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中国CPU和美国差距有多大

2016-12-12 11:51| 投稿: lofor

摘要: 出品:科普中国制作:铁流监制:中国科学院计算机网络信息中心一直以来,中国在芯片上大量依赖进口,而且购买芯片的费用已经超过石油的费用,而且在CPU上美国有Intel、AMD、IBM。在GPU上美国也有英伟达、AMD,在DSP ...

出品:科普中国

制作:铁流

监制:中国科学院计算机网络信息中心

一直以来,中国在芯片上大量依赖进口,而且购买芯片的费用已经超过石油的费用,而且在CPU上美国有Intel、AMD、IBM。在GPU上美国也有英伟达、AMD,在DSP上有德州仪器。在FPGA上有赛灵思和阿尔特拉......可以说在各种芯片上美国处于绝对优势,那么中国的CPU和美国相差到底有多大呢?

在桌面芯片上,龙芯和飞腾目前最好的桌面四核芯片的单线程定点测试成绩大约为Intel I5 4460的三分之一,虽然和Intel的差距依旧比较大,但目前龙芯和飞腾还没有大型游戏等对CPU性能要求较高的软件应用,现在的性能对于绝大多数应用来说都是够用的,特别是对党政军办公电脑和一体机,龙芯3A3000和飞腾1500A的性能已经属于性能过剩了,只要软件跟得上,在党政军领域能替换Intel的CPU。

在服务器CPU上,飞腾2000虽然在单线程性能上和Intel有一定差距,但其全芯片性能颇为不俗,能与Intel Xeon E5-2695v3相当,已经是全球全芯片性能最强的ARM服务器CPU,如果ARM等国外厂商能完善其服务器CPU的软件生态,飞腾则有可能借着ARM的生态一飞冲天。

在超算芯片上,申威26010完全可以和Intel最好的加速器KNL硬碰硬的较量。

今天,我们重点探讨另一个领域,宇航级CPU。宇航级CPU构成了人造卫星的大脑,为了能在星际空间这样的恶劣条件下工作,不仅要应对极端苛刻的高温和低温,还要能应对无处不在的宇宙辐射。对于应对高温和低温,主要是将电路的时序冗余加大,并降低功耗。有人说,抗辐射技术不就是给芯片加一个抗辐射封装么?这有什么难的。其实封装对芯片的保护是有限的,高能粒子流可以打穿芯片的封装材料,进入芯片内部对芯片造成破坏。抗辐射加固主要有设计和工艺两种加固技术,或者根据需要组合使用这两种技术。

从广义上讲,抗辐射加固设计包括材料设计、系统设计、结构设计、电路设计、器件设计、封装设计、软件设计等。从狭义上讲,一般是指采用电路设计和版图设计减轻电离辐射破坏的方法。工艺加固是用特殊的工艺进行抗辐射加固的技术。工艺步骤可以是制造商或军方专有的,也可以是以加固为目的将特殊的工艺步骤加入到标准制造商的晶圆制造工艺中去。抗辐射加固工艺技术具有高度的专业化属性和很高的复杂性。



在很长一段时间,中国的星载计算机处理器大多依赖进口,国产的人造卫星也大多使用进口CPU。而美国为首的西方国家严格限制高性能的宇航级和军品级CPU的出口,使我国星载计算机的研制受到很大的限制。在十多年前,就有美籍华裔学者因购买了几十片军品级Intel 486 CPU并出售给中国,被美国司法机关和国防部犯罪调查局调查指控的案例。

在为数不多的军品级、宇航级国产CPU中,其实大多也是对国外产品的逆向工程,比如应用于航天的386EX,以及被应用于军用电子设备的486DX、ARM7,还有由国内某些单位仿制过PowerPC603e和SM1750、SM1753、SM1754,国产版的P1750还曾被用于遥感一号、风云三号、试验四号等卫星。某所还有基于SPARC开源代码修改设计的BM3802RH和BM3803MGRH。但这些仿制或基于开源代码修改设计的国产CPU,大多存在性能偏低的问题,P1750、386EX 、486DX、ARM7性能都低于50MIPS,BM3802RH、PowerPC603e虽然超过了100MIPS,已经强于RAD6000,与欧洲的LEON不相上下,但和美国的RAD750相比还有不小的差距——RAD750的计算性能达240—400MIPS。

2015年发射的北斗双星实现了100%采用国产CPU,在北斗双星上搭载了龙芯1E和龙芯1F,负责进行常规运算,数据采集、开关控制、通讯等处理功能。龙芯1E和龙芯1F是国内极少数自主设计的宇航级CPU,和RAD750源于成熟的商业产品PowerPC 750一样,龙芯1E和龙芯1F也是源于比较成熟的技术,微结构为GS232,于2006年开始设计, GS232的IP授权在去年就出售了三百多万套,采用GS232的CPU龙芯也已经出售了数百万片。龙芯1E和龙芯1F的性能指标为200MIPS,虽然和美国RAD750依旧有差距,但在性能上已经强于西方愿意公开卖给中国的宇航级CPU了。更可贵的是,龙芯1E和龙芯1F的售价仅为几万元一片,而西方愿意出售给中国的宇航级芯片中,像性能为100MIPS的美国ATMELAT697要20万到30万一片,性能更好价格高达上百万元一片。

目前,龙芯1E已经实现对美国进口的ATMELAT697的替换,正在研发基于GS232e的下一代宇航级CPU,性能将到达400MIPS,该工作一旦完成,则能打破西方国家在高端宇航级芯片上的垄断。

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