干貨真正走向市場化 兆芯X86處理器技術(shù)水平如何？

　　近年來，我們很欣喜地看到中國的處理器產(chǎn)品有了巨大的進(jìn)步——從嵌入式領(lǐng)域、安全應(yīng)用、服務(wù)器領(lǐng)域到超級計(jì)算應(yīng)用，國產(chǎn)處理器的身影無處不在。但有所遺憾的是，之前的國產(chǎn)處理器大多應(yīng)用在非常專業(yè)的領(lǐng)域，一般很少涉足個(gè)人應(yīng)用。因此為了讓普通人也能用到國產(chǎn)處理器，在經(jīng)過長期的戰(zhàn)略規(guī)劃、技術(shù)研發(fā)準(zhǔn)備后，我國的科研人員終于推出了多款針對辦公、影音播放、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，可以運(yùn)行在包括Windows、LINUX和大部分國產(chǎn)操作系統(tǒng)下的X86 CPU：兆芯。這意味著中國也有了與英特爾酷睿、AMD FX系列在技術(shù)架構(gòu)、應(yīng)用功能相似的X86處理器產(chǎn)品。那么我們的X86處理器具備怎樣的技術(shù)水平呢?

　　誰打造了中國X86 CPU?

　　此次開發(fā)中國X86 CPU來自一家新興企業(yè)——上海兆芯集成電路有限公司。該公司是一家成立于2013年4月的國資控股企業(yè)，其主要業(yè)務(wù)是為業(yè)界提供滿足國家戰(zhàn)略需求、高性能、低功耗、低成本的芯片及配套解決方案。

　　兆芯之所以會(huì)將CPU作為主營業(yè)務(wù)，是因?yàn)檎仔境薪恿?ldquo;核高基”國家重大專項(xiàng)，肩負(fù)著打造國產(chǎn)桌面通用處理器的重任。處理器是計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備的核心，把這個(gè)“核心”牢牢把控在自己的手里，繼而推動(dòng)電腦、服務(wù)器等設(shè)備的全面國產(chǎn)化，服務(wù)國家互聯(lián)網(wǎng)和信息化產(chǎn)業(yè)建設(shè)，是“核高基”重大科技專項(xiàng)立項(xiàng)的目的所在。

　　在兆芯公司成立時(shí)的2013年，我們國家已經(jīng)有了基于多種架構(gòu)的國產(chǎn)處理器，比如采用MIPS架構(gòu)的龍芯，采用Alpha 21164架構(gòu)的申威處理器。基于不同架構(gòu)的處理器，它們的應(yīng)用領(lǐng)域也不同，不同架構(gòu)的國產(chǎn)處理器在各自的領(lǐng)域都已經(jīng)有了顯著的成績，這是整個(gè)行業(yè)值得慶幸的事情。

　　但是，X86架構(gòu)的CPU在桌面辦公領(lǐng)域占據(jù)絕對核心的地位，政府、企業(yè)辦公都脫離不了X86整機(jī)和服務(wù)器。這種龐大的用戶規(guī)模、突出的平臺(tái)兼容性讓X86架構(gòu)的這種地位在很長時(shí)間之內(nèi)很難被撼動(dòng)。然而以前我國沒有自己的X86架構(gòu)處理器，幾乎全部要依賴進(jìn)口。這不僅是我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的痛處，還會(huì)影響到我國的網(wǎng)絡(luò)信息安全。因此兆芯公司選擇專注X86架構(gòu)，這不僅僅是看中了其龐大的用戶規(guī)模和完善的平臺(tái)、生態(tài)，更重要的是能為國家信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展、以及需要網(wǎng)絡(luò)信息安全的國家戰(zhàn)略規(guī)劃做出貢獻(xiàn)。

　　兆芯處理器具備怎樣的技術(shù)水平?

　　在經(jīng)過數(shù)年的潛心研究后，兆芯成功地邁出了X86高端通用芯片的國產(chǎn)化步伐。自2014年首次推出基于X86架構(gòu)的ZX-A雙核處理器后，兆芯接下來完成了ZX-C四核處理器的全新架構(gòu)和代碼設(shè)計(jì)，并于2015年實(shí)現(xiàn)了ZX-C四核處理器的量產(chǎn)。同時(shí)，兆芯處理器也逐步建立了完善的產(chǎn)品體系以及可持續(xù)性的發(fā)展策略。其中ZX-C已由單一的處理器進(jìn)化為“開先”系列，包括ZX-C四核和ZX-C+四核兩類處理器，兩者均基于28nm工藝，主頻最高2.0GHz，兼容X86指令集，支持CPU虛擬化技術(shù)，ZX-C+四核處理器還支持SM3和SM4高速國密算法指令。高速國密算法指令是由兆芯自主研發(fā)的一套算法指令集，不僅能大幅提升SM3和SM4兩種國密算法的運(yùn)算速度，還讓密碼學(xué)相關(guān)應(yīng)用的開發(fā)以及部署和推廣更為方便，這是市面上其他國外X86處理器所不具備的。

　　兆芯ZX-C處理器內(nèi)部架構(gòu)圖，四顆核心清晰可見。

　　兆芯ZX-C四核心處理器，采用28nm CMOS工藝打造，尺寸為21mm×21mm的FBGA封裝技術(shù)。其CPU核心采用超標(biāo)量、多發(fā)射、亂序執(zhí)行架構(gòu)等設(shè)計(jì)，兼容X86指令，可支持原生64bit系統(tǒng)，并支持CPU虛擬化(VT)技術(shù)。

　　ZX-C處理器型號、技術(shù)規(guī)格一覽，可以看到其四核心、四線程設(shè)計(jì)、28nm生產(chǎn)工藝已與當(dāng)前的主流X86處理器相差不大，也支持SSE 4.2、AVX、AVX2等常用指令集。不足是其處理器頻率稍低，內(nèi)存控制器、PCIe控制器仍采用獨(dú)立于CPU之外的設(shè)計(jì)，均集成在主板北橋芯片組內(nèi)部，通過FSB總線與CPU通信。