信创CPU路线如何收敛?应用场景见高低!

科技曼曼讲 2025-01-17 05:39:11

“信创”是最近几年的热词,全称为“信息技术应用创新”产业,主体来源于我国在 2016 年成立的“信息技术应用创新工作委员会”及后续形成的相关产业联盟,由此形成了一个完整而且庞大的产业链条。

为什么国家屡次点明发展信创产业?可以概括为以下几个方面:首先从国际上看,我们的信息安全受到威胁,例如西北工业大学遭受境外网络攻击,同时发现美国国家安全局(NSA)多年来对我国国内的网络目标实施了上万次的恶意网络攻击;将经济手段政治化武器化、实体清单常态化,2022年美国总统拜登芯片和科学法案,组建四眼联盟,意图孤立中国大陆半导体企业及产业;其次国内十四五规划纲要提出,国内大循环为主体、国内国际双循环互相促进发展的新格局,要求科技自立自强,解决卡脖子问题,解决中国信息产业大而不强“两强两弱”,即整机强、核心弱、应用强、基础弱问题,保证产业链的安全稳定;再次产业上新基建提速,新基建即新型基础设施建设,包括5G基站建设、人工智能、大数据中心、工业互联网等七大领域,涉及诸多产业链,面向高质量发展,算力需求增加,要求数“智”化转型、智能升级。

整体来看,在国内国际双重因素作用下,建立符合国内自主可控的IT基础底层架构、具有自主知识产权的生态体系迫在眉睫。而信创产业的宗旨,就是实现信息技术软硬件关键领域的自主可控。

信创产业以芯为根,CPU技术路线亟待收敛

虽然整个产业链体系纷繁复杂,但总体上可以分为3+1,即基础硬件、基础软件、应用软件加安全性。而其中最重要也最被卡脖子的因素就是芯片和操作系统。

尤其是芯片,目前的信创路线都根源于芯片,并以芯片为基座构建生态体系。从最基础的 CPU + 操作系统领域来说,目前国内整个信创产业呈现出三大主要技术路线,分别是以海光、兆芯为代表的 X86 路线,以华为和飞腾为代表的 ARM 路线、以及以龙芯为代表的其他自研路线。

其实,我国早期就对信创产业进行了预案研究和规划探索,经过几十年的发展,目前已经进入到了规模化落地的关键阶段,更需要底层芯片、OS以及生态的完整支持。因为前期摸索是通过多条腿走路的方式,所以也就形成了上面所说的多种技术路线。

在此背景下,国内较有实力的厂商通过各种途径和方式,推出不同指令集和架构的通用CPU产品,并装备在国产服务器厂商的产品中,表现出产品迭代速度快,技术架构差异大,厂商侧重场景各有不同的发展特点。

目前国产CPU典型厂商及其技术路线,主要成果如下 :

1)采用主流X86指令集的海光、兆芯,双方分别获得了x86交叉专利授权和指令集期限授权。其中,海光掌握完整的x86指令集代码,并通过核心指令集扩充,建立了国产的C86指令体系,实现先进安全的CPU微架构设计和系统设计,进而推出了能够兼容现有应用代码运行的产品。两者都受益于x86生态优势,并且表现出较高的产品性能。此外,面向国内安全可控要求,国产X86厂商基于国密算法提供了完整的解决方案,尤其根据海光的产品描述,C86-4G已经通过指令集实现了国密算法,完全覆盖了轻重量级的加密需求;

2)采用主流ARM指令集的华为、飞腾,其技术授权源于英国ARM公司的商业专利授权,通过购买相应IP授权后设计出自有产品,由于目前大多数手机应用都基于该架构指令集开发,因此相应产品也拥有相对良好的软件生态和应用代码兼容性,具备核心数量多和高能耗比的特点;但国内厂商受捆于专利授权的问题,目前ARM公司已经禁止出口先进版本授权给国内,国内ARM厂商只能基于ARMV8进行开发,会与国际主流的ARM生态割裂,性能差距也可能会越来越大;

3)采用自主、开源指令集的厂商,这其中的代表是基于mips指令集进行自主CPU指令集LoongArch设计开发的龙芯,以及采用开源指令集RISC-V联盟的国内厂商(如:中科院、阿里、腾讯),这些新厂商产品进步速度很快,其中龙芯团队基于多年的坚苦深耕,产品的性能也越来越好,而RISC-V联盟厂商因为参与厂商众多而发展速度喜人;但这两者都因软件生态不足、编译代码困难等问题,短期内难以获得众多应用开发者的青睐,长远发展仍需各个厂商以及行业客户一起努力。

有一个不容忽视的现象是,国产CPU多路出击,技术方案百花齐放,固然展现出中国信创产业的创新能力,但也在很大程度上分散了资源和市场,为硬件适配、操作系统和应用软件的开发带来了不必要的困难。这可能导致各家CPU都很难做大做强,相关配套产业也难以形成规模效应。

有业内观点认为,为了加快推动信创产业应用落地并进一步形成产业合力,有必要对国产芯片技术路线进行收敛,选取适用于长期发展的路线,为当前中国市场培育更可用、可靠的解决方案,也为未来信创产业发展奠定更坚实的基础。

技术路线不分高低,主要看适用场景

事实上,近几年围绕CPU技术路线,业内也曾出现过多番论战,辩论的关键主要在于X86与ARM的路线之争。

技术路线辩论焦点在于,支持X86的专家认为,X86发展几十年至今,在数据中心领域生态丰富应用广泛,90%以上的市场份额近乎垄断,且国内也是应用主流,切换到ARM平台成本太过高昂;而支持ARM的专家认为,ARM授权模式灵活,国内厂商的开发技术门槛低,有机会弯道超车。

在笔者看来,X86与ARM,这其实并不是什么二选一的问题,而是市场发展到一定阶段后,出现了不同的解决方案来满足细分的客户需求而已。

比如说,作为企业数字化转核心动力的应用开发者们,所关心的问题便在于代码开发生态,而对于测试和运维人员的关注点则在于性能和稳定性,X86架构经历过充分时间打磨,可谓“独孤求败、傲视武林”。

再比如,若计算场景更看重能效比发挥,与多核并行计算能力,那更适合选择ARM架构。虽然相对年轻,但ARM凭借移动终端领域的积累而收获众多开发人员的佣促,近几年也在加快补齐生态的短板。

不过在国芯信创大潮下,企业IT 选型架构师及IT专家们在选择信创技术路线时,选择因素会更复杂,会综合衡量芯片及厂商的性能、生态和长期发展性、。

一个客观事实是,由于X86架构已经存在了几十年,它拥有大量成熟的软件开发工具和资源,X86在国产芯片市场占据份额仍然最多。原因在于,X86架构拥有更快的性能、更好的兼容性、更强的扩展能力和更为成熟的软件开发生态系统,适用场景更加广泛。开发人员可以容易为X86架构编写软件,并且可以利用现有的工具和资源来提高开发效率。

比如在国产X86处理器中,目前海光作为先行者,其C86生态可以完美的兼容X86,同时性能在国内CPU厂商中也较为出众,可以比肩国际主流的intel的新一代产品。此外,海光在安全性方面也进行了特性开发,国内相关的安全产品大多基于海光的处理方案,甚至获得了国家权威部门的认证。当然,X86阵营最大的优势还是在于生态,这让国产X86厂商可以与Intel平台无缝对齐,在进行国产化替代时,大大降低了应用迁移成本。

可以看到,当前信创大潮势不可挡,兆芯、海光、龙芯等厂商也在自主创新之路上砥砺前行,不断缩小与国外的差距,这也是信创产业发展力量的体现。未来,随着国产芯片路线的进一步聚焦和收敛,也期待国产CPU“六君子”发挥出引领作用,为信创产业高质量发展贡献积极力量。

1 阅读:39

科技曼曼讲

简介:感谢大家的关注