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拼命追了19年 国产CPU终于比肩AMD了

通用CPU被称作是集成电路中的“珠穆朗玛峰”,对集成电路和柔件产业具有基础性和带动性作用。但CPU的微架构必要永远积累,且必要对行使、操作体系、编译、逻辑和电路的走为都融会贯通。吾国由于欠缺自立的CPU技术和产业,在新闻产业主要受制于人。在自立CPU的研发道路上,国内以龙芯为代外的企业手握自立创新的“枪杆子”走过了崎岖的十八年。

走走在路上的龙芯

回顾龙芯十八年众的发展历史,走的是“之”字形的发展道路,曲路比直路众。

2000年10月,一个未必的机缘,胡伟武最先参与中科院计算所的CPU开发项现在。

2001年8月,中国自立研发的龙芯1号FPGA成功地运走了Linux操作体系。

2002年8月10日,“龙芯1号”问世,中国人终结了只能用国外CPU造计算机的历史,被业妻子士誉为民族科技产业化道路上的一个里程碑。

2003年4月18日,由中科院计算技术钻研所自立研发的国产首款64位高性能通用CPU——“龙芯2号”问世。龙芯2号在性能上有着大幅挑高,对吾国走成具有自立知识产权的计算机产业有偏主要的推行为用。

此后研制龙芯3号系列CPU发展道路之波折、搏斗之艰辛,支付之重大无人清新,直到2016年,龙芯3A3000才研制成功,因2016年是红军长征胜利80周年,所以以CZ80命名,每颗芯片的硅片上都刻有CZ80字样。

十年来,龙芯先后研制了龙芯3A1000、3B1000、3B1500、3A2000/3B200、3A3000/3B3000五款龙芯3号系列芯片。为什么龙芯CPU研制经历这么众崎岖呢?除了龙芯的质量流程必要赓续改进以外,究其根本因为,是由于龙芯首终坚持芯片中的中央模块本身研制,龙芯永远坚持芯片中的中央IP本身掌握。

胡伟武在《龙芯的足迹》一书中写到:“做任何事情,依赖别人总是容易一些,十足靠本身则难得的众。但依赖的众了,吃过亏后才清新还得靠本身”。

比肩AMD,龙芯新一代CPU实现自立可控

那么自立CPU与国外先辈程度主要差距在哪?在胡伟武看来,自立CPU在技术上的中央题目是由于异国很益地掌握处理器的微架构技术,自立处理器单核性能较矮,而不是处理器核不足众,在CPU芯片中众放些处理器核是容易的,难的是要把处理器核做益。再就是通用处理能力和设计能力不走。

龙芯的设计原则是练益内功,经历设计优化来挑高单核通用处理性能。在昨天的龙芯新产品发布暨用户大会上,龙芯发布了新一代通用CPU产品3A4000/3B000。3A4000/3B000基本完善了单核通用处理性能“补课”。

龙芯3A4000/3B4000在片内集成了坦然机制,实现自立可控和坦然郑重的同一。3A4000/3B4000主要有三大特点:

特点一:相通工艺性能(28nm)成倍挑高

龙芯3A4000/3B4000行使与上一代产品3A3000/3B3000相通的28nm工艺,经历设计优化成倍升迁性能。详细可外现为SPEC CPU2006单核peak分值双21分,base分值双18分;3B4000声援四路直连,四路服务器性能是3B3000双路服务器的四倍;科学计算性能是3A3000的四倍以上,声援128/256位向量;据胡伟武介绍,3A4000通用处理性能与AMD公司28nm工艺末了产品“发掘机”处理器相等,且单核性能高于用14nm实现的ARM处理器。

特点二:片内坦然机制

龙芯3A4000/3B4000能够从机制上有效提防Meltdon和Spectre等漏洞,声援MD5、AES、SHA等添解密算法,声援专用坦然可信模块及国密算法,声援“影子栈”等访问限制机制。据龙芯中科董事长胡伟武介绍,传统的CPU坦然机制只是在处理器核外增补坦然可信模块,龙芯3A40003B4000特意在处理器核内设计了坦然限制机制,从而达到内心坦然。

特点三:一如既去地自立研发

龙芯3A4000/B4000一如既去地强调自立研发。芯片中的一切功能模块,包括CPU中央、片内互联总线、DDR4内存限制器及各栽接口模块等的一切源代码均自立设计。芯片中各类全定制模块,包括众端口寄存器堆、锁相环、DDR4PHY、PLL等均自立研发。除了流片厂家挑供的基本设计环境,龙芯3A4000/3B4000异国行使任何第三方IP。

3A4000/3B4000行使龙芯公司最新研制的新一代处理器核GS464V,主频1.8ghz-2.ghz,经历优化功耗管理,基于龙芯3A4000笔记本做事时间比上一代产品拉长一倍以上。采用37.5mm*37.5mm封装工艺,还声援BGA、LGA以及CBGA的众栽封装形势,同时其桌面主板可声援四层布线。

胡伟武还指出,3A4000/3B4000还存在一些题目,例如DDR4内存频率不足高,功耗偏大,但这也是龙芯进一步改进的动力。下一步龙芯的主要做事重点就是挑高主频和核数。龙芯将于明后年推出行使12nm工艺的四核3A5000和16核3C5000,其主频将挑高到2.5GH以上,通用处理性能将达到那时AMD的程度,3A5000经历工艺改进挑高主频,3C5000工艺改进增补核数。经历20年积累完善CPU性能“补课”。

龙芯操作体系的“三条线、两个面”

龙芯的“初心”是打造自力于Wintel和AA (ARM Android)的第三大生态体系。特出的生态有三个主要特点:一是盛开,越盛开配相符友人越众,产业生态力量越大,Google和ARM做得最益;二是兼容,越兼容越容易形成相符力,产业生态不易碎片化,Intel和微柔做得最益;三是优化,以用户体验为中央,经历柔硬件厉密结相符进走优化,苹果做得最益。

他山之石,能够攻玉。经过众年追求,龙芯形成了“Intel Google Apple”的商业与技术模式。一是学 Intel商业上形成CPU、OS、ODM中央并向外辐射,技术上做益 Outside规范,保持组织的兼容和安详,实现操作体系级二进制兼容。二是学 Google“做OS但不卖OS”,谷歌研制 Android但不卖 Android操作体系,而幼米的米OS和华为的麒麟OS均基于 Google的 Android;龙芯研制 Loongnix形成龙芯CPU的基础版操作体系并免费盛开给配相符友人,声援配相符友人推起程走版操作体系产品。三是学 Apple以用户体验为中央从全体系角度进走优化,把细节做精。

结相符龙芯生态建设的请求,龙芯在实践中形成了柔件生态“三条线、两个面”的总体思路。

龙芯操作体系的“三条线”: Loongnix面向通用新闻化体系,基于通用Linux平台进走完善和优化,为同一操作体系龙芯版挑供声援;LoongOS面向高郑重实时终端,基于Linux/RT-Linux构建简洁高效的OS,异国Xserver的图形体系;LoongWorks面向实时嵌入式行使,针对历史行使,基于VxWorks内核,完善图形、网络等API,把VxWorks从“DOS”阶段升级到Windows阶段;龙芯操作体系的“两个面”指的是在“三条线”的基础上,经历同一体系架构实现操作体系跨硬件的二进制兼容,完善API实现行使的二进制兼容及优化。

一是面向硬件,对差别主板实现二进制兼容,ARM体系做不到OS的二进制兼容,其设计OS、BIOS、桥片等众方面规范,ARM只能管住CPU核及AMBA总线,Intel能管住UEFI、PCI柔件制定等;

二是面向行使,对差别行使实现二进制兼容,联系我们API是OS的指令体系,也是竖立生态的必争之地,吾国用JS和Java编程的工程师数以百万计,但会写JS和java虚拟机的不到百人,再添上开源柔件的不兼容性,使得涉猎器升级就会导致行使的不兼容。龙芯经历基础版操作体系管住这“两个面”。

本次发布会龙芯中科发布了同一体系架构的标准规范体系,并经历与OEM/ODM厂商签定认证制定竖立产品认证体系。从龙芯3A4000/3B4000首,龙芯的参考设计周详声援同一体系架构,CPU和主板升级均不影响操作体系及行使的兼容性。

经历同一体系架构保持操作体系跨硬件平台的进制兼容能够大幅挑高体系开发的效率。在 Wintel的平台上,不管是谁做的主板,一套 Windows操作体系都能装。

不管是众新的CPU,十年前的 Windows XP还能装。经历指令体系兼容能够实现行使程序的二进制兼容,但要实现操作体系的二进制兼容则必要从包括CPU、桥片、BIOS、操作体系等全体系的角度进走规范并保持永远兼容。

在同一体系架构的总请求下,实现了主板、固件、内核层面的兼容,并声援ACPI的UEFI固件,把硬件细节抽象为OS对地址空间的访问,经历ACPI外向OS挑供启动配置/运走时配置和以OS为主导的电源管理。除此之外,还有检测工具荟萃认证制定。

龙芯中科副总裁张戈在题为《龙芯生态及解决方案分享》的演讲中外示,随着有关市场需求的一连拉动,龙芯的配相符友人已经添至近千家,下游基于龙芯的开发人员达到数万人,2019年龙芯芯片出货量已经达到50万颗以上,在国产化行使中市场份额遥遥领先。

国产CPU要不怕远征难

世界上做CPU的企业中,凡是不做生态或者跟生态的CPU企业都活不益。

Intel是一个做生态的企业,佛教《百喻经》中有一个“三重楼喻”,在新闻产业技术也有“三重楼喻”,第一层是CPU技术 操作体系技术,即通用CPU;第二层是网络技术 图形/媒体技术,即GPU,Intel的通用打败思科的专用,片内集成GPU脱离对英伟达的依赖;第三层是AI技术 虚拟化技术,如NPU。在芯片内部组织复杂度上,倘若CPU的微组织复杂度是1,GPU的复杂度为0.3-0.5,神经网络处理器NPU的复杂度则幼于0.1。

胡伟武指出,龙芯的三层楼要一层层盖。经过20年的发展,到2020年自立CPU和OS基本完善“补课”,CPU通用处理性能已达到AMD程度,OS成熟度也已挨近Windows XP。但行使不足雄厚和产业不配套成为自立CPU和OS发展的下一个瓶颈,以前吾国的新闻化行使主要构建在国外Wintel和AA等平台上,在CPU、GPU、网络等的产业链配套不及。

所以异日CPU与行使柔硬件企业答该相向而走,龙芯将一连完善基础柔件环境(如NET等)和配套芯片(如GU、电源时钟芯片),新闻化行使柔件企业答把 Windows上的行使柔件去Linux平台上迁移。

胡伟武还挑到,国产CPU答“不怕远征难”,纵不悦目历史,高复杂体系能力建设必要以30年为周期,例如“运十”1996年拆解,“C919”2017年首飞。那么有异国手段避免上述耗时的众轮试错,一步就上楼?对此,龙芯进走了各栽尝试:造不如买,市场换技术、研不如买、曲道超车。。。。原形表明,这些都不是根本的解决手段。正所谓差别产品必要差别周期,CPU就是个孩子,千万不克期看2~3年把他养益。

在中央技术产业“爬楼梯”的过程中,必须要有愚公移山的精神和踏扎实实的作风,不要幻想曲道超车,竖立自立IT产业体系必要30年的辛勤,现在龙芯已发展19年,正表现添速发展态势。

芯中科技术有限公司总裁胡伟武

胡伟武介绍到,改革盛开以来,吾国发展中央技术形成了以“市场换技术”和“市场带技术”为主要特点的两条道路。所谓市场换技术,就是经历相符资等手段把中国市场给予国外企业,期待在相符资过程中得到先辈技术;吾国汽车产业是“市场换技术”道路的典型代外,原形表明,走这条道路在发展中央技术方面异国取得预期的终局。

境外主要CPU企业均经历相符资或授权手段成为“自立CPU”,要强调自立CPU需“融入”已有生态。所谓“市场带技术”,就是足够发挥吾国体制上风和市场上风,经历体制内市场引导,形成技术能力,带动技术提高,再参与体制外市场竞争;吾国航天产业是“市场带技术”道路的典型代外。

原形表明,走“市场带技术”道路更有利于吾国发展和掌握中央技术。龙芯走的正是市场带技术的道路,龙芯CPU经历自立编写CPU源代码,并在行使中一连演进,强调自立CPU要竖立自立生态(自力于 intel体系和AA体系)。要同台竞技需先经历楼梯“上台”,一步楼梯就是一次在市场行使中试错,一连的试错,才能促使性能的挑高和生态的完善。

龙芯OS在试错中一连趋于成熟:第一功能雄厚,在主要的功能柔件和大量的IO驱动上功能更添雄厚;第二架构安详,实现了操作体系对差别主板及升级后的CPU二进制兼容,涉及CPU、桥片、BIOS、OS的大量细节更添规范化;第三性能优化,性能成倍挑高,从被动优化逐渐到主动优化,另外打造技术链,在每个部门都不如国外的情况相喜欢啊,团体性能优于国外体系;第四题目拘谨,行使现场题目追溯到CPU和OS的越来越少,成熟度更挨近Windows XP的程度。

胡伟武指出,走“市场带技术”的道路,经历自立研发掌握CPU的中央技术,竖立自立可控的新闻技术体系,吾们失踪的只有锁链,得到的将是整个世界。走“市场换技术”的道路,经历引进技术发展自立CPU产品,只是将一副锁链换成另外一副锁链。结相符以前龙芯十八年的发展之路,任何企业和新技术在发展的过程中,既要专一拉车,又要仰头看路。

posted @ 20-01-31 02:03 作者:admin  阅读:

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