日前,，龍芯在發(fā)布會上發(fā)布了3A3000和一系列產(chǎn)品,。而且發(fā)布會上還公布了龍芯開發(fā)者計劃、龍芯高校計劃,、龍芯產(chǎn)業(yè)基金。不過,，筆者本文介紹的是龍芯正在研發(fā)的下一代CPU——3A4000,。
龍芯3A4000的設(shè)計指標(biāo)如何，要實現(xiàn)這個指標(biāo)有何難度,？龍芯3A4000性能會有哪些可能性呢,？
關(guān)于3A4000的進(jìn)度
關(guān)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(biāo)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(dá)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(jìn)度,。3A4000的研發(fā)會比較慢,，主要是兩個目標(biāo)定的很高，一個是GCC編譯器下,，SPEC2006測試能達(dá)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(dá)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(gòu)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(gòu)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(biāo)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(gòu)GS464E除了帶寬是K10的兩倍之外，總體上GS464E和K10相當(dāng),。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(shè)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(guān)。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(shè)計公司和代工廠就必須建立非常密切的關(guān)系,，要開放一些技術(shù)資料，像Intel和曾經(jīng)的AMD,、IBM都是IDM廠商,，因此可以開放技術(shù)資料設(shè)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(shù)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(guān)系,。
而境內(nèi)的一些代工廠，在技術(shù)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(shè)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(shè)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(guān)系,，境內(nèi)代工廠也只能說：臣妾做不到?。?/p>
此外,，微結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,，后端設(shè)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(gòu),，設(shè)計目標(biāo)接近Haswell的東西，對于任何一家國內(nèi)團(tuán)隊來說,，后端設(shè)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(shè)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(gòu)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(dá)到2G主頻,，最后可能會做一些權(quán)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(yù)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(jìn)行優(yōu)化,，而且龍芯團(tuán)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(tuán)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(guān)于龍芯走自主道路和發(fā)展方向
必須強(qiáng)調(diào)的是,，雖然網(wǎng)絡(luò)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(rèn)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(yīng)用,，這些行業(yè)應(yīng)用一方面事關(guān)國家信息安全,，另一方面在替換上不像桌面和手機(jī)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(jìn)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(yīng)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(shè)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?dāng)嗄?，自收自支,、自?fù)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(jìn)一步開拓行業(yè)市場,，讓更多的行業(yè)和嵌入式設(shè)備使用龍芯，擴(kuò)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(jìn)軍民用市場。到這一步還非常遙遠(yuǎn),，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(kuò)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(shè)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(shù)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(shè)計,，逐步吃透國外技術(shù)的可能性。
長遠(yuǎn)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,。