中央處理器,大眾更喜歡叫它的“洋名”——CPU。2019 年 5 月,當美國商務部將華為列入“實體名單”時,很多人都質疑,如果美國禁售 CPU 給中國,那我們有替代方案嗎?

 

相較于這樣的問詢,筆者則更為悲觀一些,如果美國禁售 CPU,我國的科技水平將倒退到什么地步?

 

我們先看看國際領先水平的位置在哪里?毫無疑問,標桿就是英特爾AMD

 

 

從桌面級 CPU 天梯圖來看,在英特爾產品陣營中,九代酷睿中的至強 W-3175X 屬于最強配置,十代酷睿的 i9-10980XE 緊隨其后。

 

作為英特爾最強的桌面級 CPU,和其他九代處理器一樣,至強 W-3175X 處理器采用 14nm 制程工藝。該處理器擁有 28 核心 56 線程,基礎頻率 3.1GHz,最高可實現全核 5.0GHz,三級緩存高達 38.5MB,內存支持 6 通道 DDR4-2666,最大支持 512GB 內存,TDP 高達 255W。

 

i9-10980XE 是目前十代酷睿性能最強的桌面級處理器。其采用 10 nm 制程工藝,擁有 18 核心 36 線程,24.75MB 三級緩存,基準頻率 3.0GHz,睿頻 2.0 加速最高 4.6GHz,睿頻 Max 3.0 加速最高 4.8GHz,支持四通道 DDR4-2933 內存,支持 72 條 PCIe 3.0,熱設計功耗 165W,搭配 X299 系列主板。

 


英特爾各世代代號和制造工藝

 

除了性能領先的兩款產品,英特爾在 14nm 工藝節點上有多個世代的產品。

 

從桌面級 CPU 的產品線豐富程度來說,AMD 并不能和英特爾抗衡,但是由于臺積電工藝的加成,AMD 還是在高端處理器市場給英特爾造成了麻煩。AMD 三代銳龍中的 ThreadRipper 3970X 以及 ThreadRipper 3990X 占據桌面級 CPU 性能榜的最高兩個位置。另外,按照榜單,二代銳龍中的 ThreadRipper2990WX 性能也比英特爾至強 W-3175X 更強悍。

 

作為桌面級 CPU 最強的 ThreadRipper 3990X,其采用臺積電 7nm 工藝,擁有 64 核心和 128 線程,二級緩存 32M,三級緩存 256M,支持 TDP 技術。

 

看完英特爾和 AMD 桌面級 CPU 性能,我們也就看過了當今世界桌面級 CPU 技術的最前沿。

 

除了桌面級 CPU,我們關注的另一個點是服務器級 CPU 的發展。

 

 

從上圖可以看出,服務器級 CPU 的前十名只有英特爾的產品,在第十一位我們看到了 AMD EPYC 7551。

 

作為英特爾最強的服務器級 CPU,至強 8180 屬于 Xeon Platinum 系列,采用英特爾 14nm 工藝制造,擁有 28 核心和 56 線程,主頻為 2.5GHz,通過睿頻加速技術能夠達到 3.8GHz,三級緩存 38.5MB,支持 2666MHz 的 DDR4 內存。當然,其 8.1 萬元的售價也是非常高昂的。

 

接下來,讓我們看看國產 CPU 的水平,先來看看國內有哪些參與到 CPU 領域的公司。

 

A 陣營是通過獲取架構授權來運營的企業,主要有華為、上海兆芯、蘇州宏芯、天津海光和剛剛倒閉的華芯通。

 

B 陣營是通過開源架構來運營的企業,主要是阿里平頭哥。

 

C 陣營是通過自研機構來運營的企業,主要有中科龍芯、天津飛騰和北大眾志。

 

當然,國內企業生產的 CPU 產品還有用于超算、物聯網和智能手機等領域的,不過這些產品并不在本次文章的討論范圍。

 

我們先看 A 陣營。華為是其中的代表,基于 ARM 架構,華為的服務 CPU 已經業界領先。華為在 2019 年 1 月向業界發布的高性能數據中心處理器——鯤鵬產品系列。其中,低功耗級鯤鵬 916 處理器采用 16nm 工藝,支持 24 個內核,主頻 2.4GHz,功耗低至 75w;極致效能級鯤鵬 920-3226 和鯤鵬 920-4826 處理器采用 7nm 工藝,支持 32 和 48 個內核,主頻 2.6GHz,單位功耗的計算性能表現優秀;極致性能級鯤鵬 920-6426 處理器采用 7nm 工藝,支持 64 個內核,主頻 2.6GHz。按照華為官方的說法,在工作效率方面,鯤鵬 920-6426 比競爭對手高 30%。

 

A 陣營里面的華芯通今年剛剛倒閉,其從事的是 ARM 架構服務器芯片,品牌是昇龍(StarDragon)。目前該公司已經解散,就算美國禁售 CPU 真的來了也幫不上忙。

 

上海兆芯、蘇州宏芯和天津海光都是 X86 架構的“拿來主義者”。

 

上海兆芯通過引入臺灣威盛 VIA 獲得了 X86 指令集的授權,產品系包括 ZX-C 系列、KX-4000 系列和 KX-5000 系列,其最新的 KX-6000 系列基于臺積電 16nm,性能方面官方說法是和國際主流的 Intel i5 水平相當。根據兆芯的公告,未來的 KX-7000 系列將采用臺積電 7nm 或以下,性能和同期國際領先水平看齊。不過考慮到 KX-7000 系列核心頻率只有 2.0GHz,應該難以和九代酷睿和 7nm 銳龍抗衡。

 

 

蘇州宏芯的產品源于 IBM 的 PowerPC 指令集和內核設計 IP 的授權,瞄準的是高性能的服務器 CPU。該公司目前還沒有拿得出手的產品。

 

天津海光通過拿到 AMD 的熱門處理器 ZEN 的設計 IP 在 2018 推出了 Dhyana X86 處理器,該芯片被稱為中國版的 EPYC。不過根據 AMD 的澄清聲明,AMD 與海光的合作,僅涉及當時那一代的技術許可,而不包含額外的技術授權,因此海光雖然有當前國內芯片最強的單核能力,但是未來如何還未可知。

 

A 陣營幾家公司的產品均是基于歐美公司的授權指令集,如若遇到美國禁令基本屬于零戰力狀態。

 

B 陣營如果按照數量來說并不少,包括芯來科技、華米科技、樂鑫、北京君正、核芯互聯和飛利信都在通過開源指令集架構 RISC-V 做事情,不過他們目前大部分都是專注在物聯網應用市場,并沒有躋身于 CPU 市場。

 

B 陣營在 CPU 市場值得關注的是阿里平頭哥,我們都知道平頭哥之前發布了基于 RISC-V 的 IP 核玄鐵 910,不過該核心主要用于 5G、人工智能以及自動駕駛等領域。之所以把平頭哥列入進來,主要是其未來規劃的玄鐵 960 將是真正的 CPU。不過,該 CPU 用于哪個領域還未可知。

 

綜上所述,C 陣營中企業的當前水平基本代表了國產自主研發 CPU 的真實實力。

 

中科龍芯于 12 月 24 日當天發布了 3A4000/3B4000 處理器。作為龍芯 3 系列的最新型號,龍芯 3A4000 采用 28nm 工藝,性能比 3A3000 性能提升一倍。主頻方面,龍芯 3A4000 主頻提升至 1.8GHz-2.0GHz,內存升級為 DDR4 接口,支持動態調頻調壓。官方表示,除流片廠家提供的基本設計環境,龍芯 3A4000/3B400 沒有使用任何第三方 IP,全面適配龍芯桌面電腦、服務器。在服務器性能上,3B4000 能通過 CPU 直連行成四路服務器,綜合性能是上一代產品 3B3000 雙路服務器的四倍以上。按照龍芯總裁胡偉武的說法,龍芯 3A4000 相當于 AMD“挖掘機”的實力,后者發布于 2014 年。

 

 

天津飛騰 9 月份發布了 FT-2000/4 微處理器,該產品集成 4 個飛騰自研處理器內核 FTC663,采用 16nm 工藝流片,主頻最高 3.0GHz,支持雙通道 DDR4-3000 內存,典型功耗 10W。芯片性能相比飛騰上一代桌面 CPU 提升了 1 倍。按照飛騰的官方說法,FT-2000/4 的性能相當于 2016 年 i5-6400T。同時根據飛騰發布會的消息,多路服務器芯片的樣片已經返回,飛騰正在進行測試,這顆芯片也采用了 16nm 工藝,可以達到 2.2GHz 主頻。與原來的產品相比,增加了對雙路到八路的支持,性能成倍提升。

 

 

北大眾志雖然也是經由 AMD 授權的 X86 指令集,不過 UniCore-2 微處理器核屬于自研核心,進而研發出自研芯片 PKUnity86-3。采用 40nm 生產工藝,CPU 典型工作頻率 1.8GHz,峰值功耗 5W,由于來源于 X86 架構,軟件兼容性要好于龍芯的芯片,不過性能和現在的龍芯還有著不小的差距。

 

因此,當前國內具有自主知識產權的桌面級和服務器 CPU 的頂級水準就是天津飛騰。如若美國此時禁運 CPU 產品到中國,并且封鎖相關的技術,那么中國將重回 2016 年,我們將被迫進入“慢生活”。