龍芯公布下一代 CPU 3A4000 系列產(chǎn)品 - 全文

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龍芯3A4000的設計指標如何，要實現(xiàn)這個指標有何難度?龍芯3A4000性能會有哪些可能性呢?

關于3A4000的進度

關于龍芯3A4000，龍芯對其寄予了厚望，特別是吸取了3A2000和3A3000的不足后，做了修改，而且改動比較大。

龍芯方面最理想的目標是實現(xiàn)GCC編譯器下SPEC06定點20分，不過這個是最理想狀態(tài)下的，畢竟CPU公司跳票或者沒能達到計劃的情況很常見，即便是Intel、AMD都有這種黑歷史。

先介紹一下3A4000的進度。3A4000的研發(fā)會比較慢，主要是兩個目標定的很高，一個是GCC編譯器下，SPEC2006測試能達到10/G，另一個是主頻到2G。

10/G是什么概念呢?AMD的Zen大概也就這個水平——AMD自己公布的是3.4G，31.5分，換算以下就是9.26/G。不過由于一些優(yōu)化選項沒開，而且編譯器是GCC4.6，換一下GCC編譯器版本，多開一些優(yōu)化，10+/G的成績Zen還是能達到的。

Intel的Haswell，像賽揚的話，因為沒有AVX指令帶來的向量優(yōu)化，以及緩存被“閹割”等因素，也就9.3/G，而i5-4460因為不像賽揚被“閹割”，可以到11/G，網(wǎng)友測試Skylake，大約也就11+/G(畢竟Intel這些年在擠牙膏)。

因此，如果龍芯3A4000能到10/G，那在微結(jié)構上和Intel、AMD的差距就比較小了。不過，考慮到越往上走，微結(jié)構優(yōu)化難度越大,像3A4000基本上是3A3000里一點一點的摳，因而要實現(xiàn)這一目標的難度很大。

難度到底有多大呢?作為參照，以AMD的實力憋出Zen都用了九牛二虎之力，而龍芯3A3000的微結(jié)構GS464E除了帶寬是K10的兩倍之外，總體上GS464E和K10相當，等于是龍芯要完成AMD從K10到Zen的跨越。

AMD憋出Zen都用了這么久，龍芯要實現(xiàn)這一點，難度可想而知。

第二是主頻，龍芯3A3000主頻上不去，固然有自身后端設計能力相對有限的因素，但也和人力、財力，以及和代工廠的能力息息相關，而境內(nèi)的代工廠在同制程下只有臺積電的60%，和龍芯長期合作的ST在同制程下也只有臺積電的80%，而臺積電和Intel又有一定差距。

另外，如果主頻要做上去，IC設計公司和代工廠就必須建立非常密切的關系，要開放一些技術資料，像Intel和曾經(jīng)的AMD、IBM都是IDM廠商，因此可以開放技術資料設計和工藝制造不斷磨合。

雖然IBM和AMD把晶圓廠賣了，但依舊和GF保持了過去的密切聯(lián)系，很多技術儲備和資料也都保留了下來，這樣就可以繼續(xù)做高主頻CPU，但龍芯和ST不可能建立這種關系。

而境內(nèi)的一些代工廠，在技術實力上還有待提高——境內(nèi)工藝的一致性比境外工藝有一定差距，包括不同批次的一致性，仿真模型和實際晶體管參數(shù)的一致性都和國外工藝有一定差距，設計時要多留些裕量，蒙特卡羅仿真也要把參數(shù)波動范圍設大一些。

龍芯3A2000在研制中就因為和境內(nèi)代工廠磨合多耗費了1年時間，而在ST流片的3A3000則非常順利了，從立項到流片也就用了1年時間左右。

換言之，就是龍芯即便和境內(nèi)代工廠建立了密切的合作關系，境內(nèi)代工廠也只能說：臣妾做不到啊!

此外，微結(jié)構越復雜，后端設計壓力就越大，比如像把A53主頻做到2G和把Zen的主頻做到2G完全不是一個檔次的工作難度。

像3A4000這種CPU的微結(jié)構，設計目標接近Haswell的東西，對于任何一家國內(nèi)團隊來說，后端設計難度都非常大，而且龍芯3A3000和龍芯3A4000，還是使用同樣的制造工藝，這樣就不可能通過工藝的提升來提升主頻，完全靠自身的設計能力把主頻提升30%，難度可想而知。

最后，雖然目前微結(jié)構優(yōu)化的成果比較喜人，而且已經(jīng)有仿真結(jié)果了。但由于要達到2G主頻，最后可能會做一些權衡。最后能拿出怎么樣的產(chǎn)品，只有等待時間檢驗了。

筆者做一個預測，龍芯3A4000可能會采用ST 28nm FD SOI工藝，如果搶時間的話，保守估計主頻1.8-2.0，SPEC06 GCC編譯器下定點16-18分。

如果多花費一些時間進行優(yōu)化，而且龍芯團隊發(fā)揮正常的話，3A4000主頻為2G，SPEC06 GCC編譯器下定點18+分。

如果龍芯團隊超水平發(fā)揮，ST也沒有掉鏈子，也許能實現(xiàn)GCC編譯器下SPEC06 定點20分。

關于龍芯走自主道路和發(fā)展方向

必須強調(diào)的是，雖然網(wǎng)絡上充斥著對龍芯各種不靠譜的報道，但龍芯對自己的能力，與Intel、AMD的差距認識的非常清楚。

在2020年前，龍芯主打方向是工控、網(wǎng)安，以及石油、電力、交通、金融等行業(yè)應用，這些行業(yè)應用一方面事關國家信息安全，另一方面在替換上不像桌面和手機存在龐雜的軟件生態(tài)的問題。

對于龍芯的PC，3A3000主要針對的是黨政軍辦公和龍芯愛好者、開發(fā)者。龍芯既沒有能力，也沒有心思進軍民用市場與Wintel一爭高下。

龍芯的思路是分步走，第一步能自己養(yǎng)活自己，在特殊市場和一些行業(yè)嵌入式應用賺錢，能夠養(yǎng)隊伍，賺來的錢能支持龍芯3號系列芯片的研發(fā)。這方面已經(jīng)取得了不菲的成績，可以說龍芯是在幾家有官方背景的IC設計公司中獲得政府經(jīng)費支持最少的，也是極其罕見的可以實現(xiàn)政府斷奶，自收自支、自負盈虧的。

第二步是特定市場，比如黨政軍辦公PC，并鼓勵開發(fā)者、愛好者使用龍芯電腦。同時進一步開拓行業(yè)市場，讓更多的行業(yè)和嵌入式設備使用龍芯，擴大自己的根據(jù)地，增加市場份額和營業(yè)收入，并逐步建立起產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和特定市場的軟件生態(tài)——比如軟件滿足黨政軍辦公使用，或者滿足對保密要求比較高的科研單位，或十大軍工的科研院所使用。

第三步才是進軍民用市場。到這一步還非常遙遠，有很長的路要走。龍芯目前，還處于第二步。

龍芯的路之所以會這么難，因為萬事靠自己，不可能像合資公司那樣，獲得國家巨額經(jīng)費支持，去境外弄一個內(nèi)核，然后去用臺積電最好的工藝做一個CPU/SoC，也不可能像一些公司買ARM的IP做集成，而且還有現(xiàn)成的AA體系來支撐商業(yè)化。

龍芯必須自己擴展指令集，開發(fā)各種IP，自己根據(jù)開源軟件改寫操作系統(tǒng)，自己建產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和軟件生態(tài)。這種做法步子自然是比與境外廠商合作或者合資的來的慢，但勝在根基扎實，不僅可以實現(xiàn)自主可控，而且可以掌握設計高性能CPU的能力。

而合作/合資，就意味著很多東西境外廠商已經(jīng)幫你做好了，你就撿現(xiàn)成的就行了，而且合資或者合作中，肯定有很多限制條件，老外也不是活雷鋒，會把技術傾囊相授。

比如汽車廠在合資中，就有圖紙上一條線，中國工程師都不能改，要改的話，也必須經(jīng)老外層層上報由外國公司決定。這種限制性條款就杜絕了中國工程師通過修改原始設計，逐步吃透國外技術的可能性。

長遠來看，采用合資/合作模式，不僅無法形成獨立于AA、Wintel的第三級，而且自己的能力發(fā)展就受到了制約。這也是為何幾大車廠與國外巨頭合資N多年，但在自主創(chuàng)新上，依舊乏善可陳的原因。