中国新超算彻底告别进口CPU 国产芯片已可与国外抗衡

发表时间：2017-10-17

   日前，飞腾已经完成FT-2000plus服务器的研制工作，飞腾公司的合作伙伴正在积极研发相应的整机产品。FT-2000plus这款芯片是以FT2000为基础的改进版本，虽然在单核性能上和Intel还存在一定差距，但在多核性能上，已经达到Intel服务器CPUE5 主流产品的水平。

　　据传，国防科大正在研发的1000P超算天河3号（性能指标是神威太湖之光的8倍），其原型机的CPU或将采用FT-2000或其后继产品作为主控CPU。考虑到在天河2A上，国防科大已经用自主研发的加速器矩阵2000取代Intel的XeonPhi计算卡。从今往后，天河系列超算也将和神威系列超算一样，彻底告别国外CPU或加速器，实现芯片的全国产化。



　　FT-2000系列芯片是厚积薄发的结果

　　近年来，国内某些企业热衷于“走捷径”，先后与Intel、IBM、ARM、高通等国外芯片巨头技术合作或合资，有的公司把国外的CPU IP授权买回来做集成，就宣传是自主知识产权，甚至还有公司将国外的芯片包装一下变成国产芯片。

　　虽然这种走捷径的做法可以在短时间内拿出性能不错的芯片，但由于国外公司始终怀有“教会徒弟、饿死师傅”心理，不会将最先进的技术授权给中国，而且国内单位在拿到国外技术授权后，容易陷入知其然，不知其所以然的困境，不具备技术发展的可持续性，在国外公司开发出下一代产品之后，只能再次引进国外技术。

　　相比之下，飞腾选择了较为困难的自主研发道路，虽然发展会慢一些，但更具后劲。早在十多年前，飞腾就基于IA-64指令集设计CPU，之后又以Sparc开源代码为基础设计了FT-1000和FT-1500两款CPU，FT-1000被用于天河1号超算，FT-1500被用于天河2号超算。在2012年前后，飞腾选择了ARM阵营，获得了ARM指令集授权，可以基于ARM64指令集设计自己的CPU。并在数年时间里先后开发出了FTC660、FTC661两款CPU核，以及FT-1500A/4、FT-1500A/16、FT-2000、FT-2000plus等CPU。

　　FT-1500A/4被用于PC和笔记本，采用28nm制造工艺。集成了4个FTC660CPU核，主频1.5GHz—2.0GHz，集成了2MB二级cache和8MB三级cache，集成了2个DDR3-1600存储控制器，可提供25.6GB/s访存带宽，最大功耗为15W。

　　FT-1500A/16被用于服务器，采用28nm制造工艺。连接器厂家，集成了16个FTC660 CPU核，主频1.5GHz，集成了8MB二级cache和8MB三级cache，集成了4个DDR3-1600存储控制器，可提供51.2GB/s访存带宽，最大功耗为35W。

　　FT-2000采用28nm制造工艺，可被用于超算计算节点和高性能服务器。集成了64个FTC661处理器核。工作主频1.5GHz—2.0GHz。集成了32MB二级cache，扩展支持128MB三级cache。支持16个DDR3-1600存储控制器，可提供204.8GB/s访存带宽。

　　最新的FT-2000Plus采用了台积电16nm制造工艺，主频为2.0GHz—2.4GHz，集成了64个FTC661处理器核。为了提高集成度，抛弃了L3cache，将DDR4内存控制器集成到了片内。目前，飞腾系列CPU已经形成了一个家族，可满足党政军多个领域的实际需求。

　　足以和Intel主流服务器抗衡 CPU 在国内ARM服务器CPU中处于领跑位置

　　根据实际测试FT-2000在2GHz主频下，采用GCC4.8编译器，SPEC2006的测试成绩分别为SPECint_rate2006：570、 SPECfp_rate2006：482，与Intel Xeon E5-2695v3相当。

　　而最新的FT-2000Plus因为删除了L3导致在SPEC测试中某些子项分数下降，把集成DDR4等改进带来的提升抹平了，使FT-2000Plus在同主频下与FT-2000的性能相差不大。那飞腾公司为何要这么做呢？原因应该是为了商业化，提高FT-2000plus的集成度可以方便主机厂，降低开发FT-2000plus整机产品的成本。不过，在使用了更好的台积电16nm制造工艺之后主频可以最高稳定到2.4G，使FT-2000plus相对于FT-2000还是有不小的性能提升，能够满足高端服务器和超算主控CPU的性能要求。

　　近年来，不少厂家都开始着手开发ARM服务器CPU。在国内，华为和华芯通也在着手开发ARM服务器CPU。不过，就目前而言，飞腾的ARM服务器CPU在性能上处于绝对领先地位。

　　华芯通是中国大陆与高通成立的合资公司，从高通手中获得了源码并基于该源码设计自己的CPU。不过，由于华芯通北京研发中心启用时日尚短，正式商用产品问世尚需时日。

　　相比之下，华为研发ARM服务器CPU的时间要早得多，而且在北京和美国都有研发中心，已经有产品Hi1612问世。虽然在宣传上，华为声称Hi1612是“自主研发”，“除存储单元外均具有完整知识产品”，但其实上，这款服务器CPU采用台积电16nm制造工艺，其内核是ARMCortex A57。

　　而且Hi1612的性能也比较一般，也许是因为华为缺乏服务器CPU设计经验，这款服务器CPU的性能相对有限，以飞腾的FT2000作参照，华为的这款服务器CPU在制造工艺领先2代的情况下，以FT2000一半的功耗实现了不足FT2000一半的性能。

　　不过，据小道消息，华为的下一款ARM服务器正在研发中，而且位于龙芯公司斜对门的华为北京研发中心已经拿ARM CortexA72修改了至少2个版本（华为有钱，买了ARM的“大礼包”），加上位于美国的研发中心可以提供技术支持，在有ARM CortexA72为基础的情况下，华为的下一款ARM服务器CPU的性能值得期待。

　　结语

　　诚然，FT-2000/FT-2000plus还是存在一些短板的，比如单线程性能偏弱。无论是FT2000，还是FT-2000plus，虽然在多线程性能上达到了Intel中高端服务器CPU的性能，但在单线程性能上，还是有不小的差距——即便主频控制在2.5GHz，Intel的服务器CPU的SPECint_base2006的成绩也在25以上，而FT2000的SPECint_base2006只有12.4（@2.0GHz），FT-2000plus预计也只有14+分（@2.4GHz）。

　　软件生态也是一个问题，由于飞腾选择了跟随ARM生态的道路，使飞腾的商业化推广很大程度上取决于ARM生态的完善情况。而在服务器生态上，ARM和X86相比差距较大，这也非常不利于FT-2000/FT-2000plus的商业化。

　　不过，万事开头难，迄今为止，湖南长城银河公司、湘计海盾公司、航天706所已经推出了基于新一代飞腾微处理器的自主可控产品。

　　长城银河公司就开发出了EF111系列计算服务器、智恒AF21B一体机、致翔NF15N笔记本电脑和世恒KF510系列桌面型台式计算机等整机产品。其中，EF111系列计算服务器基于全新一代国产FT2000Plus 处理器的高性能服务器，可应用于ERP、高性能数据库、虚拟化和商业智能、大数据分析等领域。航天科工二院706所也推出天玥64核高端机架式服务器。

　　根据公开资料显示，天河3号的原型机已经选定FT-2000系列芯片作为其计算节点上使用的CPU。这不仅对天河超算摆脱进口芯片掣肘是一个好消息，对于FT-2000来说，也是一个非常好的广告。