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龍芯新一代處理器為何主動降低主頻

2015-08-21

  作為國產CPU的代表,龍芯一路走來,備受業界關注,也爭議不斷。

  8月18日,龍芯發布了新一代處理器及其相關產品,包括龍芯自主指令系統LoongISA,龍芯新一代處理器微結構GS464E,新一代處理器龍芯3A2000、龍芯3B2000,以及龍芯基礎軟硬件標準和社區版操作系統LOONGNIX。這次龍芯的最新發布具有什么意義呢?又有哪些看點和槽點?

  筆者認為,最大看點在于,龍芯新一代處理器微架構的發布;最大槽點則在于,龍芯基于此的新一代處理器主動降低了CPU主頻。單單分析這兩方面,就可以看出龍芯的拐點已來。

  1、“爬北坡”的國產化

  縱觀中國國產芯片,可以分為三大類:以龍芯、申威為代表的自主研發系列,它們的市場路徑是從軍工、政府部門入手由內而外市場化發展;華為和國防科大學為代表的基于ARM知識產權架構的自主研發,華為的手機消費級與國防科大的服務器企業級形成了兩級布局;以IBM openpower為代表的知識產權的授權和兼容,合作企業的市場路徑是從市場化的行業企業客戶出發由外向內進入重要領域。

  從處理器架構來看,wintel體系,ARM+安卓體系,openpower體系,只有龍芯選擇了MIPS架構。

  以上可以總結為兩個詞——自主研發、架構獨特。如果說將處理器國產化比喻成珠穆朗瑪峰的攀登路徑,那么無疑龍芯選擇了最難的北坡。

  如此多的國產處理器路徑,龍芯強調的是:雖然自主是安全的基礎,但自主不等于安全可控。言下之意就是,針對引進、消化、吸收再創新的其他路徑,這是一個過程,在沒有擁有自己的處理器研發能力之前,尤其是引進階段“就不要總拿安全說事”。

  2、主動降頻,先活下來

  雖然龍芯抱著“不達目的決不罷休”的情懷,但艱難的珠峰北坡之旅,首先需要的是活下來。

  但是以前的龍芯不明白,走過了很多坑。其中,最大的坑要數一味追求處理器的主頻提升,忘記了處理器商用需要的計算、訪問存儲、I/O等綜合指標的平衡。

  龍芯從2010年開始市場化轉型以來,致力于將中科院計算所研制的芯片“樣品”轉變成“產品”。畢竟龍芯3A1000/3B1500是計算所科研經費支持的,它成為龍芯第一代處理器。雖然它在部分指標,比如3B1500浮點峰值具有世界先進水平,但通用事務處理能力較弱。具體什么意思呢?

  就是說,在CPU主頻上龍芯與國外處理器僅僅相差1-2倍,但是性能效率卻相差高達10-20倍,這是巨大的數量級差異。如果不能改進綜合指標,一味提高主頻只能帶來能耗的大幅提升,卻無法換來實際效率的提升。

  龍芯終于想通了。這次,它主動降頻。

  以前發布的處理器主頻可以達到8核1.2G,而8月18日發布的新一代處理器“龍芯3A2000”“龍芯3B2000”主頻重新降回1G。龍芯意識到,要想活下來,先提高效率(投入低、收益大)再提高頻率,這樣可以發展基礎軟件適配和優化,設計新一代處理器微架構。

  3、新一代微架構與生態圈

  這就是龍芯的第二代處理器微架構GS464E。

  據悉,雖然龍芯主頻回落,但據龍芯資料顯示:與第一代微架構的龍芯處理器先比,最新發布的處理器在實測訪存性能提升10-20倍,實測I/O性能提升3-5倍。龍芯的總設計師胡偉武表示,在性能指標上,第一代即原GS464微架構與AMD K8、Intel P4、IBM power4等可比,而目前的第二代GS464E微架構怎可比肩AMD Steamroller、Intel Ivy Bridge、IBM power7,這些可謂是目前市場上較為主流的芯片微架構。據悉,基于新一代微架構的處理器今年4月流片成功并開始提供樣片,2016年可實現完成量產。

  此外,處理器整體性能的提升,自主指令系統LoongISA和社區版操作系統LOONGNIX的發布,都加深了龍芯在行業應用上的適配和優化。雖然龍芯在主頻性能、處理器制程等方面仍落后于國外處理器,但是它的綜合性能已經可以在行業市場進行推廣,而且除了計算,也打開思路開始在安全、存儲、工業、網絡等領域作為國產處理器提供給整機企業。

  筆者發現,國產自主可控產業鏈的多家重量級合作伙伴前來為龍芯站臺,中科曙光、航天科工、同方計算機、浪潮超越、山西百信、東軟集團、銳捷網絡、研華中國等品牌企業都一同展示了基于龍芯最新處理器的高性能服務器、安全計算機、筆記本、加固平板、高性能防火墻、千兆網絡交換機、高性能工控模塊等產品,國產自主可控產業鏈初現。

  4、備受爭議與體制創新

  胡偉武的一句話也點出龍芯此次發布的不同:從成果發布到產品發布。言下之意就是,以前龍芯的是成果發布,即任何單點突破都可以稱為成果,而現在的龍芯是產品發布,這意味著作為商用考慮到實際平衡需求,首先需要把短板補齊。

  其實,2011年以前,龍芯的合作伙伴多是央企,而之后民營企業如研華、百信等開始和龍芯戰略合作。又聯系到龍芯為何主動降頻,龍芯的商用化拐點似乎初現端倪。

  為什么龍芯突然想通了?筆者認為,除了技術之外,最根源的因素還在于體質的創新。

  縱觀龍芯幾年的發展,可以分為三個階段:

  積累期(天使):2001年在計算所開始研制龍芯CPU,在中科院、863、973、NSFC、核高基重大專項支持下,完成了9年的技術積累。

  創業期(VC):2010年龍芯團隊轉型成立公司,正式走向產業化。中關村自主創新示范園通過“先行先試”政策的龍芯團隊股份鼓勵,形成了安全應用、通用計算機,嵌入式應用三大市場方向。

  發展期(PE):2014年龍芯中科進入高速發展期,鼎暉資本甚至加入龍芯。在多個領域龍芯通過產業鏈到達最終用戶,下游客戶中基于龍芯的研發人員超過萬人,2013年芯片銷售量超過1.8萬片2014年35萬片。

  在創業期,國家項目是“天使投資人”,龍芯更注重技術突破和成果匯報,而沒有將商用提到議事日程,這是具有濃濃的學院派風格的。而在現在的高速發展期,尤其是商業資本的加盟之后,龍芯開始像真正的企業一樣開始考慮生存問題,用戶實際需求問題,這時它的研發則開始更多地開始思考產品定位,追求市場導向。

  因此,主動降低處理器主頻既是槽點也是亮點,它或許就是龍芯商業化的拐點。


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