國產晶片取得驚人進展,AMD和英特爾慌嗎?

語言: CN / TW / HK

國內的半導體技術到底是什麼水平?

這個問題想必很多國人都感興趣,其實感興趣的不只國人,老外也十分關注中國的半導體行業發展,而在小雷日常逛外國科技數碼網站的時候,就看到了一篇關於中國半導體晶片的報道。

標題十分吸引人:《Loongson Claims its CPU IPC Will Match AMD Zen 3 and Intel Willow Cove by 2023》,翻譯一下就是: 龍芯稱其CPU的IPC效能將在2023年之前與AMD Zen3及英特爾Willow Cove(十一代酷睿的架構)匹敵。

說實話,粗看標題小雷第一反應是今天是不是愚人節,顯然不是,畢竟五一假期都過去一個多月了。

對半導體、晶片領域不熟悉的讀者可能沒什麼感覺,但是隻要對這兩個領域有一定了解,都會感到震驚,畢竟Zen3和Willow Cove可是實打實的先進製程+先進架構,代表著目前世界上半導體行業的最高水準。

不說對標Zen3和Willow Cove,只要龍芯能夠達到Zen1的水平,都足以讓我們在半導體領域揚眉吐氣,直接與AMD、英特爾叫板。理智告訴我雖然國內半導體行業發展已經十分迅速,但是想要在如此短的時間內追上世界先進水平,可能性還是太低了。

到底是什麼東西,能讓老外們給出這樣的報道??

龍芯大戰Zen3?

在外網的文章報道中,龍芯公司聲稱將在2023年推出在IPC效能上能夠與AMD Zen3匹敵的處理器。首先我們瞭解一下什麼是IPC效能,簡單來說,IPC就是CPU每一時鐘週期內執行的指令數量,假設時鐘週期為1,上一代的CPU可以在1的時鐘週期內執行100條指令,下一代提升為115條,那麼就等於IPC效能提升15%。

而且,英特爾提出的CPU效能判斷公式就是CPU效能=IPC*主頻,所以在主頻不變的情況下,對比IPC效能就可以得出CPU效能的提升幅度。舉個例子,同樣是3.0GHz主頻,A型CPU的IPC效能為100,B型CPU效能為150,那麼B型CPU的效能就比A型CPU高50%。

當然,CPU的真實效能涉及到更復雜的變數,比如系統、應用環境等,只是單純從資料方面來說,如此計算也是對的。所以, IPC效能指標十分重要,甚至可以說IPC效能的提升基本上就等同於CPU效能的提升。

那麼龍芯下一代處理器3A6000的IPC能夠與Zen3媲美,說明3A6000在效能上能夠媲美Zen3?並不是,IPC效能是一個重要的指標,但是CPU主頻一樣重要,只要其中一項資料無法並駕齊驅,真實效能就不可能相等。

AMD的Zen3處理器目前最低端的入門型號為Ryzen3 5400U,四核八執行緒,基準主頻為2.6GHz,最大加速時鐘頻率為4.0GHz。作為對比,龍芯3A5000的主頻為2.3GHz-2.5GHz(目前龍芯主頻最高的在售處理器),主頻的巨大差距意味著即使兩者的IPC效能相當,3A5000的最高效能也不如Ryzen3 5400U的正常最低效能。

即使樂觀預計下一代的3A6000能夠提升主頻,大概率也不會超過2.8GHz,0.3GHz的提升看似很小,但是瞭解處理器領域的讀者應該清楚,0.3GHz的變化基本上等同AMD Zen2到Zen3的提升幅度,難度其實非常大。

當然,就算真實效能無法與Zen3媲美,光是IPC效能相當就足以讓人感到興奮。不過我在龍芯官網卻沒有看到相關的報道,僅僅是看到:龍芯3A6000及龍芯3C6000系列將採用12nm工藝和新的LA664架構設計。

另外,龍芯基於新架構和工藝做的模擬測試結果顯示: 龍芯3A6000處理器單核SPEC CPU 2006定點/浮點base分值從26/28分提高到35/45分,分別提升37%及68%。 以上就是官方公佈的關於3A6000系列處理器效能的訊息,並沒有提到IPC效能,那麼IPC效能的資料又來源於哪裡呢?

(圖片來源:龍芯官網)

經過檢索,在網友的指路下我發現IPC效能的相關報道來自於一個自媒體,作者通過整合前兩代龍芯的效能測試結果,基於龍芯給出的3A6000模擬資料計算出了SPEC06單核定點Base和浮點Base的成績。最後假設3A6000的主頻達到2.5GHz-2.8GHz,那麼3A6000的IPC效能就將與Zen3相仿。

簡單來說,這個結果是基於假設的模仿測試得出的,暫時還沒有實際的資料支撐,所以國產CPU的支持者還是別高興得太早了。

龍芯現狀如何?

龍芯現在到底走到了哪裡?近日舉辦的“2022年LoongArch生態發展暨通明湖創新應用論壇”也許可以給出答案。LoongArch可能聽過的人並不多,不過另一個名字大家應該都熟悉——龍芯,LoongArch正是龍芯中科研發的一個指令集架構,目前主要應用在旗下的龍芯系列晶片中。

(圖片來源:龍芯官網)

在論壇上,龍芯中科正式釋出3C5000系列晶片,所採用的就是上面提到的LoonArch指令集架構,根據官方說法,3C5000系列晶片可以滿足通用計算、大型資料中心和雲端計算中心的使用需求。

(圖片來源:龍芯官網)

雖然國內半導體行業在過去發生過不少讓人難以啟齒的問題,但是作為國內自研半導體晶片的龍頭,龍芯確實無愧於他們的名字。 3C5000系列的官方資料顯示,其採用16核心設計,unixbench分數達到95000分以上,雙精度計算能力可達560GFlops,峰值效能與典型ARM 64核處理器相當。

此外,3C5000系列最高支援16路互連,搭配一併推出的龍芯7A2000橋接晶片,使PCIe頻寬對比上一代晶片提升達400%以上。從描述來看,3C5000系列確實擁有不錯的效能,那麼具體效能如何呢?

具體引數方面,3C5000L的主頻為2.0GHz-2.2GHz,支援4個72位DDR4-3200控制器,支援ECC校驗,支援1個SPI、1個UART、3個I2C、16個GPIO介面,功耗為130W。

(圖片來源:龍芯官網)

雖然3C5000L看起來並不算出彩,但是在國產處理器中卻是數一數二的存在,進步的速度也遠比預料的快。而且, LoongArch也已經擺脫了MIPS的束縛,根據相關資訊來看,LoongArch是完全自主研發的新型架構,僅通過二進位制翻譯技術相容MIPS。

甚至可以說,如今束縛國產晶片的主要因素其實只剩下製程工藝和光刻機,而在晶片設計上國產晶片已經迸發出讓人驚歎的實力,在穩步前進的情況下,只要能夠解決光刻機等問題,那麼在未來的10年左右追上領先水平並非沒有可能。

有讀者可能覺得10年也太久了吧?實際上,能夠用30年追上英特爾、AMD六七十年的研發成果,已經足以讓人感嘆我們在半導體領域的進步神速了。

封面來源:龍芯官網