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

      近日中美貿(mào)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”系列活動期間，眾多本土芯片及其生態(tài)圈企業(yè)參展，場面頗為壯觀（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(zhàn)與未來規(guī)劃。

      1  網(wǎng)安方案越來越多

      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(shè)計）品牌都參加了展示（如下圖）。另外，2019年年底的工博會上，兆芯還將攜手大批工控/網(wǎng)安設(shè)備展示。

      目前，兆芯芯片已在保密和國密、鐵路基礎(chǔ)設(shè)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。其次，網(wǎng)安與嵌入式系統(tǒng)的特點很像，有少量、多樣化的特點，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商、7大類不同設(shè)備，涉及入侵檢測、病毒檢測、數(shù)據(jù)防泄露、網(wǎng)關(guān)、防火墻等，因此各家的應(yīng)用重點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，兆芯能借助現(xiàn)有的x86生態(tài)優(yōu)勢。因為在計算領(lǐng)域，x86架構(gòu)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(tǒng)，同時也支持中科方德、中標麒麟、普華等國產(chǎn)自主可控操作系統(tǒng)，軟硬件兼容性出色，性能穩(wěn)定可靠，可降低應(yīng)用遷移成本。

      實際上，兆芯2013年成立，此前MIPS和Arm等架構(gòu)的CPU已在國內(nèi)推廣多年，但進度不太理想，因為CPU不僅靠性能，還要與打印機、傳真機、QQ等的應(yīng)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)，需要進行遷移、改寫，因而需要一定的投資和時間。例如高鐵軟件十年不能變，如果換生態(tài)，改寫后通常5年性能才能穩(wěn)定，時間非常漫長。

      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(nèi)第一個完成28nm、2.0 GHz主頻的芯片。之后D系列是第一個做到對DDR4的支持。當時國內(nèi)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，即開先KX-6000系列，是國內(nèi)第一個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(nèi)僅有的擁有CPU、GPU、芯片組三種IP的CPU廠商，所以用這些自有知識產(chǎn)權(quán)就可以開發(fā)一顆完整的SoC芯片，例如開先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，這同時也是一把雙刃劍，相比本土友商，兆芯的團隊規(guī)模是最大的，相當于友商3倍的人員，即需要3倍的開銷。但是營收卻沒有友商的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(zhàn)

      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，這塊市場目前還是很小。因此本土CPU企業(yè)更多的是靠政府的力量、政策的力量。很多時候并不太講商業(yè)化、市場化。

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

      當然，有國產(chǎn)化需求的地方目前還不能夠在性價比上，跟公開市場上的Intel去直接競爭，所以政策的力度沒有到的地方，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價比，還有一個替換成本——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的方案。因此，如果是在純商業(yè)世界里的，沒有人會做這件事；但就算不是純商業(yè)環(huán)境，盡管有政策需求，如果政策強度沒有足夠大，也不會有人去干。所以現(xiàn)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，會要求用國產(chǎn)芯片，例如公安或政府部門。

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(shù)據(jù)保護系統(tǒng)）

      在研發(fā)中，兆芯遇到的最大挑戰(zhàn)，首先是人才。因為國內(nèi)CPU方面的人才本來就少，這么有限的人才還分散到了眾多設(shè)計企業(yè)中，另外現(xiàn)在AI、機器人、自動駕駛等領(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(quán)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、華中科技大學以及電子科技大學等成立聯(lián)合實驗室，以攜手推進國產(chǎn)芯片的研發(fā)以及人才培養(yǎng)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(shè)計工具、知識產(chǎn)權(quán)、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(jié)起來，因為咱們有很多環(huán)節(jié)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(xiàn)在最新的16 nm開先KX-6000是在臺積電流片的。因為國內(nèi)沒有16 nm的成熟產(chǎn)線。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(nèi)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(xiàn)在主要是政策剛需驅(qū)動，因此政策的推進速度快，兆芯發(fā)展得就會快。因為從純粹商業(yè)角度講，沒有人會換。因此，政策的力度和導向是至關(guān)重要的。

      政策力度方面，現(xiàn)在國內(nèi)的領(lǐng)導和專家都有爭議，爭論點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(qū)別是，芯片行業(yè)的特點是必須要面向市場。但是，即使不“集中力量辦大事”，也不能走到反向去，例如出現(xiàn)投資分散的現(xiàn)象，造成了本土芯片設(shè)計企業(yè)數(shù)量眾多，覆蓋的領(lǐng)域面面俱到。

      另外，本土CPU業(yè)的成長離不開政府的投資，目前我國與世界先進水平的差距還較大，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(xiàn)實性，不能偏左或偏右。偏右的觀點是：國外的又好又便宜，干嘛不買？偏左主張什么都得自己重新來，全部原生態(tài)地從零造起。現(xiàn)在國內(nèi)芯片界，關(guān)于核心的自主可控行業(yè)有時候還是有點偏激。因此我們要防右，但更主要的是防左，因為我們很容易偏左，偏左的時候損害性巨大，因為有時你得面對現(xiàn)實：你就是不行。你非得要一步到位、搞一個大躍進，是很難做到的。因為從零造起很難，“兩彈一星”要是沒有錢學森等科學家歸國，沒有歐美的核物理學，也是不可能的?？茖W技術(shù)必須在前人的基礎(chǔ)上發(fā)展，這是個客觀規(guī)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(guī)劃

      兆芯目前的主流系列C系列(開先ZX-C)和D系列(開先ZX-D)正在量產(chǎn)銷售，且銷量增量良好，例如2018年的增量是3倍以上，今年應(yīng)該有四五倍的成長。

      在此次展會上，兆芯開先KX-5000 8核/4核處理器是D系列中重點展示的產(chǎn)品之一，采用28 nm工藝，支持雙通道DDR4內(nèi)存，兼容x86 32/64指令，可提供9個PCIe端口，最多可支持24通道3.0傳輸。在C系列，兆芯帶來了開先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(開先ZX-E，即KX-6000)預計2019年六七月量產(chǎn)。作為兆芯自主設(shè)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(nèi)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(shè)計成就獎”。

      下一步，預計兩年后，兆芯會推出真正的服務(wù)器CPU。盡管現(xiàn)在的C、D、E系列都有服務(wù)器產(chǎn)品，但嚴格的說它們是存儲服務(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(shù)據(jù)中心、超算用的超大型服務(wù)器，目前Intel是最領(lǐng)先和市場占有率最高的，兆芯兩年后也將涉足此領(lǐng)域。

      6  小結(jié)

     網(wǎng)絡(luò)信息安全對國家安全、社會經(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，兆芯x86 CPU已有眾多客戶方案和應(yīng)用。這得益于政策的支持，也來源于兆芯人的努力。希望政策繼續(xù)支持本土CPU，并且鼓勵企業(yè)圍繞核心技術(shù)進行消化、吸收的創(chuàng)新。