兆芯：以自主x86架構(gòu)實現(xiàn)硬件安全

作者/ 喬北 《電子產(chǎn)品世界》編輯

摘要：國產(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)等問題，兆芯以完全自主研發(fā)設(shè)計的x86架構(gòu)通用處理器，與國內(nèi)行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，在操作系統(tǒng)、工藝、固件、整機、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，在包括國家機關(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)問題，造成的不僅僅是經(jīng)濟影響，甚至?xí)婕皣抑鳈?quán)問題?！鄙虾Ｕ仔炯呻娐酚邢薰靖笨偛酶党遣┦吭诒本﹪H互聯(lián)網(wǎng)科技博覽會上強調(diào)。

　　上海兆芯集成電路有限公司在北京國際互聯(lián)網(wǎng)科技博覽會上，以“自主安全可靠的國產(chǎn)x86解決方案”為主題，展出了公司自主設(shè)計研發(fā)的國產(chǎn)x86通用處理器，以及應(yīng)用兆芯國產(chǎn)通用CPU的一系列國產(chǎn)整機、服務(wù)器，基于兆芯國產(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)鍵問題進行了探討。

國產(chǎn)通用處理器面臨的問題

　　我國通用處理器在產(chǎn)業(yè)發(fā)展上還存在一些問題亟待解決。第一，完全自主的IP，目前，國內(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)，國產(chǎn)CPU設(shè)計公司在進行CPU設(shè)計研發(fā)工作時，必須要遵循的普遍是國際上的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn);第三，國產(chǎn)通用處理器的生態(tài)規(guī)模還比較有限，同時，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，我國每年核高基專項的研發(fā)投入還不及英特爾的8%，這個差距可想而知。

　　傅城博士認(rèn)為，從解決問題的角度出發(fā)，針對自主IP問題，企業(yè)需要實事求是，堅持自主創(chuàng)新。兆芯在這方面就沒有這種后顧之憂，兆芯國產(chǎn)通用處理器和芯片組的相關(guān)IP100%是由兆芯自主設(shè)計研發(fā)的。針對產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的問題，可以考慮對利用市場吸引國際標(biāo)準(zhǔn)化組織本土化這一渠道加以改善，同時也需要產(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)投入不足的問題，除了需要企業(yè)更加開放合作，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)重制約著我國信息技術(shù)和高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2013年以來，我國每年進口的集成電路價值超過2000億美元，自給率嚴(yán)重不足。而這些進口芯片大部分又以成型的終端產(chǎn)品出口到境外，我國現(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極低。

　　面對可能出現(xiàn)的進出口限制對信息產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展造成的影響，以及信息安全和國家安全問題。尤其是隨著近些年全球信息安全問題不斷暴露，由于硬件的后門既難以發(fā)現(xiàn)，又難以修復(fù)，沒有自主可控的芯片就難以保證我國的信息安全和國家安全。因此，設(shè)計研發(fā)擁有自主知識產(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?！懊鎸θ蚍秶鷥?nèi)已被廣泛接受的局勢，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)域早日實現(xiàn)國產(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，“兆芯的最終目標(biāo)并不局限于國內(nèi)市場，而是在國際市場上與國際廠商競爭。使用全球通用的架構(gòu)和芯片，比起推動全新的架構(gòu)和芯片的應(yīng)用，顯然更容易被市場接受?！?/p>

ZX-D系列

　　ZX-D是兆芯自主設(shè)計研發(fā)的新一代國產(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，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)威機構(gòu)的測試報告，在保持和開先ZX-C系列處理器工作頻率不變的前提下，兆芯ZX-D系列處理器比開先ZX-C系列處理器在整數(shù)單任務(wù)運算性能上有20%左右的提升，在整數(shù)多任務(wù)運算性能上的提升更接近50%。

　　另外，兆芯ZX-D也是國內(nèi)首款支持DDR4內(nèi)存的國產(chǎn)通用CPU，這對于整機性能的提升也是一個積極的因素。

生態(tài)建設(shè)

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

　　兆芯國產(chǎn)x86處理器的性能、芯片的可靠性和穩(wěn)定性達到了行業(yè)領(lǐng)先水準(zhǔn)，這些因素讓兆芯國產(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)良率都達到99.8%以上。

　　其次，以兆芯國產(chǎn)x86為核心的國產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈日趨完備。兆芯與國內(nèi)行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，在操作系統(tǒng)、工藝、固件、整機、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)的完整國產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈。

　　在兆芯與國內(nèi)行業(yè)龍頭企業(yè)共同構(gòu)建的國產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)，除了國產(chǎn)化電腦等設(shè)備的設(shè)計生產(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)和擴展應(yīng)用領(lǐng)域方面不斷的努力。國產(chǎn)化辦公電腦現(xiàn)已支持總計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，覆蓋全國超過2000個縣級城市。

　　最后，兆芯協(xié)同產(chǎn)業(yè)鏈伙伴，在市場化方面，已經(jīng)取得了一定的成果。兆芯開先ZX-C處理器自2015年4月量產(chǎn)以來，在桌面電腦領(lǐng)域，兆芯ZX-C處理器已被聯(lián)想、長城、同方等國內(nèi)整機廠商采用。基于兆芯ZX-C處理器的聯(lián)想開天M6100臺式機、開天A6100一體機、昭陽CF03筆記本等產(chǎn)品已經(jīng)通過了國家強制性3C認(rèn)證、能效一級認(rèn)證、中國節(jié)能認(rèn)證和綠色環(huán)境標(biāo)志認(rèn)證。

　　采用兆芯國產(chǎn)通用處理器的整機，在日常辦公體驗上，與大眾常見的PC沒有任何差異。應(yīng)用兆芯國產(chǎn)x86通用處理器的整機已在黨政軍辦公、信息化等國家重點系統(tǒng)工程中得到實際應(yīng)用，并獲得了“性能良好，質(zhì)量可靠，能夠滿足實際工作需要”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、存儲系統(tǒng)等領(lǐng)域也可以滿足用戶需求。隨著推廣的進行，應(yīng)用兆芯x86通用處理器的各類設(shè)備將逐步進入到金融、電力、稅務(wù)等應(yīng)用領(lǐng)域，根據(jù)需求進行全面國產(chǎn)化替代。

　　參考文獻：

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