中國CPU和美國差距到底有多大

　　中國在芯片上大量依賴進口，而且購買芯片的費用已經(jīng)超過石油的費用，而且在CPU上美國有Intel、AMD、IBM。在GPU上美國也有英偉達、AMD，在DSP上有德州儀器。在FPGA上有賽靈思和阿爾特拉?？梢哉f在各種芯片上美國處于絕對優(yōu)勢，那么中國的CPU和美國相差到底有多大呢？

　　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測試成績大約為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有大型游戲等對CPU性能要求較高的軟件應(yīng)用，現(xiàn)在的性能對于絕大多數(shù)應(yīng)用來說都是夠用的，特別是對黨政軍辦公電腦和一體機，龍芯3A3000和飛騰1500A的性能已經(jīng)屬于性能過剩了，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，已經(jīng)是全球全芯片性能最強的ARM服務(wù)器CPU，如果ARM等國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，我們重點探討另一個領(lǐng)域，宇航級CPU。宇航級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)對極端苛刻的高溫和低溫，還要能應(yīng)對無處不在的宇宙輻射。對于應(yīng)對高溫和低溫，主要是將電路的時序冗余加大，并降低功耗。有人說，抗輻射技術(shù)不就是給芯片加一個抗輻射封裝么？這有什么難的。其實封裝對芯片的保護是有限的，高能粒子流可以打穿芯片的封裝材料，進入芯片內(nèi)部對芯片造成破壞?？馆椛浼庸讨饕性O(shè)計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)計包括材料設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、電路設(shè)計、器件設(shè)計、封裝設(shè)計、軟件設(shè)計等。從狹義上講，一般是指采用電路設(shè)計和版圖設(shè)計減輕電離輻射破壞的方法。工藝加固是用特殊的工藝進行抗輻射加固的技術(shù)。工藝步驟可以是制造商或軍方專有的，也可以是以加固為目的將特殊的工藝步驟加入到標準制造商的晶圓制造工藝中去。抗輻射加固工藝技術(shù)具有高度的專業(yè)化屬性和很高的復(fù)雜性。

　　在很長一段時間，中國的星載計算機處理器大多依賴進口，國產(chǎn)的人造衛(wèi)星也大多使用進口CPU。而美國為首的西方國家嚴格限制高性能的宇航級和軍品級CPU的出口，使我國星載計算機的研制受到很大的限制。在十多年前，就有美籍華裔學(xué)者因購買了幾十片軍品級Intel 486 CPU并出售給中國，被美國司法機關(guān)和國防部犯罪調(diào)查局調(diào)查指控的案例。

　　在為數(shù)不多的軍品級、宇航級國產(chǎn)CPU中，其實大多也是對國外產(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，還有由國內(nèi)某些單位仿制過PowerPC603e和SM1750、SM1753、SM1754，國產(chǎn)版的P1750還曾被用于遙感一號、風(fēng)云三號、試驗四號等衛(wèi)星。某所還有基于SPARC開源代碼修改設(shè)計的BM3802RH和BM3803MGRH。但這些仿制或基于開源代碼修改設(shè)計的國產(chǎn)CPU，大多存在性能偏低的問題，P1750、386EX 、486DX、ARM7性能都低于50MIPS，BM3802RH、PowerPC603e雖然超過了100MIPS，已經(jīng)強于RAD6000，與歐洲的LEON不相上下，但和美國的RAD750相比還有不小的差距——RAD750的計算性能達240—400MIPS。

　　2015年發(fā)射的北斗雙星實現(xiàn)了100%采用國產(chǎn)CPU，在北斗雙星上搭載了龍芯1E和龍芯1F，負責(zé)進行常規(guī)運算，數(shù)據(jù)采集、開關(guān)控制、通訊等處理功能。龍芯1E和龍芯1F是國內(nèi)極少數(shù)自主設(shè)計的宇航級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年開始設(shè)計， GS232的IP授權(quán)在去年就出售了三百多萬套，采用GS232的CPU龍芯也已經(jīng)出售了數(shù)百萬片。龍芯1E和龍芯1F的性能指標為200MIPS，雖然和美國RAD750依舊有差距，但在性能上已經(jīng)強于西方愿意公開賣給中國的宇航級CPU了。更可貴的是，龍芯1E和龍芯1F的售價僅為幾萬元一片，而西方愿意出售給中國的宇航級芯片中，像性能為100MIPS的美國ATMELAT697要20萬到30萬一片，性能更好價格高達上百萬元一片。

　　目前，龍芯1E已經(jīng)實現(xiàn)對美國進口的ATMELAT697的替換，正在研發(fā)基于GS232e的下一代宇航級CPU，性能將到達400MIPS，該工作一旦完成，則能打破西方國家在高端宇航級芯片上的壟斷。