國產CPU艱難起步 各家實力大盤點

2020-12-05 新經濟觀察者

日前,中國電信宣布了2020年伺服器的集採項目預審公告。公告顯示,本次集採總共分為8個標包,共計56314臺伺服器。公告顯示,I系列是指CPU類型為採用第二代Intel至強可擴展處理器Gold系列或者是Silver系列晶片的伺服器,預估採購44731臺;A系列是指CPU類型為第二代AMD EPYC 7002系列處理器的伺服器,預計採購398臺;H系列是指CPU類型為鯤鵬920系列處理器或Hygon Dhyana系列處理器,預計採購11185臺。

H系列為國產CPU伺服器,鯤鵬920系列處理器為華為自研ARM架構CPU,Hygon Dhyana系列處理器為天津海光研發的x86架構CPU。此次是首次單列國產CPU伺服器採招,搭載國產CPU的伺服器佔比提升到近20%。

在美國對中國技術封鎖的背景下,國產CPU迎來越來越好的發展歷史機遇,產品性能逐漸提升。目前主流的國產CPU主要有申威、龍芯、飛騰、鯤鵬、海光、兆芯等幾家公司,其中申威、龍芯均有獨立自主的指令集,鯤鵬、飛騰是指令集架構授權模式,海光、兆芯則是IP核授權模式。

【申威CPU】

申威CPU是由無錫江南計算機研究所研製的,其指令集最早源自於DEC的Alpha架構。不過經過10多年的研究和發展,其新的指令集跟Alpha沒有關係了,最新的SW1621處理器使用的是自己定義的SW64指令集。基於完全自主的指令集架構,申威CPU智慧財產權和自主研發能力不受限制,可以自主發展,不存在被斷供、制裁或停止授權的風險。

申威CPU在超級計算機領域非常成功,「神威·太湖之光」超級計算機搭載了40960塊SW26010處理器,曾經多次在超級計算機TOP500上名列第一,即便現在依然位居第三。

申威CPU主要定位專用的關鍵領域,因此市場化能力比較弱,應用生態構建比較困難。目前,申威與中國電科(CETC)合作推進產業化進程。2019年底,中國電科首批申威伺服器量產下線,並著手推動申威伺服器在黨政和金融等關鍵行業的試點應用驗證。

【龍芯CPU】

龍芯CPU是2002年由中科院計算所開始研發,主要基於MIPS指令集。2009年,龍芯一次性買斷,獲得了MIPS32和MIPS64架構的永久授權。此後,龍芯在MIPS固有指令集上龍芯還添加了不少自主研發的指令集,並研發出具備自主智慧財產權的龍芯指令集(loogISA)。

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,龍芯3B4000屬於龍芯伺服器CPU產品線。

龍芯CPU是我國最早的國產CPU廠商,經過多年發展,目前在專用類(例如太空、高溫等晶片)、嵌入式、黨政軍等領域具有較強的優勢,目前發展勢頭良好。據其2019年年底發布會,龍芯在2019年出貨量達到50萬顆,在國產化應用中市場份額遙遙領先。

由於龍芯CPU主攻方向是嵌入式終端和PC晶片,因此其CPU的單核性能較高,但多核能力較弱,因此其伺服器CPU相比其他國產CPU來說性能較低。與申威CPU一樣,龍芯CPU同樣面臨應用生態構建問題,國內外採用MIPS架構的廠商不是太多。

【飛騰CPU】

飛騰CPU是國防科技大學高性能處理器研究團隊研發的產品。早期,飛騰曾利用SUNS設計的開源產品Sparc V9架構研發出FT1500、FT2000,2010年國防科大研製的超級計算機天河一號使用了2048顆FT-1000處理器用於機組的服務節點,2013年天河二號使用了4096顆FT-1500處理器作為計算節點前端處理器(核心處理器還是用的是英特爾Xeon晶片,2015年被美國禁售)。SUN被Oracle收購之後,Sparc指令集不再更新,於是飛騰購買了ARMv8指令集的永久授權,開始轉向ARM架構處理器。

飛騰CPU最新產品為新一代桌面處理器FT-2000/4,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完成了全部適配工作,長城、聯想、同方等廠商正在開展基於FT-2000/4的臺式機、筆記本、一體機等各類型終端的研製。

飛騰CPU在產業生態構建上,背靠中國電子(CEC),致力於打造PK體系。目前已有400 餘家國內軟硬體廠商聯合構建了以飛騰CPU為核心的全自主生態系統,包括集成商/整機/ODM/軟體等四大組成部分。

【鯤鵬CPU】

鯤鵬CPU是華為海思基於ARMv8指令集研發的高性能伺服器處理器。目前華為已經獲得ARMv8架構的永久授權,在ARMv8基礎上進行的各種研發沒有任何限制。儘管ARM為英國公司,但由於美國政府的限制,華為海思有可能無法獲得ARM後續版本的永久授權,華為海思可能被迫基於ARMv8指令集研發自己的指令集。這項工作或許已經正在啟動。

鯤鵬CPU最新產品為鯤鵬920,由臺積電7nm製造工藝打造,性能非常卓越,號稱業界最高性能ARM based處理器。目前美國正限制臺積電為華為代工,華為也慢慢轉單中芯國際,但中芯國際剛具備量產14nm製程工藝晶片的能力。若鯤鵬CPU也交由中芯國際代工,其性能無疑會打折扣。

目前華為正全力打造鯤鵬計算產業生態。鯤鵬生態已發展多個軟硬體合作夥伴,其中整機領域共11家合作夥伴,黃河、長虹天宮、湘江、同方等品牌的相關產品已經批量上市。但華為自身也有PC、伺服器、存儲、作業系統、資料庫、應用系統等產品,產業鏈通吃,則很難將產業鏈做強。

【海光CPU】

海光CPU是天津海光通過獲得AMD x86 IP核授權而研發的產品。2016年,天津海光以2.93 億美元(加上特許權使用費)的價格獲得了AMD x86和SoC IP晶片開發的授權。AMD允許海光基於AMD的Zen微體系結構設計專用處理器,以開發專門面向國內伺服器市場的定製處理器。

海光研發的Dhyana(禪定)x86處理器目前已經開始生產。海光CPU本質是x86晶片,支持Windows作業系統,再加上獲得AMD Zen1 架構體系,因此其單核性能在國產CPU裡面非常突出,因此受到較多行業用戶的青睞。

2019年6月,由於天津海光被美國商務部列入實體清單,AMD宣布不再向其中國合資公司授權新的x86 IP產品。這意味著,海光CPU將停留在Zen微體系結構,而無法獲得最新的Zen2。海光CPU後續產品的持續研發能力或許面臨困難,其產品的領先性也無法持續。

【兆芯CPU】

兆芯CPU是由臺灣威盛電子(VIA)授權而研發的x86處理器。2013年上海國資委與威盛電子成立合資公司,兆芯由此獲得了威盛電子的部分x86專利授權。

兆芯CPU最新產品為開先ZX-E系列(即開先KX-6000和開勝KH-30000系列處理器),採用8核16nm工藝,由臺積電代工。KX-6000主要面向PC市場,KH-30000主要面向伺服器市場。據評測,兆芯CPU的性能遠遜於同為x86架構的海光CPU,畢竟威盛電子在CPU領域的實力遠不如AMD。

兆芯CPU面臨的另一大問題仍然是授權問題。根據英特爾與美國FTC的和解協議,2018年4月之後,威盛不能再使用英特爾新的x86專利。這也意味著兆芯未來的x86產品升級遇阻,雖然其仍然可以使用舊的x86專利,但前景並不樂觀。

目前,CPU佔主流市場的仍然是Intel和AMD兩大公司,國產CPU跟他們的差距還比較大,在企業市場和消費領域競爭力比較弱。但面對美國的技術封鎖,國產CPU存在的意義極大。

憑藉逐步積累的研發經驗,以及政府和行業市場的支持,國產CPU將有望縮小與國外產品的差距,逐漸從「可用」向「好用」、「愛用」發展,最終實現國產替代。

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