三大国产处理器龙芯、兆芯和神威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. 龙芯:完全独立的领导者

  2. 兆芯:合资CPU的开拓者

  3. 神威:天生超算的强人

国产加固笔记本

一、龙芯:完全自主的引领者   

龙芯是我国最早研制的高性能通用CPU系列。2001年,龙芯起步于中科院计算所,曾得到863、973、核高基等项目的支持,先后成功流片我国首款通用CPU龙芯1号、首款64位通用CPU龙芯2B、首款主频超过1GHz的通用CPU龙芯2E、首款四核CPU龙芯3A等,完成底层核心技术的积累。   

2010年,中科院、北京市政府共同牵头出资,龙芯中科技术有限公司正式成立,开始产业化运作。但龙芯基本上是民营企业,其目前的注册资本2.499亿元,有八个股东,其中中科院计算所(国资)25.21%,北京天童芯源科技公司(胡伟武个人投资260万元,占47.54%;其他股份为早期高管所有)25.21%,龙芯员工持股平台8.4%,其他5个股东是民间资本(上海鼎晖华蕴等)41.18%。   

龙芯坚持走自主创新与生态建设之路。龙芯走市场带动技术的道路,通过体制内市场引导,带动技术进步,再参与体制外市场竞争。基于MIPS架构,龙芯形成了自主指令集LoongISA,处理器核心的微结构和物理设计全部自主研发,并取得了500多项专利。龙芯学习Intel +Google +Apple的商业和技术模式,打造从端到云开放的全产业链生态体系,实现OS的跨平台兼容。   

目前,龙芯共有三个产品系列定位。3号大CPU面向桌面/服务器类应用,定位Intel酷睿/至强系列;2号中CPU面向工控和终端类应用,定位Intel阿童木系列;1号小CPU面向特定应用与需求,曾用于北斗卫星、石油勘探、智能设备(门锁、水表、电表)等方面,实现“上天入地,守卫国门,保护家门”。 龙芯通用CPU在迭代中发展:   

第一代,基本可用。3A1000、3B1500单核性能较低,SPEC CPU2006测试分值仅2-3分,打开20M文档需要33秒,用户体验一般。   

第二代,可用。3A/B3000四核处理器采用28nm工艺,主频1.35-1.5GHz,单核性能达到10-11分,超过凌动系列,打开20M文档仅需6秒。具有安全自主程度高、整机厂商品类多、国产化桥片方案等特点。目前,累计出货超过30万颗,是此前信创工程上份额最大的通用CPU。   

第三代,好用。2019年12月发布的3A/B4000四核处理器实现相同工艺下性能提升一倍,主频1.8-2.0GHz,单核性能达到20-30分,达到AMD 28nm工艺最后产品“挖掘机”的水平,可秒开20M文档。   

未来,提高主频和核数。3A5000四核桌面CPU将采用12nm工艺,单核性能争取达25-30分,与3A4000兼容,可原位替换,预计2020年二季度流片;3C5000十六核服务器CPU同样采用12nm工艺,支持4-16路服务器,预计2020年三季度流片。   

需要关注的是龙芯不支持移动生态,在移动生态方面劣势相对较大。从龙芯国产生态体系分析,支持龙芯的整机相对较少,目前只有5家左右。而由于其芯片虚拟化能力相对不足,导致支持的云平台厂家较少。  

二、兆芯:合资CPU的探路者   

兆芯系列CPU由上海兆芯集成电路有限公司推出。公司成立于2013年,由上海市国资委下属企业和台湾威盛电子合资成立。公司基于X86架构,成功研发并量产多代通用CPU,形成“开先”、“开胜”两大产品系列,实现了“从双核心到八核心”、“从1.6GHz到3.0GHz”、“从处理器+芯片组方案到SoC单芯片方案”等多方面的发展与创新,具备自主演进发展的能力和条件。   

主力产品性能较好。2019年6月,兆芯在上海正式发布新一代16nm X86处理器产品——开先KX-6000和开胜KH-30000。新一代兆芯处理器是首款主频达到3.0GHz的国产通用处理器,支持双通道DDR4-3200内存,采用SoC设计,包含CPU、GPU和芯片组,芯片集成度进一步增强,性能功耗比上一代产品提升3倍。   

KX-6000适配win7、win10等主流操作系统,SPEC 2006 INT RATE成绩为170分,单芯片性能已经达到7代i5的同等水平,应用体验大幅提升。   

积极开展前瞻研究。兆芯计划于2021年推出开胜KH-40000系列CPU,基于16nm工艺,32核心且支持双路互联,专门面向高性能服务器产品市场。此外,兆芯已着手7nm以下工艺产品的定义和研发工作,作为开先KX-7000系列,延续SoC设计方案,在内存、USB、PCIe等规范方面将瞄准国际同期主流水准。   

兆芯生态具有优势。兆芯在实现技术创新与产品进步的同时,始终保持开放合作,最大化兼容X86生态的优势。兆芯CPU广泛应用于电脑整机、笔记本、一体机、服务器和嵌入式计算平台等,能够为党政办公、金融、教育、交通、网络安全、能源等行业提供可靠的解决方案。   

兆芯的劣势。兆芯通过合资公司(由上海市国资委下属上海联和投资有限公司和威盛集团所属公司合资成立,中方国资占控股地位)获得 X86 架构授权, 存在着一些“不可控”的因素,因为其技术来源始终是受制于合资的威盛(VIA), 而威盛(VIA)与英特尔 X86 授权协议于 2018 年 4 月到期,威盛已经无法在使用英特尔新的 X86 专利及相关软件,兆芯未来的 X86 产品升级将因此而可能遇阻;此外,兆芯一直在引进的 X86 源代码和微结构基础上改进优化工作,存在因源代码研究不够透彻导致后门无法完全发现的风险。  

三、申威:为超算而生的强者   

申威CPU由上海高性能集成电路中心研制,基于DEC公司的Alpha架构,并进行了指令集扩展和微结构自主创新,成功应用在国产超级计算机中。   

在探索中迭代发展。2006年,申威1单核CPU研制成功,130nm工艺,主频900MHz。2008年,申威2双核CPU推出,同为130nm工艺,主频1.4GHz。2010年,申威1600十六核CPU推出,65nm工艺,运用于神威蓝光超算。2012年,申威1610、410相继推出,均为40nm工艺、1.6GHz主频,分别用于服务器和PC。申威现已形成高性能计算CPU、服务器/桌面CPU、嵌入式CPU三个系列产品线。   

申威432、443、3232在研。申威432、443均为4核CPU,分别采用第四代、第五代申威核心,主频将分别达2.2-2.5GHz和2.8-3.0GHz,综合性能将分别达到同期国际主流桌面CPU的60%和80%。申威3232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%。   

申威信息安全产业联盟应运而生。目前已有包括上海高性能集成电路中心、中国仪器进出口(集团)公司、中电科技(北京)有限公司等在内的50多家成员,覆盖芯片设计、基础软件、工业控制、整机及方案、定制服务等多个行业领域。2020年3月,统信UOS也已完成对申威421系列、1621系列机型的适配。

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