2020年國產CPU:早不只有龍芯,8核X86也有零售了

　　[PConline 雜談]要說在DIY行業什麼產品國產化最能牽動國人的心，那CPU要說第二恐怕沒人敢說第一。眾所周知CPU是一臺電腦的大腦，指揮著電腦各個部件運行，因此CPU的製造也是一個非常高科技的活，裡面涉及到各行各業，甚至連CPU的原材料矽晶圓製造門檻也極高。因此當網上報導國產CPU有什麼進展，有什麼喜訊時，許多網友第一反應總是不相信，並且質疑，而他們最經常說的話就是，「敢不敢拿出來賣啊！」

　　還好，最近淘寶上終於是有國產處理器售賣了，趁著這個熱點，曉邊就和大家聊聊國產CPU的發展現狀，看完大家就知道為什麼「敢不敢拿出來賣啊！」這句話用來批判國產CPU取得進展是一個常識性的錯誤了。

CPU也分很多種，這些你都了解嗎？

　　CPU中文名為中央處理器，它在計算機中負責讀取指令，對指令進行詮釋和執行。為了讓CPU讀取詮釋指令的效率更高，CPU內部會有叫做「指令集」的東西，指令集就是人們預先設置好的一套工作(讀取、詮釋、執行指令）方法和指南，當CPU外部接受到某種指令時，CPU就開始找預設的工作方法中對應的指南去執行。

　　因此CPU指令集先進與否，也往往決定了CPU性能有多強。

　　按照指令集的複雜程度劃分，我們可以把CPU簡單劃分為兩種架構，一類是RISC(精簡指令集處理器),另一種是CISC（複雜指令集處理器），它們的區別在於設計理念的不同。

早期處理器Intel C8008

　　早期CPU全都是CISC，這類CPU設計目的就是讓外部生成的非常簡單指令就能被機器讀懂，方便編譯器開發（編譯器就是將「更接近人語的高級語言」翻譯為「電腦能讀懂的低級語言」的程序），但為了達成這一目的CPU內部會集成非常複雜的指令讀取，翻譯和詮釋的邏輯，也對CPU的架構和電路設計提出更高的要求，這類處理器的代表就是我們個人電腦常用的X86處理器。

　　RISC則是指令集比較簡單，因此外部指令要被RISC處理器讀懂，配套的編譯器需要非常強大，能將複雜的指令簡單化，相應的，RISC的製造會簡單許多，在同等工藝下能製造出特定功能性更強的CPU，這類處理器的代表就是手機上的ARM處理器和IBM的Power處理器。

　　更加簡單通俗的區分就是CISC強調用硬體去更有效率地執行工作，而RISC則更依賴軟體（編譯器）；CISC處理器上的指令集豐富而全面，是個全能選手，RISC處理器通常只保留特定常用指令集，讓處理器某項性能非常強（比如為挖礦優化的特定RISC礦機），更適合打造專才。

　　按照基礎指令集的不同，目前世界上的CPU可以分為五大體系，分別RISC類別的ARM體系、MIPS體系、Power體系、Alpha體系、ARM體系和CISC類別的X86體系，下面就介紹一下這五大體系處理器在國內的發展現狀。

國內MIPS體系處理器的現狀-充滿生機與活力

　　MIPS的意思是「無內部互鎖流水級的微處理器」(Microprocessor without interlockedpipedstages)，其機制是儘量利用軟體辦法避免流水線中的數據相關問題，MIPS處理器最早由80年代初史丹福大學研究出來，也是最早商用的RISC處理器，其特點是高效率低功耗，目前已經發展到MIPS64架構。

MIPS指令集關係，圖源MIPSTech

　　國內MIPS處理器的代表有兩家，一家是大家都經常能聽到的龍芯，另一家為君正。

 

龍芯：

　　龍芯是2002年由中國科學院計算所（下文簡稱中科所）開始研發，那時中科所是想做一款獨立自主的處理器，當時可選擇的方向有四個，其一做X86處理器，但是X86處理器太難製造，要經過AMD或者Intel直接或間接的授權，進行技術指導才能搞清楚；其二是做ARM處理器，但那時ARM主要面向移動端，和中科院想做PC處理器的初衷不相符；第三就是自主研發架構，這個就更不現實了，難度更大；而MIPS處理器那時在科研單位、大學中也有廣泛的使用基礎，因此當時中科所就選擇了第四條路，MIPS體系處理器，再搭配Linux系統，打造國產PC。

　　不過有意思的是龍芯第一代產品發布時是沒有經過MIPS正式授權的，有侵權的嫌疑，但最後兩家公司在2009年達成和解，龍芯支付了一筆費用永久性獲得了MIPS32和MIPS64架構的授權，現在龍芯完全是自主可控的，將來不會再出現被別人卡脖子受限於人的局面。

官方揭露龍芯3A4000跑分成績

　　龍芯經過這麼多年的發展也早已不是簡單的其他MIPS處理器仿製版，在MIPS固有指令集上龍芯還添加了不少自主研發的指令集，指令集數量是原有兩倍。目前龍芯最新的產品是2019年年底發布的龍芯3A4000/3B4000，其中龍芯3A4000是面向桌面臺式機和筆記本，採用28nm打造，4核4線程，主頻為1.8~2.0GHz（也就是支持睿頻），面向科學計算、高密度數值信息處理的峰值計算性能是上代產品龍芯3A3000的4倍以上，通用處理性能基本打平AMD的末代28nm產品「挖掘機」。

　　而龍芯3B4000屬於龍芯伺服器CPU產品線，在核心線程、頻率上與芯3A4000一致，但支持雙路、四路伺服器，即在一臺伺服器主板上安裝2個或者4個龍芯3B4000晶片，一臺伺服器最多包含16個處理器核。所有CPU之間通過高速總線接口直接互聯，共享使用物理內存。龍芯3B4000專門優化了CPU之間的高速互連總線，跨片訪存實際帶寬提升400%以上。

　　目前龍芯的發展勢頭還是十分不錯的，已經不需要國家經費支持，完全實現自給自足，公司收入主要來源為太空晶片銷售、高溫晶片銷售、對外IP授權銷售、嵌入式方案銷售和黨政軍採購，在19年年底的發布會上龍芯中科董事長胡偉武表示龍芯在2019年出貨量達到50萬顆，淨利潤達上億元，合作夥伴已經增至近千家，下遊基於龍芯的開發人員達到數萬人，使用龍芯的筆記本、一體機、伺服器、雲終端、網絡安全設備、工業控制計算機等產品已經運用於我國的各行各業。

 

君正：

　　北京的君正知道的人就比較少了，因為君正主打的是嵌入式設備，是專注於可穿戴，物聯網領域的本土晶片設計公司。由於嵌入式設備有一定的定製需求，軟體生態鏈短，不需要CPU性能有多強，著重點在於廉價、低功耗和尺寸，因此這個領域現在是百花齊放的局面，君正也因此能分一杯羹。

　　作為一家純商業化的公司，目前君正的合作夥伴和出貨量還是很可觀的，甚至還做過小米手環的項目，而且已經上市，財報都能查到，2019年全年財報顯示北京君正淨利潤為5780.75萬元，也是良性發展了。

　　國內MIPS處理器雖然發展地不錯，但是由於最新的微軟Windows系統只支持X86處理器和部分ARM處理器，我們普通人一般是接觸不到MIPS處理器，認知不足也可以理解，就算買來龍芯的筆記本，由於生態和軟體的問題，對普通人來說也是浪費錢。

國內ARM體系處理器的現狀-星星之火已成燎原

　　ARM體系處理器大家就並不陌生了，大家手中的手機就是用ARM處理器的，在這裡曉邊就簡單介紹一下。ARM全稱為Advanced RISC Machines（高級RISC核心），使用32位精簡指令集，ARM處理器具有低功耗高性能、大量使用寄存器讀取指令快、體積小、指令長度固定、節省存儲空間等特點。

　　ARM處理器也是一個商業化十分成功的處理器，只要你向ARM公司支付一筆費用，就能獲得ARM處理器的授權，授權的模式有三，第一是架構/指令集層級授權，授權後你可以對ARM架構進行大幅度改造，甚至可以對ARM指令集進行擴展或縮減，比如蘋果、華為就是這種；其二是內核層級授權，你可以以一個內核為基礎添加其他模塊；其三是使用層級授權，意思是你只能使用，不能魔改。

　　國內發展ARM處理器體系主要有四家，分別是華為海思、飛騰、展訊。

 

華為海思：

　　華為海思應該是國內ARM處理器商業化最成功，乃至所有國產CPU中商業化最成功的公司了。華為海思的處理器主要應用於移動端產品，應用場景包括但不僅限於手機、監控設備、機頂盒、電視和路由器等，最新的代表產品就是麒麟990 5G版了，7nm euv工藝打造，集成5G基帶，其CPU性能可與目前世界一流水平的手機處理器驍龍865、A13同臺競技。

　　除此以外華為海思在伺服器領域也有涉足，最新產品為鯤鵬920，7nm工藝打造，最高可擴展為64核，主頻為2.6GHz，支持8通道DDR4內存和PCIe 4.0。不過鯤鵬920目前還處於華為自用階段，作為於華為雲服務的伺服器內核，而且目前高性能伺服器基本都是X86處理器的天下，鯤鵬920暫時不會對伺服器市場造成多大的影響。

 

飛騰：

　　飛騰公司是中國國防科技大學高性能處理器研究團隊建立的企業，如果用一個詞去形容飛騰處理器的發展歷程，那肯定是一波三折了。

　　一開始飛騰是做逆向工程的（也就是仿製別人的CPU），以Intel的 IA-64指令集為基礎做，不過後來Intel放棄了這個指令集，飛騰也轉向做Sparc處理器，使用開源的Sparc V9 架構，花了三年時間做出了8核32線程(1核4線程）的處理器FT-1000，又花了三年擴展成了16核64線程的FT1500。2010年國防科大的銀河一號超算進行擴容時加入了2048顆FT-1000處理器，雖然相比於超算其他的AMD、Intel處理器數量來說微不足道，但也足以振奮國內研發人員，激發了當時國人的民族自豪感，在天河二號的建造中國防科大又使用了4096顆FT-1500晶片用於超算的網絡數據處理。

　　但是，SPARC架構母公司敗走伺服器市場，被Oracle收購之後，就再也沒有開源新的SPARC指令集了，飛騰手中的SPARC架構指令集很快就落後了，於是飛騰果斷就轉向做更火的ARM架構處理器。

　　飛騰也是購買了ARMv8指令集的永久授權，最新產品2019年9月發布的FT-2000/4處理器，4核4線程，16nm工藝打造，最高主頻為3.0GHz，最大功耗僅為10W，主要面向臺式機或者筆記本。目前FT-2000/4已和國產銀河麒麟作業系統（PC版）完成了全部適配工作，因為不使用Windows系統，主要客戶也是軍隊、政府等單位了。

 

展訊：

　　展訊是一個不得不提的國內ARM處理器設計公司，根據統計展訊每年出貨6億片晶片，佔據全球手機晶片25%的市場，僅次於高通和聯發科，在去年展訊旗下的SC6531晶片擊敗了高通華為聯發科三星成為單晶片出貨量世界第一。

　　或許很多網友疑惑，我們手中的手機晶片不是高通、華為海思就是蘋果或者聯發科的，這個展訊這麼沒聽過？其實展訊的手機晶片主要用於老人機、三防手機上，主打耐用性與超長續航，僅支持GSM、GPRS兩種網絡制式，主要市場也集中於非洲、東南亞等低收入海外市場，是真正走出去的國產晶片。

國內Power體系處理器的現狀-胎死腹中？

　　Power架構是藍色巨人IBM開發的指令系統架構，大到超算，小到車載音響都有它的身影。不過如今Power架構處理器是越來越不景氣，在高性能計算的競爭上Power對比X86因為採用SMP技術，具有內存訪問任何一個CPU核心時速度都一樣的優勢，更利於製造多核處理器，但Power價格昂貴，而且IBM本身就是系統製造商，Intel聯合Windows的聯盟實在太強大，Power不得不敗下陣來；在其他終端設備上Power處理器則不如ARM處理器尺寸小，功耗低。

　　IBM也意識到生態的重要性，開始把Power授權給更多公司，2016年國內企業中昊宏芯獲得了POWER 8晶片架構和指令系統的永久授權，但中昊宏芯研發過程並不順利，期間還遇到股權變更和欠薪事件，國產Power也就一直難產，至今都沒有影子。

　　2019年8月POWER指令集架構正式開源，或許這能促進國產Power處理器出現。

國內Alpha體系處理器的發展-已成獨苗

　　Alpha是DEC公司製造的處理器架構，最早用於自己的工作站和伺服器當中，支持UNIX、Linux等系統，後來DEC公司被美國惠普收購，而惠普的精力主要在「X86架構」的個人電腦，所以對Alpha架構的指令集早已很久沒有更新，恰逢我們國家全力發展自主科技，所以我們無錫的江南計算所（軍方研究機構）買了Alpha架構的所有設計資料，製造了完全自主可控的國產Alpha處理器，也就是大名鼎鼎的申威，申威處理器也是目前Alpha架構處理器的獨苗了。

　　江南計算所在原有Alpha指令集的基礎上增添了SIMD等特色的擴展指令集，還拓展了多核架構，把Alpha架構處理器發展到新的高度，現在的申威處理器和以前的Alpha處理器已經不可同日而語，最新的申威SW26010處理器使用了申威為高性能計算自主研發的指令集，頻率1.45GHz，260個核心，這也是它的特殊之處——整個處理器包括4個MPE（Management Processing Element）管理單元、4個CPE（Computing Processing Element）計算單元及4個MC內存控制器單元組成，其中CPE單元又由8x8陣列的64核心組成，所以總計是260個核心（4x64+4=260）。

　　此前多次奪得超算排名第一的神威·太湖之光超算就用了多達40960顆申威26010眾核處理器，全都是超算的運算主力，並不像飛騰那樣打打輔助，由此可知申威26010眾核處理器確實實力過硬，能與其他國家的超算一比高下。

　　目前申威處理器主要用於超級計算機打造和伺服器，我們普通消費者更加難接觸到了。

國內X86體系處理器的發展-勢頭良好，仍存阻礙

　與RICS諸侯混戰不同，CISC系處理器一直是X86架構的天下，X86處理器大家都很熟就不再介紹了。國內要想發展X86處理器，最大的難題是授權問題，在X86處理器發展過程中Intel和AMD的指令集經過複雜的融合，形成了如今兩家交叉授權才是完整X86指令集的局面，換句話而言想堂堂正正地發展X86處理器，理論上要同時得到Intel和AMD的授權才行。

　　作為PC處理器的霸主，Intel一般是不允許有新玩家來分走屬於它的蛋糕，當年正是Intel逐漸收回X86授權才形成如今X86處理器只有兩家爭鬥的局面。

　　但近幾年國內湧現了幾家做X86處理器的公司，他們是怎麼做到的呢？

 

兆芯：

　　目前世界上除了Intel和AMD以外第三家擁有X86授權的公司，是威盛VIA，上海兆芯集成電路有限公司經過一番操作也是取得了威盛VIA X86處理器的授權。早期兆芯處理器也只是威盛處理器簡單的仿製產品，不過經過這麼多年的迭代研發，兆芯已經研發出KX-6000系列處理器，基於16nm製程，主頻可達3GHz，有4核/8核可選，集成核顯、支持雙通道DDR4內存，性能與Intel酷睿七代i5處理器看齊。

　　目前KX-6000系列的KX-U6780A已經推出到零售市場，而且某寶上已經能買到。產品搭配國產主板品牌深圳芯傑英(Cjoyin)開發「C1888」主板一起銷售，板U價格為4300元，考慮到處理器的性能，產品性價比還是比較低的。

　　不過這也可以理解，產品並沒有大規模銷售，每一顆處理器分攤的研發費用自然很高。

　　因為可以使用Window系統，兆芯的處理器是與普通消費者的距離最近的國產CPU，感興趣又有財力的網友可以買回去玩玩，裝上Win10系統日常用肯定是沒有問題的了。

　　目前兆芯需要擔心的依然是授權的問題，按照此前美國裁定威盛的X86授權早已在2018年4月份過期，之後新的X86指令集無權使用，也就是說以後研發新指令集只能靠兆芯自己了。

 

海光：

　　2016年AMD宣布與中國天津海光投資公司達成協議，將X86技術授權給海光公司，自此國內能設計X86處理器的公司又多了一家。

　　AMD為了規避和Intel的交叉授權協議，和海光的合作非常複雜，AMD和天津海光先成立合資公司A，合資公司AMD是大股東，因此AMD向合資公司A授權X86架構就像左手授權給右手，是合法的，合資公司也可以修改AMD的CPU核。隨後AMD和海光成立合資公司B，這家公司海光是大股東，購買合資公司A設計的IP授權再進行CPU設計，這樣就規避了AMD和Intel的交叉協議。

　　不過這樣的做法海光處理器是十分受制於AMD的，海光處理器被規定只能在中國銷售，不能出口，而且也不知道AMD會不會翻臉，因此海光處理器算不上完全自主可控。

　　好處是AMD授權給海光生產的CPU是基於這幾年大出風頭的ZEN架構，因此海光處理器在性能上一開始就站在了其他國產CPU無法企及的高度。

　　目前海光生產的Dhyana（禪定）處理器已經開始流片，由14nm打造，基於ZEN架構，應該就是一代EPYC的仿製版，目標是應用於伺服器市場。

結語-撥開雲霧，終見曙光

　　光陰似箭，21世紀已經進入了第三個十年，在頭20年裡，在無數國內科研人員嘔心瀝血地奮鬥下國產CPU得到了長足的進步，上至超級計算機、下至手機、智能音響，都能找到中國芯的身影。

　　由於架構的不同，許多還算不錯（雖然追不上世界一流水平，但比較好用）的中國芯離我們消費者很遙遠，這也是為什麼很多中國芯沒有推出到零售市場，我們也買不到（推出了一般人也不會買，廠商只會虧本）的原因。

　　好在國產X86處理器也得到了一定的發展，電商平臺上有最新的國產處理器板U套裝出售就是有力的證據，國產桌面端PC處理器從未如此接近我們普通消費者。

　　不過目前這款國產CPU性價比還是相對低下，但現在也只是第三方渠道流出，而這些問題會隨著產品量產，銷量提高而得到解決。

　　這也是個積極的信號，隨著產品不斷的迭代發展，曉邊相信不久的將來國產X86處理器能像國產ARM處理器那樣足夠優秀，也能與世界一流廠商正面對決，最終讓消費者願意用手中的小錢錢支持它。