下一代龙芯首次曝光 分步走建自己的生态和联盟

　　日前，龙芯在发布会上发布了3A3000和一系列产品。而且发布会上还公布了龙芯开发者计划、龙芯高校计划、龙芯产业基金。不过，笔者本文介绍的是龙芯正在研发的下一代CPU——3A4000。

　　龙芯3A4000的设计指标如何，要实现这个指标有何难度?龙芯3A4000性能会有哪些可能性呢?

　　关于3A4000的进度

　　关于龙芯3A4000，龙芯对其寄予了厚望，特别是吸取了3A2000和3A3000的不足后，做了修改，而且改动比较大，龙芯方面最理想的目标是实现GCC编译器下SPEC06 定点20分，不过这个是最理想状态下的。毕竟CPU公司跳票或者没能达到计划的情况很常见，即便是Intel、AMD都有这种黑历史。

　　先介绍一下3A4000的进度。3A4000的研发会比较慢，主要是两个目标定的很高，一个是GCC编译器下，SPEC2006测试能达到10/G，另一个是主频到2G。

　　10/G是什么概念呢?AMD的Zen大概也就这个水平——AMD自己公布的是3.4G，31.5分，换算以下就是9.26/G。不过由于一些优化选项没开，而且编译器是GCC4.6，换一下GCC编译器版本，多开一些优化，10+/G的成绩Zen还是能达到的。

　　Intel的Haswell，像赛扬的话，因为没有AVX指令带来的向量优化，以及缓存被“阉割”等因素，也就 9.3/G，而I5 4460因为不像赛扬被“阉割”，可以到11/G，网友测试Skylake，大约也就11+/G(毕竟Intel这些年在挤牙膏)。

　　因此，如果龙芯3A4000能到10/G，那在微结构上和Intel、AMD的差距就比较小了。不过，考虑到越往上走，微结构优化难度越大。像3A4000基本上是3A3000里一点一点的抠，因而要实现这一目标的难度很大。

　　难度到底有多大呢?作为参照，以AMD的实力憋出Zen都用了九牛二虎之力，而龙芯3A3000的微结构GS464E除了带宽是K10的两倍之外，总体上GS464E和K10相当。等于是龙芯要完成AMD从K10到Zen的跨越。

　　AMD憋出Zen都用了这么久，龙芯要实现这一点，难度可想而知。

　　第二是主频，龙芯3A3000主频上不去，固然有自身后端设计能力相对有限的因素，但也和人力、财力，以及和代工厂的能力息息相关。而境内的代工厂在同制程下只有台积电的60%，和龙芯长期合作的ST在同制程下也只有台积电的80%，而台积电和Intel又有一定差距。

　　另外，如果主频要做上去，IC设计公司和代工厂就必须建立非常密切的关系，要开放一些技术资料，像Intel和曾经的AMD、IBM都是IDM厂商，因此可以开放技术资料设计和工艺制造不断磨合。虽然IBM和AMD把晶圆厂卖了，但依旧和GF保持了过去的密切联系，很多技术储备和资料也都保留了下来，这样就可以继续做高主频CPU。但龙芯和ST不可能建立这种关系。

　　而境内的一些代工厂，在技术实力上还有待提高——境内工艺的一致性比境外工艺有一定差距，包括不同批次的一致性，仿真模型和实际晶体管参数的一致性都和国外工艺有一定差距，设计时要多留些裕量，蒙特卡罗仿真也要把参数波动范围设大一些。

　　龙芯3A2000在研制中就因为和境内代工厂磨合多耗费了1年时间，而在ST流片的3A3000则非常顺利了，从立项到流片也就用了1年时间左右。换言之，就是龙芯即便和境内代工厂建立了密切的合作关系，境内代工厂也只能说：臣妾做不到啊!

　　此外，微结构越复杂，后端设计压力就越大，比如像把A53主频做到2G和把Zen的主频做到2G完全不是一个档次的工作难度。像3A4000这种CPU的微结构，设计目标接近Haswell的东西，对于任何一家国内团队来说，后端设计难度都非常大，而且龙芯3A3000和龙芯3A4000，还是使用同样的制造工艺，这样就不可能通过工艺的提升来提升主频，完全靠自身的设计能力把主频提升30%，难度可想而知。

　　最后，虽然目前微结构优化的成果比较喜人，而且已经有仿真结果了。但由于要达到2G主频，最后可能会做一些权衡。最后能拿出怎么样的产品，只有等待时间检验了。

　　笔者做一个预测，龙芯3A4000可能会采用ST 28nm FD SOI工艺，如果抢时间的话，保守估计主频1.8-2.0，SPEC06 GCC编译器下定点16-18分。

　　如果多花费一些时间进行优化，而且龙芯团队发挥正常的话，3A4000主频为2G，SPEC06 GCC编译器下定点18+分。

　　如果龙芯团队超水平发挥，ST也没有掉链子，也许能实现GCC编译器下SPEC06 定点20分。

　　关于龙芯走自主道路和发展方向　　

必须强调的是，虽然网络上充斥着对龙芯各种不靠谱的报道，但龙芯对自己的能力，与Intel、AMD的差距认识的非常清楚。

　　在2020年前，龙芯主打方向是工控、网安，以及石油、电力、交通、金融等行业应用，这些行业应用一方面事关国家信息安全，另一方面在替换上不像桌面和手机存在庞杂的软件生态的问题。

　　对于龙芯的PC，3A3000主要针对的是党政军办公和龙芯爱好者、开发者。龙芯既没有能力，也没有心思进军民用市场与Wintel一争高下。

　　龙芯的思路是分步走，第一步能自己养活自己，在特殊市场和一些行业嵌入式应用赚钱，能够养队伍，赚来的钱能支持龙芯3号系列芯片的研发。这方面已经取得了不菲的成绩，可以说龙芯是在几家有官方背景的IC设计公司中获得政府经费支持最少的，也是极其罕见的可以实现政府断奶，自收自支、自负盈亏的。

　　第二步是特定市场，比如党政军办公PC，并鼓励开发者、爱好者使用龙芯电脑。同时进一步开拓行业市场，让更多的行业和嵌入式设备使用龙芯，扩大自己的根据地，增加市场份额和营业收入，并逐步建立起产业联盟和特定市场的软件生态——比如软件满足党政军办公使用，或者满足对保密要求比较高的科研单位，或十大军工的科研院所使用。

　　第三步才是进军民用市场。到这一步还非常遥远，有很长的路要走。龙芯目前，还处于第二步。

　　龙芯的路之所以会这么难，因为万事靠自己，不可能像合资公司那样，获得国家巨额经费支持，去境外弄一个内核，然后去用台积电最好的工艺做一个CPU/SoC，也不可能像一些公司买ARM的IP做集成，而且还有现成的AA体系来支撑商业化。

　　龙芯必须自己扩展指令集，开发各种IP，自己根据开源软件改写操作系统，自己建产业联盟和软件生态。这种做法步子自然是比与境外厂商合作或者合资的来的慢，但胜在根基扎实，不仅可以实现自主可控，而且可以掌握设计高性能CPU的能力。

　　而合作/合资，就意味着很多东西境外厂商已经帮你做好了，你就捡现成的就行了，而且合资或者合作中，肯定有很多限制条件，老外也不是活雷锋，会把技术倾囊相授。比如汽车厂在合资中，就有图纸上一条线，中国工程师都不能改，要改的话，也必须经老外层层上报由外国公司决定。这种限制性条款就杜绝了中国工程师通过修改原始设计，逐步吃透国外技术的可能性。

　　长远来看，采用合资/合作模式，不仅无法形成独立于AA、Wintel的第三级，而且自己的能力发展就受到了制约。这也是为何几大车厂与国外巨头合资N多年，但在自主创新上，依旧乏善可陈的原因。