芯耀
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來 源：雷科技數(shù)碼3C組
編 輯：三明治
排 版：江省
國內(nèi)的半導體技術(shù)到底是什么水平？
四五年前，如果你在問答平臺上面發(fā)起這樣一個問題，可能并不會得到多少回復。當時的我們已經(jīng)習慣了國外的半導體。英特爾/AMD的處理器、Nvidia/AMD的顯卡，對當時的我們來說就是理所當然存在著的事物。除了部分特定領域的投資者外，甚至不會有多少人關心國產(chǎn)半導體的發(fā)展情況。
然而近些年來，隨著中興、華為事件的發(fā)酵，國人深刻地感受到了所謂“缺芯之痛”，這也讓國人對于國產(chǎn)半導體的關注也來到了一個頂峰。只可惜時至今日，全球芯片格局仍被歐美日韓牢牢把控著。至于龍芯和一眾民族芯片企業(yè)，只能使出渾身解數(shù)，在夾縫中尋找一絲微弱的光亮。
近日，國產(chǎn)知名芯片制造廠商——龍芯中科公司在互動平臺回答投資者關于龍芯3A6000研發(fā)進度的提問時表示，下一代處理器產(chǎn)品龍芯3A6000目前研發(fā)進展順利，已經(jīng)完成前端設計及仿真驗證，仿真結(jié)果表明其單核性能可以達到市場主流產(chǎn)品水平。
作為國產(chǎn)芯片自研隊伍中重要的參與者，龍芯以其自研的LoongArch指令集架構(gòu)而著稱，是不少國內(nèi)開發(fā)者比較看重的有生力量。那么問題來了，全新的龍芯3A6000到底有怎樣的性能提升呢？龍芯中科堅持自研指令集會有哪些優(yōu)勢，又會帶來哪些問題？
超越Zen 3的“龍”？
在開始前，我們先來稍微介紹一些龍芯中科這家公司。正如公司后綴所展示的那樣，龍芯處理器最早是在2001年由中科院計算所研制的一款芯片，而龍芯中科則是在2008年由中科院和北京市政府共同牽頭出資成立的芯片公司，旨在將“龍芯”處理器的研發(fā)成果商業(yè)化。
去年4月，龍芯宣布放棄了一直以來采用的MIPS指令集，轉(zhuǎn)而推出了自研指令集架構(gòu)Loongson Architecture，簡稱龍芯架構(gòu)或LoongArch。LoongArch的出現(xiàn)，打破了國內(nèi)芯片還在使用ARM授權(quán)/老舊X86指令集的現(xiàn)狀，為我國系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)展開啟了新的紀元，而龍芯3A6000就是采用這款架構(gòu)的最新產(chǎn)品。
（圖源：龍芯）
根據(jù)目前爆料顯示，龍芯3A6000將會采用和龍芯3C5000服務器相同的12nm工藝，但會大幅改進架構(gòu)設計，將CPU架構(gòu)會從目前的GS464V升級到LA664，以此提升單核運行頻率和性能表現(xiàn)，同時可能會上SMT(龍芯超線程技術(shù))，這樣就能達到最高4核心8線程的規(guī)格。
（圖源：龍芯，可見頻率＞2.5GHz、采用四個LA664核心）
那么性能方面呢？龍芯基于新架構(gòu)和工藝做的仿真測試結(jié)果顯示：龍芯3A6000處理器的單核SPEC CPU 2006定點/浮點base分值從26/28分提高到35/45分，分別提升37%及68%。
（圖源：龍芯）
所謂SPEC CPU性能測試，本質(zhì)是針對CPU定點運算/浮點運算進行的一系列測試，其中絕大多數(shù)測試項都屬于科研用途的科學計算，和一般用途完全不搭邊，但還是能在一定程度上反映CPU的性能表現(xiàn)。如圖所示，龍芯3A6000的定點算力和開啟睿頻的桌面端i5-6400非常接近，但是距離最新的移動端CPU仍有一定距離。
（圖源：龍芯吧@gueenet）
此外，還有業(yè)內(nèi)人士分析稱，龍芯3A6000處理器的IPC將達到AMD Zen3或11代酷睿的水平。所謂IPC，指的是CPU每一時鐘周期內(nèi)執(zhí)行的指令數(shù)，這個數(shù)據(jù)和處理器頻率（時鐘速度）共同決定了CPU性能。換言之，在相同處理器頻率的情況下，IPC越高處理器性能就越高。
那么問題來了，如果是3A6000的IPC真的能夠與Zen3媲美，那是否說明3A6000在性能上就能夠媲美Zen3處理器呢？答案顯然是否定的，正如上文所述，IPC性能是一個重要的指標，但是CPU主頻一樣重要，只要其中一項數(shù)據(jù)無法并駕齊驅(qū)，那么真實性能就不可能相等。
舉個例子，目前AMD的Zen3處理器目前最低端的入門型號為Ryzen3 5400U，四核八線程，基準主頻為2.6GHz，最大加速時鐘頻率為4.0GHz。作為對比，目前龍芯主頻最高的在售處理器——龍芯3A5000的主頻為2.3GHz-2.5GHz，而龍芯3A6000的主頻據(jù)傳為2.5GHz-2.8GHz，制程工藝的落后導致了主頻的巨大差距，而主頻的巨大差距意味著即使兩者的IPC性能相當，3A6000的最高性能也遠不如Ryzen3 5400U的正常最低性能。
想要超越Zen3的性能表現(xiàn)，對目前的國產(chǎn)處理器來說多少有些好高騖遠了。
堅持自研，并不容易
最近兩年，國產(chǎn)CPU火了。
根據(jù)市場調(diào)查顯示，在2020年至2022年，有多家CPU創(chuàng)業(yè)公司成立，并獲得多輪高額融資，其中包含了主打Arm架構(gòu)服務器CPU的遇賢微、基于Arm架構(gòu)研發(fā)PC領域CPU的此芯科技，以及集聚來自英特爾、華為鯤鵬和阿里平頭哥等多家芯片廠商老將的鴻鈞微。個個都在摩拳擦掌，期待能夠大干一場。
在這之中，龍芯中科無疑是被市場尤其看好的一家廠商。今年6月24日，在經(jīng)歷近一年的IPO審核后，龍芯中科在科創(chuàng)板掛牌上市，成為了“國產(chǎn)CPU第一股”。首次發(fā)行共計4100萬股，發(fā)行價為60.06元，首日漲幅接近50%，這也使其市值一度超過400億元。
讓龍芯中科備受關注的要點，除了切實推向市場的消費級產(chǎn)品外，最重要的還是其堅持自研的決心。然而自研的龍芯架構(gòu)，在讓龍芯擺脫MIPS/ARM/X86等通用架構(gòu)掣肘的同時，也把龍芯悄然拖進了一個急需和產(chǎn)業(yè)鏈對接、建立與之相匹配生態(tài)系統(tǒng)的困局中。
無論有多少爭議，目前市面上最多消費者使用的操作系統(tǒng)都是Windows系統(tǒng)，這是一件不容置疑的事實。憑借著強大的X86軟件生態(tài)和性能強勁的X86處理器，微軟和英特爾組成的Wintel聯(lián)盟在消費級市場上可謂是無往不利，在全球通用CPU市場牢牢霸占著八成市場。
作為對比，龍芯此前使用的是MIPS指令集，只能安裝linux系統(tǒng)，無法安裝windows，因此很難打開C端消費市場。隨著自主LoongArch指令集的出現(xiàn)，現(xiàn)在就連，使用linux系統(tǒng)也要重新進行調(diào)整，除了國產(chǎn)統(tǒng)信UOS及時適配外，很多l(xiāng)inux軟件都無法直接安裝，需要再度優(yōu)化和適配。
為了解決這個問題，龍芯不但在努力進行各種主流軟件的適配工作，而且還在積極推動二進制翻譯系統(tǒng)的開發(fā)，希望通過類似Rosetta 2的轉(zhuǎn)譯功能，將X86、ARM指令集轉(zhuǎn)譯成龍芯能夠識別讀懂的指令集?？墒寝D(zhuǎn)譯必然會帶來性能上的損失，再考慮到兼容性問題，和強大的Wintel聯(lián)盟相比，龍芯生態(tài)的軟件仍然十分貧乏。
總結(jié)一下，自研芯片并不是件容易的事情，而打造自研的指令集、核心IP顯然更加困難。就龍芯處理器而言，固然它存在著很多問題，性能上和英特爾AMD相距甚遠，應用生態(tài)的豐富程度更是有著天壤之別，但是龍芯確實在自研、商業(yè)化上走出了自己的道路，在殘酷的市場上努力生存著。我們只能寄希望于統(tǒng)信、清華同方等企業(yè)加把勁，攜手把系統(tǒng)和軟件生態(tài)搞好，讓國產(chǎn)處理器和周邊應用生態(tài)變得真正可用、甚至好用起來。
