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從104機到龍芯,國產CPU今天發展得怎么樣了?

作者:ZongYu 時間:2024-03-29 來源:EEPW 收藏

首先,讓我們先把時間倒回1957年,這一年,我國決定要仿制蘇聯的БЭСМ-Ⅱ計算機,由張效祥教授領導,赴蘇進行計算機進修,1958年8 月大部分進修隊的成員回到北京,立即投入仿制機的試制工作。1958 年10 月完成部件生產,1959 年4 月完成調試,9月交付使用。這臺被命名為“104”機的計算機便順理成章的成為了中國第一臺大型數字電子計算機,其擁有22 個機柜,主機、電機組各占地200 平方米。全機共用4200 個電子管,4000 個晶體二極管,字長39位,容量4K,每秒運算1 萬次,內存2048 個全字長磁芯體,2 臺2096全字長臥式磁鼓。

本文引用地址:http://www.beadyclass.cn/article/202403/457026.htm

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中國第一臺大型通用電子計算機:104機

張效祥在進修之時就強調:“我們自己全面掌握技術是十分重要的?!?/span>

這一句簡單的話,經過了半個多世紀的光陰,經過了無數的風雨飄搖,歷經了不少彎路,一直伴隨著我國計算機領域的發展。如今,在2024年,計算機領域在世界上已經經過了翻天覆地的變化,從最早的只有大型計算機,到如今的PC機占到了計算機的主流,性能也已經是當年的千萬上億倍。經歷了中美貿易戰,全球化進程受阻等等不利條件,我國的計算機,特別是的發展又一次牽動著我國人民大眾的心,在2024年這個時間點之上,我國的國產的發展到底如何了呢?

 

提到國產,那么首屈一指的必然是龍芯系列。自2002年“龍芯1號”誕生以來,歷經二十多年的不懈努力,已經實現了從無到有、從弱到強的跨越式發展。最近發布的龍芯3A6000,更是標志著我國國產CPU邁入了新的發展階段。龍芯3A6000作為全新一代桌面級CPU,采用了我國自主設計的指令系統和架構(LoongArch架構),徹底擺脫了對外國技術的依賴。它采用了四核心八線程設計,主頻達到2.5GHz,使用12納米制程工藝,性能較上一代龍芯3A5000有了顯著提升。然而,與市場上的主流處理器相比,龍芯3A6000的性能仍存在差距。在測試中,其性能大致相當于2011年發布的酷睿i7-2600k,這樣的性能在辦公場景中尚能勝任,但在更復雜的應用場景中就顯得捉襟見肘。

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龍芯3A6000

 

性能上的不足,固然是龍芯3A6000面臨的一大挑戰,但更為嚴峻的問題在于軟件生態的構建。龍芯的自研指令集導致了生態方面的缺失,這使得龍芯處理器的實用性受到了很大限制。雖然龍芯團隊在努力提升x86翻譯性能,但目前實際翻譯性能與原生性能相比仍有較大差距。要構建健康的軟件生態,芯片廠商不僅需要提供強大的硬件性能,更需要與開發者社區緊密合作,共同完善開發者工具鏈。這些工具鏈包括編譯器、調試器、開發框架、庫和文檔等,它們對于應用程序的開發和維護至關重要。芯片廠商需要投入大量的精力和資金,與開發者社區進行深度合作,共同推動生態系統的繁榮發展。

此外,龍芯要想在全球CPU市場中占據一席之地,還需要進一步拓展其應用范圍。目前,龍芯主要以Linux桌面發行版為主,但Linux在桌面領域的市場份額相對較小。為了實現更大的發展,龍芯需要向Windows等更廣泛的操作系統平臺進軍。這不僅要求龍芯在硬件性能上達到更高水平,還需要在軟件生態、驅動程序等方面做出更多努力。

 

電子

而除了連指令集都是自己的龍芯之外,旗下的“開先”系列同樣也是潛力無限,其最新的一代開先KX-7000系列桌面處理器,于2023年12月發布,該處理器采用全新設計的自主微架構“世紀大道”和先進的 Chiplet 互連架構。這款處理器在主頻上最高可達 3.7GHz,并且集成了高性能 GPU 顯卡,同時支持多種主流高速 IO 接口。相較于上一代產品,KX-7000 系列的計算性能提升了 2 倍,圖形性能提升了 4 倍。

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其性能用一句話來概括就是其單核性能弱于i3-9100;多核性能略強于i3-9100。

 

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如果和的上一代kx-6000G處理器產品作比,開先KX-7000系列處理器的單核性能提升超過了50%,這一顯著的提升充分展示了兆芯在處理器設計上的實力和未來可期的潛力。在硬件配置上,開先KX-7000系列處理器最高集成8個高性能核心,擁有4MB的L2緩存和32MB的L3緩存,最高工作頻率進一步提高至3.7GHz。這樣的配置足以應對各種復雜的多任務處理和大型應用程序運行需求。同時,該處理器還支持雙通道DDR5-4800/DDR4-3200內存,最大容量可達128GB,為大型數據處理和高效運算提供了充足的內存支持;在擴展性方面,開先KX-7000系列處理器提供了24條PCIe 4.0通道和2個USB4接口等,可滿足絕大多數市場的應用及擴展需求。這意味著用戶可以方便地連接各種高速存儲設備和外部設備,進一步提升整機的性能和功能。

不過說到開先KX-7000在消費電子市場上的優勢,有一點筆者看來,在其支持windows 7系統,這一點在DIY市場之中的Windows 7愛好者眼中,估計是一大選購的好理由。放眼市場上所有支持window 7的cpu,最新的只有6700k了,而先開kx-7000的性能可是超過6700k,一舉成為了原生支持Windows 7的cpu之中,性能最強的存在,這一個“奇怪”的優勢可能能成為,開先KX-7000系列進入消費者眼中的一點點突破口;而至于對于國產CPU需求更強的辦公電腦領域,筆者并不看好它的表現,一個x86架構很可能成為它進入政府領域的掣肘;退一步講,如果能接受x86,還有性能更高的海光,很難有用戶會主動選擇兆芯。

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兆芯的CPU產品全系列

不過不管如何,國產cpu的企業越多,筆者越是樂于看到,對于兆芯來說,雖然與部分競品相比在某些方面仍存在一定的差距,但隨著兆芯在技術研發和產品優化上的不斷努力,相信未來會有更多令人期待的產品問世。

 

 

 

而至于提到的,這家成立于2014年的公司,以高端處理器、加速器等計算芯片產品和系統研發為核心,于2016年和AMD達成了合作關系,可謂是踩在了巨人的肩膀上,AMD提供了旗下的“Zen1”架構,使得海光的產品迅速得以發展,成為了我國高性能芯片首屈一指的企業。2018年10月,中科曙光更是以5.5元/股受讓1.948億股股權,受讓后合計持有海光信息36.44%股權,為海光信息第一大股東。2022年,海光信息于科創板上市。

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在產品體系方面,其產品主要應用于服務器高性能cpu領域。其處理器產品主要分為7000、5000、3000三大系列,滿足不同市場需求。例如,海光7000系列主要應用于云計算、大數據、人工智能等對計算能力要求較高的領域;而海光5000系列則適用于云計算、邊緣計算等多種應用場景;海光3000系列則更側重于入門級服務器、工作站等市場。

目前網絡之中對于海光CPU的信息十分稀少,其最新產品為海光7390,其采用了32核64線程設計,最高頻率3.3Ghz,L3緩存給到了64MB,TDP為110W。主要運用于服務器之中,在Geekbench 6 跑分之中,其成績約為單核885分,多核6238分。作為對比其性能遠遠強于上文介紹的龍芯和兆芯的產品,已經接近英特爾i7-9700,是名副其實的“國產”高性能CPU。

 

但是,海光自身面臨的挑戰也很明顯,首先,由于美國實體名單的制約,海光在與美國公司及其使用美國技術占比超過25%的公司的產品和技術交易上受到限制。這在一定程度上影響了海光的研發和生產。其次,盡管海光擁有X86指令集永久授權,但自主創新程度仍然較低,需要支付授權費,不僅如此,其手中AMD Zen架構的授權是否到期,也是未知數,這也導致未來海光技術的后續升級也可能面臨一定難度。最后,海光不支持移動生態,在移動領域的發展上存在一定的劣勢。

 

就目前而言,除了文中提到的三家,我國的自主CPU品牌已經越來越多,使用Arm指令集的有華為、飛騰;使用RISC-V的有香山和平頭哥??偨Y來說,我國CPU進步十分值得鼓勵。雖然,就現在的情況來看,龍芯的龍指令集生態較為貧瘠,兆芯的路線目前來看很難成為intel、amd的平替,未來大概率主要是做win7、winxp市場,以及少量的低端2c市場;海光則估計很長一段時間都只能2b,而且是面向少量的大客戶做x86,飛騰的ARM指令集授權存在不穩定因素,而剛剛誕生的香山、玄鐵還處于萌芽,未來如何發展還是十分不確定。但不管怎么說,國產CPU企業能越來越多,性能逐漸突破,那么就是一件好事兒。未來能否打破AMD、Intel的壟斷,還得未來再看。

 

展望未來,芯芯之火,可以燎原。如今國內的CPU企業數量已經大大提升,這里面可能絕大部分企業都很難最終活下去,但是只要有企業愿意在這個領域加大投入,那么我國CPU就有殺出重圍的機會。

從市場的角度出發,國產CPU的發展呈現出積極的態勢。隨著國內芯片設計企業的技術積累和創新能力的提升,越來越多的國產CPU開始采用先進的制程工藝和架構設計,性能得到了顯著提升。同時,國產CPU在功耗控制、安全性能等方面也取得了不小的進步,使得其在多個應用領域具備了與國際品牌競爭的實力。雖然客觀來說,在最廣大的消費電子領域,我國的CPU基本上競爭不過英特爾和AMD,但是在大眾視角之外,特別是在政府、金融、能源等關鍵領域,國產CPU的替代需求更是迫切。這些國產替代的領域,便是國產CPU企業活下去的關鍵土壤。從國產替代數據來看,2022年中國服務器出貨量為376.81萬臺,其中x86服務器占比達到97.6%。聚焦到服務器領域,2021~2022年,中國移動PC服務器集中采購中,整體國產服務器占比高達41.43%,采用海光芯片的服務器占比20.90%,采用鯤鵬芯片的服務器占比20.53%;中國電信服務器集中采購中,整體國產服務器占比26.7%,其中,海光占比72%,鯤鵬占比28%。根據 IDC 統計數據,中國 x86 服務器出貨量持續增長,在 2021-2025 年復合增長率將達到 8.8%,國產化替代空間可觀。

而在技術角度上看,x86架構穩坐第一把交椅。作為目前應用最廣泛的高性能處理器架構,x86在PC、服務器等市場的占比極高,在PC市場的占比超過90%,在服務器市場的占比超過95%。雖然近年來受到ARM等新架構處理器的挑戰,基于其成熟技術、優異性能、強大生態的優勢,x86在這些領域的地位仍然是難以動搖的。國產化替代市場上,大規模在用仍是基于x86指令集的“Wintel”聯盟(Windows & intel)產品,因此從綜合實力和體驗考量,兼容x86的國產產品還是各領域信創替代的最優選擇。對于國產CPU來說,兼容x86架構意味著能夠實現對市場主流軟硬件的無感替代,降低用戶和開發者的遷移成本。通過兼容x86架構,國產CPU可以無縫替換原有系統中的處理器,保持軟硬件生態的一致性,從而為用戶提供更好的使用體驗。但是筆者認為,國產CPU在兼容x86架構的基礎上,也應積極創新,提升自身性能和技術水平。通過不斷優化設計、提高生產工藝、加強安全防護等措施,國產CPU可以逐步縮小與國際先進水平的差距,提升市場競爭力。

在此以外,張效祥先生強調的技術要自己全面掌握,也是十分重要的,它決定了未來我國CPU能否和國外品牌分庭抗禮。所以,在兼容x86架構的同時,國產CPU也應關注其他新興架構的發展動態,保持技術的前瞻性和靈活性。通過自主研發和創新,國產CPU可以逐步建立起自己的生態系統,為我國的信息化建設提供有力支撐。

國產CPU,黎明已近,國產通用CPU生態的崛起正在成為不可阻擋的趨勢。讓我們共同期待這一天的到來,見證國產CPU在信創產業中綻放出更加璀璨的光芒。




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