三大国产处理器飞腾、鲲鹏和海光的详细介绍与发展历程 - 小方加固

三大国产处理器飞腾、鲲鹏和海光的详细介绍与发展历程

本文将围绕国产加固笔记本电脑用的国产CPU的发展和当前产业链中龙头企业的布局,具体如下: 

  1. 国内中央处理器发展历史回顾

  2. 飞腾:PK生态的领导者

  3. 鲲鹏:快速崛起的领袖

  4. 海光:表现出色的实干家

国产加固笔记本

 一、追溯国产CPU的发展历史 

回顾国内国产CPU的发展,可以分为三个阶段: 

开始:50-70年代。1956年,半导体技术被列为国家新技术的四项紧急措施之一。此后,中国科学院计算技术研究所、109厂、半导体研究所相继成立,锗晶体管、硅平面晶体管、集成电路等半导体器件相继实现突破,分别为109 B、109 C、156机的诞生提供了基础。1975年,随着大规模集成电路技术的兴起,我国第一台集成电路计算机013研制成功。这一时期的自主产业发展为中国CPU业务奠定了坚实的基础。 

转折点:80-90年代。1985年,中国科学院计算技术研究所和半导体技术研究所与109厂合并,成立中国科学院微电子中心。但在此期间,由于政策支持弱化等原因,行业完全市场化,但缺乏自主性。 

加速:从21世纪初到现在。十五以来,国产CPU自主性再次提上日程,产业政策不断加大。泰山计划和863计划催生了一批国产CPU品牌。2002年,中国首个通用CPU——龙芯-1(代码X1A50)成功发布。2006年推出“核高基”,“高”指高端通用CPU。2014年,中国发行《国家集成电路产业发展推动纲要》,成立国家集成电路产业投资基金一期(简称国家大型基金),主要投资集成电路制造企业。2019年,国家大型基金二期成立,主要投资于应用端。 

经过几十年的艰苦探索,目前国内CPU行业已经初具规模,涌现出一批龙头企业。我们根据CPU指令集系统进行分类: 

1)复杂指令集(CISC)下,以X86架构为主,国内有代表性的厂商有海光、兆芯; 

2)RISC下,涉及ARM架构、MIPS架构、Alpha架构等。国内有代表性的厂商有ARM、ARM、龙芯(MIPS)、Alpha等。 

二、飞腾:PK生态的领袖 

飞腾CPU由国防科技大学的研究团队创建,始于1999年。目前是国内国有资产比例最高的CPU企业(CEC由中国长城控股),是专注于国家战略需求和重大项目的CPU国家队。他在之前的新创项目中有很强的实践经验。我尝试过X86、Epic、SPARC、ARM四种指令集,基于SPARC开源代码设计了FT-1000、FT-1000A、FT-1500等CPU。之后由于生态原因,获得了ARM指令集的授权,集成了全自主处理器内核,形成了涵盖桌面、服务器、嵌入式领域的完整产品线。 

在生态建设上,飞腾作为独立的芯片供应商,只提供芯片,坚持开放战略,与所有整机厂商有平等开放的合作关系,整个栈中有很多各级的生态合作伙伴,让用户有更多的选择,保障供应链的安全。 

服务器CPU:2017年发布的ft-2000/64,集成64个FTC662处理器内核,采用16nm技术,主频2.0-2.3GHz,主要用于高性能服务器领域,性能与英特尔至强E5-2695V3系列相当。

在ARM v8指令集兼容产品中,FT-2000 /64在单核计算能力、单芯片并行性能、单芯片缓存一致性规模等方面处于领先水平。 2019年5月,基于FT-2000 /64的服务器产品群在福州数字中国峰会上发布。就芯片能效(性能/功耗比)而言,与其他产品相比 SPEC 2006测试,全芯片测得整数计算分数为61.1,浮点计算分数为62.5,比上一代FT-1500A/4提高近一倍,内存访问带宽提高3倍。

桌面CPU:前FT-2000/4已经适应了国内的银河麒麟操作系统,包括联想、长城等整机厂商开发的终端和板卡。 生态完美,与移动生态融为一体。飞腾和国内1000多家软硬件厂商,建成了中国最完整、最大的生态系统。仅在2019年,就有430多种新的电路板设计被开发出来,并通过1000多种软件进行了改编和应用。此外,飞腾兼容Android生态系统,可以在腾飞桌面上运行200万个Android应用,大大扩展了飞腾生态系统。 

系统级安全性和可信赖性:飞腾是唯一一家完整定义和实施安全处理器平台架构规范的芯片制造商,考虑了密码加速引擎、密钥管理、可信启动、可信执行环境、安全存储、固件管理、批量生产注入、生命周期管理、抗物理攻击和硬件漏洞免疫等完整的安全元素,能够有效防止处理器出现安全缺陷,提高处理器的安全性。 PK系统助力信息技术应用创新。腾飞CPU积极参与CEC(中国电子集团)牵头的PK(即腾飞镥CPU和麒麟麒麟操作系统)建设,打造安全可靠的中国计算机软硬件基础系统国家团队。 

三、鲲鹏:快速崛起的领袖 

鲲鹏是华为计算行业的主要芯片之一。为了满足新的计算能力需求,华为围绕“鲲鹏崛起”打造了双计算能力引擎,构建了计算、存储、传输、管理、智能五个子系统的芯片家族,实现了计算芯片的全面自主开发。巨大的传奇鱼,可以变成大鹏鸟鹏系列包括服务器和PC处理器。近年来,华为先后推出Hi1610、Hi1612、Hi1616等服务器CPU产品,不断实现主频与核数的提升,并最终开发出当下的旗舰产品鲲鹏920与鲲鹏920s,分别用于服务器和PC机。   

鲲鹏具备“端边云算力同构”的优势。鲲鹏CPU基于ARM V8架构,处理器核、微架构和芯片均由华为自主研发设计。市场上目前存在超过500万基于ARM指令集的安卓应用,与ARM服务器天然兼容,无需移植即可直接运行,且运行过程中无指令翻译环节,性能无损失,相比X86异构最高能够提升3倍性能。 

2019年1月,华为宣布推出鲲鹏920,以及基于鲲鹏920的TaiShan服务器和华为云服务。鲲鹏920采用7nm制造工艺。规格方面,支持64内核,主频可达2.6GHz,集成8通道DDR4,支持PCIe4.0及CCIX接口,可提供640Gbps总带宽。鲲鹏920主打低功耗、强性能,在典型主频下,SPECint Benchmark评分超过930,超出业界标杆25%;同时,能效比优于业界标杆30%。   

鲲鹏生态蓬勃发展。华为坚持硬件开放、软件开源,使能合作伙伴,推动鲲鹏计算产业发展。目前,已有超过12家整机厂商基于鲲鹏主板推出自有品牌的服务器及PC产品,华为还与产业伙伴联合成立了至少15个鲲鹏生态创新中心。作为鲲鹏计算产业底座的鲲鹏处理器,华为将秉承量产一代、研发一代、规划一代的演进节奏,落实长期投入、全面布局,后向兼容和持续演进的战略,高效满足市场需求。   

不过,华为由于是垂直整合型企业,其业务覆盖了从芯片、整机、操作系统、云、软件、集成、销售、服务等各个环节,市场上具有极强的排他性。虽然其在近期国产基础软硬件市场上表达了与其他厂商开放合作的态度,但依然不会单卖芯片,只卖整机和主板,希望其他厂商拿现成的解决方案帮助其开拓市场。这种方式下,下游集成商和整机厂商的利润空间非常狭窄,且发展权受限。   

四、海光:性能领先的实干者   

海光芯片性能领先,中科曙光为重要股东。海光信息技术有限公司是国内高性能计算机龙头中科曙光的参股子公司。2014年,在天津注册成立;后历经数次股权变更,2018年10月,中科曙光以5.5元/股受让海光信息1.948亿股股权,受让后合计持有海光信息36.44%股权,为海光信息第一大股东。 

2016年,海光信息同AMD达成合作,共同合资成立两家子公司,引入X86架构授权。其中,成都海光微电子技术有限公司拥有授权IP所有权,并负责芯片生产,成都海光集成电路设计有限公司负责芯片设计及销售工作。基于AMD提供的Zen1架构,海光开发出8核心桌面版CPU Dhyana、32核心服务器版CPU Dhyana Plus。   

海光信息扭亏为盈,协同效应明显。2018年下半年,海光CPU实现量产,并陆续投入商用,主要客户为国内服务器整机厂商。2019年,海光实现营收3.90亿元,净利润为0.60亿元,首次扭亏为盈,体现出与中科曙光等厂商的协同效应明显。一方面,中科曙光拥有优质客户资源、良好销售渠道;另一方面,海光CPU满足国产化需求,将受益于以“中国芯”为底座的IT产业崛起。   

近期,中国电信发布服务器(2020年)集中采购项目货物招标集中资格预审公告,公告显示,H系列服务器共集采11185台,CPU类型为鲲鹏 920系列处理器或海光Dhyana系列处理器,标志着国产CPU已在技术复杂度较高的运营商市场实现了规模化的产业落地。   

不过,海光的技术来源一致困扰受制于合资的外资公司(AMD 占股51%),往往易受到质疑。而且技术的后续升级也可能存在一定难度(AMD只授权了上一代架构 Zen)。另外,海光不支持移动生态,在移动生态方面劣势较大。   

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