中國(guó)CPU和美國(guó)差距有多大

　　一直以來(lái)，中國(guó)在芯片上大量依賴(lài)進(jìn)口，而且購(gòu)買(mǎi)芯片的費(fèi)用已經(jīng)超過(guò)石油的費(fèi)用，而且在CPU上美國(guó)有Intel、AMD、IBM。在GPU上美國(guó)也有英偉達(dá)、AMD，在DSP上有德州儀器。在FPGA上有賽靈思和阿爾特拉。.可以說(shuō)在各種芯片上美國(guó)處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，那么中國(guó)的CPU和美國(guó)相差到底有多大呢？

　　在桌面芯片上，龍芯和飛騰目前最好的桌面四核芯片的單線程定點(diǎn)測(cè)試成績(jī)大約為Intel I5 4460的三分之一，雖然和Intel的差距依舊比較大，但目前龍芯和飛騰還沒(méi)有大型游戲等對(duì)CPU性能要求較高的軟件應(yīng)用，現(xiàn)在的性能對(duì)于絕大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)都是夠用的，特別是對(duì)黨政軍辦公電腦和一體機(jī)，龍芯3A3000和飛騰1500A的性能已經(jīng)屬于性能過(guò)剩了，只要軟件跟得上，在黨政軍領(lǐng)域能替換Intel的CPU。

　　在服務(wù)器CPU上，飛騰2000雖然在單線程性能上和Intel有一定差距，但其全芯片性能頗為不俗，能與Intel Xeon E5-2695v3相當(dāng)，已經(jīng)是全球全芯片性能最強(qiáng)的ARM服務(wù)器CPU，如果ARM等國(guó)外廠商能完善其服務(wù)器CPU的軟件生態(tài)，飛騰則有可能借著ARM的生態(tài)一飛沖天。

　　在超算芯片上，申威26010完全可以和Intel最好的加速器KNL硬碰硬的較量。

　　今天，我們重點(diǎn)探討另一個(gè)領(lǐng)域，宇航級(jí)CPU。宇航級(jí)CPU構(gòu)成了人造衛(wèi)星的大腦，為了能在星際空間這樣的惡劣條件下工作，不僅要應(yīng)對(duì)極端苛刻的高溫和低溫，還要能應(yīng)對(duì)無(wú)處不在的宇宙輻射。對(duì)于應(yīng)對(duì)高溫和低溫，主要是將電路的時(shí)序冗余加大，并降低功耗。有人說(shuō)，抗輻射技術(shù)不就是給芯片加一個(gè)抗輻射封裝么？這有什么難的。其實(shí)封裝對(duì)芯片的保護(hù)是有限的，高能粒子流可以打穿芯片的封裝材料，進(jìn)入芯片內(nèi)部對(duì)芯片造成破壞?？馆椛浼庸讨饕性O(shè)計(jì)和工藝兩種加固技術(shù)，或者根據(jù)需要組合使用這兩種技術(shù)。

　　從廣義上講，抗輻射加固設(shè)計(jì)包括材料設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、器件設(shè)計(jì)、封裝設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等。從狹義上講，一般是指采用電路設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì)減輕電離輻射破壞的方法。工藝加固是用特殊的工藝進(jìn)行抗輻射加固的技術(shù)。工藝步驟可以是制造商或軍方專(zhuān)有的，也可以是以加固為目的將特殊的工藝步驟加入到標(biāo)準(zhǔn)制造商的晶圓制造工藝中去?？馆椛浼庸坦に嚰夹g(shù)具有高度的專(zhuān)業(yè)化屬性和很高的復(fù)雜性。

　　在很長(zhǎng)一段時(shí)間，中國(guó)的星載計(jì)算機(jī)處理器大多依賴(lài)進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)的人造衛(wèi)星也大多使用進(jìn)口CPU。而美國(guó)為首的西方國(guó)家嚴(yán)格限制高性能的宇航級(jí)和軍品級(jí)CPU的出口，使我國(guó)星載計(jì)算機(jī)的研制受到很大的限制。在十多年前，就有美籍華裔學(xué)者因購(gòu)買(mǎi)了幾十片軍品級(jí)Intel 486 CPU并出售給中國(guó)，被美國(guó)司法機(jī)關(guān)和國(guó)防部犯罪調(diào)查局調(diào)查指控的案例。

　　在為數(shù)不多的軍品級(jí)、宇航級(jí)國(guó)產(chǎn)CPU中，其實(shí)大多也是對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的逆向工程，比如應(yīng)用于航天的386EX，以及被應(yīng)用于軍用電子設(shè)備的486DX、ARM7，還有由國(guó)內(nèi)某些單位仿制過(guò)PowerPC603e和SM1750、SM1753、SM1754，國(guó)產(chǎn)版的P1750還曾被用于遙感一號(hào)、風(fēng)云三號(hào)、試驗(yàn)四號(hào)等衛(wèi)星。某所還有基于SPARC開(kāi)源代碼修改設(shè)計(jì)的BM3802RH和BM3803MGRH。但這些仿制或基于開(kāi)源代碼修改設(shè)計(jì)的國(guó)產(chǎn)CPU，大多存在性能偏低的問(wèn)題，P1750、386EX 、486DX、ARM7性能都低于50MIPS，BM3802RH、PowerPC603e雖然超過(guò)了100MIPS，已經(jīng)強(qiáng)于RAD6000，與歐洲的LEON不相上下，但和美國(guó)的RAD750相比還有不小的差距——RAD750的計(jì)算性能達(dá)240—400MIPS。

　　2015年發(fā)射的北斗雙星實(shí)現(xiàn)了100%采用國(guó)產(chǎn)CPU，在北斗雙星上搭載了龍芯1E和龍芯1F，負(fù)責(zé)進(jìn)行常規(guī)運(yùn)算，數(shù)據(jù)采集、開(kāi)關(guān)控制、通訊等處理功能。龍芯1E和龍芯1F是國(guó)內(nèi)極少數(shù)自主設(shè)計(jì)的宇航級(jí)CPU，和RAD750源于成熟的商業(yè)產(chǎn)品PowerPC 750一樣，龍芯1E和龍芯1F也是源于比較成熟的技術(shù)，微結(jié)構(gòu)為GS232，于2006年開(kāi)始設(shè)計(jì)， GS232的IP授權(quán)在去年就出售了三百多萬(wàn)套，采用GS232的CPU龍芯也已經(jīng)出售了數(shù)百萬(wàn)片。龍芯1E和龍芯1F的性能指標(biāo)為200MIPS，雖然和美國(guó)RAD750依舊有差距，但在性能上已經(jīng)強(qiáng)于西方愿意公開(kāi)賣(mài)給中國(guó)的宇航級(jí)CPU了。更可貴的是，龍芯1E和龍芯1F的售價(jià)僅為幾萬(wàn)元一片，而西方愿意出售給中國(guó)的宇航級(jí)芯片中，像性能為100MIPS的美國(guó)ATMELAT697要20萬(wàn)到30萬(wàn)一片，性能更好價(jià)格高達(dá)上百萬(wàn)元一片。

　　目前，龍芯1E已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)美國(guó)進(jìn)口的ATMELAT697的替換，正在研發(fā)基于GS232e的下一代宇航級(jí)CPU，性能將到達(dá)400MIPS，該工作一旦完成，則能打破西方國(guó)家在高端宇航級(jí)芯片上的壟斷。