国产cpu发展的底层逻辑是什么 (国产cpu目前的困境)

伴随着计算机和网络技术的普及,信息安全问题越来越重要。CPU作为计算机的大脑,它的安全可信,对于信息安全来说至关重要。基于我国市场对国产CPU的需求,飞腾便接过了这项重任,并在此领域默默耕耘二十年。

在过去这二十年当中,市场中鲜有飞腾的消息,也有不少半导体从业者对这家本土CPU企业抱有好奇。2019年12月19日,飞腾一改从前的低调,在京举行了飞腾生态合作伙伴大会。此举也引起了市场的广泛关注,原计划规模为800人的会议,却吸引了包括两院院士、业内专家、政府主管部门、行业协会、用户单位、软硬件厂商、系统集成商等全国各地的参会代表共计2000余人参加。

在本届会议上,飞腾总经理窦强总结了飞腾在过去20年中的发展,并介绍了公司未来的发展规划,掀开了飞腾的神秘面纱。据悉,本次是飞腾首次举办生态合作伙伴大会,以今年为始,其生态合作伙伴大会将以年度会议的方式与市场见面。

国产cpu的腾飞之路,国产cpu破局

飞腾总经理 窦强

风雨20载,飞腾国产CPU的求索之路

回首20年前,彼时是DIY电脑盛行的年代,当年AMD凭借Athlon与Intel一争高下,改写了CPU市场格局,而此时,国产CPU市场几乎是一片空白。在这场DIY电脑狂欢的背后,却也包含着国产CPU的困窘。在这种情况下,飞腾品牌的诞生让国产CPU看到了希望。

自1999年推出第一颗处理器后,飞腾开始在多个CPU领域进行了创新。2000年,公司推出了第一款飞腾嵌入式CPU;2005年,飞腾推出了32位、64位通用CPU;2006年,飞腾又推出了第一款飞腾异构多核加速器芯片;2009年,第一款飞腾8核高性能通用CPU问世;2012年,64位嵌入式CPU、16核高性能通用CPU也接连面市。

至此,在1999年到2012年时间段中,飞腾所推出的产品主要依托于SPARC架构。但是,在当时的市场状态下,由X86所建立起来的生态难以被突破,SPARC生态日渐凋零。穷则思变,飞腾在这种情况下,开始采用Arm架构来发展CPU产品。这个决定,不仅为飞腾日后的发展奠定了基础,也为Arm服务器芯片生态的构建贡献了一份力量。

2014年,飞腾基于Arm架构的FT-1500A的问世,开启了飞腾发展的新篇章;2016年,飞腾64核处理器芯片FT-2000问世;同年,飞腾双核CPU FT-2000A/2也面向市场公开;2017年,飞腾推出了第二代64核处理器芯片FT-2000+/64;今年,飞腾于又推出了FT-2000/4系列产品。

截止目前,飞腾的产品主要包括高性能服务器CPU、高效能桌面CPU和高端嵌入式CPU三大系列,为从端到云的各型设备提供核心算力支撑。

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飞腾为什么选用Arm架构翻开发展新篇章

飞腾早期依托于SPARC,后投入Arm指令集架构体系,并由此得到了快速发展。飞腾为什么会选择加入Arm阵营?

飞腾总经理窦强对此为我们做出了解释。他表示:“当时SPARC生态势微,飞腾要想继续发展,就要寻求改变。但改变并不容易,长久以来由X86所主导的CPU市场难以被突破,且X86架构并不是一个开放性的架构,到目前为止,X86的商业模式也并不清晰,授权风险较大。同时,应用场景也出现了变化,这为开源架构进军服务器芯片市场提供了机会。因此,Arm架构吸引了飞腾的注意。”

或许,是天意做红线,让飞腾与Arm相遇了。2012年,在飞腾寻找可以替代SPARC架构的同时,Arm也公布了其64位指令集架构,而且商业模式非常清晰——有架构授权和IP授权模式。能够满足飞腾所需的开放且授权模式清晰的架构出现了(需要特别指出的是飞腾并没有采用Arm的IP),同时,该指令集作为Arm的新产品,其不仅意在服务于新一代智能手机和平板电脑的需求,也在于满足服务器市场的所求。两者一拍即合,让飞腾目光开始转向Arm架构。

窦强指出,不仅仅是开放的生态模式吸引了飞腾的关注,选择开放的时机也十分重要。众所周知,在移动芯片领域,Arm建立起了无比强大的生态环境。以此为基础,伴随着新领域的出现,越来越多的云计算企业已经习惯使用开源软件来进行创新,在这种情况下,选择具有开放性的架构来对支持服务器芯片,非常有利于下游厂商更快地对接新一代CPU。

窦强表示:“对于国产CPU来说,架构为服务器芯片带来的性能和基于这种架构所构建的生态,是CPU进入市场进行竞争的基础。”基于此,飞腾考察了基于Arm架构的服务器新品性能,并于2014年推出了首款飞腾基于Arm架构CPU——FT-1500A,并开始了飞腾CPU发展的新篇章。

在FT-1500A之后的五年,飞腾又推出了其新4核CPU产品——FT-2000/4。与上一代产品相比,FT-2000/4性能提升了1倍,访存带宽提升了3倍,功耗降低三分之一,主要应用于桌面终端和工业控制嵌入式产品。据窦强介绍,最新的FT-2000/4处理器已经实现了量产,公司已备货百万供应市场所需。目前,FT-2000/4已经被57家企业所采用,其中,部分企业已经基于FT-2000/4推出了新产品。

57家企业仅是飞腾CPU生态合作伙伴中的一部分,自去年以来,飞腾的朋友圈发生了巨大的变化,仅从OEM厂商数据来看,飞腾的合作伙伴已经从原来的7家增至37家。由下图国内生态伙伴的图例所示,不难看出,飞腾所推出的多种CPU产品,也将服务于中国市场中所存在的多种应用场景,从而,推动Arm服务器芯片的发展和生态构建。

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发布安全架构平台,国产CPU发展再上层楼

如果说,2012年飞腾推出了其首款基于Arm架构的CPU,为其今后的发展指明了方向。那么,在本届大会中,飞腾所发布的安全平台架构标准则让国产CPU更上一层楼。

在本届大会现场,飞腾公司副总经理郭御风博士发布了飞腾安全平台架构标准(Phytium Security Platform Architecture,PSPA)1.0,并发布该标准技术白皮书和相关技术规范。PSPA是由飞腾定义的处理器安全架构标准,从CPU层面实现国产计算机系统的本质安全。郭御风表示,我国可信计算系统的建设已走在世界前列,随着PSPA标准的发布,飞腾将联手生态伙伴打造安全可信的国产信息系统。

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飞腾公司副总经理 郭御风博士

郭御风指出,处理器安全存在木桶效应,某一方面做得再好如果存在短板的时候,这个安全也是没有意义的,因此,必须从系统级做安全设计。全方位考虑各类软硬件安全措施,防止出现系统短板,才能有效保障处理器硬件安全,进而构建安全可信的信息系统。

据飞腾官方介绍,PSPA1.0主要包含十个方面内涵,即:密码加速引擎、密钥管理、可信启动、可信执行环境、安全存储、固件管理、量产注入、生命周期管理、抗物理攻击及硬件漏洞免疫。

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PSPA1.0包括密码密钥相关的内容,即密码加速引擎、密钥管理;包括可信相关的内容,即可信启动、可信执行环境;包括敏感信息和固件保护的相关内容,即安全存储、固件管理;包括芯片生产及全寿命周期管理的相关内容,即量产注入生命周期管理;包括抗物理攻击及硬件漏洞免疫相关内容。PSPA 1.0是一个比较完备的系统安全架构规范。遵循该规范,可以防止出现安全短板,有效提升处理器的安全特性。

郭御风在大会中表示,安全是一个生态,需要安全芯片厂商和整机厂商的共同参与,这些厂商的需求需要统一的平台架构规范来指导,也是飞腾推出安全平台架构规范的初衷。他表示:“飞腾平台架构规范PSPA是由飞腾安全处理器软硬件来指导,它既可以指导芯片硬件设计也指导整个可信软件的开发和适配。”可以说,PSPA 1.0的推出是飞腾生态合作伙伴共同的功劳。郭御风在大会中强调:“安全是一个长远的事,它永远是攻和防此消彼长的一个过程,没有一劳永逸的安全。未来飞腾希望跟所有的合作伙伴们一起,推出具有中国特色的安全处理器的架构标准,为我们国家的信息系统安全作出更大的贡献。”

飞腾所发布PSPA 1.0标准,不仅对其公司来说是一个里程碑,对整个国产CPU的发展更具重要意义。窦强表示,飞腾希望通过PSPA 1.0标准来构建国产CPU生态,通过生态将国产CPU产品推向国际市场,进而将该标准推向世界。此外,技术发展总是你中有我,我中有你,在未来进行商业市场谈判时,该标准或许将成为一个有力的筹码。

市场驱动公司发展,飞腾制定未来五年150亿发展规划

在本届飞腾生态大会上,窦强也为与会嘉宾介绍了公司2020年—2024年,未来5年的发展规划。从中,我们也发现了一个正在改变的飞腾。

在资金和人力投入方面,飞腾要进行混改和股份制改革,从而打通资本市场股权融资通道;其次,飞腾将持续投入150亿以上用于新品的研发,生态建设和区域客户保障;同时,团队规模扩大到3000人以上,建立市场化激励机制。

具体来看,飞腾目前的股份构成是由长城、天津市某创投以及原始孵化器共同持有。虽然,之前有消息显示长城入股飞腾,但是,长城并不是飞腾控股股东,未来也不会成为控股股东。未来飞腾将以开放更加分散的股份构成来保证独立CPU的企业地位。并且,飞腾已经在此方面也进行了一些改变。据窦强介绍,目前,飞腾已经进行了团队持股的改革,团队10%的股份已经进入了飞腾,相应的股东所持股份已有所降低。飞腾计划,明年将考虑引入其他的战略投资、财务投资,来加速国产CPU产品的研发和推广。

在技术和产品创新方面,飞腾将在从云到端、按需定制、安全可信以及开放合作方面进行部署。具体来看,通过提供从云到端的CPU产品,飞腾升级传统服务器、桌面以及各类嵌入式微处理器;布局IoT、边缘计算、汽车电子等新兴领域应用;布局AI计算、领域定制异构计算等专用计算加速技术。在云计算CPU方面,飞腾将加强单核心性能,持续优化虚拟化性能。在嵌入式CPU方面,飞腾将面向多种应用场景,对其产品进行进一步的优化。

此外,需要特别指出的是,飞腾所提出的按需定制的规划。此规划分为两大方面,一方面是面向重大行业和应用背景推出细分市场芯片解决方案;另一方面是软硬件协同优化应用解决方案。而我们都知道的是,目前在人工智能时代,异构已经成为了主流发展方向,CPU、GPU、FPGA等不同硬件的组合,让终端产品有了更多的选择。在异构方面,飞腾选择了以CPU为核心与其他厂商合作的方式,来推进异构计算的发展。窦强表示:“这种合作可以是机器对机器层面的合作,也可能在板级进行芯片对芯片的合作,也可能可能是在同一芯片内。这些可能都将驱动飞腾未来的发展。”

在本次大会中,与会者也看到了飞腾在此方面的进展。据悉,百度昆仑已经与飞腾服务器进行适配。百度昆仑芯片总经理欧阳剑表示:“每一次迭代都是有一次新的洗牌的机会,在AI+智能云的这个时代,底层芯片的架构发生很大的变化。对于AI来说,飞腾为业界提供了新的普适架构,高性能的处理器,为AI带来新的算力。”

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飞腾希望,以国际领先水平为标杆加快关键技术创新;以行业特色应用为牵引,建立按需定制流程;以生态伙伴需求为导向,推动技术产品迭代;以百万规模供货为目标,提高产品交付能力。

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在市场开拓方面,飞腾将从原来的以项目为驱动来发展,逐渐转变成为以市场驱动来发展。按照此发展路线,飞腾也将从原来比较封闭的环境走向大众市场。因而,飞腾也制定了新的市场开拓方案——飞腾将巩固政务、行业办公市场,稳步提升市场占有率;并开拓金融、通信、能源、交通等行业业务市场,推动产业转型升级;同时,公司也将拓展“一带一路”国际市场,扩大国产CPU的影响。基于以上规划,飞腾预计到2024年,公司营收将超过100亿元。

从飞腾的市场拓展计划中看,这无疑是非常大的一步。飞腾从原来相对封闭的政务市场中走出来,在大众市场与其他CPU厂商同台竞技。多变的市场需求对飞腾所生产的CPU提出了考验,但同时这也是让市场重新认识国产CPU的机会。通过上文所述,在飞腾产品创新的规划中,我们不难看出,飞腾已经做好了直面市场挑战的准备。

而就目前国产CPU市场来看,致力于Arm服务器芯片开发的厂商并不多,但这些厂商却也拥有着不俗的实力。在与其他国产CPU厂商竞争的同时,也是这两者互相学习的机会,发挥市场驱动的作用,交替领导我国CPU的技术发展,有利于加速并完善国产CPU的生态构建。

此外,在规划布局上,飞腾也做出了相应的调整计划。目前,飞腾总部位于天津,且在北京、长沙、广州设有分支机构。窦强表示:“随着规模不断发展,飞腾会在全国东南西北中都会实现布局,包括西部的成都、西安,东部的南京、上海以及东北的沈阳和南部的海南这样的地方,逐渐实现覆盖全国的布局。”

同时,自今年以来,在国际市场中关于Arm服务器芯片的好消息不断,性能上的突破吸引了更多的厂商关注此领域的发展,加速了Arm服务器芯片生态的构建,这无疑也为飞腾的发展注入了强“芯”剂。顺势而起,更有利于飞腾走向国际市场中去。

CPU虽“轻若鸿毛”但其实现安全可信却重如泰山。虽然,我国CPU产品和生态还有待完善,但可喜的是我国已经有企业在此领域默默耕耘数年,并已取得了成果。“飞腾的发展理念只有两句话:一是核心技术自主创新,二是产业生态开放联合”,窦强总结道:“山再高,往上攀总能登顶,路再长,走下去定能到达。”

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