国产CPU的再进一阶

按照Counterpoint的数据显示,年全球服务器芯片市场中,X86占了91%的份额,ARM占6%,其它芯片大约占了3%。

不过,在中国的服务器市场中,采用ARM架构以及其他架构的国产CPU,正越来越受大家欢迎。ARM有40%的市场份额在中国,同时美国投行Bernstein表示,目前在中国市场,ARM份额中大约15%为服务器市场份额,而其它架构的国产CPU,比如龙芯、海光、兆芯、申威等,在服务器市场也占了约10%的份额,这意味着在中国服务器市场,国产CPU已经拿下了约25%左右的市场份额了。

中国是全球最大的芯片消耗国,在最近几年需求迫切以及供应环境动荡等背景的推动下,中国正涌现不少优秀的CPU处理器芯片后备军。截至目前,国产CPU已经形成多条路线发展的模式,包括走X86技术授权路线的海光和兆芯,ARM指令集授权路线的华为鲲鹏和飞腾,自研指令集路线的龙芯和申威。

下面看一下六家CPU公司的具体实力。

01

龙芯:顶住质疑,迎来成长

8月1日,龙芯中科宣布,基于龙架构(LoongArch)的新一代4核心8线程处理器龙芯3A流片成功,代表了中国自主桌面CPU设计领域的最新里程碑成果。

龙芯架构是龙芯中科基于二十年的CPU研制和生态积累所推出的,包括基础架构部分和向量指令、虚拟化、二进制翻译等扩展部分,近条指令。完全自主、技术先进、兼容生态是龙芯架构的三大特点。

可以说,龙芯中科是目前中国CPU企业中自主程度最高的企业之一,现已构建了面向嵌入式专门应用的龙芯1号、面向工控和终端类应用的龙芯2号、面向桌面/服务器类应用的龙芯3号系列处理器及配套桥片的完整产品矩阵。

主要应用:在信息化领域,国内数十家整机品牌推出了基于龙芯CPU的台式机、笔记本、一体机与服务器设备,已经广泛应用于电子政务办公信息化系统,并在金融、教育等应用中展开批量应用试点。在工控领域,国内上百家主要工控和网络安全设备厂商推出了基于龙芯CPU的工控和网安产品,包括工业PC、工业服务器、工业存储设备、DCS(分布式控制系统)、PLC(可编程逻辑控制器)、交换机、路由器、防火墙、网闸、网络监测设备、数据加密通信设备等。

根据龙芯年底透露的消息,该公司的竞争优势目前还是在工控业务领域。与此同时,龙芯也在布局服务器CPU。该公司透露,16核的芯片产品3C已经推出,32核3D也已研制成功。龙芯中科董事长胡伟武表示,“服务器市场是公司的增量市场,在未来会有比较大的机会。”

性能对标:近日发布的龙芯3A处理器是龙芯第四代微架构的首款产品,较上一代龙芯3A桌面CPU,龙芯3A在相同工艺下单线程性能提升60%以上。龙芯称综合相关测试结果,龙芯3A处理器总体性能与Intel公司年上市的第10代酷睿四核处理器相当。

龙芯的优势与劣势

龙芯最突出的优势便是其完全自主的龙架构,在一众国产CPU中,龙芯也以“自主化程度最高”著称,这使其有着不被任何架构所约束与限制的底气。其次兼容是龙架构的另一个亮点。LoongArch架构遵循了RISC的基本设计思想,在设计时充分考虑兼容生态需求,融合了各国际主流指令系统的主要功能特性,同时依托龙芯团队在二进制翻译方面十余年的技术积累创新,能够实现多种国际主流指令系统的高效二进制翻译。

不过,龙芯的商业化落地难度同样极高,因此生态体系的建设也是龙芯的一大劣势。“将自主进行到底”的龙芯可以说进入了一个“生态孤岛”,要想打破生态壁垒,龙芯一方面要反向适配其他软硬件,解决兼容性问题,另一方面还要做到“自主”,构建基于LoongArch的软件生态。

对于软件生态来说,只有用户基数增长到一定程度,软件开发商才会正视用户的需求,自主的生态建设才能够越来越完善。如今对于普通用户来说,LoongArch的软件生态已经能够满足普通办公和影音娱乐,但是专业应用和游戏软件还有欠缺。未来龙芯的发展会越来越好,中国也需要龙芯这般走自主创新之路的企业,希望那些对于应用没有强需求的用户能够多给龙芯一些机会。

胡伟武表示,年将是非常关键的一年,龙芯将继续完善性价比和软件生态,争取CPU产品性能整体逼近或达到主流水平,希望Linux桌面生态能全面超过X86和ARM,并会开始打造自己的应用生态环境。对于生态体系的建设,胡伟武也给出明确的实现路径:“到年龙芯的生态体系初步建成,年要更加完善,年争取做到和Wintel、AA(ARM-Andriod)三足鼎立。”

02

申威:为超算而生

再看另一家走自研指令集路线的申威。

相比站在舆论风口的龙芯,申威的曝光率要低得多。申威早期采用Alpha指令集(来源于美国DEC公司),并基于此架构研制出首颗芯片SW-1;后续出于安全可控考虑,公司设计出完全自主可控的指令集SW_64,完全区别于原有Alpha指令集,主要面向军用等对安全性要求极高的特种领域,为其提供CPU处理器及其相关解决方案。目前在神威、太湖之光中使用的就是SW芯片。

主力产品:申威现已形成多线程处理器、单核处理器、多核处理器三大产品线。多线程处理器方面,公司产品为申威,主要用于超算。单核处理器方面,公司产品为申威,产品已达到国军标B级标准,可以面向军工、工控等领域应用。多核处理器方面,公司具有、、/M等一系列产品,满足桌面和服务器领域需求。

性能对标:在服务器领域,浮点运算算力相比于同期国外处理器毫不逊色。申威在研的、将分别采用第四代、第五代申威核心,综合性能将分别达到同期国际主流桌面CPU的60%和80%。此外,申威在研的为32核CPU,主要面向云计算、大数据领域,综合性能预计为同期英特尔主流服务器CPU的60%-70%。

申威的优势和劣势

由于申威自身的应用背景,申威的路相比龙芯要平坦得多。首先申威是军方项目,不仅不用面对IC设计公司最头痛的技术人才流失问题,还能在人力物力财力得到军方充足保障。其次,申威专注于超算领域,超算领域不像PC领域那样存在软件生态的掣肘。最后,申威是军方项目,而神威超算更是国家级工程,申威的软件和硬件产品完全可以在体制内完成内部循环,竞争环境要温和得多。

基于信创的应用,申威也一直积极布局软硬件生态建设,并联合业内优秀企业成立产业联盟,不过,申威本就更侧重于军用设备的应用场景,市场化能力较弱,应用生态构建可能会存在更多困难。还有一个遗憾就是预计申威后续仍将专注深耕原有领域,在民用PC市场,可能看不到申威的身影。

03

海光:国产服务器CPU芯片龙头

海光的CPU主要面向数据中心的服务器。

年,海光获得AMD的x86授权,此后海光基于永久授权的x86架构不断进行自我研发,迭代升级。

目前,海光CPU系列产品海光一号、海光二号、海光三号已经实现商业化应用,海光四号、海光五号处于研发阶段。

海光一号是第一代的CPU,产品型号有31xx、51xx和71xx系列。海光二号是第二代CPU产品,产品型号包括有32xx、52xx和72xx系列。根据产品分类,海光CPU产品可以分成海光系列,海光系列,还有海光系列。

海光系列产品最多集成32个处理器核心,最大支持8个内存通道和个PCIe接口,主要应用于高端服务器,主要面向数据中心、云计算等复杂应用领域。

海光系列产品最多集成16个处理器核心,最大支持4个内存通道和64个PCIe接口,主要面向政务、企业和教育领域的信息化建设中的中低端服务器需求,并发处理能力和单核心处理器性能较为均衡。

海光系列产品最多集成8个处理器核心,最大支持2个内存通道和32个PCIe接口,主要应用于工作站和边缘计算服务器,面向入门级计算领域。

主力产品:年,海光二号为主力销售产品,海光三号已经实现小批量销售。

出货情况:根据中国电信发布的-年服务器集中采购项目集中资格预审公告,国产化服务器占总招标的26.7%,其中海光服务器在国产化服务器中的占比为72%。中国移动-年PC服务器第1批集采及补采项目中,国产化服务器占招标的41.65%,其中海光服务器在国产化服务器中的占比达到47.4%。

性能对标:海光CPU的SPECCPU的实测性能与Intel在年(与海光同期)发布的6款至强铂金系列产品的实测性能总体相当。

海光的优势和劣势:首先看优势,海光拥有性能和生态两大优势。在性能优势上,海光第一代、第二代CPU和第一代DCU产品的性能均达到了国际同类型主流高端处理器的水平,在国内处于领先地位。在生态优势中,海光CPU兼容X86指令集,处理器性能参数与国际同类型主流处理器产品相当,支持国内外主流操作系统、数据库、虚拟化平台或云计算平台,能够有效兼容目前存在的数百万款基于X86指令集的系统软件和应用软件,具有优异的生态系统优势。

再看劣势,海光的劣势在于海光信息虽然拿到AMD授权,但该架构局限于Zen1,且AMD首席执行官苏姿丰已证实不再向其中国合资公司授权新的x86IP产品,即Zen2架构,这也意味着海光的自主化程度相对较低。还有一点,海光未获得桌面产品授权,根据海光


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