本土CPU為網(wǎng)安護航，兆芯以x86生態(tài)和技術(shù)優(yōu)勢不斷成長(cháng)

      近日中美貿易摩擦升溫，華為、中興等被美國制裁事件使人們更加國產(chǎn)芯片的走向。實(shí)際上，很多本土芯片正在為網(wǎng)絡(luò )信息安全保駕護航。

      在不久前北京舉行的“4.29首都網(wǎng)絡(luò )安全日”系列活動(dòng)期間，眾多本土芯片及其生態(tài)圈企業(yè)參展，場(chǎng)面頗為壯觀(guān)（如上圖）。其中，上海兆芯集成電路有限公司的CPU展位也十分亮眼（如下圖）。

      為此，電子產(chǎn)品世界的記者在兆芯展位，采訪(fǎng)了兆芯副總經(jīng)理羅勇博士，請他介紹了兆芯x86 CPU近況、挑戰與未來(lái)規劃。

      1  網(wǎng)安方案越來(lái)越多

      兆芯本次展示了眾多的網(wǎng)安產(chǎn)品，網(wǎng)安方面的主流ODM（委托設計）品牌都參加了展示（如下圖）。另外，2019年年底的工博會(huì )上，兆芯還將攜手大批工控/網(wǎng)安設備展示。

      目前，兆芯芯片已在保密和國密、鐵路基礎設施、軌道交通、金融、電力、軍工等領(lǐng)域使用。此次展示了眾多合作伙伴的板卡產(chǎn)品，涉及多種行業(yè)，諸如視頻/中控、密碼等。

      那么，為何兆芯的合作伙伴和客戶(hù)展示了如此多的解決方案？首先，由于上述這些行業(yè)對于國產(chǎn)化的剛需，因此兆芯在網(wǎng)安領(lǐng)域有很多機會(huì )。其次，網(wǎng)安與嵌入式系統的特點(diǎn)很像，有少量、多樣化的特點(diǎn)，不像PC業(yè)中一家獨大。例如，不久前到公安部送測的有十幾家廠(chǎng)商、7大類(lèi)不同設備，涉及入侵檢測、病毒檢測、數據防泄露、網(wǎng)關(guān)、防火墻等，因此各家的應用重點(diǎn)和解決方案都不一樣。

      2 本土x86 CPU的優(yōu)勢

      本土有多家CPU友商，相比它們，兆芯最大的優(yōu)勢是什么？羅勇博士稱(chēng)，兆芯能借助現有的x86生態(tài)優(yōu)勢。因為在計算領(lǐng)域，x86架構是主流，因此兆芯x86 CPU對軟件的兼容性最好，支持全系列Windows操作系統，同時(shí)也支持中科方德、中標麒麟、普華等國產(chǎn)自主可控操作系統，軟硬件兼容性出色，性能穩定可靠，可降低應用遷移成本。

      實(shí)際上，兆芯2013年成立，此前MIPS和Arm等架構的CPU已在國內推廣多年，但進(jìn)度不太理想，因為CPU不僅靠性能，還要與打印機、傳真機、QQ等的應用軟件兼容，這些軟件一般是基于x86的，如果要用于其他生態(tài)，需要進(jìn)行遷移、改寫(xiě)，因而需要一定的投資和時(shí)間。例如高鐵軟件十年不能變，如果換生態(tài)，改寫(xiě)后通常5年性能才能穩定，時(shí)間非常漫長(cháng)。

      另外，產(chǎn)品方面，兆芯CPU的性能指標也是非常高的。當年兆芯C系列就是國內第一個(gè)完成28nm、2.0 GHz主頻的芯片。之后D系列是第一個(gè)做到對DDR4的支持。當時(shí)國內的其他友商，CPU主頻只能做到1.2、1.5 GHz，只支持到DDR3。2019年6月即將量產(chǎn)的E系列，即開(kāi)先KX-6000系列，是國內第一個(gè)16 nm，3.0 GHz的SoC，即單核芯片。

圖 兆芯展位上的介紹圖

      再有，技術(shù)上，兆芯是國內僅有的擁有CPU、GPU、芯片組三種IP的CPU廠(chǎng)商，所以用這些自有知識產(chǎn)權就可以開(kāi)發(fā)一顆完整的SoC芯片，例如開(kāi)先KX-6000系列用到了此技術(shù)。因為SoC把I/O和圖形處理等全部做到一起，就不用去從外部獲得。不過(guò)，這同時(shí)也是一把雙刃劍，相比本土友商，兆芯的團隊規模是最大的，相當于友商3倍的人員，即需要3倍的開(kāi)銷(xiāo)。但是營(yíng)收卻沒(méi)有友商的3倍，因為兆芯的芯片不可能比友商的貴3倍。

      3  兆芯CPU的挑戰

      相比CPU巨頭Intel，兆芯的差距還很大，例如兆芯和本土友商的營(yíng)業(yè)額總和，相比Intel是可忽略不計的。這是因為本土CPU是在服務(wù)國產(chǎn)化剛需這塊市場(chǎng)，這塊市場(chǎng)目前還是很小。因此本土CPU企業(yè)更多的是靠政府的力量、政策的力量。很多時(shí)候并不太講商業(yè)化、市場(chǎng)化。

      兆芯CPU這幾年推進(jìn)得較快。原因首先是政策的支持，其次，兆芯CPU的性能也跟上了，與國際先進(jìn)水平的差距越來(lái)越小。

      當然，有國產(chǎn)化需求的地方目前還不能夠在性?xún)r(jià)比上，跟公開(kāi)市場(chǎng)上的Intel去直接競爭，所以政策的力度沒(méi)有到的地方，很難用兆芯的產(chǎn)品。政策力度到的地方，也要看政策的力度有多大。因為不僅是芯片的性?xún)r(jià)比，還有一個(gè)替換成本——需要做板子、驗證、做整機、測試，這些投入很大，也許換完后性能還不如原來(lái)的方案。因此，如果是在純商業(yè)世界里的，沒(méi)有人會(huì )做這件事；但就算不是純商業(yè)環(huán)境，盡管有政策需求，如果政策強度沒(méi)有足夠大，也不會(huì )有人去干。所以現在基本上是政府里在用，央企、國企可能還不太愿意。因為央企和國企是獨立核算的，非常重視經(jīng)濟效益。只有做網(wǎng)絡(luò )安全的行業(yè)、國家安全是至關(guān)重要的地方，會(huì )要求用國產(chǎn)芯片，例如公安或政府部門(mén)。

圖：兆芯展位上展示的產(chǎn)品（上圖上：網(wǎng)絡(luò )安全產(chǎn)品，上圖下：數據保護系統）

      在研發(fā)中，兆芯遇到的最大挑戰，首先是人才。因為國內CPU方面的人才本來(lái)就少，這么有限的人才還分散到了眾多設計企業(yè)中，另外現在A(yíng)I、機器人、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域比通用CPU熱鬧得多，有很多初創(chuàng )企業(yè)、獨角獸，其薪金待遇高，有的還有股權等激勵機制，吸引了很多人才。而兆芯是國企性質(zhì)的企業(yè)，吸引人、留住人有一定的難度。為此，兆芯正加大同高?？蒲性核暮献?，目前同西北工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)以及電子科技大學(xué)等成立聯(lián)合實(shí)驗室，以攜手推進(jìn)國產(chǎn)芯片的研發(fā)以及人才培養等方面的工作。

圖：兆芯展位上的網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品

      第二，本土產(chǎn)業(yè)鏈還有待完善。例如有些核心的EDA設計工具、知識產(chǎn)權、制造等受制于國外。這需要產(chǎn)業(yè)鏈里的其他相輔助的環(huán)節起來(lái)，因為咱們有很多環(huán)節受制于人，僅憑自己一家是做不大的。例如在生產(chǎn)方面，兆芯現在最新的16 nm開(kāi)先KX-6000是在臺積電流片的。因為國內沒(méi)有16 nm的成熟產(chǎn)線(xiàn)。但是兆芯此前的28 nm的CPU已經(jīng)在上海華力流片了，因為國內已經(jīng)有成熟了28納米的流片。

      4  呼喚政策力度和合理導向

      兆芯現在主要是政策剛需驅動(dòng)，因此政策的推進(jìn)速度快，兆芯發(fā)展得就會(huì )快。因為從純粹商業(yè)角度講，沒(méi)有人會(huì )換。因此，政策的力度和導向是至關(guān)重要的。

      政策力度方面，現在國內的領(lǐng)導和專(zhuān)家都有爭議，爭論點(diǎn)之一是怎么搞芯片產(chǎn)業(yè)？是否要凸顯我國“集中力量辦大事”的優(yōu)勢。因為我們可以造出“兩彈一星”，但是與“兩彈一星”的區別是，芯片行業(yè)的特點(diǎn)是必須要面向市場(chǎng)。但是，即使不“集中力量辦大事”，也不能走到反向去，例如出現投資分散的現象，造成了本土芯片設計企業(yè)數量眾多，覆蓋的領(lǐng)域面面俱到。

      另外，本土CPU業(yè)的成長(cháng)離不開(kāi)政府的投資，目前我國與世界先進(jìn)水平的差距還較大，因此政府的投入還需要有足夠的耐心。例如，兆芯聯(lián)合的股本已經(jīng)是6億美元了，而且還需要不斷地往里輸血。

      在政策導向方面，建議政策的導向保持中立性、現實(shí)性，不能偏左或偏右。偏右的觀(guān)點(diǎn)是：國外的又好又便宜，干嘛不買(mǎi)？偏左主張什么都得自己重新來(lái)，全部原生態(tài)地從零造起?，F在國內芯片界，關(guān)于核心的自主可控行業(yè)有時(shí)候還是有點(diǎn)偏激。因此我們要防右，但更主要的是防左，因為我們很容易偏左，偏左的時(shí)候損害性巨大，因為有時(shí)你得面對現實(shí)：你就是不行。你非得要一步到位、搞一個(gè)大躍進(jìn)，是很難做到的。因為從零造起很難，“兩彈一星”要是沒(méi)有錢(qián)學(xué)森等科學(xué)家歸國，沒(méi)有歐美的核物理學(xué)，也是不可能的?？茖W(xué)技術(shù)必須在前人的基礎上發(fā)展，這是個(gè)客觀(guān)規律。中間派是把核心技術(shù)消化、掌握，兆芯就是走的這條路。

      5  產(chǎn)品規劃

      兆芯目前的主流系列C系列(開(kāi)先ZX-C)和D系列(開(kāi)先ZX-D)正在量產(chǎn)銷(xiāo)售，且銷(xiāo)量增量良好，例如2018年的增量是3倍以上，今年應該有四五倍的成長(cháng)。

      在此次展會(huì )上，兆芯開(kāi)先KX-5000 8核/4核處理器是D系列中重點(diǎn)展示的產(chǎn)品之一，采用28 nm工藝，支持雙通道DDR4內存，兼容x86 32/64指令，可提供9個(gè)PCIe端口，最多可支持24通道3.0傳輸。在C系列，兆芯帶來(lái)了開(kāi)先ZX-C系列4核處理器，產(chǎn)品采用28nm工藝，具有2MB/s的高速緩存。

       E系列(開(kāi)先ZX-E，即KX-6000)預計2019年六七月量產(chǎn)。作為兆芯自主設計研發(fā)的最新一代國產(chǎn)CPU，其主頻高達3.0 GHz，支持雙通道DDR4內存，支持CPU硬件虛擬化技術(shù)，兼容x86指令集，支持4K解碼，DPDK兼容性出色，芯片整體性能經(jīng)《微型計算機》雜志測試與Intel 7代i5處理器同等水平。目前，開(kāi)先KX-6000系列處理器已先后榮獲“第20屆中國國際工業(yè)博覽會(huì )金獎”、“第二屆集成電路產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新獎”，以及“2019年度中國IC設計成就獎”。

      下一步，預計兩年后，兆芯會(huì )推出真正的服務(wù)器CPU。盡管現在的C、D、E系列都有服務(wù)器產(chǎn)品，但嚴格的說(shuō)它們是存儲服務(wù)器、微型服務(wù)器、邊緣服務(wù)器等。BAT（百度阿里騰訊）所用的數據中心、超算用的超大型服務(wù)器，目前Intel是最領(lǐng)先和市場(chǎng)占有率最高的，兆芯兩年后也將涉足此領(lǐng)域。

      6  小結

     網(wǎng)絡(luò )信息安全對國家安全、社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展和群眾利益的深刻影響不容忽視。以自主創(chuàng )新為根本，以兼容主流為路線(xiàn)，兆芯x86 CPU已有眾多客戶(hù)方案和應用。這得益于政策的支持，也來(lái)源于兆芯人的努力。希望政策繼續支持本土CPU，并且鼓勵企業(yè)圍繞核心技術(shù)進(jìn)行消化、吸收的創(chuàng )新。