兆芯：以自主x86架構(gòu)實(shí)現(xiàn)硬件安全

作者/ 喬北 《電子產(chǎn)品世界》編輯

摘要：國(guó)產(chǎn)通用處理器現(xiàn)在仍面臨自主IP、產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和生態(tài)建設(shè)等問(wèn)題，兆芯以完全自主研發(fā)設(shè)計(jì)的x86架構(gòu)通用處理器，與國(guó)內(nèi)行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，在操作系統(tǒng)、工藝、固件、整機(jī)、嵌入式工控、網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域通力合作，共同構(gòu)建了一條從芯片研發(fā)生產(chǎn)，到硬件整合、系統(tǒng)集成、應(yīng)用和服務(wù)的完整國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈。

　　“芯片是聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的核心，尤其是通用處理器，在包括國(guó)家機(jī)關(guān)、保密單位、軍事領(lǐng)域在內(nèi)的各行業(yè)中都占有重要的地位。通用處理器芯片一旦出現(xiàn)問(wèn)題，造成的不僅僅是經(jīng)濟(jì)影響，甚至?xí)婕皣?guó)家主權(quán)問(wèn)題?！鄙虾Ｕ仔炯呻娐酚邢薰靖笨偛酶党遣┦吭诒本﹪?guó)際互聯(lián)網(wǎng)科技博覽會(huì)上強(qiáng)調(diào)。

　　上海兆芯集成電路有限公司在北京國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)科技博覽會(huì)上，以“自主安全可靠的國(guó)產(chǎn)x86解決方案”為主題，展出了公司自主設(shè)計(jì)研發(fā)的國(guó)產(chǎn)x86通用處理器，以及應(yīng)用兆芯國(guó)產(chǎn)通用CPU的一系列國(guó)產(chǎn)整機(jī)、服務(wù)器，基于兆芯國(guó)產(chǎn)通用CPU的集成解決方案、可信終端解決方案等產(chǎn)品和解決方案。并與電子產(chǎn)品世界編輯就當(dāng)下通用處理器芯片的發(fā)展中的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了探討。

國(guó)產(chǎn)通用處理器面臨的問(wèn)題

　　我國(guó)通用處理器在產(chǎn)業(yè)發(fā)展上還存在一些問(wèn)題亟待解決。第一，完全自主的IP，目前，國(guó)內(nèi)很少有處理器IP核100%完全自主的公司;第二，產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)產(chǎn)CPU設(shè)計(jì)公司在進(jìn)行CPU設(shè)計(jì)研發(fā)工作時(shí)，必須要遵循的普遍是國(guó)際上的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn);第三，國(guó)產(chǎn)通用處理器的生態(tài)規(guī)模還比較有限，同時(shí)，應(yīng)用推廣的規(guī)模也比較有限;第四，研發(fā)投入仍然不足。例如，我國(guó)每年核高基專(zhuān)項(xiàng)的研發(fā)投入還不及英特爾的8%，這個(gè)差距可想而知。

　　傅城博士認(rèn)為，從解決問(wèn)題的角度出發(fā)，針對(duì)自主IP問(wèn)題，企業(yè)需要實(shí)事求是，堅(jiān)持自主創(chuàng)新。兆芯在這方面就沒(méi)有這種后顧之憂(yōu)，兆芯國(guó)產(chǎn)通用處理器和芯片組的相關(guān)IP100%是由兆芯自主設(shè)計(jì)研發(fā)的。針對(duì)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，可以考慮對(duì)利用市場(chǎng)吸引國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織本土化這一渠道加以改善，同時(shí)也需要產(chǎn)業(yè)內(nèi)的龍頭企業(yè)和政府的積極參與和支持。生態(tài)規(guī)模和應(yīng)用推廣有限，研發(fā)投入不足的問(wèn)題，除了需要企業(yè)更加開(kāi)放合作，也需要寄希望于政府和相關(guān)組織的引導(dǎo)和支持。

基于x86架構(gòu)，發(fā)展自主通用處理器

　　芯片是一種重要的“原材料”，芯片的發(fā)展水平高低嚴(yán)重制約著我國(guó)信息技術(shù)和高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2013年以來(lái)，我國(guó)每年進(jìn)口的集成電路價(jià)值超過(guò)2000億美元，自給率嚴(yán)重不足。而這些進(jìn)口芯片大部分又以成型的終端產(chǎn)品出口到境外，我國(guó)現(xiàn)在所謂的高科技制造業(yè)所做的大部分工作是整合加工，因而，所能獲取的附加值和利潤(rùn)極低。

　　面對(duì)可能出現(xiàn)的進(jìn)出口限制對(duì)信息產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成的影響，以及信息安全和國(guó)家安全問(wèn)題。尤其是隨著近些年全球信息安全問(wèn)題不斷暴露，由于硬件的后門(mén)既難以發(fā)現(xiàn)，又難以修復(fù)，沒(méi)有自主可控的芯片就難以保證我國(guó)的信息安全和國(guó)家安全。因此，設(shè)計(jì)研發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芯片就顯得尤為關(guān)鍵。

　　x86架構(gòu)芯片在全球互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)中都格外關(guān)鍵，其在桌面辦公領(lǐng)域的占有份額高達(dá)95%以上，并且具有生態(tài)系統(tǒng)成熟，操作系統(tǒng)、辦公軟件遷移成本低廉，軟硬件兼容性出色等優(yōu)勢(shì)?！懊鎸?duì)全球范圍內(nèi)已被廣泛接受的局勢(shì)，發(fā)展自主可控的x86高端通用芯片，在核心芯片和關(guān)鍵領(lǐng)域早日實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)自主可控產(chǎn)品的替代，顯然是投入產(chǎn)出比較高的一種渠道?！备党遣┦糠Q(chēng)，“兆芯的最終目標(biāo)并不局限于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，而是在國(guó)際市場(chǎng)上與國(guó)際廠(chǎng)商競(jìng)爭(zhēng)。使用全球通用的架構(gòu)和芯片，比起推動(dòng)全新的架構(gòu)和芯片的應(yīng)用，顯然更容易被市場(chǎng)接受?！?/p>

ZX-D系列

　　ZX-D是兆芯自主設(shè)計(jì)研發(fā)的新一代國(guó)產(chǎn)自主可控通用處理器，相比ZX-C，ZX-D采用了全新的架構(gòu)設(shè)計(jì)，芯片面積雖然有所增加，但集成了CPU、內(nèi)存控制器、GPU等單元，高速緩存空間更大，這使得處理器內(nèi)部數(shù)據(jù)交換更加高效，性能也有較大的提升。根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)的測(cè)試報(bào)告，在保持和開(kāi)先ZX-C系列處理器工作頻率不變的前提下，兆芯ZX-D系列處理器比開(kāi)先ZX-C系列處理器在整數(shù)單任務(wù)運(yùn)算性能上有20%左右的提升，在整數(shù)多任務(wù)運(yùn)算性能上的提升更接近50%。

　　另外，兆芯ZX-D也是國(guó)內(nèi)首款支持DDR4內(nèi)存的國(guó)產(chǎn)通用CPU，這對(duì)于整機(jī)性能的提升也是一個(gè)積極的因素。

生態(tài)建設(shè)

　　首先，兆芯的國(guó)產(chǎn)x86處理器在不斷地壯大，性能也在不斷增強(qiáng)。兆芯的國(guó)產(chǎn)通用處理器有開(kāi)先ZX-C四核、開(kāi)先ZX-C+四核和開(kāi)勝ZX-C+八核產(chǎn)品，均可應(yīng)用到計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、嵌入式和工控設(shè)備的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中。三款國(guó)產(chǎn)通用處理器均實(shí)現(xiàn)了規(guī)模量產(chǎn)。兆芯ZX-D系列處理器目前也呼之欲出。

　　兆芯國(guó)產(chǎn)x86處理器的性能、芯片的可靠性和穩(wěn)定性達(dá)到了行業(yè)領(lǐng)先水準(zhǔn)，這些因素讓兆芯國(guó)產(chǎn)x86處理器完全勝任日常辦公的需求。另外，兆芯已經(jīng)能夠做到每一款芯片的供貨品質(zhì)良率都達(dá)到99.8%以上。

　　其次，以兆芯國(guó)產(chǎn)x86為核心的國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈日趨完備。兆芯與國(guó)內(nèi)行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，在操作系統(tǒng)、工藝、固件、整機(jī)、嵌入式工控、網(wǎng)安等領(lǐng)域通力合作，共同構(gòu)建了一條從芯片研發(fā)生產(chǎn)，到硬件整合、系統(tǒng)集成、應(yīng)用和服務(wù)的完整國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈。

　　在兆芯與國(guó)內(nèi)行業(yè)龍頭企業(yè)共同構(gòu)建的國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)，除了國(guó)產(chǎn)化電腦等設(shè)備的設(shè)計(jì)生產(chǎn)和系統(tǒng)集成，兆芯和產(chǎn)業(yè)鏈伙伴還在提升辦公設(shè)備、應(yīng)用軟件的兼容性，以及完善服務(wù)和擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域方面不斷的努力。國(guó)產(chǎn)化辦公電腦現(xiàn)已支持總計(jì)1000余款外設(shè)產(chǎn)品和5000余款應(yīng)用軟件，服務(wù)體系囊括11000多名產(chǎn)品服務(wù)工程師，覆蓋全國(guó)超過(guò)2000個(gè)縣級(jí)城市。

　　最后，兆芯協(xié)同產(chǎn)業(yè)鏈伙伴，在市場(chǎng)化方面，已經(jīng)取得了一定的成果。兆芯開(kāi)先ZX-C處理器自2015年4月量產(chǎn)以來(lái)，在桌面電腦領(lǐng)域，兆芯ZX-C處理器已被聯(lián)想、長(zhǎng)城、同方等國(guó)內(nèi)整機(jī)廠(chǎng)商采用?；谡仔綵X-C處理器的聯(lián)想開(kāi)天M6100臺(tái)式機(jī)、開(kāi)天A6100一體機(jī)、昭陽(yáng)CF03筆記本等產(chǎn)品已經(jīng)通過(guò)了國(guó)家強(qiáng)制性3C認(rèn)證、能效一級(jí)認(rèn)證、中國(guó)節(jié)能認(rèn)證和綠色環(huán)境標(biāo)志認(rèn)證。

　　采用兆芯國(guó)產(chǎn)通用處理器的整機(jī)，在日常辦公體驗(yàn)上，與大眾常見(jiàn)的PC沒(méi)有任何差異。應(yīng)用兆芯國(guó)產(chǎn)x86通用處理器的整機(jī)已在黨政軍辦公、信息化等國(guó)家重點(diǎn)系統(tǒng)工程中得到實(shí)際應(yīng)用，并獲得了“性能良好，質(zhì)量可靠，能夠滿(mǎn)足實(shí)際工作需要”的積極反饋。除桌面辦公領(lǐng)域之外，兆芯x86通用處理器在服務(wù)器、嵌入式整機(jī)、存儲(chǔ)系統(tǒng)等領(lǐng)域也可以滿(mǎn)足用戶(hù)需求。隨著推廣的進(jìn)行，應(yīng)用兆芯x86通用處理器的各類(lèi)設(shè)備將逐步進(jìn)入到金融、電力、稅務(wù)等應(yīng)用領(lǐng)域，根據(jù)需求進(jìn)行全面國(guó)產(chǎn)化替代。

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　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第6期第19頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。