評論:挑戰英特爾AMD 中國芯到底誰買單

龍芯,中國科學院計算所自主研發的通用CPU。相對於大名鼎鼎的英特爾、AMD而言,龍芯的影響力基本可以忽略不 計。但是「中國自主研發」幾個字的份量卻不言而喻,這使得龍芯變得與眾不同。當然,設計和生產是兩回事,龍芯的設計是中國自主的知識產權,而生產則是交給 代工廠來完成,因此龍芯從設計上來講是國產,但從生產角度來看,並不是由中國製造生產的CPU晶元。

從表面來看,龍芯與其它CPU是產品之間的競爭,但其實蘊藏在背後的則是中美之間的科學技術競爭,因此,性能羸弱、問題多多的龍芯,始終並未從中國科技領域的版圖上抹去。

龍 芯項目從2001年5月份上馬至今,已經走過了14個年頭。龍芯最初的英文名稱為Godson,後來正式註冊的英文名為Longstanding,現在的 英文名稱為Loongson。2002年8月10日,龍芯1號晶元X1A50流片成功,成為龍芯品牌下的第一顆CPU。它由中國科學院計算技術所龍芯課題 組獨立研製,由中國科學院計算技術所授權的北京神州龍芯集成電路設計公司研發,代工生產則由台積電完成(06年之後由意法半導體代工)。

與 X86架構的英特爾、AMD不同,龍芯在架構方面絕大部分採用了MIPS架構中的指令集,僅有非常少的部分採用了龍芯自主指令集,但這非常少的部分大都也 是重複MIPS的指令功能。因此,龍芯在主流系統、軟體的兼容性方面毫無優勢,除非能夠建立起自己的生態圈並進行拓展,否則與X86架構的英特爾、AMD 在PC端的較量會永無天日。

此外,龍芯與MIPS的合作也有黑歷史存在,當然與漢芯的造假騙取研發經費相比,龍芯則是栽在了別人的手上。

2011 年,龍芯購買了MIPS?64位架構授權,這使得龍芯可以全面邁向64位高性能晶元領域,然而僅僅一年之後,MIPS就宣告倒閉,其中ARM以3.5億美 元買下了MIPS全部的498項專利永久授權和另外82項專利交叉授權,讓龍芯著實吃了一次啞巴虧,這次事件也讓人們看到了「自主知識產權」六個字的份 量,然而直到今天,龍芯在架構上依然難以實現完全的自主知識產權。

那麼時至今日,龍芯到底發展到了怎樣的程度?它所存在的問題有哪些?未來又會不會有機會去分一杯羹呢?

龍芯3B1500是顆怎樣的芯

在 龍芯的發展過程中,有幾個時間點是非常重要的,比如2002年8月10日龍芯1號晶元X1A50流片成功;再比如2003年10月17日,首款64位通用 CPU龍芯2B(代號MZD110)流片成功;而2006年3月18日龍芯2E(代號CZ70)流片成功則標誌著龍芯CPU首次突破1GHz主頻。

此外,2009年9月28日,首款四核CPU龍芯3A(代號PRC60)流片成功標誌著龍芯進入多核時代,而2012年10月,八核32納米龍芯3B1500流片成功則讓龍芯步入了新時代。目前,3B1500是龍芯品牌最新、也是最強的CPU晶元。

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3B1500是一顆32nm工藝製程處理器,集成8個64位超標量處理器核心,支持MIPS64指令集以及龍芯擴展指令集,並採用了動態主頻設計,為1.2GHz至1.5GHz,與英特爾處理器動輒1GHz上下睿頻相比,龍芯的動態頻率設計顯然還差的很遠。

在 高速緩存方面,3B1500擁有64KB私有一級指令cache和數據cache,128KB私有二級cache,而三級cache做到了8MB,紙面實 力看上去已經是相當不錯了。封裝方面,採用了40mm×40mm?BGA封裝,1121個引腳,普通工作模式1.2GHz主頻下,理論功耗為30W,向量 工作模式1GHz主頻下,理論功耗為40W。

如果拋開架構以及實際體驗來看,經過14年的發展,龍芯在某些參數上確實已經趕上了AMD低端CPU,但與英特爾還是有著較大的差距。此外,在製程工藝、功耗控制、處理器主頻等方面,依然與先進處理器有著天壤之別。

中國芯的中國特色

「中國特色」可以說是最有特色的特色。龍芯既然是國家級科研項目,那麼其所展現出的中國特色自然必不可少。在很多人眼裡,龍芯項目就是一個騙取國家科研經費的項目,原因在於十四年的發展過程中,與英特爾、AMD的發展速度、程度相比,龍芯都太過遜色。

然而,這種看法更多的是有一種黑的成份在裏面。

龍 芯所代表的是中國「自主知識產權的CPU」,在科技競爭中具備非常重要的戰略地位。必然不能夠因為多年來無法趕超英特爾、AMD而放棄這個項目。其實在中 國,與龍芯相似的科研項目有很多,而龍芯只不過是這些項目中尚算偶爾能夠聽到聲音的項目,因此每當龍芯新生代產品更新、或者技術有所突破的時候,也必然會 聽到一些來自用戶的聲音。

巨匠電腦評價 那麼為什麼技術跟不上,放著英特爾、AMD的CPU不好好用,還要死氣白咧的組織一批人去搞「中國芯」呢?

其實對於中國而言,中國芯的意義不在於它能賣出多少顆,而是在於一種科技實力的進步,同時對於國家安全,企業、工業信息安全,以及衝破技術壁壘有著極大的推動作用。

金窩銀窩不如自家的草窩,外來的東西再好,也不如自家產的讓人放心,同時如果龍芯能夠達到主流消費或商用級電腦的性能,那麼對於管理、維護而言也是更加的方便、快捷。

此 外,龍芯的應用價值在當下或是未來很長一段時間里,都應該是注重國防、工業、通信、網路安全等方面,而並非個人消費電腦領域。一方面是「中國芯」自身特性 所決定,另一方面也是「中國芯」很難撼動英特爾與AMD在消費級市場的地位。因此,自產自銷才是龍芯現階段發展的主要目標,這也是中國科研項目所普遍具有 的特色。

沒人用是最尷尬問題

2015年8月份,沉寂三年的龍芯發佈了新一代四核心處理器——龍芯3A2000以及龍芯3B2000。同時流露出的消息表示,新一代龍芯的整數部分同頻Coremark測試結果媲美Ivy?Bridge,也就是與第三代酷睿平台的性能相仿。

我們姑且不去評論這個測試結果的真與假,而假設龍芯確實達到了IVB平台的性能,那麼相對而言它依然不能被看作是一顆成功的CPU核芯。但是如果從技術進步的角度來看的話,還是十分讓人興奮的。

不 過,從官方給出的參數信息來看,新一代龍芯四核處理器採用了28nm工藝製程,這點已經與AMD持平,而英特爾目前為14nm工藝製程。功耗方面,新一代 龍芯做到了15W,但是主頻卻依然慘不忍睹,只有800MHz-1GHz,共享三級緩存為4MB,內存最高只支持DDR3?1333MHz。

雖然筆者無緣拿到基於龍芯的電腦進行實地測試,但是根據多年的評測經驗來看,3A2000與3B2000在紙面實力上,依然與英特爾、AMD有極大差距,一旦使用主流測試軟體進行跑分測評,那麼新一代龍芯依然是一敗塗地的感覺。

那麼為什麼會是這樣的結果呢?筆者認為主要原因在於微架構設計上的難以突破。微架構是處理器性能提升的一大法寶,英特爾第六代酷睿平台就是得益於微架構的調整,因而在14nm製程工藝下比同為14nm製程工藝的第五代Broadwell平台性能更強。

其 實微架構的調整主要目的在於如何讓晶體管排布更合理、更高效,而晶體管又是決定處理器性能的重要因素,因此高效、合理的晶體管排布,必然會帶來性能的提 升。龍芯在這方面的劣勢註定了它很難有超越英特爾、AMD的微架構革新,因此在最終的性能表現上,自然也就有著天壤之別。

除了性能之 外,龍芯面臨的最大尷尬是「沒有人用」。龍芯中科技術有限公司總裁兼龍芯總設計師胡偉武在接受央視採訪時表示:「我們CPU也是可以做世界第一的,而且 有,但關鍵是沒有人用。」筆者不去評價前面兩句話究竟如何,單看最後一句話,就能看出龍芯,以及像龍芯一樣的中國芯們的尷尬。

龍芯在技 術層面上落後英特爾、AMD好幾代,即便假設3A2000、3B2000晶元性能達到了IVB平台水準,那麼二者差距也至少隔著三代,性能毫無競爭力、量 產困難、價格等諸多問題無法解決,同時整個PC市場又建立在X86架構與Windows系統之上,以不支持Flash、Adobe等軟體的MIPS架構、 以及Linux系統為基礎的龍芯,自然很難在用戶層面獲得認可。因此究竟誰來為中國芯買單?誰會用中國芯?就成為了龍芯所面臨的最尷尬問題。

同時從目前甚至未來很長一段時間來看,這個問題都將困擾著這顆中國芯,當然也將困擾著像天津飛騰、中晟宏芯、上海兆芯等一顆顆中國芯。

構建獨有生態圈是未來出路

龍芯以及眾多中國芯想要獲得突破,除了在技術、性能上不斷提升之外,那麼當下以及未來最重要的,還需要有生態圈的構建。

英 特爾用了幾十年時間在全球市場形成了成熟、穩定的生態圈,與合作夥伴微軟結成Wintel聯盟,扶植各類軟硬體企業做產品、技術研發,龍芯想要複製這個過 程幾乎要付出百倍甚至千倍的努力,當然也不一定能夠成功,因此,龍芯需要藉助中國特色,來打造屬於自己的特色生態圈。

首 先,構建基於龍芯硬體平台與Linux系統軟體平台生態圈,拉攏更多的合作夥伴,建設並完善軟硬體產品和技術的研發生態圈,讓龍芯平台變得有用,從而擺脫 「無人會用」的尷尬。當然這個過程說起來簡單,但做起來卻有很多的困難,因為首要得要讓開發者們認可龍芯,讓他們能夠從龍芯平台上獲得利益,這樣才能拉攏 到更有實力的合作夥伴。

其次,利用「中國芯」特性,著眼國內市場,做真正的中國芯。龍芯對於國家安全、企業、工業信息安全、網路安全的意義不言而喻,而對於普通消費者的吸引力幾乎可以忽略不計,因此可以率先去尋求與特定領域的合作,比如軍用電腦、工業電腦等。

最後,當基礎生態圈建設、完善之後,不妨去探尋對X86-Windows體系的衝擊。而前提是要有過硬的性能表現,即便無法趕超英特爾,至少也能夠與AMD有一戰之力,再加上「中國芯」的情懷,必然會比AMD更有競爭力。

小結

沒 有人會因為不如姚明高就不去打籃球,這就是為什麼中國芯屢戰屢敗,卻依然屢敗屢戰的原因。對於中國而言,有一顆具備「自主知識產權」的中國芯是科技發展的 必然需求,它所代表的並不僅僅是品牌與品牌、產品與產品之間的競爭,而是代表了國家與國家之間在巨匠電腦評價科技、安全等層面上的競爭,因此多給中國芯一點鼓勵,是每 一個中國普通大眾所應該去做的事情。

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