揭秘中国X86 CPU两大阵营,海光、兆芯谁更强?

前不久,永恒之蓝肆虐,教育网和公安内网遭到攻击,洛阳市公安官方甚至发文,承认公安内网陷入瘫痪。而Intel在不久前表示版本号为6.x、7.x、8.x、9.x、10.x、11.5、以及11.6系列的所有固件产品存在严重的漏洞,这就意味着英特尔近十年来的固件芯片都会受到影响。

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根据资料表明,国家已经制订了旨在使用国产化产品替代进口产品的计算机计划——全国党政系统的计算所实现国产化替代,从而保障国家的信息安全。不过,考虑到党政办公中,暂时还不可能一下子就彻底抛弃Windows,即便用Linux取代Windows也需要一个过渡期。而目前国内做X86 CPU的厂商中,海光和兆芯无疑是最受国家器重的企业。那么,面对如此庞大的市场,海光和兆芯谁能拔得头筹呢?

海光

海光与AMD合资的事情非常低调。据业内人士披露,海光与AMD合资是一些人抱着重复高铁技术引进、消化吸收、再创新的想法,因而开展的项目。虽然中国方面鲜有相关消息,但据外媒报道,AMD与国内公司签订的协议预计可为AMD带来2.93亿美元许可费和版税收入。目前,海光资金以天津投资和曙光自有资金为主。

其实,AMD最初的是打算和国内某驰名PC厂商合资的,还拿出了在2013年市场主流产品的源代码,并允许合资公司在此基础上进行修改形成自主的CPU核。为了规避Intel对X86专利授权的限制。据小道消息称:AMD在当初寻求合资时表示,如果AMD是合资公司的小股东,则合资公司就不能获得X86授权,只有AMD保持控股状态时,合资公司才能获得X86授权。因此最初合资的一项条件就是AMD控股合资公司。

但如果由AMD控股了合资公司,那势必影响合资公司获得国家扶持的力度,而且一旦外资控股,很多项目就无法参与了。将来若要给外资控股合资CPU公司打上“自主、可控、安全”的旗号也很容易遭受质疑。

于是形成了比较绕的一个方案:AMD与国内公司A成立合资公司B,合资公司B由AMD控股,负责开发CPU核(其实就是拿AMD现成的内核)。然后公司A购买合资公司B开发的CPU核,以此为基础开发CPU。最终实现ARM卖IP核的翻版。这样一来既规避了Intel的X86授权限制,又使这款X86 CPU成为内资公司开发的产品,迎合关于“自主、可控”等要求的界定。

只不过为了绕过Intel的X86授权限制,以及为了使开发的国产X86 CPU能够获得更多的政策、资金扶持,才把合资模式搞的这么复杂。

如果当时某PC大厂真的与AMD合资,通过垂直整合,未来的市场表现是可以期待一下的。只不过当时某PC大厂因为资金链不是很充裕,加上大公司在决策上受各种因素钳制,在犹豫不决下没能成。然后AMD又去寻找了曙光等一些公司,最终才有海光与AMD合资这个事情。虽然不清楚最后海光与AMD具体合资方式,但如果依旧是AMD变相卖IP授权,那很有可能还是之前的那个方式。

海光的最大优势是性能。由于有AMD技术做后盾,CPU的性能是不用过于担忧的——相对于VIA给兆芯的以赛亚性能非常有限,AMD给海光的是性能强劲的Zen——AMD给予海光的是Zen的结构和代码!AMD给予海光的是Zen的结构和代码!AMD给予海光的是Zen的结构和代码!重要的事情说三遍。

虽然AMD在少数模块上有技术保留,但AMD能把Zen给海光,而不是已经落后的推土机或者挖掘机,这个已经展示出AMD的诚意了。在AMD的帮助下,海光如果能把主频做到3G以上,在国内就足以傲视群雄。海光主要面向商用市场,也就是曙光原有市场,这样海光的CPU就可以直接替换曙光原本需要进口的国外X86 CPU,由于Zen的底子在,海光的CPU性能应该不会太差,这种海光依托AMD的技术设计芯片,曙光做整机销售的商业化模式,是有一定市场潜力的。

海光最大的不足是安全上存在瑕疵,以及尚不具备消化吸收Zen的技术实力。

CPU是否安全,微结构是关键,而Zen毕竟是AMD设计的,而不是国内团队完成的,考虑到美国科技公司向来有配合美国政府情报部门的惯例(斯诺登已经证实),以及相关单位已经证实,国外X86 CPU存在“冗余”模块,从怀疑论的角度去看,AMD是否会留下后门,这个还是未知数。

而且即便拿到源码,要消化吸收也是非常困难的。在自身技术实力有限的情况下,面对Zen这样复杂的东西,国内团队在短时间内很基本上是改不动的。

海光主要问题在于海光能不能消化吸收和再创新。因为AMD给的Zen相对于国内团队来说还是非常复杂的。而且海光目前的技术团队是全新的,还缺乏大项目的磨砺,在技术上和经验上还有所不足,未必能消化掉AMD给的技术。

就第一款产品来说,海光做的事情是互联和cache一致性等工作,以及SoC要海光自己做。但内核却是由AMD提供的Zen,而且生产方面可能有需要仰仗AMD,很可能由AMD找晶圆厂(比如GF)代工。

对于海光来说,磨砺自己的技术团队,最终实现消化吸收AMD给的技术才是当务之急。

兆芯

兆芯是一家国家大力扶持的IC设计公司,在十二五期间,承接了核高基01专项,获得了数十亿资金扶持。在2017年又拿到了核高基一大笔钱。因此,兆芯是一家不差钱的公司,即便无法盈利,也能过的很好。相对于海光来说,兆芯获得的国家资源要丰富的多——海光以天津投资和曙光自有资金为主,兆芯拿核高基的钱拿到手软。

兆芯技术来源在于是VIA公司,其ZXA就是VIA Nano马甲,ZXC QuadCore C4600和VIA QuadCore C4650十有八九就是同一个东西。虽然兆芯在各种场合一直宣传自己符合自主可控,但其实ZXC的内核其实就是美国Centaur公司设计的以赛亚。ZXC极有可能就是把人家的设计或版图买过来,重新在台积电流片的产物。而兆新最新公布的ZXD,根据目前的信息看,其实是基于ZX-C的改版,在微结构不动情况下,做的SoC设计,集成了内存控制器,pcie控制器等,二级cache变大。

兆芯的最大优势有两个:一是能跑Windows,二是可以得到国家巨额资金扶持。

兆芯的不足也很明显:一是存在知识产权瑕疵;二是CPU性能比较一般;三是安全上存在瑕疵。

首先,在知识产权上,兆芯是存在瑕疵的,比如X86授权——毕竟AMD来华寻求合资时强调,必须控股,合资公司才能使用X86授权。但VIA只持有兆芯的2成股份,如果VIA持有兆芯2成股份,兆芯就能合法使用X86授权。那么,这就意味着VIA和AMD至少有一方在说谎。

不过,由于上海市国资委下属的单位持有兆芯80%的股份,这种政府背景的公司,在对Intel没有任何威胁的时候,Intel未必会起诉——毕竟在中国起诉政府背景的公司很难获得实际利益。但如果兆芯敢卖到美国去,很可能会被Intel弄得死去活来——毕竟当年VIA的桥片一度挺火的,但在Intel专利大棒下灰飞烟灭了,VIA都顶不住专利大棒,技术源自VIA的兆芯根本不可能有AMD那种和Intel交叉授权的地位。

其次,兆芯CPU性能比较一般,就以已经量产的芯片中性能最强的ZXC为例,即便是ZXC中主频最高的C4600,和AMD/海光相比差距非常大,根据AMD公布的数据:Zen在3.4Ghz频率下,使用 GCC4.6编译器,优化参数 -O2,定点成绩为31.5,是C4600的3倍左右。

即便是与龙芯、申威、飞腾相比较,C4600也处于劣势,在局部一些指标上还处于明显劣势——单线程STREAM的测试,C4600的STREAM带宽基本为4-5GB/s,而龙芯3A3000为8+GB/s。多线程STREAM的测试,C4600的STREAM带宽基本为3+GB/s,而龙芯3A3000为12-13GB/s。在多线程上,C4600定点成绩是龙芯3A3000的74%,C4600浮点成绩是龙芯3A3000的70%。而申威421的成绩比龙芯3A3000还要强一些,兆芯和申威421的差距还要更大一些。

虽然兆芯官方宣传,ZXD的SPEC2006定点和浮点都在20分以上,但其实是ICC的成绩,而且从兆芯“单任务”这样的用词来看,很有可能是开并行化的结果。这是什么意思呢?

在开启并行化后,会将原本单线程执行的程序并行化给多个处理器执行,进而获得性能增益。但这种并行化仅仅只能用来跑分,实际日常使用中,很多常用代码并不支持,因而并行化是没有什么实际使用意义的。因此,兆芯官方宣传所谓的“ZXD的SPEC2006定点和浮点都在20分以上”水分非常大。

最后,就是存在安全瑕疵。从C4600的情况看,其内核就是美国Centaur公司设计的以赛亚。兆芯相关的英文资料也表明:Based on Centaur Technologie’s microarchitecture designs 。

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兆芯和VIA、美国Centaur公司之间的关系,兆芯国内技术团队、VIA、美国Centaur公司在设计兆芯的CPU中各扮演了什么角色,这也是非常令人玩味的。

正是因此在安全市场上,由于兆芯是VIA马甲的现实,导致兆芯在一些项目上无法参与,比如XX工程中,上海市上报提议使用兆芯,结果被北京否决,换成了真正自主设计的CPU。再比如军队根本不认可兆芯,也是禁止使用的。

对兆芯来说,由于性能太弱,无法在民用市场无力与Intel、AMD竞争,即便要打国产 X86 CPU的旗号,就性能上来说,也无法与海光相比。

在安全市场因为VIA马甲的现状,导致大多局限于上海本地党政市场推广,加上安全市场不能用Windows,这使得兆芯能跑Windows的优势被废。虽然有上海政府的鼎立支持,但相对于全国党政军市场来说,还是过于渺小。这是兆芯当前面临的窘境。

结语

海光和兆芯颇具相似之处,都属于国家重点扶持企业,压根不差钱。而且都属于X86 CPU,能跑Windows,就现阶段来说,从安全性、自主可控方面来说,两者都是有瑕疵——海光的国产X86芯片,内核是源自AMD的Zen;兆芯的国产X86芯片,其实是VIA的马甲。

差异就在于AMD的技术实力远远胜过VIA——AMD给的Zen也比VIA给的以赛亚强的多,因而在CPU性能上,海光远远强于兆芯。

在商业市场上,海光的CPU有一定市场竞争力,但兆芯的CPU完全不具备市场竞争力。而且曙光和海光之间的股权关系,使得曙光有比较大的动机去鼎立支持海光。而兆芯的整机合作伙伴很多也是龙芯、申威、飞腾的合作伙伴,属于几家整机产品都做,对于整机厂来说,客户青睐哪家的CPU,就多生产该CPU的整机产品。这样一来,很难形成曙光对海光那种强度的支持。

至于两者企业能否在国有天量资金的扶持下,实现高铁模式的消化吸收再创新,就只有交给时间了。

weinxin
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