上月，龍芯發(fā)布了新一代桌面CPU 3A6000，在單核性能上打平i3-10100F，其IPC追平了13代酷睿。緊接著，麒麟9000S問世。最近，有人向龍芯首席科學(xué)家胡偉武提問，龍芯3A6000和麒麟9000S孰強(qiáng)孰弱，對于這個(gè)問題胡偉武回答的比較委婉，說龍芯應(yīng)該和英特爾、AMD比，麒麟應(yīng)該和高通、蘋果比。有鑒于此，鐵流從技術(shù)上分析一下，兩款芯片的差異。
龍芯是CPU 麒麟9000S是SoC
其實(shí)，胡偉武的答復(fù)是充滿智慧的，因?yàn)檫@既避免得罪人，又說明了龍芯和麒麟的差異。
龍芯3A6000是一款桌面CPU，由于電腦空間大，GPU、橋片都可以布置在主板上，集成度不高。麒麟9000S是一款手機(jī)SoC，由于手機(jī)對空間要求苛刻，因而必須有非常高的集成度，才能節(jié)省空間，手機(jī)的SoC集成了CPU、GPU、DSP、ISP、NPU、基帶等諸多模塊，使一款手機(jī)芯片具有非常豐富的功能，蘋果的M1處理器甚至把內(nèi)存都集成到SoC里。
正是因此，龍芯和英特爾、AMD的CPU是同一類，麒麟和高通、蘋果的處理器屬于同一類。硬要對兩者進(jìn)行比較的話，由于3A6000不具備麒麟9000S的很多功能，因而如果就這些方面進(jìn)行對比，龍芯是非常吃虧的。
比如麒麟9000S集成了GPU，龍芯的GPU集成在橋片，3A6000沒有集成GPU，比GPU性能，麒麟9000S完勝；
3A6000 沒有集成DSP，麒麟9000S集成了DSP，比DSP性能，麒麟9000S完勝；
比如麒麟9000S集成了NPU，龍芯3A6000 沒有集成NPU，比NPU性能，麒麟9000S完勝。
不過，在兩者在某些方面是可以進(jìn)行比較的。比如指令集自主水平，CPU性能和制造工藝。
在指令集上，龍芯采用自主指令集LoongArch，麒麟9000S采用的是ARM v8.2，在自主水平上龍芯完勝。
在制造工藝上，龍芯采用的是境內(nèi)12nm工藝，麒麟9000S采用的是境內(nèi)新銳工藝，因而可以獲得更高的集成度和更低的功耗，在工藝上，麒麟9000S占優(yōu)。至于CPU性能對比，稍后再介紹。
由于龍芯和麒麟是不同類型的芯片，拿來對比不太合適，其實(shí)，拿龍芯和鯤鵬進(jìn)行對比才比較合適。
麒麟9000S大核定點(diǎn)對標(biāo)A78 浮點(diǎn)接近X1
雖然在GPU、NPU、DSP等方面不適合拿龍芯和麒麟進(jìn)行對比，但就CPU部分，還是可以從測試數(shù)據(jù)中來探個(gè)究竟的。
根據(jù)SPEC測試，編譯環(huán)境為GCC12.0 -Ofast，麒麟9000S在2.6Ghz主頻下，SEPC06 單核定點(diǎn)成績?yōu)?5.5，浮點(diǎn)成績?yōu)?0.6。
SEPC17測試，編譯環(huán)境是GCC12.0 -03，麒麟9000S單核定點(diǎn)成績?yōu)?.14，浮點(diǎn)成績?yōu)?.51。由于浮點(diǎn)性能對超算意義大，對手機(jī)意義有限，因此我們主要看定點(diǎn)成績。
作為參照，ARM的X3核心在3.1Ghz主頻下，定點(diǎn)可以達(dá)到61.7分；X1在3Ghz下，定點(diǎn)可以達(dá)到50.3分；2.8Ghz的A710達(dá)到38.7分；2.4Ghz的A78達(dá)到32.33。
換算為IPC就是：
x3，61.73/3.1=19.91
x1，50.38/3=16.79
a710，38.76/2.8=13.84
a78，32.33/2.4=13.47
麒麟9000S的大核，35.55/2.61=13.62
再來看SPEC2017測試下麒麟9000S的大核和ARM公版架構(gòu)的IPC對比。
x3，6.58/3.1=2.122
x1，5.71/3=1.9
a710，4.05/2.8=1.45
a78，3.62/2.4=1.51
麒麟9000S的大核，4.14/2.61=1.58
從數(shù)據(jù)可以看出，麒麟9000S的大核在定點(diǎn)上與a78相當(dāng)。
另一家機(jī)構(gòu)的測試也可以看出，麒麟9000S在SPEC2017測試下比較亮眼的是浮點(diǎn)性能，已經(jīng)接近X1的水平。
總結(jié)一下，麒麟9000S的CPU核在定點(diǎn)上對標(biāo)A78，在浮點(diǎn)上接近X1，與X3這樣的公版架構(gòu)尚有一定差距。
CPU的IPC 麒麟不如龍芯
從SPEC06實(shí)測數(shù)據(jù)看，麒麟9000S的IPC達(dá)到13+/G（定點(diǎn)），龍芯6000的IPC達(dá)到17+/G（定點(diǎn)）。從SPEC17實(shí)測數(shù)據(jù)看，麒麟9000S的IPC達(dá)到1.58/G（定點(diǎn)），龍芯6000的IPC達(dá)到2.08/G（定點(diǎn)）。
9000S的大核心是6發(fā)射，A78是4發(fā)射，等于說用了更多資源，最后堆出來的核定點(diǎn)與A78差不多，同樣6發(fā)射的龍芯6000 IPC追平13代酷睿，9000S的CPU核邏輯設(shè)計(jì)只能算中規(guī)中矩，尚有較大提升空間。
必須說明的是，龍芯的編譯器是GCC8.2，測試麒麟9000S用的是GCC12。GCC對ARM的支持，比對LoongArch好，LoongArch才出現(xiàn)3年，過于年輕，龍芯在軟件上幾乎都是“負(fù)優(yōu)化”，在編譯器方面，龍芯尚處于補(bǔ)課階段，而X86和ARM經(jīng)過多年優(yōu)化，GCC對X86和ARM非常友好。正是因此，胡偉武說計(jì)劃用2-3年完成編譯器的補(bǔ)課，完成補(bǔ)課后，能夠把性能提升10%—20%。
從中可以看出，龍芯3A6000的邏輯設(shè)計(jì)是非常強(qiáng)悍的，在制造工藝落后一代，且編譯器拖后腿的情況下，實(shí)測IPC依然比麒麟9000S高25%。
也許有人會(huì)說龍芯IPC高是因?yàn)?000S只要4M緩存，而龍芯6000有16M緩存，麒麟9000S的大核心可以用于鯤鵬處理器，屆時(shí)就可以彌補(bǔ)緩存的不足，進(jìn)而大幅提升IPC。
事實(shí)上，緩存對IPC有影響，但影響不足以抹平IPC上兩者的差距。
用數(shù)據(jù)說話，i3-10100F和i9-10850K，兩者的核心是相同的，不過i3的三緩是6M，i9的是20M。只要把它們鎖定到相同的頻率來測試，就可以知道三緩從6M提高到20M后，可以把性能提高多少。
把i3-10100F和i9-10850K都鎖定到1.0GHZ的頻率，都使用雙通道3200內(nèi)存，使用相同的編譯參數(shù)和系統(tǒng)環(huán)境測試SPEC CPU2006 int base，得到的成績?nèi)缦?
i3-10100F @ 1.0GHz int base=12.9
i9-10850K @ 1.0GHz int base=13.2
也就是說，把三緩從6M增加到20M，可以帶來2%左右的性能提升。
如果新一代鯤鵬CPU把把9000s的4M三級增加到16M，性能的提升比例也應(yīng)該是2%左右。簡言之，基于9000s的CPU核開發(fā)鯤鵬CPU，其IPC會(huì)有提升，但提升會(huì)比較有限。
由于PC和服務(wù)器上，功耗限制不會(huì)像手機(jī)上那么嚴(yán)格，新一代鯤鵬CPU的主頻可以往上提一提。
鐵流估算，新一代鯤鵬CPU（3Ghz）的SEPC06 單核定點(diǎn)成績?yōu)?8-40，這個(gè)性能已經(jīng)很強(qiáng)了。
作為參照，3Ghz主頻的Intel i3-10100F SEPC06 單核定點(diǎn)成績?yōu)?6.5：
3.5Ghz主頻的Intel i3-10100F成績?yōu)?1.6：
4Ghz主頻的Intel i3-10100F成績?yōu)?6.4。
2.5G的龍芯3A6000成績?yōu)?3.1。
總的來說，瑕不掩瑜，畢竟定點(diǎn)IPC可以對標(biāo)A78，這個(gè)性能已經(jīng)很不錯(cuò)了，只要不運(yùn)行高負(fù)載的3A游戲，足以滿足絕大部分應(yīng)用。
麒麟和龍芯有著截然不同的定位
麒麟和龍芯是兩種截然不同定位下的芯片，麒麟的定位是商業(yè)芯片，可以從國外購買外商技術(shù)授權(quán)，可以買臺積電尖端工藝流片，其商業(yè)化受益于ARM+安卓體系，可以運(yùn)行AA體系軟件生態(tài)。
幾年前，麒麟就因?yàn)檫^度依賴ARM授權(quán)和臺積電尖端工藝——從K3V2到麒麟9000，其CPU、GPU核全部從外商購買，一直采用臺積電尖端工藝。這是這種依賴性導(dǎo)致其在4年時(shí)間內(nèi)“絕版”，直到最近才隨著境內(nèi)新銳工藝的良率攀升，才實(shí)現(xiàn)“王者歸來”。
龍芯的定位是自主CPU，要求高度自主可控，自研LoongArch指令集和全套IP，始終與境內(nèi)工藝保持同步，一方面是因?yàn)辇埿靖F，買不起臺積電尖端工藝，另一方面也是龍芯為了保證自主可控，始終堅(jiān)守底線思維。在麒麟用上臺積電16nm時(shí)候，龍芯使用的是境內(nèi)40nm工藝；當(dāng)麒麟用上臺積電5nm工藝時(shí)，龍芯使用的是境內(nèi)12nm工藝。
正是依靠自主指令集LoongArch，自主研發(fā)核心IP，堅(jiān)持使用境內(nèi)工藝，自建軟件生態(tài)，使龍芯在被美國列入實(shí)體清單后，不受絲毫影響，始終保持了正常的迭代速度。
總的來說，麒麟9000S是目前國內(nèi)基于境內(nèi)新銳工藝打造的最強(qiáng)ARM芯片，功能豐富，集成度高，在商業(yè)市場上非常具有競爭力。但在CPU核設(shè)計(jì)，以及自主可控水平上與龍芯有差距。
龍芯3A6000是基于境內(nèi)12nm工藝和LoongArch指令集打造的自主桌面CPU，在IPC上已經(jīng)追平了英特爾13代酷睿，在國產(chǎn)CPU中單核性能最強(qiáng)，且自主程度最高。但在工藝上與麒麟有差距，在軟件上存在明顯短板。
麒麟9000S和龍芯3A6000有各自的優(yōu)勢與不足，在各自的優(yōu)勢領(lǐng)域都會(huì)有很好的前景。
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