云计算时代国产CPU发展如何应变

陈炳欣

芯片是当前最热话题之一，随着国际环境的变化，芯片设计和自主创新的重要意义越来越凸显。而在不同种类的芯片当中，中央处理器（CPU）因其通用性以及技术难度，受到最多的关注。以往英特尔通过独揽x86CPU的基础架构、芯片设计、工艺制造三大环节，并主导着该领域的生态系统，国产CPU很难独立发展起来。然而，随着大数据云计算时代的到来，CPU的产业生态正在发生变化。比如日前亚马逊发布第二代服务器芯片Graviton，并在数据中心实现商用;高通的骁龙8c、骁龙7c也在联网笔记本电脑市场站稳了脚跟。这些消息均给中国CPU厂商带来了更大的信心。在这样的市场机遇面前，国产CPU应当如何发展？记者采访了天津飞腾信息技术有限公司总经理窦强。

产业生态的转变

发展国产CPU，一个绕不开的话题是生态。在CPU主宰计算的时代，英特尔不仅在硬件层面掌控与北桥CPU配套的南桥芯片组外围接口等核心技术，也主导着与x86相关的标准技术和测试认证;在软件层面，与微软结成“Wintel”联盟形成长期相互协同的利益闭环。这些举措使得众多应用厂商均围绕x86+Windows体系开发产品。国产CPU很难独立发展起来。然而，随着大数据云计算时代的到来，CPU的产业生态正在发生变化。

对此，窦强表示，以前英特尔打败其他对手的法宝之一就是生态。但是在数据中心领域，面向云计算，大量使用的是开源软件。云计算厂家也会对自己的软件代码进行大量优化，这也导致相关软件掌握在云计算厂商手中，可以很容易就迁移到另一个平台上去。在这种情况下，传统CPU的生态优势就不那么明显了。此外，ARM架构芯片的性能也在不断提高。

“以前ARM架构服务器的性能弱于x86CPU。但是，通过这些年的努力，CPU性能正在接近英特尔处理器的水平。比如亚马逊近日发布的第二代处理器得益于可以进行优化，性能已经不弱于采用英特尔CPU的解决方案。”窦强指出。有了性能和生态这两点，基于ARM架构的国产CPU已经具备快速独立发展的基本条件。

“在此情况下，飞腾公司希望能与生态伙伴共同努力，一起把国产CPU的产品性能与产业生态做起来。飞腾会把更多的精力放在芯片本身，将产品做精。同时依托合作伙伴推进软件层面的开发，我们会做一些底层的优化，然后提供给合作伙伴，双方共同将整个产业生态打造好。面对强大的竞争对手，最根本的取胜之道是开放，只有集合大家的力量，共同推进，才能将产业生态发展起来。”窦强表示。

窦强也承认，在生态系统上，英特尔现在的实力要强大得多。从上世纪70年代开始英特尔就进入CPU行业，至今已经形成强大的生态体系，特别是在桌面市场和传统服务器市场。而ARM架构2012年发布64位指令集才算正式进入服务器等领域。至今只有几年时间，因此需要补强的地方还有很多。之所以ARM架构能够取得现在的成绩，一方面是由于ARM在移动处理器领域的积累，另一个重要的原因是像亚马逊这样的云计算企业拥有更大的人力物力，有足够多的应用场景去试验和优化，给ARM架构提供了更好的发展空间。这就要求国内企业通力合作，共同打造适合自身的产业生态。目前，飞腾公司在软件层面的合作伙伴包括了麒麟、金山、金蝶、东方通等众多企业。

异构计算的趋势

近几年来，受限于工艺、制程和材料发展的瓶颈，摩尔定律的演进开始放缓，芯片的集成越来越难以实现，依靠缩小线宽的办法已经无法同时满足性能、功耗、面积以及信号传输速度等多方面的要求。在此情况下，越来越多的半导体厂商开始把注意力放在异构集成层面。依托快速发展的先进封装技术，或者片上系统，在实现高效能运算的同时，又具备灵活性、差异化。比如英特尔针对摩尔定律的未来发展，提出了“超异构计算”概念，希望通过先进封装技术实现的模块级系统集成。在2018年年底举办的“架构日”上，英特尔首次推出Foveros 3D封装技术。在7月份召开的SEMICON West大会上，英特尔再次推出一项新的封装技术Co-EMIB，能够让两个或多个Fo-veros元件互连，并且基本达到单芯片的性能水准。

窦强认为，异构计算是CPU技术的重要发展方向，中国CPU厂商也应加强这方面的技术开发。现在纯靠通用计算在很多领域已经不足以满足性能需求了，CPU+AI、CPU+FPGA或者CPU+特殊专用引擎以后肯定会大行其道。

“由于中国IC企业的实力普遍弱于国际大厂，面对异构计算大潮，中国企业同样应当采取与合作伙伴一起共同协同发展的模式，或者采取先进封装的方式将多颗小芯片封装在一起，或者通过授权的方式，将不同IP集成到一颗芯片。模式很多，可以共同探索。”窦强说。

由于整体实力的差异，决定了差异化竞争是国产CPU厂商发展的主要策略，而异构集成正是实现差异化的重要途径之一。窦强指出，CPU的开发肯定会做一些定制化工作，以实现产品的差异化。“我们会跟客户紧密捆绑，把客户的诉求体现在芯片里去，不光是PC芯片，服务器芯片、嵌入式芯片都会这样做。这是国产CPU的生存之道，也是我们的一个优势。将优化工作做好了，可以更好地满足用户的需求，实现用户的目的。”窦强说。

关键市场的布局

近日，飞腾公司举办了主题为“同心筑生态，前路共飞腾”的生态伙伴大会，总经理窦强做了题为《山高人为峰，做新时代的攀登者》的主题演讲，首次介绍了飞腾芯片20多年的产品演进，以及飞腾公司的使命、愿景和发展理念。2019年9月，飞腾发布了新一代的FT-2000/4微处理器，集成4个飞腾自研处理器内核FTC663，采用16nm工艺流片，主频最高3.0GHz，支持双通道DDR4-3000内存，典型功耗10W。芯片性能相比飞腾上一代桌面CPU提升了1倍，访存带宽提升了3倍，功耗降低1/3，主要应用于桌面终端和工业控制嵌入式产品。

“在市场层面，飞腾公司关注服务器芯片、桌面芯片和嵌入式产品，建立完整的产品线。从服务器芯片到桌面终端芯片再到IoT端的嵌入式产品，飞腾公司将不断推出新的、适用的产品。”窦强介绍了飞腾的市场规划。

由于有党政等专用市场的牵引，飞腾公司在PC市场有着较大的占比。但是，竇强对于嵌入式和服务器市场也很重视。“工业半导体市场智能制造工厂等，对信息化的需求非常迫切，其中大量场景用到工业控制芯片，我们的使命就是解决信息安全问题。由于嵌入式产品需要一个比较长的导入时间，这方面的产品开发是十分迫切的。”

相对于嵌入式产品来说，服务器市场空间更大，云计算厂商数据中心，每年可能采购的服务器的数量是几十万到百万的量级，随着5G通信的布署，边缘计算也会很快的起来。窦强希望加强定制化服务器芯片的开发。飞腾会根据阿里、腾讯数据中心的需求，进行产品定制。通过这种方式，使飞腾的产品除了在专用市场应用之外，还能够进入运营商市场。

“而且这个市场的发展比以前预计的更快。”窦强最后告诉记者。