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别怕,明天登岛吧,国产通用CPU比俄罗斯的同类强大(三)

2023-02-12 2890 0

中俄通用CPU的研发简史

个人认为我国研发通用CPU的能力强于俄罗斯。苏联的计算机专家很强大,但俄罗斯却有些青黄不接的感觉。

苏联时期很重视计算机的研发,但随着苏联解体,大量计算机专家外流,现在俄罗斯通用计算机的领域,大概只有Elbrus系列还在艰难求存。我国从1957年开始计算机研制,至80年代初在计算机领域也是百花齐放。80年代计算机进入集成电路时代,西方封锁以及自我阉割造成我国集成电路生产技术落后,集成电路设计能力也被迫放弃发展,我国对计算机的自主设计迅速从底层核心上浮到产品组装的层次。

MCST的Elbrus系列:

俄罗斯超算之父Boris Babayan(译为“鲍里斯•巴贝扬”或“鲍里斯•巴巴扬”),1933年出生,现在已经89岁,从青年到现在一直从事计算机科研工作,并将继续从事计算机科研工作。他是Elbrus系列超算和通用CPU的主要研发者,1978年他率领团队研发出世界第一台超标量计算机Elbrus-1,整整领先西方世界十三年。

1991年苏联解体,Boris Babayan为了把核心团队留在俄罗斯,在1992年与SUN公司在莫斯科建立了SPARC技术中心(MCST)。然而MCST尽管一直在继续研发Elbrus系列,但早些年却几乎完全在干技术输出的活。SUN、HP、Intel的计算机产品中都有MCST的技术贡献,而属于他们自己的Elbrus 2000(E2K)却进展缓慢,因缺少资金而没有任何产品商业化。投入不足导致技术进步越来越慢,E2K原本先进的设计理念最终落后于时代。

2000年普京上台之后,MCST才获得稳定的政府订单、国防订单以及财政支持,稍稍缓解了MCST的窘迫。从1994到2004,花了10年的时间Elbrus 2000(E2K)才终于落地,要是从Elbrus-3那时算,这一款支持二进制翻译的VLIW架构的CPU,从构思到完成整整花了20年。

可能是匮乏的资金、人员的流失、缓慢的进展彻底耗尽了Boris Babayan的耐心,也使他失去了继续支撑俄罗斯通用CPU发展的信心。在2004年E2K设计成功之后,Boris Babayan带着核心团队加入了Intel,但把E2K的设计留在了MCST,算是对祖国的交待?

Intel融合E2K的设计思想和相关技术后如虎添翼,留在MCST的E2K核心却失去了迭代的能力。E2K至今的后续产品,几乎只是通过提高主频和堆积核心来提高性能,核心的逻辑设计只是修修补补,没有进步。E2K与世界一流产品的距离越来越远,当俄罗斯必须要有自主CPU的时候,Elbrus的性能已经难以支撑现代的信息化体系。


贝加尔的Baikal系列:

但是俄罗斯需要自主CPU,Elbrus又正好可以承担候补的责任,那么它就应该继续发展,必须继续提升。依靠购买IP过活的贝加尔(Baikal)无法替代Elbrus,只要命根子被握在别人手里,被逼迫只有第一次和无数次。


龙芯的通用CPU:

俄罗斯是在2000年普京上台后加强了对自主CPU的支持,我国也是稍后开始发展自主CPU。

我国自主CPU起步之初的状况远不如俄罗斯,发展过程也是挫折不断。老一辈专家至少已有20年没有涉足CPU设计,新生代更是对现代CPU的设计没有任何实践。俄罗斯是青黄不接,我国面对的则是荒废了二十年的不毛之地。

国内第一款自主设计的嵌入式CPU所托非人,负责人觉得赚不了钱就放弃了发展。

国内第一款自主设计的通用CPU以及后续型号,也因为性能比不上世界主流产品而差点夭折。

我国和俄罗斯一样有对自主苛刻、对引进优待的毛病。某些领导和专家有意无意地无视科学发展的客观规律,一味指责自主CPU进步缓慢。一边削减自主CPU的研发资金,一边花巨资引进国外的、已经被市场淘汰的CPU技术。进一步缩小了自主CPU的市场空间,压制了自主CPU的发展速度。引进CPU的受益者更是表现出对自主CPU强烈的攻击欲望,似乎要置之于死地才心甘。现在发现引进技术的CPU难以依靠,却已尾大不掉,只能继续投入。俄罗斯的贝加尔(Baikal)面临的难题,我们迟早也会遭遇,时间可能与登陆台湾同步。

还好龙芯很坚韧,开发出了多种型号的嵌入式CPU,深入市场的边边角角,捡来各种小项目维持生存,自负盈亏,成功地反哺了桌面和服务器CPU的研发。现在轮到龙芯嘲讽引进的CPU性能低下、进步缓慢了。往上看,龙芯前面只剩下了Intel和AMD,旁边另一条道路上还有一群都姓ARM的克隆体。

MCST从Elbrus 2000(E2K)开发成功到现在的多款产品,几乎只是依靠更新工艺、提高频率、堆积核心来提高性能,然而Elbrus系列的频率也不见多高。龙芯和它相反,认为在CPU核心逻辑设计水平接近同期的主流产品之前,没有必要过于注重工艺和频率。因此龙芯在中科院计算所时,每一代设计都在大幅度修改CPU核心的逻辑设计。在龙芯独立成公司之后,改成了每两代产品重新设计核心,两代新核心之间的那一代产品主要更新工艺或提高频率。这样的以提升核心设计水平为主的模式,造就了龙芯神奇的性能进步速度,从3A1000到3A5000,10年间单核性能提高了10倍。


申威的通用CPU:

申威身后有一双隐形的翅膀,可以保护它不受侵扰,也成功撑过了最艰难的阶段。申威设计的超算CPU大放异彩,并正在向桌面和服务器下沉。申威早先主要是为超算设计CPU,对CPU的通用处理性能重视不足,目前的桌面和服务器CPU和Elbrus是差不多的性能水平。但是近几年申威的进步速度也很快,还在设计中的下一代核心很不错,通用处理性能不输引进技术CPU的最高水平。当前的申威CPU还是更适合用于保密需求较高的、需要众核处理器的场合。


飞腾的通用CPU:

飞腾以前的自主性比现在高,基于SPARC架构的FT-1000和FT-1500都在超算上使用过,尽管只用于任务交互和网络通信。但自从2013年为了“市场化”而转向ARM架构之后,不但丧失了自主性,而且混成了和Elbrus一样的模式:几乎只是依靠更新工艺、提高频率、堆积核心来提高性能,但是其CPU频率也和Elbrus一样没见有多高。

飞腾多核互联和多路互联的技术较强,只是在ARM推出原生的互联方案之后,飞腾的研究成果也成了鸡肋。以后再设计众核CPU时,是用自己的方案还是用ARM的方案呢?这是很艰难的选择!购买ARM架构授权设计CPU也要面对选择困难,因为别人花很少的钱买一个ARM的IP,就能超过自己花费大量成本和时间的设计成果,自己的产品如何在ARM的世界里生存?


华为的通用CPU:

华为海思的鲲鹏920已经停产,它也只有这一系列的产品是面向桌面和服务器的通用CPU,就不单独列表格了。

兆芯的通用CPU:

兆芯的产品像是个笑话,它的第一代CPU只是把VIA Nano X2 C4350AL改了个名字,连壳子都不换。第二代产品ZX-B只是把改名为 ZX-A C4350AL的CPU在国内代工厂重新流片,就完成了核高基55亿的01专项。之后的ZX-C出现在了关于美国Centaur公司的记录片中,Centaur说那是他们迄今设计得最好的CPU,是卖到中国的关键。再之后的ZX-D和ZX-E也是靠着更新工艺提高主频来提高性能,把原本的4核设计改成8核之后,还出现了在访问单通道内存时,多线程比单线程更慢的现象。

兆芯当前最后的桌面CPU是KX-U6780A,使用16nm工艺。主频相对使用40nm工艺的ZX-A C4350AL提高了56%,内存也从DDR3换成了DDR4,单核性能却仅提高了70%左右。KX-U6780A的单核性能仅与2007的Intel笔记本CPU DuoCore2 T7500(2.2GHz,DDR2-667)持平,但是兆芯官方的宣传浮夸得很。


海光的通用CPU:

海光的CPU连它官网上都不介绍型号,既然海光官方认为没有必要介绍,那么笔者就也认为没有必要介绍。

龙芯和申威的成功除了科研人员的无私付出,在很大程度上也是体制的成功。龙芯发展的前十年,科研团队都是中科院计算所的工作人员,尽管科研经费不足,但团队始终保持稳定。龙芯研发团队辞职创办龙芯中科公司之后,与中科院计算所仍有千丝万缕的联系,相互之间项目合作不断。龙芯中科最艰难的头几年,也依靠中科院计算所的扶持才得以持续发展,核心团队仍然保持稳定。申威的科研团队主要来自学校和军队,人员流失的风险更小,更能保障技术研究的持续性。

飞腾和兆芯能在信创市场厮混也得益于体制。以兆芯为例,它的CPU核心设计源自VIA旗下的美国Centaur,只是扯了张国产的大旗,与壳子上刻了Made in China的AMD产品没有本质区别。兆芯8核的KX-U6780A实测性能(不是兆芯官方宣传性能)只和4核的Intel初代i5-760相当,也就是说单核性能只有i5-760一半的水平。75W的TDP功率也和i5-760差不多,成本却远高于i5-760。如果不是因为体制,不是因为存在信创市场,兆芯的CPU能卖给谁呢?都是x86架构,或都是arm架构,性能远不如进口同类的情况下还不思进取,一旦离开了体制,离开了信创,国产的x86和arm处理器市场在哪里?而龙芯和申威和它们不一样,在信创市场诞生之前,龙芯和申威就已经活下来了,还活得越来越好。


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