中国两大X86 CPU:海光和兆芯

【更新海光CPU的情况,20180824】

一、海光CPU的情况

今天下午和唐总、从文讨论了一下海光CPU(Hygon),回来又仔细研究了一下,发现此前的简要研究有些问题。Hygon Dhyana 18h CPU源自AMD Zen架构,这是一个系列架构,基于Zen微架构,可以设计面向移动、桌面和服务器的CPU。海光的Dhyana应该是基于Zen的服务器CPU(EPYC系列),而不是一个嵌入式版本。但是18h这个系列对应到Zen的哪个系列,检索了AMD、WikiChip、Wikipedia都没有找到。Wikipdeia上可以看到Zen 17h版本(2017年Q1)。以及AMD Zen的家族系列,如下表:

Family number Name
Decimal Hex (h)
15 0Fh K8 / Hammer
16 10h K10
20 14h Bobcat
21 15h Bulldozer
22 16h Jaguar
23 17h Zen

 

Phoronix的新闻:“The first Hygon CPU offerings is the “Dhyana” family that is based upon AMD technology and is derived from the AMD Family 17h “Zen” micro-architecture.”  “The Dhyana appears to be a SoC-based solution and not socketed.”  大体是说,Dhyana是 Zen 17h的衍生版本,看上去是SoC而不是Socketed,希望这个18h能有所惊喜。

由于不知道18h的特性,可以看看17h都有什么样的配置,当然,据说Hygon获得了EPYC 7000系列所有CPU的 IP,不知道是不是包括最新的7551p/7601系列(32 Cores,如下表),以及AMD主页上提到的2路模型(64 Cores): “With up to 64 cores, 4 TB of memory, and 128 lanes of PCIe® connectivity, 2-socket servers built with the AMD EPYC™ SoC have the flexibility, performance, and security to efficiently support the most demanding workloads.”

Model Socket
Configu-
ration
Cores
(threads)
Clock rate (GHz) Cache Memory Support TDP
(W)
Release
date
Release
price (USD)
Base Boost L2
(kB)
L3
(MB)
All Core Max
Epyc 7351P[9] [10][11] 1P 16 (32) 2.4 2.9 16 × 512 64 DDR4-2666
8 Channels
155/170 June 2017
[12]
0$750+
Epyc 7401P[9] [10][11] 24 (48) 2.0 2.8 3.0 24 × 512 64 155/170 $1075+
Epyc 7551P[9][10][11] 32 (64) 2.0 2.55 3.0 32 × 512 64 180 $2100+
Epyc 7251[9][10][11] 2P 8 (16) 2.1 2.9 8 × 512 32[9] DDR4-2400
8 Channels
120 0$475+
Epyc 7281[9][10][11] 16 (32) 2.1 2.7 2.7 16 × 512 32[9] DDR4-2666
8 Channels
155/170 0 $650+
Epyc 7301[9][10][11] 2.2 2.7 2.7 16 × 512 64 0 $800+
Epyc 7351[9][10][11] 2.4 2.9 16 × 512 64 $1100+
Epyc 7401[9][10][11] 24 (48) 2.0 2.8 3.0 24 × 512 64 DDR4-2666
8 Channels
155/170 $1850+
Epyc 7451[9][10][11] 2.3 2.9 3.2 24 × 512 180 $2400+
Epyc 7501[9][10][11] 32 (64) 2.0 2.6 3.0 32 × 512 64 DDR4-2666
8 Channels
155/170 $3400+
Epyc 7551[9][10][11] 2.0 2.55 3.0 32 × 512 180 $3400+
Epyc 7601[9][10][11] 2.2 2.7 3.2 32 × 512 180 $4200+

 

WikiChip给出了Zen的参考,据说Zen在测试中,单个Core的表现比Intel好,但是一旦投入到复杂的业务场景,涉及到跨核心的通信时,Zen的性能表现就出现下滑。可能和Infinity Fabric有些关系。

最后,海光CPU仅能在中国市场销售,因此不要指望海光CPU可以解决中兴的问题。而且Zen系列CPU的兼容性也有些问题,仅支持Linux 4.1.0内核和Windows 10以上的版本。新版的GCC和AMD的AOCC都支持Zen(同RyZen)

 

二、兆芯CPU的情况

是VIA的技术,使用了VIA Nano处理器,但是这个处理器是一个嵌入式系统,是x86-64指令集,主频1-2Ghz。VIA的Nano X2采用的还是40nm技术。中国引入这个Nano,可能看中的也就是指令集。

 

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========原文1:AMD将Zen架构授权给海光?这背后并不简单

2018-06-27 19:29:01  出处:TechWeb  作者:李鹏 编辑:万南   人气: 17520 次   评论(35)

 

早在2016年的时候,AMD公司就曾经与天津海光达成了合作,双方成立合资公司进行处理器的开发,当时AMD也曾经因为这一举动而迎来了股票大涨。两年时间过去了,双方的合作似乎一直非常神秘,几乎没有什么声音发出。

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就在前不久,海外媒体在Linux内核布丁当中发现了一款海光旗下基于Zen架构的处理器文件,根据曝光的代码显示,这款处理器就是AMD和海光合作的新产品。

在这段代码当中出现了Hygon’s Dhyana Family 18h的字样的处理器,也就是海光公司(Hygon)旗下代号为Dhyana(禅定)的Family 18h处理器,由于Family 17h就是AMD的Zen架构处理器,所以18h应该与它有着非常密切的关系,就是AMD授权给海光公司共同开发的AMD Zen架构处理器。

不过具体型号还不清楚,但补丁文件的代码当中出现了,意味着距离产品正式出现已经不远。

AMD的困境与反击

也许有人会奇怪,为什么AMD会与国内企业合作授权Zen架构专利呢?

其实AMD和天津海光关于处理器方面的合作正好是2016年,当然双方在之前应该就已经开始了协商,不过在当时的情况下AMD已经连续至少六个季度亏损,情况刻不容缓。如果他们能够将Zen架构带到中国,那么就有可能占领这一巨大的市场,要知道在服务器市场,英特尔X86架构拥有着90%以上的市场份额,而且在桌面级处理器市场英特尔也是一家独大,不过第二名就是AMD公司。

按照当时的情况来看,如果AMD不做点什么,那么虽然还是第二名的位置不会丢,不过市场将不会继续划分为英特尔、AMD和其他,而是英特尔和其他,情况相当危险。

不过好在近两年AMD的情况不断转好,在2016年实现列止亏,根据今年发布的第一季度财报显示,公司甚至完成了16.5亿美元营业额,净收入8100万美元。除了Zen架构桌面处理器之外在服务器等处理器上也有了一定发展,整体来看,正好是到了反击的时候。

因此双方合作在这时候有了进一步的消息,虽然算不上锦上添花,但至少是个好消息。在当时,这个消息不仅给AMD带来了50%以上的股价增长,还为他们带来了大约2.9亿美元许可法和版税收入。

另外,现在移动终端的迅速发展不仅让AMD在移动设备领域溃败,即便是英特尔也基本上淡出了SoC领域,因此这两家桌面级处理器巨头都在寻找新的方式和出路,英特尔将自己包装成了一家数据公司,并通过两次大的收购企图在未来布局,同时巨资入股国内的展讯,在移动SoC领域同样有所布局。而AMD公司相对来说能够走的路线就没那么宽广了,不过也在不断尝试新的方向。

复杂的合作模式是为了规避英特尔

在当时AMD公司的发言人就曾经就这次合作进行了解释,表示与中国的协议并不违2009年AMD与Intel签署的交叉许可协议。

因为合资公司所有权结构不同,而且转让给中国的所有信息都符合美国出口法规天津海光和AMD成立的合资公司确实可以修改AMD的CPU核,变相享有X86授权,而海光公司可以通过购买合资公司研发的CPU核,开发服务器CPU,不过仅仅局限于中国市场。

对此有人表示怀疑那么双方是怎么合作绕开了英特尔的专利限制和相关法律的呢?我们来慢慢捋一下。

首先说说双方合作的事情,至少涉及到了四家公司,其中AMD公司和天津海光信息技术有限公司是两个主体,他们通过合资的形式成立了两家新的公司,分别是成都海光微电子技术有限公司和成都海光集成电路设计有限公司,由于名字都比较像是所以之后我们分别用天津海光、微电子和集成电路来代替这三家公司的名称。

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海光微电子的股东信息 没有公开但实际数字已经不是秘密

其中海光微电子是AMD控股51%而天津海光控股49%的企业,另外一家集成电路设计公司则是由天津海光主要控股70%,而AMD公司控股30%。前者主要享有授权IP所有权并负责芯片的生产工作,后者负责芯片设计和销售工作。

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海光集成电路则是天津海光主要控股

之所以这样做有两个原因,第一是为了在国内绕开英特尔与AMD在2009年签署的交叉许可协议,这个协议规定不得向第三方公司转让X86授权,因此前面AMD公司进行51%控股的海光微电子就是这个原因,但由于相关政策与法规的原因,双方不得不成立第二家公司也就是海光集成电路。

一般来说,是海光微电子拥有AMD公司Zen架构的授权,然后海光集成电路从海光微电子公司购买IP授权,进行芯片设计。之后海光集成电路再将设计好的芯片方案委托给海光微电子进行生产,海光微电子就完全可以在符合规则的情况下找代工厂进行流片,比如台积电、三星等等。之后完成封装的产品可以买回给海光集成电路以该公司的名义进行市场销售。

怎么样听着是不是有点绕,简单来说就是AB两家公司,A交给B进行设计,设计好之后反馈给A公司,A公司去找代工厂制成产品交给B公司,B公司再进行正式的市场销售。

虽然麻烦,但为了规则也只能如此,不过这个方案只能面向中国市场,也即是说用来生产的芯片无法销售给海外市场,一方面可能是受限于与英特尔的交叉授权,另一方面也可能与各国法律有关。

这种操作是否符合英特尔当年与AMD签署的协议呢?由于当年这份协议大多数内容没有公开,所以我们无从得知,对此英特尔公司表示不方便置评。也就是说英特尔应该是默许或者妥协了,不让双方的合作也就无从谈起。毕竟中国市场对于英特尔也同样重要,应该是权衡利弊之后,多方让步的结果。

 

========原文2:揭秘中国两大x86 CPU:海光、兆芯谁更强?

2017-05-22 13:35:58  出处:雷锋网  作者:铁流 编辑:上方文Q   人气: 19968 次   评论(60)

 

前不久,永恒之蓝肆虐,教育网和公安内网遭到攻击,洛阳市公安官方甚至发文,承认公安内网陷入瘫痪。Intel在不久前表示版本号为6.x、7.x、8.x、9.x、10.x、11.5、以及11.6系列的所有固件产品存在严重的漏洞,这就意味着Intel近十年来的固件芯片都会受到影响。

根据资料表明,国家已经制订了旨在使用国产化产品替代进口产品的计算机计划——全国党政系统的计算所实现国产化替代,从而保障国家的信息安全。

不过,考虑到党政办公中,暂时还不可能一下子就彻底抛弃Windows,即便用Linux取代Windows也需要一个过渡期。

目前国内做X86 CPU的厂商中,海光和兆芯无疑是最受国家器重的企业。那么,面对如此庞大的市场,海光和兆芯谁能拔得头筹呢?

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海光

海光与AMD合资的事情非常低调。据业内人士披露,海光与AMD合资是一些人抱着重复高铁技术引进、消化吸收、再创新的想法,因而开展的项目。

虽然中国方面鲜有相关消息,但据外媒报道,AMD与国内公司签订的协议预计可为AMD带来2.93亿美元许可费和版税收入。目前,海光资金以天津投资和曙光自有资金为主。

其实,AMD最初的是打算和国内某驰名PC厂商合资的,还拿出了在2013年市场主流产品的源代码,并允许合资公司在此基础上进行修改形成自主的CPU核。

为了规避Intel对X86专利授权的限制,据小道消息称:AMD在当初寻求合资时表示,如果AMD是合资公司的小股东,则合资公司就不能获得X86授权,只有AMD保持控股状态时,合资公司才能获得X86授权,因此最初合资的一项条件就是AMD控股合资公司。

但如果由AMD控股了合资公司,那势必影响合资公司获得国家扶持的力度,而且一旦外资控股,很多项目就无法参与了。将来若要给外资控股合资CPU公司打上“自主、可控、安全”的旗号也很容易遭受质疑。

于是形成了比较绕的一个方案:AMD与国内公司A成立合资公司B,合资公司B由AMD控股,负责开发CPU核(其实就是拿AMD现成的内核),然后公司A购买合资公司B开发的CPU核,以此为基础开发CPU,最终实现ARM卖IP核的翻版。

这样一来既规避了Intel的X86授权限制,又使这款X86 CPU成为内资公司开发的产品,迎合关于“自主、可控”等要求的界定。

只不过为了绕过Intel的X86授权限制,以及为了使开发的国产X86 CPU能够获得更多的政策、资金扶持,才把合资模式搞的这么复杂。

如果当时某PC大厂真的与AMD合资,通过垂直整合,未来的市场表现是可以期待一下的,只不过当时某PC大厂因为资金链不是很充裕,加上大公司在决策上受各种因素钳制,在犹豫不决下没能成。

然后AMD又去寻找了曙光等一些公司,最终才有海光与AMD合资这个事情。

虽然不清楚最后海光与AMD具体合资方式,但如果依旧是AMD变相卖IP授权,那很有可能还是之前的那个方式。

海光的最大优势是性能。由于有AMD技术做后盾,CPU的性能是不用过于担忧的——相对于VIA给兆芯的以赛亚性能非常有限,AMD给海光的是性能强劲的Zen——AMD给予海光的是Zen的结构和代码!AMD给予海光的是Zen的结构和代码!AMD给予海光的是Zen的结构和代码!重要的事情说三遍。

虽然AMD在少数模块上有技术保留,但AMD能把Zen给海光,而不是已经落后的推土机或者挖掘机,这个已经展示出AMD的诚意了。

在AMD的帮助下,海光如果能把主频做到3G以上,在国内就足以傲视群雄。

海光主要面向商用服务器市场,也就是曙光原有市场,这样海光的CPU就可以直接替换曙光原本需要进口的国外X86 CPU。由于Zen的底子在,海光的CPU性能应该不会太差,这种海光依托AMD的技术设计芯片,曙光做整机销售的商业化模式,是有一定市场潜力的。

海光最大的不足是安全上存在瑕疵,以及尚不具备消化吸收Zen的技术实力。

CPU是否安全,微结构是关键,而Zen毕竟是AMD设计的,而不是国内团队完成的。

考虑到美国科技公司向来有配合美国政府情报部门的惯例(斯诺登已经证实),以及相关单位已经证实,国外X86 CPU存在“冗余”模块,从怀疑论的角度去看,AMD是否会留下后门,这个还是未知数。

而且即便拿到源码,要消化吸收也是非常困难的。在自身技术实力有限的情况下,面对Zen这样复杂的东西,国内团队在短时间内很基本上是改不动的。

海光主要问题在于海光能不能消化吸收和再创新,因为AMD给的Zen相对于国内团队来说还是非常复杂的,而且海光目前的技术团队是全新的,还缺乏大项目的磨砺,在技术上和经验上还有所不足,未必能消化掉AMD给的技术。

就第一款产品来说,海光做的事情是互联和cache一致性等工作,以及SoC要海光自己做,但内核却是由AMD提供的Zen,而且生产方面可能有需要仰仗AMD,很可能由AMD找晶圆厂(比如GF)代工。

对于海光来说,磨砺自己的技术团队,最终实现消化吸收AMD给的技术才是当务之急。

兆芯

兆芯是一家国家大力扶持的IC设计公司,在十二五期间,承接了核高基01专项,获得了数十亿资金扶持。在2017年又拿到了核高基一大笔钱。因此,兆芯是一家不差钱的公司,即便无法盈利,也能过的很好。

相对于海光来说,兆芯获得的国家资源要丰富的多——海光以天津投资和曙光自有资金为主,兆芯拿核高基的钱拿到手软。

兆芯技术来源在于是VIA公司,其ZXA就是VIA Nano马甲,ZXC QuadCore C4600和VIA QuadCore C4650十有八九就是同一个东西。

虽然兆芯在各种场合一直宣传自己符合自主可控,但其实ZXC的内核其实就是美国Centaur公司设计的以赛亚。ZXC极有可能就是把人家的设计或版图买过来,重新在台积电流片的产物。

兆芯最新公布的ZXD,根据目前的信息看,其实是基于ZX-C的改版,在微结构不动情况下,做的SoC设计,集成了内存控制器,pcie控制器等,二级cache变大。

兆芯的最大优势有两个:一是能跑Windows,二是可以得到国家巨额资金扶持。

兆芯的不足也很明显:一是存在知识产权瑕疵;二是CPU性能比较一般;三是安全上存在瑕疵。

首先,在知识产权上,兆芯是存在瑕疵的,比如X86授权——毕竟AMD来华寻求合资时强调,必须控股,合资公司才能使用X86授权。但VIA只持有兆芯的2成股份,如果VIA持有兆芯2成股份,兆芯就能合法使用X86授权。那么,这就意味着VIA和AMD至少有一方在说谎。

不过,由于上海市国资委下属的单位持有兆芯80%的股份,这种政府背景的公司,在对Intel没有任何威胁的时候,Intel未必会起诉——毕竟在中国起诉政府背景的公司很难获得实际利益。

但如果兆芯敢卖到美国去,很可能会被Intel弄得死去活来——毕竟当年VIA的桥片一度挺火的,但在Intel专利大棒下灰飞烟灭了,VIA都顶不住专利大棒,技术源自VIA的兆芯根本不可能有AMD那种和Intel交叉授权的地位。

其次,兆芯CPU性能比较一般,就以已经量产的芯片中性能最强的ZXC为例,即便是ZXC中主频最高的C4600,和AMD/海光相比差距非常大,根据AMD公布的数据:Zen在3.4Ghz频率下,使用 GCC4.6编译器,优化参数 -O2,定点成绩为31.5,是C4600的3倍左右。

即便是与龙芯、申威、飞腾相比较,C4600也处于劣势,在局部一些指标上还处于明显劣势——单线程STREAM的测试,C4600的STREAM带宽基本为4-5GB/s,而龙芯3A3000为8+GB/s。

多线程STREAM的测试,C4600的STREAM带宽基本为3+GB/s,而龙芯3A3000为12-13GB/s。在多线程上,C4600定点成绩是龙芯3A3000的74%,C4600浮点成绩是龙芯3A3000的70%。而申威421的成绩比龙芯3A3000还要强一些,兆芯和申威421的差距还要更大一些。

虽然兆芯官方宣传,ZXD的SPEC2006定点和浮点都在20分以上,但其实是ICC的成绩,而且从兆芯“单任务”这样的用词来看,很有可能是开并行化的结果。这是什么意思呢?

在开启并行化后,会将原本单线程执行的程序并行化给多个处理器执行,进而获得性能增益,但这种并行化仅仅只能用来跑分,实际日常使用中,很多常用代码并不支持,因而并行化是没有什么实际使用意义的。因此,兆芯官方宣传所谓的“ZXD的SPEC2006定点和浮点都在20分以上”水分非常大。

最后,就是存在安全瑕疵。从C4600的情况看,其内核就是美国Centaur公司设计的以赛亚。兆芯相关的英文资料也表明:Based on Centaur Technologie’s microarchitecture designs 。

兆芯和VIA、美国Centaur公司之间的关系,兆芯国内技术团队、VIA、美国Centaur公司在设计兆芯的CPU中各扮演了什么角色,这也是非常令人玩味的。

正是因此在安全市场上,由于兆芯是VIA马甲的现实,导致兆芯在一些项目上无法参与,比如XX工程中,上海市上报提议使用兆芯,结果被北京否决,换成了真正自主设计的CPU,再比如军队根本不认可兆芯,也是禁止使用的。

对兆芯来说,由于性能太弱,无法在民用市场无力与Intel、AMD竞争,即便要打国产 X86 CPU的旗号,就性能上来说,也无法与海光相比。

在安全市场因为VIA马甲的现状,导致大多局限于上海本地党政市场推广,加上安全市场不能用Windows,这使得兆芯能跑Windows的优势被废。虽然有上海政府的鼎立支持,但相对于全国党政军市场来说,还是过于渺小。这是兆芯当前面临的窘境。

image

结语

海光和兆芯颇具相似之处,都属于国家重点扶持企业,压根不差钱。而且都属于X86 CPU,能跑Windows,就现阶段来说,从安全性、自主可控方面来说,两者都是有瑕疵——海光的国产X86芯片,内核是源自AMD的Zen;兆芯的国产X86芯片,其实是VIA的马甲。

差异就在于AMD的技术实力远远胜过VIA——AMD给的Zen也比VIA给的以赛亚强的多,因而在CPU性能上,海光远远强于兆芯。

在商业市场上,海光的CPU有一定市场竞争力,但兆芯的CPU完全不具备市场竞争力。而且曙光和海光之间的股权关系,使得曙光有比较大的动机去鼎立支持海光。而兆芯的整机合作伙伴很多也是龙芯、申威、飞腾的合作伙伴,属于几家整机产品都做,对于整机厂来说,客户青睐哪家的CPU,就多生产该CPU的整机产品。这样一来,很难形成曙光对海光那种强度的支持。

至于两者企业能否在国有天量资金的扶持下,实现高铁模式的消化吸收再创新,就只有交给时间了。

 

相关信息:

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_AMD_CPU_microarchitectures 

https://en.wikipedia.org/wiki/Zen_(microarchitecture) 

https://phoronix.com/scan.php?page=news_item&px=Hygon-Dhyana-AMD-China-CPUs 

https://en.wikipedia.org/wiki/Epyc

https://products.amd.com/en-us/search?k=ServerProcessors#

https://en.wikipedia.org/wiki/AMD%E2%80%93Chinese_joint_venture#cite_note-2018-toms-hardware-1

https://en.wikichip.org/wiki/amd/microarchitectures/zen

https://en.wikichip.org/wiki/amd/epyc

https://en.wikichip.org/wiki/amd/microarchitectures/zen%2B

https://www.amd.com/en/products/epyc-7000-series-1-socket-models

https://www.amd.com/en/products/epyc-7000-series-2-socket-models

https://www.amd.com/en/products/embedded-ryzen-v1000-series

https://community.amd.com/thread/230137

https://hexus.net/tech/news/cpu/119939-amd-zen-based-hygon-dhyana-cpus-start-appear/

https://www.viatech.com/en/silicon/processors/nano-e-series/

https://www.lkml.org/lkml/2018/6/9/115

https://www.cnbeta.com/articles/tech/735423.htm

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