细介绍了龙芯的产品规划,2019年—2020年,龙芯CPU要追上AMD全系列的水平,追上AMD胡伟武很有信心,实现这个目标,那么距离因特尔顶尖系列处理器 至强(Xeon)系列的差距就很小了,这个时候,单核心性能就会遇到物理的天花板,只能靠增多核心数来提高CPU的性能,需要说明的一点是,因特尔在2010—2012年就已经触及单核心性能的天花板。

龙芯已经很强大,才发布的龙芯3A3000就已经超越了Intel,相信在未来的几年中,龙芯处理器取得更大的进步,把Intel和AMD赶出国门,相信在加大经费投入的前提下,建立起龙芯的生态圈,国人也能早上用上基于龙芯CPU芯片研发的电脑进行办公,用上龙芯的手机处理器,掉打骁龙三星手机处理器,实现中国心之梦!

正所谓十年磨一剑,龙芯的十年,是辉煌的十年,为中国芯片自研之路取得了巨大的成就,让我们一起来见证龙芯超越国际顶尖处理器的辉煌时刻。


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