龍芯和飛騰新品即將面世 新一代“中國芯”如何？

　　據(jù)公開消息，龍芯和飛騰最新的產(chǎn)品都與去年年底開始流片，也就是說，新產(chǎn)品即將與國人見面。那么，在飛騰的ARM芯片和龍芯3A3000即將完成流片之時，筆者將從自主知識產(chǎn)權(quán)、裸CPU性能和軟件方面對飛騰和龍芯上一代產(chǎn)品——飛騰1500A和龍芯3A2000做一個對比，特別是之前有媒體對比龍芯3A2000和飛騰1500A總體上比較客觀，但在局部也有一些紕漏，筆者趁機(jī)在此做一下修正。

　　|先從自主知識產(chǎn)權(quán)談起

　　檢驗(yàn)自主可控的標(biāo)準(zhǔn)——信息安全不受制于人，產(chǎn)業(yè)發(fā)展不受制于人。因此，這就必須做到具有指令集的發(fā)展權(quán)、微結(jié)構(gòu)是自主設(shè)計(jì)、利潤不受制于人等要素。

　　指令集的發(fā)展權(quán)

　　龍芯的指令集是loongISA，共有共1907條指令。

　　源自MIPS：

　　216條MIPS基礎(chǔ)指令，獲得永久授權(quán)。

　　311條DSP指令，獲得永久授權(quán)。

　　自主指令：

　　MIPS基礎(chǔ)指令擴(kuò)展——148條loongEXT，

　　虛擬機(jī)擴(kuò)展——5條loongVM指令，

　　二進(jìn)制翻譯擴(kuò)展——213條loongBT，

　　向量指令擴(kuò)展——1014條loongSIMD

　　顯而易見，龍芯獲得的是永久授權(quán)，并擁有自行擴(kuò)展指令集的權(quán)力。另外龍芯還就此申請了100+專利。而在MIPS公司破產(chǎn)后，被Imagination收購，雖然在嵌入式芯片方面有P5600這樣的產(chǎn)品，但至今卻未曾開發(fā)高性能CPU，有步惠普收購康柏進(jìn)而獲得Alhpa的后塵之趨勢。

　　這直接導(dǎo)致龍芯是MIPS陣營里唯一的高性能CPU，加上龍芯不失時機(jī)的向開源組織捐獻(xiàn)了一批機(jī)器，致使一些開源軟件以龍芯作為MIPS的代表做適配。

　　因此，在Imagination發(fā)展力度小+龍芯獲得MIPS永久授權(quán)+自行擴(kuò)展指令且申請專利+開源軟件針對龍芯做適配，共同導(dǎo)致龍芯在指令集上受MIPS的鉗制已然微乎其微，基本可以為認(rèn)為走上了單飛的道路。

　　而國內(nèi)ARM陣營IC設(shè)計(jì)公司僅僅能購買ARM64指令集，而無法買到ARM32位指令集授權(quán)，而且ARM64指令集授權(quán)期限為5年，沒有自主擴(kuò)展的權(quán)力，也僅僅能用于設(shè)計(jì)服務(wù)器芯片。

　　微結(jié)構(gòu)是否自主設(shè)計(jì)

　　龍芯3A2000的微結(jié)構(gòu)是GS464E，芯片代碼均自主設(shè)計(jì)，除標(biāo)準(zhǔn)單元和Memory Compiler生產(chǎn)的RAM之外，不存在第三方IP。

　　而飛騰1500A的微結(jié)構(gòu)是ARM Cortex A57。由于芯片的安全性、性能、功耗很大程度上取決于微結(jié)構(gòu)，因此很難說飛騰1500A符合安全可控和自主知識產(chǎn)權(quán)的要求。當(dāng)然，也有網(wǎng)絡(luò)消息稱飛騰1500A用的是飛騰自主設(shè)計(jì)的“小米”，與“火星”、“地球”是同一個微結(jié)構(gòu)，但筆者認(rèn)為此消息為謠傳，具體原因在下文分析。

　　利潤不受制于人

　　購買ARM指令集授權(quán)的價格非常昂貴，據(jù)筆者了解僅僅ARM64指令集每5年的授權(quán)費(fèi)就高達(dá)上千萬美元乃至近億美元。而恰恰是如此高昂的授權(quán)費(fèi)致使由U.C. Berkeley等幾個大學(xué)推出RISC-V指令集，Google、惠普、Oracle、西部數(shù)據(jù)等公司成立RISC-V基金會的原因——

　　RISC-V指令集是一個沒有專利問題和沒有歷史包袱的全新指令集，并且以BSD許可證發(fā)布。任何公司都可以在自己的產(chǎn)品中免費(fèi)使用，而修改也無需再開源。

　　購買ARM IP核授權(quán)，比如ARM的A53或A57，集成自己的SOC，這種做法雖然能依附于AA體系，有利于市場化運(yùn)營，能賺快錢，但在利潤方面也被外商控制。因?yàn)樵谫徺IIP要支付授權(quán)費(fèi)，每生產(chǎn)一片芯片還要支付專利費(fèi)。而且每個環(huán)節(jié)做什么，有多少利潤，在AA體系中已經(jīng)形成潛規(guī)則，國內(nèi)IC設(shè)計(jì)公司依附于AA體系基本上淪為外商的馬仔。這也是國內(nèi)ARM陣營IC設(shè)計(jì)公司雖然營業(yè)收入不低，但利潤普遍不高的原因之一。相比之下，龍芯不僅不需要向MIPS公司購買IP，反而可以對外出售IP，海信、海爾就向龍芯購買了200萬套IP用于智能家電和機(jī)頂盒。

　　下圖為懶人包，簡要概括了龍芯3A2000和飛騰1500A在知識產(chǎn)權(quán)方面的差別。

　　飛騰1500A的微結(jié)構(gòu)是A57

　　有網(wǎng)絡(luò)消息稱飛騰1500A用的是飛騰自主設(shè)計(jì)的“小米”，與“火星”、“地球”是同一個微結(jié)構(gòu)，不過筆者認(rèn)為此消息為謠傳，主要有以下幾點(diǎn)：

　　1、時間上來不及

　　眾所周知，如果一款CPU從頭開始設(shè)計(jì)，研發(fā)周期一般要3年，而如果像海思、展訊那樣購買ARM的IP授權(quán)做集成，研發(fā)周期也要1年至2年，而飛騰在購買ARM 64位指令集授權(quán)后，不到2年的時間里就拿出了飛騰1500A，就開發(fā)周期來看，飛騰1500A這款芯片很有可能是直接采用ARM Cortex A57。

　　2、飛騰1500A與“火星”的SPEC2006測試成績差距過大

　　根據(jù)第三方測試，飛騰1500 spec06測試的整數(shù)為10（@1.8G），換算一下就是5.5/G，而根據(jù)飛騰在2015年的發(fā)布后上公布的消息，“小米”的測試結(jié)果是9.6/G，雖然不談測試環(huán)境的SPEC測試跑分都是耍流氓——因?yàn)椴煌臏y試環(huán)境的原因，SPEC測試分?jǐn)?shù)會有一定浮動，但74.5%的跑分差距實(shí)在過于駭人——即便是技術(shù)實(shí)力強(qiáng)如Intel，在擁有ICC的神優(yōu)化，以及向量指令優(yōu)化等因素的情況下，也只能是自己CPU的spec06測試整數(shù)跑分增加40%。因此，筆者認(rèn)為飛騰1500A的微結(jié)構(gòu)并非“小米”。

　　3、時間對不上

　　據(jù)公開消息，飛騰1500A在2014年流片，2015年與體制內(nèi)單位簽訂的合同標(biāo)為1000萬元，而“小米”和“火星”目前還依舊在流片。在發(fā)布會上，火星的SPEC06測試也只有模擬器成績，而非實(shí)物。

　　4、ARM在指令集授權(quán)中會配套一個內(nèi)核

　　雖然飛騰和ARM的合同上沒有購買IP內(nèi)核授權(quán)的內(nèi)容，但由于ARM在做指令集授權(quán)的時候都會給出配套的一個內(nèi)核參考。因此，有人以合同沒寫明購買IP核，所以飛騰1500A的微結(jié)構(gòu)為自主設(shè)計(jì)的辯解無法成立。

　　當(dāng)然以上都是筆者的猜測。鑒于飛騰1500A已經(jīng)商用，希望飛騰能公開飛騰1500A的用戶手，提供內(nèi)部寄存器等定義資料。效法龍芯將CPU的用戶手冊和技術(shù)資料放在網(wǎng)上供國人自由下載，以打消國人的疑惑。