不權威的國產CPU發展歷程

最近進行了一些國產化相關工做
趁着週末有時間，本身整理一下這段時間的學習內容。
畢竟不是處理器和芯片的業內人士，裏面多有紕漏，請諒解。
但願能夠做爲入門學習的簡單知識。

 

1.0 遠古時代 unix

世界CPU的發展歷程感受能夠追溯到1970年代的intel的4004

當時世界上仍是沒有PC這個概念的，都是各個大廠本身生成大型服務器，而且幾乎都不兼容。

主要的大廠有IBM、王安電腦、SGI等，像是intel這樣的半導體廠商，主要是作內存芯片的，出售給主機廠商。

主機廠商不只須要研發CPU，還須要製做相應的操做系統和編譯器等軟件。

當時很主機很是昂貴，操做系統和軟件都是附贈的。

1960年代末貝爾實驗室聯合多家主機廠商但願能夠研發 新一代操做系統，可是通過多年的辛苦工做，發現由於制定的目標太高，沒法完成。

結果unix創始人，經過不到一個月的假期時間，本身使用B語言編寫了一個unix的簡單版本。

1970年代初 他們重寫了 B 語言而後更名爲C語言，而且使用C語言從新寫了unix 而且提供給你們使用，由於AT&T 由於當時反壟斷法的策略，不容許銷售計算機軟件相關，因此bell 實驗室就免費給各個學校和廠商使用了。

1980年代後 由於AT&T被拆分了，因此想經過unix賺錢 就出現了很是多的利益糾紛和官司。

也給了windows和linux機會，而後他們就有了長足的發展。

2.0 windows和intel的機會

1970年代初期  intel 自己是作內存芯片的，由於給日本廠商開發集成電路板的機會，研發了4004芯片，也是由於制定的目標太高，嚴重拖期，最終intel付出了5萬美金，收回了4004系列芯片的所有全部權。

1970年代末期，IBM由於想提升低端電腦市場的發展，開發出PC的標準。當時也給了微軟的機會，使用微軟的操做系統。

可是windows當時沒有本身的操做系統，而後就花費了可能不到五萬到買了一套PC-DOS系統源碼，本身進行了修改成MS-DOS系統。

與IBM的PC機器捆綁銷售，硬件採起了intel當時的8086類型的芯片。其實當時最好的芯片應該是摩托羅拉的，可是由於摩托羅拉的地位比intel高太多（當時），本着不能扶持一個重要對手的原理。IBM選擇了intel做爲第一供應商， 又爲了供應鏈安全，選擇了AMD做爲第二供應商，AMD今後做爲intel的備胎開始發展。

IBM沒有想到PC市場如此蓬勃發展，又由於使用廉價的通用硬件，因此各個廠商均可以發展本身的硬件，微軟也能夠直接銷售本身的操做系統。逐漸發展成爲世界上最大的軟件公司。

題外話 微軟第一款產品是 編譯器。與borand保蘭德公司 有相同的產品線 c#的創始人 海爾斯伯格 當時就是在保蘭德公司 開發了 turbo c 編譯器。

intel 給各個廠商提供8086系列的芯片，而後同時提升芯片製程工藝，有了長足的發展，可是當時最賺錢的應該仍是內存業務。1980年代日本的內存極爲廉價和質量優異，intel出現了鉅額的虧損，爲了止損intel拋棄了內存產品線，專攻CPU，也是以後intel發展邁上了快車道。

3.0 指令集百花齊放的時期

21世紀第二個十年，從CPU的角度 看起來就是intel的世界

可是在上世紀的80年代，倒是一個百花齊放的時期 指令集有了長足的發展。

80年代初期，學術界很是不爽intel的CISC指令集，認爲太過緩慢和不優美（unix也是認爲一個進程只幹一個事情最好了）

當時有很是多的指令集：

1. IBM本身的power指令集和IBM的i指令集以及最高端的IBM Z系列的處理器。

說明一點的是POWER是 80年代開始研發的 i 系列 沒太有資料 Z系列應該是大型機時代的產物，到如今一直在發展。

POWER指令集曾經是與apple和摩托羅拉組件了AIM聯盟 對抗 WinIntel聯盟。結果喬幫主2003年反水聯盟，投入intel的懷抱。

2019年已經開源。2013年時組件了openpower聯盟。2017年 浪潮全面代理了大中華區的POWER產品線，組件了浪商公司。

估計後續也會有power系列的國產指令集了。由於這是最高性能和最高商用性質已經開源的處理器了。

2. HP的VLIW指令集。

HP90年代末將指令集和相關的開發人員以10億美圓的價格賣給了intel，可是注意一點，是HP給了intel10億美圓，而不是intel花錢買的。

而後intel 爲了研發出64位的指令集，經過研發 VLIW的指令，開發出來IA64 安騰處理器。可是由於不兼容x86 32位的指令集，在發展了安騰1和安騰2兩代以後已經完全死掉了。

主機廠商就是hp還有inspur兩家。最終也沒有開源，由於太過昂貴了。也沒有國產化的價值。（以前有廠商國產化過貌似）

3. SUN（Oracle）的SPARC指令集。

SUN忘記是哪一個大學的教室開的公司了。聽說當時的創始人 曾經花了幾個星期的時間實現了一個TCP/IP的協議棧，只是由於他認爲一個想merge代碼的公司開發的代碼太垃圾了。

2003年左右他離開公司（早已財務自由） 失去創始人的公司也沒有可以撐過互聯網時代的發展，2009年時被oracle以74億美圓收購。

話說回來。sun公司當時有很是強大的技術實力，與IBM實現了全方位的競爭。

語言方面有 java 語言2006年開源

數據庫方面有mysql數據庫，也是最大的開源數據庫（另一個是postgresql數據庫）

指令集方面有SPARC指令集。2006年以後由於愈來愈難發展，將第一代和第二代指令集開源了。

曾經飛騰就是用SPARC指令集開發出來FT1000和FT1500的處理器。

如今除了oracle 曾經還有日本的富士通也發展過SPARC指令集，浪潮K1在宣傳時說本身是美國、日本以後第三傢俱備大型機能力就是基於日本有富士通的SPARC大型機來講的。

不過富士通的最新的超級服務器 京 好像也轉用ARM架構了。

SUN也發展了本身的存儲還有服務器 好像也有網絡產品。

不過最近Oracle已經將全部的硬件人員所有裁人，之後Oracle 的Exadata也使用了x86的架構了。

4.MIPS

MIPS也是一家80年代很紅火的公司，他的指令集在嵌入式和網絡設備中曾經很是高的佔有率。只不過21世紀以後被x86攻擊的很弱勢了，兩次被收購。

如今可能屬於SGI公司。

中科院的龍芯曾經在2006年左右購買過完整的指令集，花費應該不到千萬美圓，而後龍芯在MIPS指令集的基礎上面進行擴展。指令集名字就是MIPS64EL 或者是 LoongSon

5. DEC的ALPHA

DEC在上世紀七十年代研發的指令集，號稱當時最早進的64位處理器，Windows NT的開發boss 大衛 卡特勒就是當時DEC的最牛B的開發人員。

DEC 由於PC市場的蓬勃發展，而逐漸放棄了自研處理器的路線，比爾蓋茨趁機將大衛招致麾下

6. ARM的崛起

上世紀90年代英國劍橋開始營業的公司，當時蘋果仍是最先的投資人之一，只不過90年代末以後 由於蘋果的經營困難，以及後續的調整，蘋果逐漸出讓了全部的ARM的股份。

ARM的公司不生產具體的芯片，仍是將IP核出售給公司，公司自行設計研發而後找代工廠進行生產，如今蘋果、安卓、win10 RT都有arm內核的處理器。

以及不少嵌入式也使用了ARM內核，包括樹莓派也採起了ARM內核。

7. RISC的進攻

RISC已經發展到了RISC-V 而且印度已經將這個指令集設置爲國家指令集進行支持發展。

華爲前段時間也說，若是ARM真斷供的話，能夠嘗試將指令集切換到RISC-V中來。

是學術界一個很是好的指令集，可是也跟微內核架構的處理器內核同樣，一直處於學術界，工業界尚未見到具體的產品。

前段時間華米的只能穿戴設備可能已經使用上了RISC-V的指令集，據稱很是節能。

4.0 芯片的生產。

最開始芯片生產都是每家進行生產，獨立封裝、獨立出售的，可是隨着製程工藝的發展，每一代製程的提高須要花費過高，資本支出達到百億級別。如今除了intel和三星 已經沒有主流的芯片廠商可以支撐的起先進製程的研發。

這一塊本身不是業內人士，只可以簡單分析一下。

芯片的生產，主要有晶圓的生產，以及光刻機，刻蝕，封裝，測試等多個步驟。

如今先進製程的三家主要的生產商：

中國臺灣的臺積電  、韓國的三星 、美國的intel 

其餘的還有：美國的 格羅方德（原來AMD的生產工廠，以及剝離而且放棄了14nm如下的製程研發。）

IBM的銅芯片工廠也已經出售給了格羅方德，IBM的芯片之後可能也會找臺積電代工。

中國上海的 中芯國際  據稱14nm 已經試產 2019年年末上市。EUV光刻機已經訂購，下半年or明年到位。

歐洲主要是在ASML的光刻機牛B一些，其餘的好比意法半導體可能還停留在上兩三代製程工藝上面（龍芯的處理器前面幾代就是用的意法半導體流片生產的。）

日本主要是 半導體耗時部分，好比最近很出名的氫氟酸，直接卡住了三星的脖子。

如今華爲的無論是鯤鵬仍是麒麟都是臺積電代工的，其實也不徹底是大陸產的，若是出現爭端也會被卡脖子的。

5.0 操做系統簡史。

這一塊改天寫吧。前面其實也介紹了一些 

unix、linux、minix 、os/二、PC-DOS、windows、windows nt、sco unix、freebsd、openbsd、netbsd、

等等 

6.0 國產CPU的狀況。

6.1 徹底購買國外技術：

天津海光：

購買AMD的ZEN1的技術。AMD快破產時花三億美刀購買了ZEN1 幾乎所有的資料，業內認爲仍是很是值得的。

可能使用臺積電代工工藝，技術水平比較高，可以達到三五年前intel的主流處理器的水準

上海兆芯：

上海國資委與VIA合資的項目，VIA是90年代 逆向x86還活下來的位數很少的幾個公司。

據稱協議已通過期，並且可能使用了中芯國際16nm左右的工藝，技術水平大概是七八年前intel的水準。

兆芯的KX系類處理器。

上面兩個最大的賣點是能夠支持windows 操做系統。 而且可以使用國內的加密組件。

江蘇盛芯

已經破產。基於OPENPOWER

6.2 所謂徹底自主路線。

龍芯：

購買了徹底的MIPS指令集架構，而且進行自研。使用中芯國際代工。性能比較差。估計爲十年前intel的水準。

優勢是徹底本身發展了，國際上也卡不住脖子，

可是沒有生態，很難發展本身的生態，好比不支持.net core

申威：

總參無錫五十六所研發的，

使用的應該是 DEC的ALPHA指令集

優勢 DEC被康柏收購以後，康柏又被惠普收購，惠普當時有本身的安騰指令集，也就放棄了DEC的指令集。申威做爲軍方背景的研發機構的產品，民品開發比較少，而且也不會有國際市場的銷售，因此比較安全。也沒有專利的紛爭，缺點就是跟龍芯相似，缺乏生態的支持，如今查了一下就是有一個基於linux內核的神威睿思操做系統，應用軟件的兼容可能比較痛苦一些。

最新的26010處理器有 256個計算核還有4個管理核，其實很負責如今ChipLet的理念。

可是單核性能仍是太差，主頻應該也不是很高。須要進一步提高。

飛騰1500以前的處理器。

飛騰在1500A以前曾經使用SUN開元的SPARC的指令集，可是存在單核性能低和生態不健全的狀況，後續轉頭ARM懷抱，可是也不是用的公版的ARM A57架構，無法用QEMU進行模擬。

6.3 購買自研結合路線

飛騰：

飛騰1500A以及飛騰2000+

當年的芯片大會上面 飛騰團隊的火星PPT，讓你們誤覺得這是漢芯第二。

現階段看起來，飛騰走的ARM路線也還不錯，中國電子旗下的長城主機廠商已經購買了飛騰接近50%的股份，有了中國電子這個十大軍工之一的背後強大支撐，以及中美貿易戰，中國重視獨立自主的東風，飛騰應該能有較快的提高才是。

優勢：飛騰ARM平臺可以較簡單的使用不少開源的軟件，設置能夠經過模擬器的方式運行安卓的應用，生態很是豐富，而且發展也會比較順暢一些。

缺點：ARM已經被孫正義收入囊中，之後出現爭端會不會斷供很差說。 

最近公司使用過飛騰1500A的機器，感受性能比較通常，代工也是上一代的28nm的產品，

一直瘋傳飛騰2000+ 是 64core的結構，而且使用了16nm製程的工藝，單核和多核性能已經有了很大的提升。尚未見過實體機，若是真如瘋傳的話 的確很值得慶祝。

而且飛騰1500A其實已經可以支撐通常的辦公應用了。

華爲：

鯤鵬920 也就是 Hi1620 處理器，最近一段時間很是紅火，基於最新的ARMv8架構最高可以支持到64core，多核性能聽說可以戰平兩年前的intel 志強旗艦。

採用了臺積電7nm 製程工藝，很是先進的工藝了。

山東移動、浙江移動、以及部分電力企業已經商用了華爲使用鯤鵬920的泰山系列服務器。

鯤鵬920 最強大的並非製程工藝、多核性能，仍是華爲強大的技術棧，鯤鵬920支持8通道DDR4內存，設置講2個100G的支持ROCE（RDMA）的網卡放到了封裝內部，這一點是很是難能難得的。

並且自身也支持k8s，支持微服務，性能和穩定性有業內足夠的製程。很是看好這個行業的發展。

優勢：華爲強大的技術棧，網絡以及內存甚至PCI-E的融合，這一點超出全部的國內甚至是國際的CPU廠商。 

缺點：貿易戰斷供，指令集非自有。

華芯通：

2019年5月份已經破產。

時也命也，要不是博通要收購高通，興許高通還想可以在服務器市場與intel競爭一下，可是由於博通的收購案

高通被迫離開與貴州人民政府的合資公司，繼續將目標鎖定在高收益的項目上面來。

華芯通已經沒有產品了。

展訊：

展訊如今屬於紫光集團的子公司，紫光集團屬於清華控股控股的集團公司。

展訊主要是作中低端的嵌入式以及移動設備CPU，大部分也是基於ARM指令集來研發的。

紫光集團很是迅猛，如今有CPU（展訊）、內存事業羣（據稱內存DDR4顆粒今年下半年正式量產）、長江存儲（SSD存儲顆粒以及產品），除了沒有主板，大件基本上都有了。

展訊這邊 應該尚未桌面級別的CPU出來，可是不知道後續有沒有相應的計劃。就是不知道生產時用的自家的仍是中芯國際的。

華米：

基於RISC-V指令集進行自主研發。

具體狀況不是很清楚。

 

未完待續。。