芯片全國產化！天河3號原型機將徹底告別國外CPU

【文/觀察者網專欄作者 鐵流】

日前，飛騰已經完成FT-2000plus服務器CPU的研製工作，飛騰公司的合作伙伴正在積極研發相應的整機產品。FT-2000plus這款芯片是以FT2000為基礎的改進版本，雖然在單核性能上和Intel還存在一定差距，但在多核性能上，已經達到Intel服務器CPU E5 主流產品的水平。

據傳，國防科大正在研發的1000P超算天河3號（性能指標是神威太湖之光的8倍），其原型機的CPU或將採用FT-2000或其後繼產品作為主控CPU。考慮到在天河2A上，國防科大已經用自主研發的加速器矩陣2000取代Intel的Xeon Phi計算卡。從今往後，天河系列超算也將和神威系列超算一樣，徹底告別國外CPU或加速器，實現芯片的全國產化。

（網傳天河3號原型機計算節點，板上有2片FT-2000，業內專家告訴筆者，這是誤傳）

FT-2000系列芯片是厚積薄發的結果

近年來，國內某些企業熱衷於“走捷徑”，先後與Intel、IBM、ARM、高通等國外芯片巨頭技術合作或合資，有的公司把國外的CPU IP授權買回來做集成，就宣傳是自主知識產權，甚至還有公司將國外的芯片包裝一下變成國產芯片。

雖然這種走捷徑的做法可以在短時間內拿出性能不錯的芯片，但由於國外公司始終懷有“教會徒弟、餓死師傅”心理，不會將最先進的技術授權給中國，而且國內單位在拿到國外技術授權後，容易陷入知其然，不知其所以然的困境，不具備技術發展的可持續性，在國外公司開發出下一代產品之後，只能再次引進國外技術。

相比之下，飛騰選擇了較為困難的自主研發道路，雖然發展會慢一些，但更具後勁。早在十多年前，飛騰就基於IA-64指令集設計CPU，之後又以Sparc開源代碼為基礎設計了FT-1000和FT-1500兩款CPU，FT-1000被用於天河1號超算，FT-1500被用於天河2號超算。在2012年前後，飛騰選擇了ARM陣營，獲得了ARM指令集授權，可以基於ARM 64指令集設計自己的CPU。並在數年時間裡先後開發出了FTC660、FTC661兩款CPU核，以及FT-1500A/4、FT-1500A/16、FT-2000、FT-2000plus等CPU。

FT-1500A/4被用於PC和筆記本，採用28nm製造工藝。集成了4個FTC660 CPU核，主頻1.5GHz—2.0GHz，集成了2MB二級cache和8MB三級cache，集成了2個DDR3-1600存儲控制器，可提供25.6GB/s訪存帶寬，最大功耗為15W。

FT-1500A/16被用於服務器，採用28nm製造工藝。集成了16個FTC660 CPU核，主頻1.5GHz，集成了8MB二級cache和8MB三級cache，集成了4個DDR3-1600存儲控制器，可提供51.2GB/s訪存帶寬，最大功耗為35W。

FT-2000採用28nm製造工藝，可被用於超算計算節點和高性能服務器。集成了64個FTC661處理器核。工作主頻1.5GHz—2.0GHz。集成了32MB二級cache，擴展支持128MB三級cache。支持16個DDR3-1600存儲控制器，可提供204.8GB/s訪存帶寬。

最新的FT-2000Plus採用了臺積電16nm製造工藝，主頻為2.0GHz—2.4GHz，集成了64個FTC661處理器核。為了提高集成度，拋棄了L3cache，將DDR4內存控制器集成到了片內。目前，飛騰系列CPU已經形成了一個家族，可滿足黨政軍多個領域的實際需求。

足以和Intel主流服務器抗衡 CPU 在國內ARM服務器CPU中處於領跑位置

根據實際測試FT-2000在2GHz主頻下，採用GCC4.8編譯器，SPEC2006的測試成績分別為SPECint_rate2006:570、 SPECfp_rate2006:482，與Intel Xeon E5-2695v3相當。

而最新的FT-2000Plus因為刪除了L3導致在SPEC測試中某些子項分數下降，把集成DDR4等改進帶來的提升抹平了，使FT-2000Plus在同主頻下與FT-2000的性能相差不大。那飛騰公司為何要這麼做呢？原因應該是為了商業化，提高FT-2000plus的集成度可以方便主機廠，降低開發FT-2000plus整機產品的成本。不過，在使用了更好的臺積電16nm製造工藝之後主頻可以最高穩定到2.4G，使FT-2000plus相對於FT-2000還是有不小的性能提升，能夠滿足高端服務器和超算主控CPU的性能要求。

近年來，不少廠家都開始著手開發ARM服務器CPU。在國內，華為和華芯通也在著手開發ARM服務器CPU。不過，就目前而言，飛騰的ARM服務器CPU在性能上處於絕對領先地位。

華芯通是中國大陸與高通成立的合資公司，從高通手中獲得了源碼並基於該源碼設計自己的CPU。不過，由於華芯通北京研發中心啟用時日尚短，正式商用產品問世尚需時日。

相比之下，華為研發ARM服務器CPU的時間要早得多，而且在北京和美國都有研發中心，已經有產品Hi1612問世。雖然在宣傳上，華為聲稱Hi1612是“自主研發”，“除存儲單元外均具有完整知識產品”，但其實上，這款服務器CPU採用臺積電16nm製造工藝，其內核是ARM Cortex A57。

而且Hi1612的性能也比較一般，也許是因為華為缺乏服務器CPU設計經驗，這款服務器CPU的性能相對有限，以飛騰的FT2000作參照，華為的這款服務器CPU在製造工藝領先2代的情況下，以FT2000一半的功耗實現了不足FT2000一半的性能。

不過，據小道消息，華為的下一款ARM服務器正在研發中，而且位於龍芯公司斜對門的華為北京研發中心已經拿ARM Cortex A72修改了至少2個版本（華為有錢，買了ARM的“大禮包”），加上位於美國的研發中心可以提供技術支持，在有ARM Cortex A72為基礎的情況下，華為的下一款ARM服務器CPU的性能值得期待。

結語

誠然，FT-2000/FT-2000plus還是存在一些短板的，比如單線程性能偏弱。無論是FT2000，還是FT-2000plus，雖然在多線程性能上達到了Intel中高端服務器CPU的性能，但在單線程性能上，還是有不小的差距——即便主頻控制在2.5GHz，Intel的服務器CPU的SPECint_base2006的成績也在25以上，而FT2000的SPECint_base2006只有12.4（@2.0GHz），FT-2000plus預計也只有14+分（@2.4GHz）。

軟件生態也是一個問題，由於飛騰選擇了跟隨ARM生態的道路，使飛騰的商業化推廣很大程度上取決於ARM生態的完善情況。而在服務器生態上，ARM和X86相比差距較大，這也非常不利於FT-2000/FT-2000plus的商業化。

不過，萬事開頭難，迄今為止，湖南長城銀河公司、湘計海盾公司、航天706所已經推出了基於新一代飛騰微處理器的自主可控產品。

（飛騰CPU整機產品）

長城銀河公司就開發出了EF111系列計算服務器、智恆AF21B一體機、致翔NF15N筆記本電腦和世恆KF510系列桌面型臺式計算機等整機產品。其中，EF111系列計算服務器基於全新一代國產FT2000 Plus 處理器的高性能服務器，可應用於ERP、高性能數據庫、虛擬化和商業智能、大數據分析等領域。航天科工二院 706所也推出天玥64核高端機架式服務器。

根據公開資料顯示，天河3號的原型機已經選定FT-2000系列芯片作為其計算節點上使用的CPU。這不僅對天河超算擺脫進口芯片掣肘是一個好消息，對於FT-2000來說，也是一個非常好的廣告。