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微結構設計能力看國產CPU發展

鐵流 · 2021-07-12 · 來源:鐵君公眾號
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  當下,國內CPU公司可以大致分為涇渭分明的兩條技術路線,分別是自主研發路線和技術引進路線,從實踐上看,自主CPU架構改進能力和IPC提升能力要明顯優于技術引進CPU,在研發上更具發展后勁。

  FT CPU IPC進步相對有限

  2013年的FT1500是基于SPARC的開源代碼設計出來的,2015年的FT1500A為ARM,FT1500A相較于FT1500在單核性能上提升了3倍,但在FT1500A之后,FT2000和FT2000plus在單核性能上提升就比較有限了。

  微信圖片_20210712112546.jpg

 

  從下圖可以看出,從2014年至今,FT在主頻提升上比較有建樹,從FT1500A的1.5G至2G提升到了如今的2.6G至3G,成績喜人,可喜可賀。但在IPC方面,從FT1500A到FT-2000/4,再到D2000提升非常小.總而言之,FT-2000/4在IPC上原地踏步,主要依靠主頻的提升,把CPU性能提升上來。

微信圖片_20210712112549.jpg  

  LX CPU IPC進步較快

  LX3A1000和LX3B1500(2013年)在單核性能上與FT1500大致相當。2015年的LX3A/B2000單核性能遜色于FT1500A,之后的LXA3/B3000也只是在單核性能上接近FT2000。但到了LX3A/B4000這一代,性能有了大幅提升,單核性能提升超過80%。

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  必須說明的是,LX3A/B4000這一代與LXA3/B3000這一代CPU在制造工藝上都是28nm SOI工藝,也就是說在制造工藝完全相同的情況下,LX通過自身的設計能力,把單核性能提升80%以上。在國內諸多ARM芯片性能提升高度依賴臺積電先進工藝和購買國外更好EDA工具的大背景下,LX這種完全依靠自身設計能力提升CPU性能的做法絕對是一股清流。

  就LX3A5000而言,最大的改變是提升了制造工藝。其次是對微結構進行了一些改進,IPC提升在15%左右,這使3A5000的SPEC06測試定點26分(base  @2.5Ghz)。這個成績已經達到預期指標,而且經過進一步優化,SPEC06成績還有進一步優化的空間,優化后Peak可以達到30分。在采用12/14nm工藝的條件下,單核性能已經達到甚至超過技術引進的7nm ARM處理器水平。

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  單核性能和IPC提升非常關鍵

  目前,國內CPU公司在宣傳上有一個非常不好的現象,那就是喜歡堆核心數,用64核、48核戰平英特爾14核、28核CPU來"彰顯"自己的CPU如何厲害。但實際上,這種做法意義是相對有限的,因為在桌面和服務器,很多程序都是串行的,尤其是桌面CPU非常注重單核性能。畢竟單核性能是基礎,很多程序都依賴單進程的處理速度,如果單核性能上不去,核心數再多也沒用。游戲開發者也向AMD RTG圖形部門大佬表示:相比堆核心數,他們寧愿希望CPU單核性能提升1%。在AMD推出銳龍以后,單核性能大幅提升,這使AMD的市場份額有所回升,并使AMD的股價相對于最低谷時期暴漲20倍。

  因此,想要在市場上占據一席之地,單核性能至關重要,CPU單核性能不行的話,萬事皆休。就提升單核性能而言,一個辦法是改進CPU架構提升IPC,另一個辦法是提升CPU的主頻。就提升主頻而言,最簡單粗暴的辦法是通過采用臺積電更加先進的制造工藝,而提升IPC則需要CPU設計公司具備更強的設計能力。

  自主研發更具發展后勁

  從技術引進和自主研發兩條技術演進路線上來看,自主研發的CPU顯然具備更強IPC提升能力。下圖中,白色的為技術引進CPU,橙色的為自主CPU。

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  實踐證明,技術引進CPU雖然在初期會有一個大飛躍,但要實現技術引進消化吸收,這需要時間,會產生一個"先快后慢"的效果。而自主研發雖然一開始的速度會慢一些,但基礎可以打的更加扎實,在后續研發方面會更具有發展后勁。借用武俠小說的概念打個比方,技術引進有一點像一些反派配角修行的邪派武學,通過“走捷徑”,前期可以快速提升武力值,可以在主角面前耀武揚威,但到后期就會后繼乏力被主角教訓。自主研發則類似主角學的名門正派絕世武功,前期不顯山不顯水,武功進階速度不如修習邪派武學的反派,但后勁綿長越到后期越厲害。鐵流希望國內CPU研發單位走武俠小說中主角的道路,千萬別學反派練習邪派武學把路走歪了。

  CPU自主研發雖然在前期會有比較高的試錯成本,發展也會慢一些,性能也會差一些,但有助于積累經驗,鍛煉能力。由于CPU源代碼都是自己寫的,發現問題后自己有能力改,通過不斷的性能分析,找出CPU的瓶頸,然后不斷地迭代,這才是發展的動力。

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