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cpu架构 制造商

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发表于 2019-2-21 19:20:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
=======手机芯片制造商==========

高通 Qualcomm

三星 Exynos(猎户座)

台湾 联发科 MTK

英特尔 Intel

英伟达 NVIDIA(全称为NVIDIA Corporation,NASDAQ:NVDA,官方中文名称英伟达)

苹果系列

华为 海思是华为旗下半导体业务 Kirin 海思麒麟

小米旗下全资子公司 松果  澎湃

德州仪器 (英语:Texas Instruments,简称:TI)


========电脑cpu品牌========
民用CPU就是Intel和AMD两大厂商的,另一个是IBM和Cyrix这个一般是工业用的CPU的

1.英特尔(intel)下属系列:

极低端:赛扬、凌动

低端:奔腾、酷睿i3

中端:酷睿i5

高端:酷睿i7、酷睿i9

服务器:至强

2. 超微半导体(AMD)下属系列:

低端:速龙Ⅱ、APU、羿龙

中端:推土机(FX系列)

中高端:锐龙(Ryzen5)

高端:锐龙(Ryzen7)

服务器:皓龙(低端)、霄龙(高端)


3.IBM和Cyrix

4.IDT公司

5.VIA威盛公司
VIA威盛是台湾一家主板芯片组厂商,收购了前述的 Cyrix和IDT的cpu部门,推出了自己的CPU


6.国产龙芯

GodSon 小名狗剩,是国有自主只是产权的通用处理器,目前已经有2代产品,
只能赶上INTEL公司P2时代




========cpu有架构 Architecture==========
从大的层面分两类——CISC、RISC
其中ARM/MIPS/PowerPC均是基于精简指令集机器处理器的架构;X86则是基于复杂指令集的架构,Atom是x86或者是x86指令集的精简版。
-----------CISC 复杂指令集电脑,Complex Instruction Set Computer-----------
CISC就是复杂指令集计算机,目前专指 x86 和 x86-64 两类
x86
又叫 IA32,即 Intel Architecture 32(Intel32位架构),不管是Intel生产的 x86 CPU,还是AMD或者VIA生产的,都是 IA32,IA32 并非没有专利保护而是 AMD 和 VIA/Cyrix 通过交叉专利授权获得了 IA32 的使用权。
x86-64 又叫 AMD64,它的 Intel 版本叫做 EM64T(换个名字而已),是AMD在 IA32 的基础上扩展出来的一套 64位 CPU 架构,Intel 可以使用的原因也是因为 Intel和AMD之间的交叉专利授权。x86-64是AMD在其最新的Athlon 64处理器系列中采用的新架构,但这一处理器基础架构还是IA-32,在IA-32架构基础之上作了一些扩展,以支持64位程序的应用,进一步提高处理器的运算性能。x86-64相比Intel的64位服务器处理器产品Itanium和 Itanium 2系列处理器产品来说最大的优点就是可以全面兼容以前的32位x86架构的应用程序,保护以用户以前的投资;而Intel的Itanium和 Itanium 2系列处理器需要另外通过软件或硬件来实现对以前32位程序的兼容,所以IA-32(即x86-32)、x86-64都属于x86,即英特尔的32位x86架构,如Intel的32位服务器Xeon(至强)处理器系列、AMD的全系列,还有VIA的全系列处理器产品都属于x86架构的

IA-64
IA-64架构是英特尔为了全面提高以前IA-32位处理器的运算性能,是Intel和Hp共同开发了6年的64位CPU架构,是专为服务器市场开发的一种全新的处理器架构,它放弃了以前的x86架构,认为它严重阻碍了处理器的性能提高。它的最初应用是英特尔的Itanium(安腾)系列服务器处理器,现在最新的Itanium 2系列处理器也是采用这一架构的。由于它不能很好地解决与以前32位应用程序的兼容,所以应用受到较大的限制,尽管目前Intel采取了各种软、硬方法来弥补这一不足,但随着AMD Operon处理器的全面投入,Intel的IA-64架构的这两款处理器前景不容乐观。

-----------RISC reduced instruction set computer,精简指令集计算机-----------

RISC就是精简指令集计算机

除了以上所介绍的两类IA架构的服务器处理器外,还有一种主流的处理器架构,也可称之为“RISC”(其实它是一种按处理器指令执行方式划分的类型)。采用这一架构的仍是IBM、SUN和HP等。不过近几年由于这一处理器架构标准没有完全统一、处理器的发展和应用非常缓慢,使得原来本占有的绝大多数中高档服务器市场被IA架构瓜分了大部分江山,已是日趋衰落。目前连这几家服务器厂商也开始了自己放弃,转投IA旗下,推出越来越多的IA架构服务器,以保生存。


需要指出的是,现在的 Intel 和 AMD CISC处理器的内核其实都是 RISC内核,是在内核的外围电路中把复杂指令动态翻译成精简指令,然后送到 RISC内核中处理。严格来说,现代CPU本质上都是 RISC处理器。

IA32 : 32 bits Intel Architecture (32位带宽Intel构架)
IA64 : 64 bits Intel Architecture (64位带宽Intel构架)

i386 : Intel 386 ( 老的386机器,也泛指IA32体系的CPU)
i486 : Intel 486
i586 : Intel 586 ( Pentium ,K6 级别CPU )
i686 : Intel 686 ( Pentium II, Pentium III , Pentim 4, K7 级别CPU )

这几个i×86 也可以叫做 x86,早期intel的CPU编号都是如8086,80286等,由于这整个系列的CPU都是指令兼容的,所以都用X86来标识所使用的指令集合
理论了解后,对于使用者最想了解的就是这个cpu是32位的还是64位的?
通称说 x86也是指 IA32构架CPU,也就是说cpu是32位的,只能安装32位的os了;而x86-64或者IA-64是说cpu支持64位,可以安装64位的os,跑64位的应用


**********************************
根据各种新闻,Android在支持各种处理器的现状:

ARM+Android最早发展、完善的支持,主要在手机市场、上网本、智能等市场;

X86+Android 有比较完善的发展。有atom+Android的上网本,且支持Atom+Android 和 Atom+Window7双系统;

MIPS+Android目前在移植、完善过程中;

Powpc+Android目前在移植、完善过程中。



1.ARM

         ARM架构,过去称作进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine,更早称作:Acorn RISC Machine),是一个32位精简指令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点,ARM处理器非常适用于行动通讯领域,符合其主要设计目标为低耗电的特性。

   在今日,ARM家族占了所有32位嵌入式处理器75%的比例,使它成为占全世界最多数的32位架构之一。ARM处理器可以在很多消费性电子产品上看到,从可携式装置(PDA、移动电话、多媒体播放器、掌上型电子游戏,和计算机)到电脑外设(硬盘、桌上型路由器)甚至在导弹的弹载计算机等军用设施中都有他的存在。在此还有一些基于ARM设计的派生产品,重要产品还包括Marvell的XScale架构和德州仪器的OMAP系列。

   优势:价格低;能耗低;

          ARM 授权方式:ARM 公司本身并不靠自有的设计来制造或出售 CPU ,而是将处理器架构授权给有兴趣的厂家。


(2)x86系列/Atom处理器

       xx86或80x86是英代尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称。x86架构是重要地可变指令长度的CISC(复杂指令集电脑,Complex Instruction Set Computer)。

       Intel Atom(中文:凌动,开发代号:Silverthorne)是Intel的一个超低电压处理器系列。处理器采用45纳米工艺制造,集成4700万个晶体管。L2缓存为512KB,支持SSE3指令集,和VT虚拟化技术(部份型号)。

  现时,Atom处理器系列有6个型号,全部都是属于Z500系列。它们分别是Z500、Z510、Z520、Z530、Z540和Z550。最低端的Z500内核频率是800MHz,FSB则是400MHz。而最高速的Z550,内核频率则有2.0GHz,FSB则是533MHz。从Z520开始,所有的处理器都支持超线程技术,但只增加了不到10%的耗电。双内核版本为N系列,依然采用945GC芯片组。双内核版本仍会支持超线程技术,所以系统会显示出有4个逻辑处理器。这个版本的两个内核并非采用本地设计,只是简单的将两个单内核封装起来。



(3)MIPS系列

         MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”(Microprocessor without interlockedpipedstages),其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。MIPS公司的R系列就是在此基础上开发的RISC工业产品的微处理器。这些系列产品为很多计算机公司采用构成各种工作站和计算机系统。

        MIPS技术公司是美国著名的芯片设计公司,它采用精简指令系统计算结构(RISC)来设计芯片。和英特尔采用的复杂指令系统计算结构(CISC)相比,RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点,并可以应用更多先进的技术,开发更快的下一代处理器。MIPS是出现最早的商业RISC架构芯片之一,新的架构集成了所有原来MIPS指令集,并增加了许多更强大的功能。MIPS自己只进行CPU的设计,之后把设计方案授权给客户,使得客户能够制造出高性能的CPU。

(4)PowerPC系列

         PowerPC 是一种精简指令集(RISC)架构的中央处理器(CPU),其基本的设计源自IBM(国际商用机器公司)的IBMPowerPC 601 微处理器POWER(PerformanceOptimized With Enhanced RISC;《IBM Connect 电子报》2007年8月号译为“增强RISC性能优化”)架构。二十世纪九十年代,IBM(国际商用机器公司)、Apple(苹果公司)和Motorola(摩托罗拉)公司开发PowerPC芯片成功,并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵活。

        PowerPC 处理器有广泛的实现范围,包括从诸如 Power4 那样的高端服务器CPU 到嵌入式 CPU 市场(任天堂Gamecube 使用了 PowerPC)。PowerPC处理器有非常强的嵌入式表现,因为它具有优异的性能、较低的能量损耗以及较低的散热量。除了象串行和以太网控制器那样的集成 I/O,该嵌入式处理器与“台式机”CPU 存在非常显著的区别。
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 楼主| 发表于 2019-2-21 19:20:32 | 显示全部楼层
1、国产CPU主要研制单位
(1)高性能通用CPU(“大CPU”,主要应用于高性能计算及服务器等)
  主要研发单位:中国科学院计算所、北大众志、国防科技大学、上海高性能集成电路设计中心
  (2)安全适用计算机用CPU(“中CPU”,主要应用于桌面及笔记本电脑等)
  主要研发单位:中国科学院计算所、北大众志
  (3)嵌入式CPU(“小CPU”,主要应用于移动通信终端、消费类电子、数字电视、工业控制和汽车电子等领域)
  主要研发单位:浙江大学、清华大学、苏州国芯、杭州中天、北京君正
  2、国产CPU技术源头与发展模式
  (1)完全自主(全新自主指令系统)CPU
  优势:完全自主的CPU在指令集上不同外界兼容。从国家发展的角度看,指令集完全自主可控是最安全的。
  劣势:缺乏OS支持、开发工具链(编译器、调试器等)匮乏、应用程序的开发和移植难度和工作量大。
  ①北大众志—Unicore
  UniCore是由北大众志自主开发的一套全新指令集,与其他主流指令集不兼容,它已作为一种独立的体系结构,在GNU社区系统软件开发规范中注册,编号为“110”。UniCore指令系统在指令密度、通用寄存器设置等方面都有特别的设计,还包含了DSP扩展指令,以满足更广泛的应用需求。北大众志在拥有全新自主指令系统Unicore的同时还获得了X86指令架构授权,目前正在开发兼容X86架构的系统芯片。之所以选择这种“两手抓”的发展模式是因为推动一个全新的指令集架构是一个耗资百亿元,费时数年而结果难测的冒险,短期内与国际主流CPU正面对抗难度较大,但因为完全自主可控,是抢占未来先机的希望所在,因此必须紧抓。而获得X86授权,就可开发X86兼容CPU,可以利用已有的丰富软件资源,不必自己建立生态系统,有利于国产CPU产业化进程。
  ②苏州国芯、杭州中天、浙江大学--C*Core
  C*Core是以Motorola赠送给中国政府的M*CORE为技术起点,由浙江大学、苏州国芯、杭州中天三家共同设计及产业化的具有完全自主知识产权的国产嵌入式CPU。在2010年9月,出于争夺汽车电子、网络通信、物联网等热点市场的考虑,苏州国芯取得了IBM转移的PowerPC指令架构授权,并与国内芯片企业深入交流,针对战略新兴市场,开发完全兼容PowerPC架构的CPU IP。C*Core研发团队在努力追赶国际领先嵌入式CPU技术的同时,也选择了兼容合作的发展道路,力图在自己并不擅长的热点应用领域有所突破。另外,两种完全不同的体系架构或许可以取长补短、相互融合,走出一条全新的国产CPU发展模式。
  ③上海高性能集成电路设计中心--申威
  上海高性能集成电路设计中心坚持独立自主研发国产处理器,形成了符合高端处理器研发规律的技术体系,独立完成处理器研发的所有环节:包括结构设计、前端逻辑设计、正确性验证、后端物理设计、工艺分析等。其处理器的定位在高性能,低功耗,在满足性能要求的前提下追求低功耗。主要应用于高性能计算CPU、高效能服务器CPU和高性能低功耗嵌入式CPU。
  (2)“兼容国际主流、自主指令系统”CPU(简称“兼容CPU”):
  优点:拥有架构授权可以自己按需定义规格,并按自己日程进行开发、交付和使用,一次架构授权费涵盖全部的应用定义。生态环境比较健全。
  缺点:对处理器设计水平要求较高,长期技术演进路线受架构的制约。
  ①中国科学院计算所--龙芯系列
  MIPS兼容,2009年6月获得MIPS32与MIPS64架构的授权。龙芯1号CPU及其IP面向嵌入式应用,龙芯2号CPU及其IP面向高端嵌入式和桌面应用,龙芯3号多核CPU面向服务器和高性能机应用。
  ②国防科技大学—FT
  SPARC兼容,SPARC架构是开放的,任何机构或个人均可研究或开发基于SPARC架构的产品。主要面向国家战略和重大军事应用中的高性能计算应用需求。
  ③北京君正—Xburst
  MIPS兼容,2011年1月获得MIPS32架构授权。主要面向消费电子、教育电子、移动互联网终端等移动便携设备和其他嵌入式应用。
  3、国产CPU主要产品及应用现状
  (1)北大众志Unicore
  北大众志通过多年的技术积累和研发攻关,制定了自主知识产权的UniCore指令系统,并基于该指令系统研制和推广了北大众志UniCore系列CPU和PKUnity系列SoC芯片。北大众志UniCore指令系统包括64位的UniCore64、32位的UniCore32和16位的UniCore16,还包括浮点指令系统UniCoreF64和扩展指令系统UniCore2D/3D。
  北大众志UniCore系列CPU目前已实现十几万片销售,主要应用于农村教育信息化领域。预计2011年出货量将达几十万片。
  (2)中科院计算所龙芯
  中科院计算所从2001年开始从事龙芯系列通用处理器的研制,先后完成32位的龙芯1号、64位的龙芯2C、2E/2F、2G、四核龙芯3A和八核龙芯3B等多款高性能通用CPU。另外,还在高清编解码、高速IO设计等关键IP上掌握了自主设计的技术。龙芯在架构设计和工艺上也处于国内领先地位。在软件方面,龙芯在国际开源社区设立了分支,获得了风河公司Vxworks操作系统的直接支持,并与国内Linux企业结盟,共同开发支持龙芯的操作系统和应用软件,在JAVA、Flash、Android等方面也有较好的解决方案。
  2007年7月研制成功的龙芯2F芯片在性能、功耗、成本等方面已经具有初步的国际竞争力,实现数十万片销售。龙芯3A主要面向低成本国产服务器、高端嵌入式应用和军用信息处理等市场。目前,基于龙芯3A已经研制出中科大KD-60万亿次高性能机、曙光刀片服务器等产品。龙芯处理器已经用在了笔记本电脑、台式电脑、服务器、家庭网关上,但由于受相关应用及生产能力等诸多原因限制,龙芯还未实现大规模商用。从2010年经营的情况看,龙芯在安全应用、消费类电子、工业控制方面将是近两年的重点,在电脑类应用中,云服务器和云终端也有较大的市场机会。未来,龙芯将采用“技术平台化,市场行业化”的方针加快龙芯系列CPU的产业化步伐。
  (3) 浙江大学、苏州国芯、杭州中天微C*core
  从2002年起,浙江大学、苏州国芯和杭州中天三家单位共同组成了产学研联合体,以Motorola赠送给中国政府的MCORE为技术起点,实施了C-CORE CPU的研发与产业化工程。到2005年完成了C300、CK500两个系列的CPU产品设计与研发,技术水平分别与ARM7和ARM9相当。
  经过多年的产业化推广,基于C300和CK510的产品累计销售超过5000万颗,2009年在国内市场中约占5%-10%的市场份额,主要应用覆盖数字电视和多媒体音视频等消费类电子产品、信息安全和安防类产品、仪器仪表和办公设备等工业控制类产品,以及移动存储、医疗电子等多个嵌入式应用领域。
  (4) 北京君正XBurst
  北京君正的核心技术是具有自主知识产权的32位嵌入式CPU技术XBurst,主要产品为32位嵌入式CPU芯片及其解决方案。基于自主创新的XBurst CPU内核,北京君正推出了一系列具有高性能、低功耗的32位嵌入式CPU芯片及其对应的Android/Linux/WinCE软件平台。
  北京君正芯片主要应用于便携消费电子、教育电子、移动互联网终端等移动便携设备和其他嵌入式设备。该公司根据嵌入式CPU芯片及目标市场的特点,制订了“开放平台、纵横扩展”的市场推广策略。允许用户独立地进行二次开发,使得公司处理器芯片的通用性得到充分发挥。随着公司Android平台的推出,公司芯片的应用领域将更为广泛。自2007年以来,公司嵌入式CPU芯片年出货量分别突破88万颗、550万颗和1,000万颗,截止到2010年,公司嵌入式CPU芯片总出货量已超过2500万颗,实现了国产CPU芯片的产业化。

4、国产CPU发展面临的问题
  首先,CPU整体性能上还有待提高。在设计能力上不可否认国内的CPU企业和研发机构与国际领先水平还有不小的差距。目前国产CPU在芯片设计方面的主要困难在于后端生产、封装、测试等环节仍受制于外协(流片代工厂、封装、测试厂商等),导致生产进度与效率较低。国产CPU在主频方面与主流处理器仍有较大差距。目前国产CPU的典型工作频率是1GHz,而Intel和AMD主流处理器主频超过3GHz,IBM Power7处理器的频率超过4GHz。主频的差距导致国产CPU单核性能与国际主流处理器的单核性能有较大差距。主频差距主要来自采用半导体工艺生产线、工艺与CPU设计的结合等。国产CPU多在TSMC和SIMC生产,采用代工工艺。而国际主流CPU,如Intel、IBM等都采用自己的标准CPU工艺,便于物理优化。
  其次,生态系统建设难以取得突破。众所周知,CPU的竞争绝不仅是CPU本身的竞争,而更多的体现在生态系统的竞争。国际主流处理器(如Intel、AMD、ARM)经过几十年的发展,已经建立了成熟的产业环境。例如,以Wintel联盟举例,Intel提供处理器芯片,微软提供操作系统,HP、DELL等提供基于Intel CPU的产品,很多应用厂商基于“Wintel”平台开发应用。而相比之下,国产CPU起步较晚,研制历史只有10年左右,性能尚显不足,软件及整机企业对国产CPU还存在诸多质疑,真正走向市场的时间还不长,生态系统建设困难重重。
  最后,产业化进程举步维艰。产业化问题是困扰国产CPU的最大难题。产业化方面的困难主要在于产业环境仍不够强壮,由于国际主流CPU厂商已经造成了市场上的事实垄断,并设置了较高的技术与市场壁垒,国产CPU与产业链合作伙伴绑定不够紧密,导致某种程度上与国产CPU相关的产品研发与市场推广工作仍主要由CPU企事业单位自身为主。国产CPU产业化是一个漫长而艰苦的过程,每一步都要走稳,走扎实,而不应急于求成。要从一些垄断程度较低的特殊领域入手,和用户共同提高产品性能和服务质量,树立国产CPU在国人心目中的良好形象,逐渐扩展到其他领域,实现大规模产业化。


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 楼主| 发表于 2019-2-21 19:49:12 | 显示全部楼层
2016年6月底公布的最新一期TOP500超算排行榜中,中国的神威·太湖之光低调地挤下了六连霸的同胞兄弟天河2号,成为首款理论性能达到10亿亿次的超算,将天河2号之前保持的性能往前推进了一个量级,晋级新的世界第一超算。伴随着太湖之光的其实不仅仅是第一名的荣誉,这次TOP500上中国上榜的超算数量首次超过了以往的霸主美国,超算应用也实现了三十年来的突破,更重要的是太湖之光计算机使用的是国产处理器,不再是Intel的Xeon处理器。
国产处理器“取代”Intel、AMD等国际公司的处理器一直是国家的战略和梦想,如今在太湖之光计算机上算是真正圆梦了,不过当初的新闻报道中笔者也看到了评论中很多人对国产处理器的批评(虽然大部分否定太湖之光的人只是宣泄情绪、负能量而已),这个问题也是影响国产处理器发展的一个重要因素,因为生态体系的缺乏,中国发展自己的处理器也只能是“摸着石头过河”,这个石头就是国外已经发展的处理器指令集,但这种路线又很容易被不明真相的围观者嘲讽——都用了别人的指令集了,怎么还敢叫自主产权?
对于这个问题,多年前龙芯处理器的架构师胡伟武博士也解释过:“我们CPU也是可以做世界第一的,而且有,关键就是没法用,用户不用你。”软件生态的现实决定了国产处理器不可能从0开始研发,在这方面日本80-90年代通过TRON计划研制通用OS、CPU但最终失败的例子可以说是前车之鉴,反而C919大飞机这种国际化分工合作的模式容易获得成功。
在研发处理器方面,既然我们的目标是“过河”,为了稳妥、安全,摸着石头小心探索也是可行的,而中国在处理器研发上可以说把河里的石头都摸了个遍,从X86到ARM再到MIPS还有小众的SPARC、Alpha甚至安腾架构,国内几乎都尝试了。
今天的超能课堂里,我们就来简单了解下国内处理器的指令集体系及技术来源。根据公开来源,笔者能找到的有代表性的国产处理器方案主要有龙芯、申威、兆芯、飞腾、宏芯以及智能手机/平板领域发展最好的海思、展讯、全志等,他们所用的架构涉及X86、ARM、MIPS、Power及SPARC、Alpha等,如下图所示:
常见国产处理器指令集体系及来源(点击放大)
·龙芯:血统纯正的中国芯,商业化不尽如人意
龙芯并非最早的国产处理器,也不是最成功的国产处理器,但提到国产处理器,大家第一个想到的恐怕就是龙芯了,它是曝光率最高的国产处理器,而且考虑到它是中科院计算机所研发的,其血统的纯正性更容易成为国产处理器的代表。
龙芯课题组于2001年成立,不过龙芯处理器的正式诞生之日是2002年8月10日,在计算所长李国杰院士的领导下,龙芯之父胡伟武博士及其团队拿出了龙芯1号处理器,当年他还写过《我们的龙芯1号》一文介绍龙芯的研发历程,小编当年也看过这篇文章,记忆犹新的是龙芯的中文代号是“狗剩”,源于中国人“赖名好养活”的习俗,不过也可以看出团队对龙芯处理器的未来虽然有期待,但当时应该是挺担心这个项目的未来发展的,只是龙芯的英文名就非常高大上了——Godson,上帝之子!
龙芯一出世就顶着自主研发的美名,但是没多久就被爆出龙芯的指令集实际上是源于MIPS,也就是说是买来的,这让龙芯瞬间被千夫所指,研发团队也背负了骂名和压力,胡伟武博士也解释过为何选择MIPS指令集,前面说的“用户不用你”就是根本原因,自建一套软件生态系统对中科院这样的学术单位来说是不可能的任务。
对龙芯的第二个质疑在于他们选择了MIPS指令集而非现在大红大紫的ARM指令集,不过时间回溯到2000年代(龙芯立项研发的时代可能更早一些),当时的ARM可没有如今这般强势,而MIPS在大学、科研单位有良好的基础,龙芯团队选择MIPS也是情有可原。
不管怎样,龙芯这个项目算是活下来了,从最初的龙芯1到目前的龙芯3已经发展了三代了,每一代其实又衍生出了多个版本,从单核、双核到四核、八核,从180nm工艺到28nm工艺,从双发射到四发射,龙芯处理器的架构、规格、频率、性能都在不断进步,龙芯3B2000甚至号称性能达到了Intel Ivy Bridge处理器的水平,其指令集其实已经远远超出了MIPS范畴,加入了很多龙芯团队自己开发的指令,比之前的产品增加了500多条自定义龙芯扩展指令,可用于实现对其他主流指令系统的二进制翻译兼容,另外存储访问和I/O效率也有大幅的提高,还有一点就是软硬件将保持向前兼容。
但是龙芯也不是没有槽点,大多数龙芯处理器其实活在了中科院给外界展示成果的展台上,尽管多年来大家对龙芯抱以期待,中科院甚至让旗下的江苏梦兰集团参与成立中科龙梦公司加速商业化,也推出了灵珑/福珑/逸珑台式机、笔记本等产品,但这些产品大都昙花一现,性能无法达到主流水平,很快就被人给忘记了。
·申威/飞腾:最成功的国产处理器,军方的秘密武器
申威和飞腾尽管选择的处理器路线不同,不过这两家要放在一起说了,因为这两家背后有军方背景,申威处理器是无锡江南计算技术研究所研发的,后者也是总参谋部第五十六研究所,它有个名字是上海高性能集成电路设计中心,而天津飞腾是国防科大旗下的。此外,早前我们还报道过一家名为Phytium公司在去年的Hotchips 2015会议上推出了代号为Mars(火星)的多核处理器,这家公司是广州飞腾,据说也是国防科大下属的,但跟研发飞腾FT处理器的天津飞腾又不是一家单位。
回到正题,江南所在计算机技术研究上也是老资历了,不过在处理器指令集上他们的选择看起来有点非主流——DEC公司的Alpha 21264指令集,在技术上Alpha有独特之处,DEC当年在处理器市场也曾叱咤风云,AMD的K7架构就有部分技术源于Alpha架构,AMD上上上任CEO德克·梅尔(Dirk Meyer)就来自DEC公司,去年辞职走人的Zen架构之父Jim Keller也曾在DEC公司研发Alpha架构。
如今DEC公司早就烟消云散,公司几经转卖,微软在Win2000之后也放弃了对Alpha架构的支持,Alpha架构也早就不再更新了,专利也过期了,这可能是江南所选择Alpha架构的原因之一。2011年济南的超算中心部署了神威蓝光,它所用的处理器就是神威SW1600,16核心,现在的资料都认为它是基于专利已经过期的DEC ALPHA 21164A EV-56架构。

申威SW26010处理器是260核心
这次的太湖之光的神威SW26010处理器也是江南所研发的,虽然大家猜测它还是Alpha指令集,但跟龙芯后续架构类似,申威SW26010的架构、指令集已经远远超出了之前的范畴,加入了很多新指令。这次的SW26010就是260核心众核架构,乱序执行架构,频率1.45GHz,整个处理器包括4个MPE(Management Processing Element)管理单元、4个CPE(Computing Processing Element)计算单元及4个MC内存控制器单元组成,其中CPE单元又由8x8阵列的64核心组成,所以总计是260个核心(4x64+4=260)。
与其他国产处理器相比,申威系在性能上完全走在了前列,在世界范围内都是靠前的,SW26010的理论浮点性能高达3TFLOPS,其性能完全可与Inel最新的Xeon Phi加速卡一拼。不过申威处理器的不足之处在于内存系统,太湖之光性能达到天河2号三倍的同时总内存反而从1.4PB降低到了1.31PB,每个节点使用了四路128bit DDR3-2133内存,带宽为136GB/s,这一点上不如Intel的Xeon Phi加速卡,后者自身集成了16GB eDRAM缓存,带宽超过500GB/s,而且早就支持DDR4内存了。
再来说下飞腾,天津飞腾研发的FT系列处理器也在HPC领域有过应用,不过飞腾FT处理器用的架构更杂乱,从公开资料来看第一代FT处理器兼容于Intel安腾2指令集,第二代FT-64处理器在银河计算机中有过使用,第三代产品FT-1000则是基于开源的UltraSPARC架构,8核64线程,在天河1号计算机的节点网络上有使用。
之后的FT-1500还是基于SPARC架构,制程工艺从65nm升级到了40nm,16核心128线程,在天河2号超算中使用了4096颗FT-1500处理器作为节点前端处理器。
最新的FT-1500A虽然名字跟上面的类似,但实际上没什么关系了,因为它的架构变成了ARM 64位,使用的是28nm工艺。据天津飞腾总经理谷虹介绍,FT-1500A系列处理器是64位通用CPU,兼容ARM V8指令集,采用国际先进的28nm工艺流片,具有高性能、低功耗等特点,关键技术国内领先,可实现对Intel中高端“至强”服务器芯片的替代,并广泛应用于政府办公和金融、税务等各行业信息化系统之中。
不论是申威还是飞腾,这两家军方背景的国产处理器单位因为目标明确,可以说是国产处理器中做的最成功的——不论性能还是架构设计都有独特之处,申威处理器不仅有硬件研发,还在编译器及Linux操作系统(神威睿思)上做了创新,太湖之光这次有三项应用入围戈登贝尔奖,这也得归功于江南所在超算应用上的努力。
·中晟宏芯:借力蓝色巨人IBM,Power架构能撑起一片天?
通用处理器架构也曾百花齐放,Intel当年面对的对手比现在多得多,但X86现在差不多一统天下了,能跟Intel竞争的公司就更少了,强大如IBM这样拥有Power架构的公司也不行了,他们索性于2013年联合NVIDIA、泰安电脑等公司成立OpenPower开放联盟,其他公司也可以获得Power架构授权。此后在2014年还推动成立中国POWER技术产业生态联盟,IBM与多家中国公司签署了授权协议,中晟宏芯就是其中的一家。

IBM的Power架构一度成为国产处理器的希望
中晟宏芯成立于2013年,发起人是江苏梦兰集团、江苏中晟智源、苏州高新创业投资集团,梦兰集团之前我们说过是中科院旗下的公司,而后两者可以说是江苏政府代表,因此中晟宏芯获得Power架构技术得到了工信部及江苏政府、中科院计算所的支持,计算所甚至派了一个技术团队,如果一切都能按照预定的引进、消化、吸收,中晟宏芯应该在2019年推出国产化的Power处理器。
但是事与愿违,中晟宏芯虽然很快就推出了CP1处理器,但这只是IBM Power 8处理器的马甲而已,还没等这家公司消化Power技术,他们就闹出了欠薪风波,中科院派出的技术人员发不出工资,此后公司也不断动荡,股东发生变化,人员也波动频繁,指望中晟宏芯推动Power架构国产化是没希望了。
此外,IBM的Power架构在国内银行等关键行业有重要应用,而且Power处理器性能强劲,是个好东西,但真要引进消化也没这么容易,以Power 8架构为例,它是12核心96线程,核心面积达到了650mm2,复杂度远高于普通处理器,再加上原本使用的是IBM自己的22nm SOI工艺,而SOI工艺已经没多少代工厂搞了(GlobalFoundries用过,28nm节点放弃,后来又继承了IBM的衣钵),这无疑增加了Power处理器的国产化难度。
·兆芯/海光:中国能用X86技术打败Intel、AMD?
前面提到的国产处理器中,除了军方背景的申威、飞腾之外,基于MIPS、SPARC以及Power架构的处理器发展过程都是一波三折,他们面临的核心问题也是一样的——软件生态远不如X86。既然大家都能注意到这个问题,那中国为什么不直接选择X86体系呢?这是个好问题,你还别说,国内还真有搞X86架构的。
国内较早跟X86架构授权有关的是北大微电子中心,2005年AMD跟中国政府达成了协议,科技部指定北大微电子中心接收AMD Geode-2处理器技术授权,北大微电子中心还把这事作为重点宣传,表示“这是美国历史上,第一次向在美国境外授权开发X86兼容的微处理器及系统芯片。此次合作也是迄今为止中美半导体领域最具影响力的技术合作。”
AMD给的这个处理器是X86架构的,中国因此获得了X86技术,不过Geode处理器大部分人是没听说过的吧,因为这是AMD嵌入式处理器,其最初起源于Cyrix公司的MeidaGX平台,后来Cyrix这部分业务被国家半导体(NS)收购,2003年AMD又把国家半导体的Geode业务收了。
AMD授权给北大的X86技术显然不可能是最顶级的,所以选了嵌入式架构给中国,不过这点“施舍”已经可以让北大好好装一下了,很多人恐怕不记得还有北大众志处理器吧,原先也是做MIPS架构,得到AMD授权之后,他们的PKUnity86-3就是X86兼容处理器,但最后也是不了了之,也只活在了展台上,现在都没什么消息了。
说得有点远了,回到正题上来。由于X86架构是AMD、Intel吃饭的家伙,他们通常是没可能把技术授权给别人的,AMD之前那个例子更多地是拿买来的技术迎合中国市场而已,中国公司从这两家获得X86技术的可能性几乎没了。不过我们别忘了X86技术实际上并非只有AMD和Intel,VIA威盛公司也有X86授权的,他们的技术来源于Cyrix,后者又是Intel当年对外授权X86技术的几家公司之一。
在当年的Intel反垄断案和解之后,VIA的X86技术也算是正当化了,但是VIA自己是个小公司,没法玩转高性能X86架构的,他们出的Nano、Nehemiah(尼希米)、Esther(以斯帖)、Isaiah(以赛亚,VIA总经理陈文琦、王雪红夫妇是基督徒,产品代号也很有宗教特色)等处理器虽然不乏特色,但因为制造工艺不能跟Intel相比,架构和性能也是不能相提并论的。既然没有市场了,那VIA索性把X86技术卖给了大陆的上海兆芯公司。
兆芯这家公司也是很有背景的,2013年由上海国资委旗下的联和投资与VIA成立的,注册资本2亿美元,上海出资80%,VIA占股20%。这次的合作显然是大陆出钱,VIA出技术,因为兆芯的业务范围包括X86 CPU、ARM CPU、GPU及芯片组研发都是VIA现有的,上海国资委下面的投资公司可没这技术。
凭借雄厚的背景,兆芯如愿拿下了国家的核高基项目,根据公开报道兆芯拿到的核高基补贴高达56亿,后续还在申请,总额高达70亿。至于回报,兆芯号称自主研发的ZX-C处理器于2015年4月量产,28nm工艺,四核处理器,主频可达2.0GHz,TDP功耗仅为18W,并且支持国密算法加密,但兆芯的CPU基本上都是VIA处理器的马甲,毕竟从成立到拿出产品只有2年左右的时间,这么快就生产出四核X86处理器并不容易。
除了上海兆芯,国内另一家获得X86技术授权的是天津海光,这事还得从AMD说起,今年Q2季度财报公布之后,AMD宣布他们跟中国天津海光投资公司达成了协议,将X86技术授权给海光公司,获得2.93亿美元的授权费,双方还会成立合资公司。
目前有关AMD、海光的X86授权协议还不明确,但AMD这次授权给中国公司的X86很可能不再是低端的,因为AMD要打开中国高性能服务器市场,授权的架构很可能是高性能的Zen技术,换句话说AMD有可能给了中国公司最尖端的X86技术,如果真是如此,AMD这一次可真的是拼了。
海思:商用市场的成功才是真成功
这里虽然选择了华为的海思,不过笔者要说的其实是海思、展讯、全志、瑞芯微等一帮民营公司开发的处理器,选择海思作为代表,是因为海思是其中的佼佼者。这些公司虽然没多少背景(海思背后的华为算是大公司,是个例外),但他们恰恰是商业化最成功的国产处理器,这点跟前面介绍的其他处理器不同。
商业公司以市场为导向,不必背负什么国产、自主产权的压力,他们无一例外选择了最热门的ARM体系,架构也多是购买的ARM公司的Cortex-A系列授权,GPU也是花钱授权的,海思还可以研发自己的基带及ISP、DSP等芯片,目前的麒麟950处理器是首款Cortex-A72核心、Mali-T880 GPU及TSMC 16nm Plus工艺处理器,已经具备国际先进水平。
总结:
以上介绍的国产处理器中,他们大体可以写分为学院派、军方派、国资派及民营派,其中商业化最好的显然是民营派,国内厂商在手机/平板SoC处理器上已经闯出一片天,军方派的飞腾、申威因为目标明确,实际上发展的也相当成功,申威SW26010在众核架构上也具备世界水准了。
不能让人满意的要属学院派及国资派了,龙芯被寄予厚望,但市场化举步维艰,考虑到MIPS指令集的应用场合,龙芯进入主流市场是没可能了。一些国有资本参与的国产处理器更让人失望,其所推出的处理器经常号称国产自主产权或者自主研发,但背后多是马甲,很多项目都是为了争取国家的核高基巨额补贴。
当然,在套取国家补贴这点上,不仅是国资派,所有公司其实都对这个蛋糕垂涎三尺。华为海思虽然在商用市场发展的不错了,这点值得表扬,但他们也没忘记核高基补贴。我们曾报道过华为的泰山服务器,此前资料说它使用的是华为自主研发的CPU架构,但之后华为公关找我们澄清过——该处理器不是16核而是32核的,基于公版Cortex-A57架构,华为表示该项目是国家核高基计划,不会量产
笔者并不是反对国家补贴高科技发展,以当前国内相对弱势的情况来看,国家的支持和补助对处理器研发以及存储芯片研发、半导体工艺等重大技术都是非常必要的,问题是如何避免有些公司浑水摸鱼、骗取纳税人资金。
尽管有这样那样的问题,国产处理器无论如何都是一个要大力发展的行业,我们希望不久的将来能看到中国公司也能制造出世界级水准的高性能处理器,与Intel、AMD、高通等公司同台竞争,尽管不是每一个人都会选择国产处理器。

愿汉芯一号这样的事件永不再演

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 楼主| 发表于 2019-2-21 19:59:51 | 显示全部楼层
本帖最后由 firemail 于 2019-2-22 09:13 编辑

操作系统  windows linux
硬件平台  

RISC  精简指令集计算机      ARM/MIPS/PowerPC/DEC Alpha/UltraSPARC
CISC  复杂指令集计算机      X86
                 cpu架构   指令集
x86(32/64)  ----- ARM  ---- CISC         ---------windows
龙芯(32/64)  ----- MIPS --- RISC       ---------linux
飞腾(64)     ----- UltraSPARC --- RISC       ---------linux
神威(64)     ----- Alpha --- RISC       ---------linux

桌面CPU性能天梯图

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发表于 2023-2-24 18:32:33 | 显示全部楼层
AMD和Intel 处理器构造有什么区别
简单点说,现在无论是INTEL还是AMD的CPU都是基于X86微架构下的CPU,兼容X86指令集,目前的桌面级别应用软件也都是基于X86下开发的应用软件,所以不存在不兼容的问题。
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