​关于六大国产CPU介绍

关于六大国产CPU介绍（龙芯中科、天津飞腾、华为鲲鹏、上海兆芯、申威科技及海光信息）

CPU 是计算机系统的核心和大脑，即中央处理器是计算机的运算和控制核心，其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU 主要由控制器、运算器、存储器和连接总线构成。其中，控制器和运算器组成 CPU 的内核，内核从存储器中提取数据，根据控制器中的指令集将数据解码，通过运算器中的微架构（电路）进行运算得到结果，以某种格式将执行结果写入存储器。因此，内核的基础就是指令集（指令集架构）和微架构。指令集是所有指令的集合，它规定了 CPU 可执行的所有操作，微架构是完成这些指令操作的电路设计。相同的指令集可以有不同的微架构，如 Intel 和 AMD 都是基于 X86指令集但微架构不同。

 指令集架构n（Instruction Set Architecture），又称指令集或指令集体系，是计算机体系结构中与程序设计有关的部分，包含了基本数据类型，指令集，寄存器，寻址模式，存储体系，中断，异常处理以及外部 I/O。指令集架构包含一系列的 opcode 即操作码（机器语言），以及由特定处理器执行的基本命令。简单地来说，指令集一般被整合在操作系统内核最底层的硬件抽象层中，属于计算机中硬件与软件的接口，它向操作系统定义了 CPU 的基本功能。

 CPU 按指令集的架构区分n，分为 CISC（ Complex Instruction Set Computing，复 杂 指 令集 ）型 和 RISC（ Reduced Instruction Set Computing，精简指令集）型两类。CISC 的设计者希望通过直接在硬件中构建复杂的指令从而使编程更方便、程序运行速度更快，其架构中每个指令可执行若干低端操作，诸如从存储器读取、存储、和计算操作，全部集于单一指令之中；与之相反，RISC 架构中只包含使用频率高的少量简单指令，并提供一些必要的指令以支持操作系统和高级语言。

1、天津飞腾：创新可信主力芯片厂商，产业生态日益丰富，市场空间广阔，飞腾专注于 ARM 芯片研发，是中国最早获得 ARMv8 指令集架构授权的芯片设计厂商，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，产品广泛应用于计算机终端与服务器。目前国内完全自主设计的芯片厂商仅飞腾、龙芯、海光、兆芯和申威等寥寥数家，飞腾在 CPU、JS 引擎性能、HTML5 兼容性等方面全面领先其他厂商。

 飞腾产品覆盖高性能服务器 CPUn、高能效桌面 CPU 和高端嵌入式 CPU 等。飞腾通过 20 年技术积累，已经形成完整的多样化算力产品谱系，是国内通用 CPU里面谱系最全的 CPU 厂家，包括高性能服务器 CPU、高效能桌面CPU、高端嵌入式 CPU，能为从端到云的各类设备提供核心算力支撑。目前，主推产品是面向服务器的 FT-2000+64、面向桌面终端的 FT-2000 四核和面向嵌入式的 FT-2000A 两核。

2、华为鲲鹏 ：基于 ARM 架构授权，卓越性能提供市场最强算力支撑

作为鲲鹏计算产业底座的 Kunpeng 处理器n，华为持续重点投入以满足市场对于新算力的需求。目前鲲鹏系列已经实现量产的有 Kunpeng 912、Kunpeng 916、Kunpeng 920、Kunpeng 920s，而 Kunpeng 920Lite、Kunpeng 930 及 Kunpeng 930s 目前仍在研发中，Kunpeng 930Lite 尚在规划中。

最新鲲鹏 920 芯片已实现通用计算最强算力n，性能优于其他厂商的同类型芯片。2019 年，华为发布最新鲲鹏 920 处理器。这款鲲鹏 920 基于ARMv8 指令集，是行业内首款 7nm 数据中心 ARM 处理器，由华为自主研发设计，采用多发射、乱序执行、优化分支预测等多种手段提升单核的性能。鲲鹏 920 拥有 64 个内核，集成 8 通道 DDR4，可以提供多个接口，主频可达 2.6GHz，总带宽 640Gbps，保证了 920 超强算力的高效输出。此外，在 Memory 子系统上也进行了大量的优化，采用当前典型的 3 级Cache 的架构，对 Cache 大小以及延时进行了优化设计。鲲鹏 920 面向数据中心，主打低功耗强性能，性能达到业界领先水平，尤其是整型计算能力，业界标准 SPECint Benchmark 评分超过 930，超出业界标杆 25%，同时能效优于业界标杆 30%。并已经针对大数据、分布式存储、数据库及云服务等场景进行了欧化，通过软硬协同进一步提升处理器的性能。

n鲲鹏 920 已实现性能超越 Intel 系列 X86 芯片。鲲鹏芯片算力维度方面在非 X86 架构芯片中明显领先，且发展至目前已经达到可以与 X86 芯片相匹配的性能。鲲鹏 920 芯片基于 ARM v8 架构，各方面性能优异。目前从整体性能上看，鲲鹏 920 与芯片龙头 Intel 公司所生产的芯片相比较而言，48核鲲鹏 920 与 Intel 至强 8180 性能相当，但鲲鹏 920 能耗比对方低 20%，而 64 核的鲲鹏 920 测试性能要远优于 Intel 至强 8180。这证明 ARM 架构已经具备赶超 X86 架构性能的能力。

3、龙芯：国内最早自主研发芯片厂商，MIPS 架构体系自主化程度高

n“龙芯”是我国最早研制的高性能通用处理器系列，于 2001 年在中科院计算所开始研发，得到了中科院、863、973、核高基等项目大力支持，完成了十年的核心技术积累。n龙芯 CPU 采用 MIPS 体系结构，产品现包括龙芯1 号小CPU、龙芯2 号中 CPU 和龙芯 3 号大 CPU 三个系列，此外还包括龙芯7A1000桥片。产品方面，龙芯目前共推出 3 代 CPU产品，2017 年 4 月发布面向桌面/服务器应用的龙芯 3 号处理器的最新升级产品龙芯 3A3000/3B3000，其中，龙芯 3A3000 基于中芯 28nm FDSOI工艺，自主 GS464E 架构（自主指令系统 LoongISA），设计为四核 64 位，主频 1.5GHz，功耗仅 30W，是目前国产 CPU 中单核 SPEC 实测性能最高的芯片之一。2019 年 12 月，龙芯推出首款基于 GS464v 微架构的四核处理器 3A4000 相比上一代产品实测性能提高一倍。预计 2020 年年底将推出 3A5000/3C5000，其工艺改进提高主频至 2.5GHz，核数提升至 16 核。

¡相比于龙芯 3A3000 处理器，龙芯 3A4000 性能翻倍。龙芯 3A4000相比 3A3000 的 GS464e 微架构，进一步优化流水线，提升运行频率，加强对虚拟化、向量支持、加解密、安全机制等方面的支持。其芯片整体实测性能提升一倍左右。在某些测试项目中，龙芯 3A4000 的速度超过了 3A3000 的三倍，比如 hmmer 测试，3A4000 的速度是3A3000 的 3.6 倍，这是因为龙芯 3A4000 的向量指令在发挥作用。但与 Intel i5-7200U处理器相比，龙芯 3A4000 处理器性能还存在一定差距。从测试结果可以看到，3A4000 处理器单核整数性能只有 i5-7200U 的 60%, 浮点性能只有后者的 50%。但考虑到 Intel i5-7200U睿频频率高达 3.1GHz，处理器的每 GHz 性能为整数 10.64 分，浮点12.6 分；3A4000 处理器核的同主频性能已经能够达到 i5-7200U 处理器的 80%～90%了。

4、海光：性能优越的 x86 架构芯片，商用市场极具潜力

 海光的最大优势是其产品性能和 x86 丰富的应用生态。由于有 AMD 技术做后盾，AMD 授权给海光的是性能强劲的 Zen 的结构和代码，海光芯片性能优越，在国家级超算项目应用广泛。2018 年 7 月，AMD 与天津海光合作后首款 X86 处理器 Dhyana（禅定）启动生产，Dhyana（禅定）基于超微（AMD）Zen 核心架构开发，性能方面与 AMD EPYC 处理器相似，Linux维护者将 EPYC 支持代码转移到 Dhyana（禅定）处理器后可以成功运行，说明当时两款处理器差异相对较小。n 海光产品当下确定性高。受益于性能和生态两方面优势，且未受制裁影响，海光产品当下确定性高，可获得大量行业端国产订单。但 X86 架构的核心指令集仍然掌握在 Intel 和 AMD 手中，且海光未获得桌面产品授权，下一步海光将在现有架构基础上，持续迭代创新，维持国产先进性优势。

5、申威 ：自主化程度最高的Alpha 架构芯片，主供军方与超算市场

 申威 SW26010 是中国首个采用国产自研架构且性能强大的计算机芯片。出于安全自主可控角度不再使用 ALPHA 指令集后，申威推出了自研的申威 64 位指令集，并在此基础上，成功研发出中国首个采用自主架构，同时性能达到世界一流水平的计算机芯片申威 SW26010。SW26010 采用 260核心众核架构，乱序执行架构，频率 1.45GHz，整个处理器包括 4 个 MPE管理单元、4 个 CPE 计算单元及 4 个 MC 内存控制器单元组成，总计 260个核心。

6、兆芯 ：国内 x86 主要入围芯片，业务主要覆盖上海地区

兆芯的技术源自 VIAn，通过技术引进、仿制，再修改原始设计，最后自主创新，致力于通过技术创新与兼容主流的发展路线，为行业用户提供通用处理器和配套芯片等产品。公司成立以来，兆芯已成功研发并量产多款通用处理器产品，并形成“开先”、“开胜”两大产品系列。2019 年 6 月，兆芯发布开先 KX-6000/开胜 KH-30000 系列处理器，是首款主频达到3.0GHz 的国产通用处理器，也是业内第一款完整集成 CPU、GPU、芯片组的 SoC 单芯片国产通用处理器，其单芯片性能相比上一代产品提升了多达 50%，同频下的性能功耗比则是上代产品的 3 倍，产品性能与国际主流的 Intel i5 水平相当。

目前，国内 CPU 企业大多选择购买国外的架构授权，大体可以分为三类：第一类，龙芯（MIPS 指令集）和申威（Alpha 指令集），创新可信能力最强，但使用群体小，应用生态缺乏；第二类，飞腾、鲲鹏均基于 ARM 架构，由于是架构层级授权，有机会形成自主指令集，而且应用生态不断成熟；第三类，以兆芯、海光为代表的 x86 架构，由于指令集仍掌握在海外厂商手中，完全创新可信难度大。因此，在创新可信程度上申威、龙芯>海思、飞腾>海光、兆芯，但是未来鲲鹏和飞腾有机会基于 ARM V8 永久指令集授权实现进一步创新可信。