现阶段CPU主流芯片架构为X86和ARM,以我们所熟知的华为鲲鹏系列芯片为例。华为采用的是ARM指令集架构授权,拥有自主设计CPU内核和SoC的权利,能够兼容全球ARM生态,有利于芯片后续的生态应用与落地。
鲲鹏处理器已形成集“算、传、存、管、智”芯片家族,其鲲鹏920处理器是华为自主设计研发的业界首款7nm数据中心ARM处理器,八通道DDR4内存、64个内核、最高频率2.6GHz,主要面向企业客户,算力性能并不逊色于当时的intel旗舰级芯片至强8180。
除了面向服务器的鲲鹏系列,华为还设计研发出手机SoC麒麟芯片、人工智能昇腾芯片和一些5G终端、基站芯片系列。致力于补齐国产化芯片面临和存在的“短板”,但由于众所周知的原因,华为目前高端芯片的研发与量产正面临巨大的挑战。
天津飞腾同样是基于ARM架构,主攻高性能服务器CPU的设计研发和推广,按照国际主流技术标准,提供全面国产化的信息系统解决方案,同步联合1600多家硬件、软件厂商进行完整生态产业链的搭建。
其中,面向消费端的腾锐D2000,兼容64位ARM v8指令集,搭载自主研发的高性能内核FTC663,主频为2.3-2.6GHz,带宽达18.7GB/s,国产桌面处理器的性能又往前跨越了一步。截至目前,飞腾已与57家国内厂商的101款软件完成了兼容适配。
2、x86 海光信息和兆芯-性能“王者”海光信息采用的是x86架构IP内核授权,主要从事高性能处理器的设计、制造和生产。在支付了2.93亿美元的授权费后,得到了AMD公司的x86指令集和Zen架构授权,规避了潜在的英特尔x86授权限制,技术起点高且具有丰富和成熟的应用生态环境。
目前主要有海光通用处理器CPU和海光协处理器DPU两大类,2018年第一代CPU海光一号正式量产,二号、三号产品已实现商业化应用,四号、五号正处于研发阶段。
从2020年intel发布的6款至强铂金系列与海光7285测试数据来看,海光CPU性能基本上达到了国际上同类型主流产品处理器的水平。
目前CPU主要应用于金融、电信、互联网等多个领域,海光7000系列最大支持8个内存通道和128个PCIe接口,最多能集成32个处理器核心,能够应对数据中心、云计算等高端服务器场景下的应用。同时,海光处理器融合国密算法+安全算法指令,为高端处理器又上了一把“安全锁”。
兆芯也拥有相关IP自主设计研发的能力,成立10年来已研发量产多款通用处理器。
以近期发布的代号为“陆家嘴”开先KX-6000G系列为例,x86架构指令集、16nm制程工艺、DDR4-3200双通道内存,支持4K显示,能效提升60%,待机功耗降低50%。其性能虽然相比intel差距甚远,但国产化进步可不是一蹴而就的,仍需长时间的攻克积累。
3、申威 自研64位指令集-“突破者”申威处理器基于原先的Alpha指令集进行拓展,自主研发出高度可控的申威指令系统并推出申威处理器。主要用于超级计算机,申威26010处理器的峰值性能达12.5万万亿次浮点运算结果,性能超过当时intel Xeon Phi处理器,位列世界第一。
申威SW26010是国内首个采用国产自研架构的计算机芯片。当前申威通用处理器已联合计算机硬件、软件生态厂商形成了完善、成熟的联盟,从数据库、中间件到下游的应用软件,能进行兼容适配的设备逐渐增多。
随着适配硬件、软件、产品越来越多,计算机信息系统的国产化进程也会按下“快进键”。
4、龙芯中科 自研LoongArch指令集-研发“选手”龙芯中科也是采用自主研发LoongISA指令系统,所有IP模块都是自己动手设计的。具有较高的安全性、自主性和延展性,走的是“自己动手 丰衣足食”和合作共赢的路子。
历时20多年陆续推出龙芯1号,让中国计算机用上国产芯;龙芯2号走出了国内计算机核心技术向外授权的步伐;龙芯3号面向高性能通用处理器,直接对标intel的酷睿和至强系列,应用于北斗导航、高铁等场景。
同时,为了更好地搭建起软硬件协同生态产业链,搭建起龙芯开源社区,携手生态合作伙伴共同探索国产化CPU的未来。
在ChatGPT、Bard、文心一言等AI人工智能应用“爆火”的同时,小到手上的一块智能手表,大到占地几万平方米的数据中心,都离不开芯片的加持。
而从芯片的设计、制作到量产再到组装,每一个环节都是紧紧相扣的,缺一不可。
尽管造“芯”不易,但近几十年国产化CPU芯片一步一步走出了自己的节奏,都是各自领域的“王者”选手,国产化芯片道阻且长,但行则将至。
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