飞腾芯片在国内处于什么水平?

张玉旗1


1、飞腾公司以打造安全、可控、高效、稳定的信息系统为己任,引领国际主流生态系统建设,秉承创新、开放、共享、绿色、共赢的商业模式和经营理念,同国内外主流的整机、芯片、系统软件和应用软件厂商立了良好的战略合作关系,构建了完善的基于飞腾产品的生态系统。基于飞腾产品的整机系统已经在政府办公设备、企业服务器、电信交换机、互联网存储、云计算平台等多个领域推广应用。

2、飞腾是专注于ARM芯片研发的中国芯片设计企业,主要致力于国产高性能、低功耗集成电路芯片的设计与服务,可广泛应用于计算机终端与服务器。飞腾CPU已经成为国产自主安全主力芯片,目前国内完全自主设计的芯片厂商仅飞腾等寥寥数家,飞腾在CPU、JS引擎性能、HTML5兼容性等方面全面领先其他厂商。近年,随着国产化应用的逐渐深入,飞腾CPU销量逐年递增。截止2018年12月31日,天津飞腾净资产的评估价值为人民币62,363.49



3、国防科大研制的"飞腾"芯片是为"天河"系列计算机量身定制的,达到了当今世界主流服务器CPU的水平。"在安装'飞腾'芯片后,'天河一号'的峰值速度和运算效率将大大提高。"



3、"银河飞腾"高性能32位浮点数字信号处理器在北京通过国家鉴定。银河飞腾处理器是目前国际上同类产品中综合性能最高的浮点DSP芯片,其计算速度、输入输出能力和功耗等技术指标不仅国内领先,而且与国际上通用的主流型高档DSP芯片相比,在采用同一工艺水平的情况下,综合性能高30%以上。


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目前国产芯片有龙芯,飞腾,申威。而飞腾,国防科技大学做的;最早飞腾是做芯片逆向的,后来国内政策更倾向于正向设计CPU,那时候飞腾开始转向正向设计。飞腾起步做CPU的时候Intel推ia-64,飞腾也做ia-64,但Intel的ia-64没做起来,飞腾也放弃了。之后飞腾做saprc架构CPU,后来sparc,结果sparc生态日渐衰落,飞腾放弃了sparc,做当时最火的ARM。2014年左右,飞腾推出ARM架构的新飞腾CPU,直到现在飞腾都在做ARM。正因为这样的经历,飞腾可以说是三姓家奴,指令集换了好几个,基本上是啥火做啥。现在RISC-V指令集成了明星,于是业内有飞腾要做RISC-V的消息。飞腾的人讲他们的CPU微架构是自己设计的。因此,三大国产芯片,龙芯和申威更有水平,飞腾就差一档了,虽然飞腾也为天河超级计算机做出了很大贡献。其中,龙芯是最穷的。自从2010年以来,龙芯就没有要过国家一分钱,完全自给自足。而另外两家,不像缺研发经费的主,目前国产芯片还在持续发展阶段。



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将X86、ARM、MIPS、ALPHA指令集的CPU做了一个表格如下。

编译器除龙芯确定是GCC4.8外,其余都是未知数——VIA的白皮书并没有标明测试中的GCC版本,其余编译器笔者做一个推测:申威可能是SWCC;I3 550、I5 4460可能是GCC5.1。因为仅仅是笔者猜测,严谨起见,编译器选择空白。(ICC是Intel的编译器,X86芯片都可以用;LCC是龙芯的编译器;SWCC是申威的编译器。Intel和AMD的芯片是作参照)

从表中可以看出,使用GCC编译器的情况下,兆芯、申威、飞腾SEPC2000测试和Intel haswell依旧有相当差距,spec2000测试分值最高的GS464E也仅仅是使用自家的LCC编译器的情况下,整数和Nehalem差50分,浮点和haswell差70分。而在主频方面,国内IC设计公司最高主频仅为2G,和Intel、AMD 3G以上主频差距明显。

因此,国产CPU和Intel的差距,不仅仅是主频上的。哪怕兆芯的ZX-C能到达3G以上主频,但因为微结构上的差距,依旧只有I5 4660性能的40%左右,因此微结构非常重要,可以说CPU的安全性、性能、功耗很大程度上取决于微结构,AMD的CPU在同主频下性能逊色于Intel,很大程度上也是因为微结构上的差距。

而在消费者购买CPU时,往往只关注主频、核心数、制程等参数,对微结构往往会忽略,加上Intel这些年从SNB开始挤牙膏,使得微结构更新对性能的提升非常小,导致微结构的重要性更加被忽视。

微结构差距的原因

因为宏芯、兆芯、海思、展讯目前并没有自主设计的微结构,就以龙芯、飞腾最新的两款产品和Intel做比较。以GS464E和IVY的差距而言,通过对比下表参数,就能发现原因。

如果将GS464E和IVY做对比就能发现,制约GS464E性能的最大的短板在定点发射队列和浮点发射队列上,相对于IVY的54项定点和浮点发射队列,GS464E只有16项定点发射队列,24项浮点发射队列。

龙芯对此也是心知肚明,将正在流片的3A3000,针对GS464E的瓶颈做了改进,将定点发射队列从16项提升到32项,将浮点发射队列从24项提升到32项,并提升了缓存和主频。很显然,虽然龙芯宣称TICK-TOCK,但3A3000相对于3A2000并非单纯的提升主频,定点发射队列和浮点发射队列的提升必然带来IPC的提升。





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