“2022年是华为从应对美国不断制裁的战时状态,
是华为逐步转危为安的一年,
2023年是华为在制裁常态化下正常运营的第一年,
也是关键之年。”
十五期间,国家启动发展国产CPU的泰山计划,由于种种原因,该计划不幸夭折,然而,却为中国未来的CPU研发留下了火种。
2006年,国家启动“核高基”专项,举国之力攻坚国产CPU,诞生出了鲲鹏、飞腾、龙芯、兆芯、海光、申威等一批优质企业,国产CPU再度起航。
近年来,半导体国产代替如火如荼,助推了国产CPU突飞猛进。国产CPU队列逆风高扬,使中国摆脱了长期无芯可用的困局,且产品性能逐渐提高,为保护国家信息安全立下汗马功劳。
指令集架构
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CPU是信息产业的基础硬件底座,是整个信创产品中最重要的环节,整个软件生态架构都建立在底层CPU架构之上。而指令系统是计算机最底层最核心的知识产权,更是构建独立信息产业生态基石。
我国目前在芯片领域主要是卡在制造和设计软件上,一旦英伟达从日本软银手中完成对全球最大的半导体IP提供商ARM公司的成功收购,就会为我们的设计行业带来风险。风险来源就是一项对芯片研发的至关重要的基础技术——指令集架构。
IC设计环节包括模拟芯片设计和数字芯片设计两大类,其中,对于数字芯片而言,指令集架构与内核(IP)是数字芯片设计的最重要一环。要想设计一个处理器,第一步就需要确定这这颗处理器使用的指令集是啥。指令集架构则是造芯的第一步。
所谓指令,就是指示计算机的处理器芯片执行某种运算、处理功能的命令,而所有指令的集合就被称作指令集。芯片设计中,设计师要根据指令集进行微架构和核心设计,而微架构决定着芯片的性能、功耗和面积;而指令集的先进与否,也关系到CPU的性能发挥,因此是CPU性能体现的一个重要标志。同时,指令集也决定着软件研发投入的效率。
可以说,指令集决定了一个CPU的灵魂所在,也就决定了处理器的流派。目前市场上的四大主流指令集为X86、MIPS、ARM、RISC-V。其中,X86指令集在PC和服务器领域占据主导地位,而ARM指令集则在移动终端领域具有绝对优势。RISC-V指令集凭借着兼备开源开放和自主可控等优点,有望成为国产CPU指令集的最佳选择。
从核心技术的掌握上来看,核心架构要看是否能做到自研。只有做到自主的核心架构能力才能打造真正安全可控算力底座。目前,我国在通用处理器性能上仍旧是存在短板,相较于国际最先进水平的CPU,国产CPU还有4到5年的差距,但整个产业侧在不断努力,基于四大指令集路线改造升级,自主可控程度不断提升,应用领域不断扩展、生态建设不断进步。行业人士表示,国产CPU有望未来3到5年内将差距缩短至2年。
德国Computerbase网站日前汇总了28款AMD及Intel家的处理器,囊括两家厂商各自两代的CPU,并将成绩做了汇总。综合性能,Intel的酷睿i9-13900KS及酷睿i9-13900K两款处理器领先。来源:驱动之家
复杂与精简
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目前全球CPU最流行的指令集主要有两种,CISC复杂指令集,RISC精简指令集。
复杂指令集,在CISC微处理器中,程序的各条指令是按顺序串行执行的,每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。采用复杂指令设计出来的CPU更强大,运算效率更高。X86是复杂指令集的代表。
精简指令集,能够以更快的速度执行操作,就是把复杂的指令集进行简化,对于芯片研发来说,门槛更低,更适用于运算要求较低,使用功耗也更低的手机CPU。ARM、RISC-V、MIPS都是精简指令集。
开源与路线
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芯片架构开源的好处显而易见:民主、透明、自由、适应性强,但美帝阴谋论者认为开源IP和软件是将技术转移到中国和俄罗斯的渠道,“并可能对其国家利益造成风险”。但迄今为止,这种嫌疑并未得到任何有力的证据发生。开源让商业IP和工具有一个强大而充满活力的市场。如RISC-V,由于是一个开放标准,使从小型初创公司到大公司的每个人都能比以往更轻松、更经济、更快地开发。
英特尔和Arm芯片公司长期以来一直保持其宏伟蓝图的专有性。客户会购买现成的芯片,这些芯片可能具有与他们的产品无关的功能,或者为定制设计支付更多费用。ARM以授权为主,从生态开放性上区别于Intel的X86架构的封闭生态,目前ARM并不出售芯片。海光信息、兆芯都采用x86架构IP内核授权模式。相较x86,走Arm路线自主化程度更高,华为鲲鹏、飞腾都获得了Armv8永久授权。龙芯中科、申威分别走的是MIPS、Alpha路线,自主可控程度相对更高。
概括起来,过去20多年,中国的CPU发展经历了两种发展道路:以华为、海光、兆芯、飞腾等为代表的企业,兼容X86/ARM主流生态,通过授权改良,研发创新产品,开阔国内市场;以龙芯、申威为代表的企业,基于MIPS和Alpha架构授权,独立构建技术体系,独立建设产业生态,形成完全自主可控的指令集架构,开创特殊领域应用。
2010年诞生的RISC-V指令集架构,因其开源、精简、自由、模块化等特性,可开发更适应特定需求的独特芯片,并打破了X86、ARM架构高价授权费、定制化困难的壁垒,国内越来越多的企业参与建设RISC-V全球生态建设。
“以RISC-V为代表的开源指令集受到国内外广泛关注,专攻物联网等新兴市场,有望打破市场垄断格局。开源芯片和软件等工具和模式创新可降低设计业门槛,为芯片企业带来新的发展机会。” 赛迪智库高级分析师说道。
ARM架构
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ARM架构,(Advanced RISC Machine),曾称进阶精简指令集机器,早称作Acorn RISC Machine,是一个32位精简指令集(RISC)处理器架构,广泛应用在多类嵌入式系统设计。ARM所设计的芯片指令集架构主要特点是体积小、低功耗、低成本、系统稳定性高,相比英特尔设计的更适合移动设备,这为其以后统治移动端奠定基础。
ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司,作为知识产权供应商,它本身不直接从事芯片生产,而是采用IP授权模式卖芯片设计方案给其他公司,因为技术授权费和版税营业收费低廉,大大降低了芯片设计公司的早期研发成本和风险,进而促使很多公司都愿意采用ARM的技术。由于ARM是一种封闭的指令集架构,所有厂商在采用ARM IP核心后,不能基于原有设计自行更改芯片,企业只能调整自身需求来迎合ARM核心。经过多年的发展,ARM指令集变得极其复杂和繁琐。
采用授权方式使得其他半导体厂商能够在授权架构基础上使用和开发新产品,授权方式包括有,架构/指令集层级授权(可以对架构进行对付改造)、IP核授权(内核基础上修改缓存、频率等)、使用层级授权(不可修改,直接使用设计完成的芯片) 。图为基于Arm的A16 ,图源:苹果
目前,全球90%以上的智能手机和平板电脑设备里使用的都是基于ARM架构的芯片,包括高通骁龙、华为麒麟芯片、三星Exynos等它们的底层均是ARM的技术。苹果A系列芯片也是基于ARM架构的,从A6开始是在ARM公版上自行二次开发的自研架构。本土CPU公司都推出了自己的ARM结构芯片,像中兴、华为海思、阿里、遇贤微、鸿钧微、此芯科技等,国外的一些公司如德州仪器、意法半导体、Philips、Intel、Samsung等都推出了基于ARM核的处理器。还有基于ARM设计的派生产品,重要产品包括Marvell的XScale架构和德州仪器的OMAP系列。
如今,Arm架构芯片全球出货超2500亿片,全球的数据中心、物联网系统、汽车与新消费性电子设备,都需要越来越高效能的运算能力,这催生了对Arm 技术与创新的长期需求,将帮助Arm以技术建构更宏大的未来。
相较x86,走Arm路线自主化程度更高,华为鲲鹏、飞腾都获得了Arm v8永久授权。从当前国产CPU产业链本土替代的视角来看,分析师认为,在设计环节,华为鲲鹏和飞腾等龙头已跻身世界一流水平。西方由于原有技术路径拖累以及现有利益冲突,较难完全拥抱ARM架构,中国从0到1选择布局ARM架构,历史包袱较小,有望借助ARM架构夺得 CPU 技术高地。
# 鲲鹏展翅,搏击天海
鲲鹏源自《逍遥游》《山海经》,勾起了中华文化与科技之间的血脉情怀。“鲲鹏展翅,九万里,翻动扶摇羊角。”在毛泽东的眼中,鲲鹏是博大、高远、无畏的象征。
2004年鲲鹏项目正式成立,是基于英国Acorn公司授权的ARM架构,华为公司在此基础上研发的芯片结构和配套硬件设备。2019年1月,华为公司推出自主研制的低功耗、高性能的鲲鹏920服务器。基于 Armv8 架构永久授权, 处理器核、微架构和芯片均由华为自主研发设计。鲲鹏920是业内首款7nm数据中心ARM处理器,且发展至今已经达到可以与X86芯片相匹配的性能。
2022年10月 7日,美国商务部工业和安全局(BIS)公布了一系列更全面的出口管制新规,限制中国获得先进计算芯片、开发和维护超级计算机以及制造先进半导体的能力。美国对华限制半导体管制新规下,华为鲲鹏成为国内具有极限生存能力的芯片。虽然华为2021年就失去了英特尔x86服务器芯片供应,但“备胎”计划中的鲲鹏服务器芯片目前可实现小部分替代工作。分析机构认为,预计华为 28nm 去美化产线有望调通,鲲鹏将是在美国制裁下少数具有流片能力的中国芯片厂商。
如今华为鲲鹏打造了“算、存、传、管、智”五个子系统的芯片族,实现全场景处理器布局。鲲鹏计算产业经过多年发展,已涵盖全栈 IT基础设施、行业应用及服务。
2019年被美国政府列入“实体清单”之前,华为内部便开启了自主可控的进程。诸多备胎方案一夜转正,华为的自主可控产业链主要包括鲲鹏(服务器芯片)、昇腾(人工智能芯片)、鸿蒙OS(操作系统)、HMS Core(华为移动服务)。如今美国还想要在2023年在5月份之前,彻底斩断华为与美国方面的关键供应链合作。这只能激发华为的独立奋斗,哪怕业绩下滑,利润降低,也要持续每年数以千亿的自主研发投入,悲壮豪迈的国产替代永无回头之路,全面去美化指日可待。
# 以飞腾算力,打造生态联合
飞腾名称源自著名爱国主义诗人屈原《楚辞·离骚》中的名句——“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。吾令凤鸟飞腾兮,继之以日夜。”自第一颗飞腾处理器研制成功开始,飞腾的技术演进已走过20余年的历史。
飞腾是Arm架构的国产CPU玩家,起步于1999年,是由国防科技大学研究团队创造,由中国电子信息产业集团、天津市滨海新区政府和天津先进技术研究院于2014年联合支持成立。
飞腾刚发展时,考察了SPARC、MIPS、ALPHA三种指令集架构,价格极其低廉。选定SPARC架构进行了CPU的研发,但当时不管是国际还是国内推广上难有进程,用户体验感受挫,基于SPARC架构的软硬件生态几乎为零,这一孱弱的生态系统根本无法支撑飞腾CPU的大规模商用,发展一度陷入僵局。虽有国家 “核高基”科技重大专项支持,但是难打开产业化的大门。
2012年,ARM正式推第一个64位指令集处理器架构ARM v8,打入了服务器等市场。为了软件厂家的广泛应用,飞腾果断放弃SPARC,选定了基于Arm指令集进行兼容设计CPU的路线。飞腾获得Arm指令集的永久授权后,并基于该指令集来自主设计内核、开发自主知识产权的CPU,如世界上第一款基于ARM架构的64核CPU——火星。基于Arm架构的FT-1500A的问世,标志飞腾CPU进入产业化阶段。
飞腾芯片产品具有谱系全、性能高、生态完善、自主化程度高等特点,目前主要包括高性能服务器CPU(飞腾腾云S系列)、高效能桌面CPU(飞腾腾锐D系列)、高端嵌入式CPU(飞腾腾珑E系列)和飞腾套片四大系列,为从端到云的各型设备提供核心算力支撑。基于PKS体系,在党政信创领域市占率领先,市占率高且产业链更为完整。分析人士认为,对比鲲鹏与飞腾的生态构建,发现鲲鹏技术路线比PKS路线有较明显的技术和产品优势,PKS技术路线比鲲鹏技术路线有较明显的安全优势。
飞腾既坚持核心技术自主创新,又坚定产业生态的开放联合。截止目前,飞腾的生态伙伴数量已经接近5000家,包括集成商合作伙伴300余家、硬件合作伙伴1000余家、软件合作伙伴3600余家。联合千余家国内软硬件厂商,支撑了3000多款飞腾平台设备上市,分布在操作系统、应用软件、安全、云产品、数据库、中间件等各个领域,兼容200万级移动APP应用,构建起了国内最完善、最庞大的从端到云的信息化建设全栈生态体系。
X86架构
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X86架构(The X86 architecture)是微处理器执行的计算机语言指令集,指一个intel通用计算机系列的标准编号缩写,也标识一套通用的计算机指令集合。X86架构由于其封闭性,相对于ARM架构成本更高,但有着更高的性能、更快的速度和兼容性
Intel在早期以80x86这样的数字格式来命名处理器,包括Intel 8086、80186、80286、80386以及80486,由于以“86”作为结尾,因此其架构被称为“x86”。由Intel推动的x86架构市场已经相当庞大,几乎从传统PC到数据中心规模的服务器都会使用x86架构处理器,同时相关软件带动的应用服务也有长达40年的发展历史。历史上许多公司也制造X86架构的产品。联电、Cyrix(现为VIA所收购)、IDT/Centaur、RISE、Transmeta)等企业是该架构的建设者。如今,巨头英特尔和AMD处于X86的主导地位,台湾威盛公司也是参与者。
# 兆芯:自主创新与兼容主流
X86国内企业案例是上海兆芯与VIA(威盛在上世纪90年代收购了美国的拥有X86专利的公司 Cyrix和具有高性能x86微架构设计能力的centaur公司)合资,购买了大量原属于VIA的中央处理器、芯片组、图形处理器等的技术、知识产权,并获得了X86指令集授权,从而获得了生产x86芯片的法律支持。
兆芯是上海国资控股公司,为用户提供高性能的通用处理器和芯片组等产品。具备相关IP自主设计研发的能力,已成功研发并量产多款通用处理器产品。业内人士表示,随着产品性能不断提升,已达到国际主流同等水平。其中,2019年发布的开先-KX6000和开胜KH-30000,制程达到16nm,是首款主频达到3.0GHz的国产通用处理器,这为整机系统的开发提供了较大的便利条件,同时也更利于控制成本。
兆芯坚称致力于自主可控、兼容主流的造芯路线,由于兆芯获得是相对老旧的x86 CPU架构,其版权已于2018年到期,导致兆芯过去的产品性能相较同期竞品仍有所差距;2020年随着威盛电子将其IP产权的出售,兆芯以获得了大部分后续x86芯片开发所需的核心技术和专利,自主可控能力开始强化。
2022年11月1日,兆芯官宣发布新一代16nm全自主设计的开胜KH-40000系列处理器和开先KX-6000G系列高效能处理器。两款处理器均具备高效、兼容、安全等特点,满足高性能、高可靠、兼容主流应用等多样化应用需求。
根据公司公布的CPU路线图,公司已着手7nm下一袋工艺产品的定义和研发工作。
# 海光:在AMD“地基”上造CPU
海光信息是国产服务器CPU芯片的龙头,从事高端处理器、加速器等计算芯片产品和系统的研究和开发。2016年海光信息与全球第二大x86处理器供应商AMD达成合作,引入x86以及Zen1微架构授权,使得海光信息CPU获得产品性能较高的起点。
在获得x86授权的基础上,海光信息通过自我研发,迭代升级,已经成功商业化了“海光一号”(第一代CPU)、“海光二号”(第二代CPU)以及“海光三号”(第三代CPU),目前, “海光四号”(第四代CPU)也已经进入了研发流程。典型场景下,公司最新一代CPU和DPU相关产品均已接近国际同类高端产品水平。针对不同市场需求,海光处理器可以划分为7000,5000,3000三大产品系列。应用迅速到了党政机关、电信、金融、互联网、教育、交通等行业。生态丰富加性能可用,海光CPU在集采中受欢迎也便不难理解。
2019年公司被列入美国“实体清单”,AMD不再提供相关技术服务,公司自行实现了后续产品和技术的迭代开发。海光的服务器CPU性能优异叠加生态迁移难度低,对于原有的x86服务器有较大替换空间。2022年8月13日海光信息上市,首日总市值超千亿元,一度成为半导体领域市值最高的IPO。然而,在2022年10月,在市场传出美国收紧对华管制时,海光信息股价如惊弓之鸟一般,两个交易日大跌近40%,同期龙芯中科的跌幅不到4%,由此也可看出市场对海光信息技术授权路线的担忧。
在AMD“地基”上造CPU,海光信息当前无法完全摆脱对AMD的依赖。东兴证券研报资料显示,以海光信息为代表获得x86内核授权的厂商,虽然技术门槛和时间成本低,性能起点高,生态环境也可依赖,但自主可控程度有限,安全基础不牢靠,购买技术授权成本高,未来扩充指令集形成自主可控指令集难度较大。
MIPS架构
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MIPS,1981年由MIPS科技公司开发并授权,是一种简洁、优化、具有高度扩展性的RISC精简指令集架构,也是业界最高效的RISC架构,能够提供最高的每平方毫米性能和当今SoC设计中最低的功耗。从应用场景分类,MIPS32架构是高效能的行业标准架构,是从微型微控制器到高端网络设备的数十亿种电子产品的核心。MIPS64架构是下一代服务器,高级驾驶员辅助系统(ADAS)和自动驾驶SoC的核心。microMIPS是为微控制器和其他小型嵌入式设备设计的。microMIPS是为微控制器和其他小型嵌入式设备设计的。
MIPS作为最早推出的芯片架构,发展至今倒像是“起了个大早,赶了个晚集”的迟钝者,与数次发展趋势和产品迭代擦肩而过,将江山拱手让给了ARM。2018年,MIPS被Wave Computing收购,并宣布开源,并试图抓住AI的浪潮。随着RISC-V兴起之后,中国已有上百家企业加入RISC-V联盟。这对于MIPS而言,无疑是巨大的挑战。遗憾地并自 2019 年 11 月,Wave Computing宣布关闭 MIPS 开源计划。MIPS 基本上已失去了与 X86 和 ARM 三分天下的实力。
目前在中国市场上,除了龙芯、君正、炬芯等公司之外,MIPS 架构在民用领域仍有一定的市场。广泛被使用在许多电子产品、网络设备、个人娱乐装置与商业装置上。
# 龙芯:打造龙架构,成就真英雄
龙芯,就像其字面意义一样,代表了一个民族的不屈灵魂和高风亮节。
中科是由中科院牵头,构建完整自主生态系统的首家CPU上市公司,是唯一坚持基于自主指令系统、构建独立于Wintel体系和AA体系的开放性信息技术体系和产业生态的国产CPU企业。
基于开源和自由修改指令特点,2011年龙芯中科独立购买了MIPS架构的终生授权,继承了其既有生态,并基于MIPS发布了拥有自主版权的LoongISA指令集架构和IP内核。
2018年,美国开始打压中国高科技企业。MIPS在合作上也跟龙芯产生分歧。2019年末宣布关闭MIPS开源计划。这也坚定了龙芯转攻自主架构的决心。
2020年,龙芯推出了完全自主指令集——龙架构LoongArch,并全面掌握CPU指令系统、处理器IP核、操作系统等计算机核心技术。从此,中国正式拥有了属于自己的指令集架构生态。
然而MIPS几经转卖,阴魂不散,典型案例就是围绕MIPS授权纠纷,上海芯联芯发文指控称龙芯中科所有基于MIPS架构的芯片,以及所有基于的芯片存在侵权,并要求赔偿10亿人民币。
上海芯联芯是一家专营IP供应商和IC设计服务公司,在2019年初从Wave Computing公司与MIPS公司取得MIPS中国区独家的商业经营授权。然而龙芯中科使用MIPS指令系统并研发产品是此前曾与原MIPS指令系统的拥有者MIPS公司签署协议。自2019年芯联芯取得MIPS指令系统在中国大陆的经营权,以上合作没有再延续。2020年龙芯推出自主指令系统 LoongArch,同时新研发CPU产品便不再使用MIPS许可技术开发。2023年2月北京知产法院判定:芯联芯有关龙芯侵害MIPS著作权主张不成立。但一家CPU厂商技术负责人告诉媒体,双方的纠纷可能无法轻易“盖棺定论”。
然而,舆论认为这家公司是想借专利之力坐享龙芯20多年苦心经营之收成,行业还是将正义天平向龙芯中科倾斜。
LoongArch指令系统已通过国内权威第三方机构中国电子信息产业发展研究院的知识产权评估,认定LoongArch指令系统与ALPHA、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86为不同的指令系统设计。
LoongArch指令集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2000条指令,并完全脱离了MIPS指令集体系,是一种不存在知识产权风险的CPU指令集架构,成为继x86、ARM64之后的第三种ACPI支持的CPU架构,也获得了独立的Linux主线支持,还被GCC、NET、Linux内核社区等国际主流开源组织所认可。
2022年,龙芯中科迎来了国产CPU的里程碑时刻。基于LoongArch打造的3A5000芯片性能已经逼近国际市场主流CPU的水平。2023年,下一代CPU首款芯片3A6000已交付流片。3A6000100%自主可控的通用CPU,采用国产14nm制程工艺和最新算法。据业内人士分析称,3A6000进程间通信(IPC)将达到AMD Zen3或英特尔酷睿11代的水平,能够达到满足大多数用户的日常需求的性能。
龙芯中科现已推出LoongISA与LoongArch指令集和Loongnix与LoongOS操作系统,拥有龙芯1号、2号、3号系列芯片,根据公司的规划,2024年将实现新架构产品的全面切换完成,不再销售基于MIPS指令系统的商业产品。关于LoongArch指令集的后续发展,龙芯计划建立LoongArch上游社区分支,同时组建LoongArch联盟,免费开放LoongArch,目标是在2025年消除指令集之间的壁垒。
消除知识产权瑕疵,拆除技术壁垒,达到完全自主可控的核心主线,而不再受限于人,已成为龙芯人践行国产替代方案的坚决行动。
Alpha架构
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Alpha架构,是数字设备公司(DEC)公司上世纪90年代初开发的CPU指令集,是RISC处理器中最快的一种,架构本身很强,非常适合于服务器、超级计算机。1990年代中期,它被认为是SPARC和MIPS RISC体系结构的有力竞争者。今天该指令集和微结构都已再更新,技术专利大多已过期或将过期,然而但是仍有国内企业仍在发挥它的余热。无锡的江南计算所买了alpha架构的所有设计资料。申威是目前Alpha阵营中仅存的硕果。
# 申威:施展神威,震惊宇内
申威,即施展神威,《后汉书·文苑传上·杜笃》:“于时圣帝,赫然申威。”晋潘岳《西征赋》:“出申威於河外,何猛气之咆勃。”
2016年成都申威科技有限责任公司正式成立,以“自主创新”“安全可控”为研发首要,形成了成熟的处理器、指令集、微架构研发设计技术能力体系。面向军用等对安全性要求极高的特种领域提供CPU处理器及其相关解决方案。
公司最初取得了Alpha指令集的所有涉及资料,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,不同于核心授权或指令集授权模式,申威处理器采用的是SW-64自主指令集架构,知识产权完全可控、自主性更高、安全性更强,核心技术可自主迭代发展。申威自主设计CPU内核,自主建设软件生态,已成为我国服务器和终端处理器产业的核心力量之一。
2015年时,美国为了遏制中国的超算能力而禁止高技术芯片的出口,禁令下达时,华尔街认为,中国的超算能力会就此止步,美国的超算能力将重回世界第一。然而就在此时,申威迅速推出超级计算机——太湖之光,迅速面打了美国一个措手不及。吓得美国军方直接把核武器的安全等级,调高了一级。
太湖之光处理器使用的是国产的申威26010芯片,该是中国首个采用国产自研架构且性能强大的计算机芯片,是全球首台峰值计算速度超过十亿亿次的超级计算机。
太湖之光为C919国产大飞机、天宫一号返回舱、清华大学地球系统项目、上海药物所病理研究项目提供了高性能的运算能力,保障了特种领域应用和国家战略任务安全执行。
申威通用处理器作为国内自主程度最高的CPU之一。在新产品研制方面,以服务器CPU为主,兼顾终端/嵌入式CPU及外围配套产品,目标每年推出一款新产品。2020年,服务器处理器最新产品——“威鑫3231”面世;2021年,终端处理器最新产品——“威焱831”发布;基于这哥俩,申威已经完成了一百余款基础软件的研发,有力地支撑了申威处理器平台的产业化发展。
经过近二十年的发展,申威团队开展四代十几款处理器芯片的研发。形成服务器处理器、终端处理器、嵌入式处理器以及国产IO套片四大类别申威系列产品。随着申威处理器的不断演进,产品性能成倍增长,软件生态、整机谱系不断丰富,在金融、证券等多个行业领域已有重大开拓,在极端条件下可完全自主持续发展,持续服务国家重要行业和党政信息系统。
RISC-V架构
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RISC-V是一个基于精简指令集原则的开源指令集架构,2010年创始于加州大学伯克利分校。与大多数指令集相比,RISC-V指令集可以自由地用于任何目的,允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件,并且在其基础上进一步定制满足自己需求的额外指令集。对于有实力的厂商来说,使用RISC-V指令集可以自主开发属于自己的处理器,并且使用在自己的产品中;而对于中小厂商,也可以选择SiFive等公司提供的RISC-V处理器IP来使用。基于处理器的成本和灵活性,RISC-V为越来越多、更复杂功能的芯片提供了设计选择。只要增加相应的模块,就能够扩展到移动、桌面、数据中心市场,并且在AI、安全等很多方面,相比传统架构更具天然优势。事实上,RISC-V架构可以应用于所有运算设备,5G通信设备、服务器、超算等应用都可以采用,而且在技术和生态方面也不存在问题。
RISC-V有着鲜明的全球化、自由化立场,在使硅芯片开发民主化方面发挥了极大的作用。2019年,RISC-V基金会因为担忧美国的贸易法规而搬到了瑞士,并更名为RISC-V International, 进而该开源社区的代码上传下载可不受美国出口管制。根据该机构最新数据,2022年RISC-V International 的会员数量同比增长超过 26%,在 70 个国家/地区拥有超过 3180 名会员。如今,市场上有超过 100 亿个 RISC-V 核心,全球有数万名工程师致力于 RISC-V 计划。
# 天下三分,中国队欲争一席
值得一提的是,在RISC-V基金会的3180名会员当中,中国企业占比近一半。在RISC-V基金会目前的25家最高级别的Premier Members会员当中,中国厂商的数量达到了14家,包括:腾讯、阿里云、晶心科技(Andes)、北京开源芯片研究院、成为资本、海河实验室、华为、Imagination(已被中资收购)、ISCAS(中国科学院软件研究所)、RIOS实验室(隶属于清华-伯克利深圳研究院)、中兴、赛昉科技、希姆计算、展锐。
还值得一提的是,在Premier Members会员中,有X86市场的主导者——英特尔和Arm最主要的合作伙伴——高通也宣告加入。这证明了RISC-V也从不排斥竞争对象。像亚马逊、三星等科技巨头也开始涉足RISC-V路线,甚至连苹果都开始面向社会招揽RISC-V架构开发人才。RISC-V大有与X86、ARM形成三足鼎立的格局,因此成为不少头部科技企业重点发力方向,也满足了国产CPU架构自主可控需求。
2018年6月30日起,美国将华为中兴列入“黑名单”,华为受伤、中兴断气,此事也是中美贸易战中影响范围最大的事件,也成为了国内RISC-V发展的关键时点。RISC-V开源特性瞬间放大。
2018年7月,上海首开国内政府扶持的先河,把从事RISC-V相关设计和开发的公司作为扶持对象,一些芯片公司开始向RISC-V聚笼。2018年到2022,阿里平头哥、华为海思、兆易创新、华米科技、全志科技、芯来科技、格兰仕、晶心科技等众多的厂都纷纷入局,推出了基于RISC-V的IP核或芯片,在推动RISC-V落地方面,中国企业可以说功不可没,已占据RISC-V芯片全球出货量的半壁江山。随着2023年正式步入高性能计算场景,基于RISC-V开发的CPU IP将成为2023年国产IP主线。
据西门子/Wilson的2022年芯片设计报告:2022年有30%的芯片使用了RISC-V处理器,而这一数字在2020年仅为23%。Semico Research预测,到2025年,采用RISC-V架构的芯片数量将达到624亿颗,年复合增长率高达146.2%,随着数量的增加,对在其上运行的开源软件和商业软件的需求也在增长。如今IRSC-V 芯片在耳塞、硬盘和 AI 处理器中,已经出货了 100 亿个内核。应用场景扩展到计算机、消费电子、通信、交通和工业。很多公司还致力于为数据中心和航天器设计 RISC-V。