本土CPU為網安護航，兆芯以x86生態和技術優勢不斷成長
加入技術交流群
近日中美貿易摩擦升溫，華為、中興等被美國制裁事件使人們更加國產芯片的走向。實際上，很多本土芯片正在為網絡信息安全保駕護航。
在不久前北京舉行的“4.29首都網絡安全日”系列活動期間，眾多本土芯片及其生態圈企業參展，場面頗為壯觀（如上圖）。其中，上海兆芯集成電路有限公司的CPU展位也十分亮眼（如下圖）。
為此，電子產品世界的記者在兆芯展位，采訪了兆芯副總經理羅勇博士，請他介紹了兆芯x86 CPU近況、挑戰與未來規劃。
1 網安方案越來越多
兆芯本次展示了眾多的網安產品，網安方面的主流ODM（委托設計）品牌都參加了展示（如下圖）。另外，2019年年底的工博會上，兆芯還將攜手大批工控/網安設備展示。
目前，兆芯芯片已在保密和國密、鐵路基礎設施、軌道交通、金融、電力、軍工等領域使用。此次展示了眾多合作伙伴的板卡產品，涉及多種行業，諸如視頻/中控、密碼等。
那么，為何兆芯的合作伙伴和客戶展示了如此多的解決方案？首先，由于上述這些行業對于國產化的剛需，因此兆芯在網安領域有很多機會。其次，網安與嵌入式系統的特點很像，有少量、多樣化的特點，不像PC業中一家獨大。例如，不久前到公安部送測的有十幾家廠商、7大類不同設備，涉及入侵檢測、病毒檢測、數據防泄露、網關、防火墻等，因此各家的應用重點和解決方案都不一樣。
本土有多家CPU友商，相比它們，兆芯最大的優勢是什么？羅勇博士稱，兆芯能借助現有的x86生態優勢。因為在計算領域，x86架構是主流，因此兆芯x86 CPU對軟件的兼容性最好，支持全系列Windows操作系統，同時也支持中科方德、中標麒麟、普華等國產自主可控操作系統，軟硬件兼容性出色，性能穩定可靠，可降低應用遷移成本。
實際上，兆芯2013年成立，此前MIPS和Arm等架構的CPU已在國內推廣多年，但進度不太理想，因為CPU不僅靠性能，還要與打印機、傳真機、QQ等的應用軟件兼容，這些軟件一般是基于x86的，如果要用于其他生態，需要進行遷移、改寫，因而需要一定的投資和時間。例如高鐵軟件十年不能變，如果換生態，改寫后通常5年性能才能穩定，時間非常漫長。
另外，產品方面，兆芯CPU的性能指標也是非常高的。當年兆芯C系列就是國內第一個完成28nm、2.0 GHz主頻的芯片。之后D系列是第一個做到對DDR4的支持。當時國內的其他友商，CPU主頻只能做到1.2、1.5 GHz，只支持到DDR3。2019年6月即將量產的E系列，即開先KX-6000系列，是國內第一個16 nm，3.0 GHz的SoC，即單核芯片。
圖 兆芯展位上的介紹圖
再有，技術上，兆芯是國內僅有的擁有CPU、GPU、芯片組三種IP的CPU廠商，所以用這些自有知識產權就可以開發一顆完整的SoC芯片，例如開先KX-6000系列用到了此技術。因為SoC把I/O和圖形處理等全部做到一起，就不用去從外部獲得。不過，這同時也是一把雙刃劍，相比本土友商，兆芯的團隊規模是最大的，相當于友商3倍的人員，即需要3倍的開銷。但是營收卻沒有友商的3倍，因為兆芯的芯片不可能比友商的貴3倍。
3 兆芯CPU的挑戰
相比CPU巨頭Intel，兆芯的差距還很大，例如兆芯和本土友商的營業額總和，相比Intel是可忽略不計的。這是因為本土CPU是在服務國產化剛需這塊市場，這塊市場目前還是很小。因此本土CPU企業更多的是靠政府的力量、政策的力量。很多時候并不太講商業化、市場化。
兆芯CPU這幾年推進得較快。原因首先是政策的支持，其次，兆芯CPU的性能也跟上了，與國際先進水平的差距越來越小。
當然，有國產化需求的地方目前還不能夠在性價比上，跟公開市場上的Intel去直接競爭，所以政策的力度沒有到的地方，很難用兆芯的產品。政策力度到的地方，也要看政策的力度有多大。因為不僅是芯片的性價比，還有一個替換成本——需要做板子、驗證、做整機、測試，這些投入很大，也許換完后性能還不如原來的方案。因此，如果是在純商業世界里的，沒有人會做這件事；但就算不是純商業環境，盡管有政策需求，如果政策強度沒有足夠大，也不會有人去干。所以現在基本上是政府里在用，央企、國企可能還不太愿意。因為央企和國企是獨立核算的，非常重視經濟效益。只有做網絡安全的行業、國家安全是至關重要的地方，會要求用國產芯片，例如公安或政府部門。
圖：兆芯展位上展示的產品（上圖上：網絡安全產品，上圖下：數據保護系統）
在研發中，兆芯遇到的最大挑戰，首先是人才。因為國內CPU方面的人才本來就少，這么有限的人才還分散到了眾多設計企業中，另外現在AI、機器人、自動駕駛等領域比通用CPU熱鬧得多，有很多初創企業、獨角獸，其薪金待遇高，有的還有股權等激勵機制，吸引了很多人才。而兆芯是國企性質的企業，吸引人、留住人有一定的難度。為此，兆芯正加大同高校科研院所的合作，目前同西北工業大學、華中科技大學以及電子科技大學等成立聯合實驗室，以攜手推進國產芯片的研發以及人才培養等方面的工作。
圖：兆芯展位上的網關產品
第二，本土產業鏈還有待完善。例如有些核心的EDA設計工具、知識產權、制造等受制于國外。這需要產業鏈里的其他相輔助的環節起來，因為咱們有很多環節受制于人，僅憑自己一家是做不大的。例如在生產方面，兆芯現在最新的16 nm開先KX-6000是在臺積電流片的。因為國內沒有16 nm的成熟產線。但是兆芯此前的28 nm的CPU已經在上海華力流片了，因為國內已經有成熟了28納米的流片。
4 呼喚政策力度和合理導向
兆芯現在主要是政策剛需驅動，因此政策的推進速度快，兆芯發展得就會快。因為從純粹商業角度講，沒有人會換。因此，政策的力度和導向是至關重要的。
政策力度方面，現在國內的領導和專家都有爭議，爭論點之一是怎么搞芯片產業？是否要凸顯我國“集中力量辦大事”的優勢。因為我們可以造出“兩彈一星”，但是與“兩彈一星”的區別是，芯片行業的特點是必須要面向市場。但是，即使不“集中力量辦大事”，也不能走到反向去，例如出現投資分散的現象，造成了本土芯片設計企業數量眾多，覆蓋的領域面面俱到。
另外，本土CPU業的成長離不開政府的投資，目前我國與世界先進水平的差距還較大，因此政府的投入還需要有足夠的耐心。例如，兆芯聯合的股本已經是6億美元了，而且還需要不斷地往里輸血。
在政策導向方面，建議政策的導向保持中立性、現實性，不能偏左或偏右。偏右的觀點是：國外的又好又便宜，干嘛不買？偏左主張什么都得自己重新來，全部原生態地從零造起。現在國內芯片界，關于核心的自主可控行業有時候還是有點偏激。因此我們要防右，但更主要的是防左，因為我們很容易偏左，偏左的時候損害性巨大，因為有時你得面對現實：你就是不行。你非得要一步到位、搞一個大躍進，是很難做到的。因為從零造起很難，“兩彈一星”要是沒有錢學森等科學家歸國，沒有歐美的核物理學，也是不可能的。科學技術必須在前人的基礎上發展，這是個客觀規律。中間派是把核心技術消化、掌握，兆芯就是走的這條路。
5 產品規劃
兆芯目前的主流系列C系列(開先ZX-C)和D系列(開先ZX-D)正在量產銷售，且銷量增量良好，例如2018年的增量是3倍以上，今年應該有四五倍的成長。
在此次展會上，兆芯開先KX-5000 8核/4核處理器是D系列中重點展示的產品之一，采用28 nm工藝，支持雙通道DDR4內存，兼容x86 32/64指令，可提供9個PCIe端口，最多可支持24通道3.0傳輸。在C系列，兆芯帶來了開先ZX-C系列4核處理器，產品采用28nm工藝，具有2MB/s的高速緩存。
E系列(開先ZX-E，即KX-6000)預計2019年六七月量產。作為兆芯自主設計研發的最新一代國產CPU，其主頻高達3.0 GHz，支持雙通道DDR4內存，支持CPU硬件虛擬化技術，兼容x86指令集，支持4K解碼，DPDK兼容性出色，芯片整體性能經《微型計算機》雜志測試與Intel 7代i5處理器同等水平。目前，開先KX-6000系列處理器已先后榮獲“第20屆中國國際工業博覽會金獎”、“第二屆集成電路產業技術創新獎”，以及“2019年度中國IC設計成就獎”。
下一步，預計兩年后，兆芯會推出真正的服務器CPU。盡管現在的C、D、E系列都有服務器產品，但嚴格的說它們是存儲服務器、微型服務器、邊緣服務器等。BAT（百度阿里騰訊）所用的數據中心、超算用的超大型服務器，目前Intel是最領先和市場占有率最高的，兆芯兩年后也將涉足此領域。
6 小結
網絡信息安全對國家安全、社會經濟發展和群眾利益的深刻影響不容忽視。以自主創新為根本，以兼容主流為路線，兆芯x86 CPU已有眾多客戶方案和應用。這得益于政策的支持，也來源于兆芯人的努力。希望政策繼續支持本土CPU，并且鼓勵企業圍繞核心技術進行消化、吸收的創新。
評論