飞腾，中国最强的芯片

前言: 就在昨天，飞腾CPU服务器，龙芯CPU服务器和神威CPU服务器进入政府采购目录的消息突然袭击了整个网络. 这是家用CPU服务器首次进入政府采购目录. 业界普遍认为，进入目录是国内CPU公司发展的里程碑. 本文专门针对国内CPU研发团队飞腾的“三驾马车”之一.

天津飞腾信息技术

中国对国产CPU和OS的研发支持始于1990年代的“泰山项目”. 由于各种原因，该计划不幸失败了. 如今，各种搜索引擎中都没有有关该计划的信息. 只是几句话. 但是，这一势不可挡的计划为中国未来的CPU研究与开发开了火. 小火后来演变成三个国家队: 飞腾，龙芯和申威. 近年来，在以上三个团队的不懈努力下，宏信，兆信等民营或合资CPU研发公司的成立，中芯国际的水平正在逐步接近国际水平. 其中，《飞腾》的表演最为抢眼. 他不仅开发了世界上第一个基于ARM架构的64核CPU“火星”，而且还是国内唯一一家从高性能计算芯片（大型）到台式机的CUP公司，这些公司可以提供带有嵌入式芯片（小型）产品的公司. . 飞腾的故事始于使他出名的“火星”.

01战神“火星”

张成义没想到他在攻读硕时学到的英文名字Charles Zhang将在15年后成为芯片界的热门话题.

2015年8月，在刚刚结束的2015年HotChips大会上，在智虎，雷锋网，智鼎网，EETimes ...以及其他网络平台上，业内人士都在讨论Charles Zhang的主题演讲. . “ Mars: 64核ARMv8处理器”（“ Mars”: 与64核ARMV8兼容的微处理器）.

引起激烈讨论的第一个原因是查尔斯·张的“飞腾团队”设计的代号为“火星”的CUP芯片是世界上第一个基于ARM架构的64核CPU. ，ARM阵营中最强大的CPU实际上是由一个低调的中国团队设计的. 无论如何，这在业界都是爆炸性的新闻. 第二个原因是作为第二个受邀参加HotChps舞台的中国CPU团队-第一个是2008年的龙芯（Loongson）. 飞腾代表了通用CPU芯片在过去7年中在中国的发展. 但是，查尔斯·张（Charles Zhang）用于报告的PPT确实不好.

HotChips会议在国际CPU领域可以称为“华山之剑”. 自1989年第一届会议以来，该会议每年都在硅谷的同一地点举行（早期是斯坦福大学，近年来是弗林特中心），但从未动过. 每年，CPU巨头和初创公司都使用它向世界展示公司关于芯片架构的最新想法. 尽管不是第一个出现在HotChip舞台上的中国队，但“费腾”仍然创造了会议纪录，这是HotChip历史上的第一位嘉宾，没有远程主题报告.

因为不幸的张朝阳没有获得去美国的签证.

事后总结，张成义认为，这是不良PPT的主要因素. 由于无法获得签证，团队放弃了提早参加会议的想法，并申请会议撤回报告. 在HotChips的盛情邀请下，会议才几天就决定以远程报告的形式参加会议. 张成义开始急于修改PPT，会议要求提前几天完成PPT的定稿，因此他没有太多时间修改PPT. 第二个原因是缺乏经验. PPT的内容分为三个部分. 第一部分着重于飞腾自主处理器核心的设计，第二部分着重于整个芯片的片上存储和互连设计，最后是芯片的物理指标和性能指标. 结果，第一部分过长，导致以后时间不足，因此匆忙结束. 第三个原因是，在会议开始半小时之前，最初调试的视频会议（Google Hangouts）突然无法显示视频信号，并匆匆更改为语音报告，因此世界各地的同事都盯着一个简单而丑陋的PPT ，听了对世界上第一个64核ARM架构CPU芯片的不满意的中英对照分析. 各种各样的错误使现场响应变得冷淡，这一点也遭到了国内同行的强烈批评.

张查尔斯的PPT现在仍然可以找到

对于张承义来说，这个重要的历史时刻更加令人震惊. 2015年8月25日北京时间凌晨6点，他独自完成了吉飞腾团队的杰作，这也是当时中国最强大的通用CPU芯片的发布会. 在隔壁的房间里，小学的儿子在打呼slightly.

Hotchips的不良外观使飞腾团队长期受到国内行业的质疑. 由于“火星”当时并未在电影中露面，因此有人认为这是另一家国内研究机构，正在发行卫星并欺诈资金. 在沉重的压力下，飞腾团队反应非常平静: 他们没有任何借口继续工作. 与某些国内CPU团队经常在媒体上高调宣传不同，飞腾团队的风格内向且低调-“您说的，我会做的，当时间到来时，我们会提出家伙. ”

一年后，飞腾团队在2016年Hotchips大会上展示了“火星”的示例和服务器原型，并展示了基于“火星”的企业级应用程序解决方案. 飞腾芯片系统中的“火星”被命名为FT-2000，其性能与英特尔的E5服务器芯片相当. 这是家用服务器芯片在性能上首次与英特尔匹敌. 换句话说，2016年的“火星”样本数量大约等于2014年的英特尔服务器芯片数量. 到目前为止，一年前的严厉质疑已经消失了.

“火星”的主要性能指标

飞腾团队参加了Hotchips 2016大会

“火星”使用的微内核结构也有一个昵称“小米”，即小米的中文拼音. 业界曾经怀疑“小米”和雷军的小米之间的关系. 事实是什么都没有. 飞腾研发团队的主要成员是科学和工程领域的人，他们不擅长命名. 有一天，这位领导突然向团队中的一名设计师指着，说: “你女孩的昵称是小米，对吗？我们这一代的微结构被称为小米，下一代将改变他的房子，成城人和其他人. 不是吗？它叫做ViVi？就是这​​样. ”结果，下一代的微结构不被称为chengcheng，现在被称为dami（大米）. 每个人都经常开玩笑: 下一代会称为yumi（玉米）吗？

至于名为“火星”的FT-2000，则是精心设计的. 飞腾上一代芯片中使用的SPARC架构源自美国SUN公司. “ SUN”翻译为“ sun”. 为了表明我们的设计离SUN越来越远，飞腾系列芯片的架构代码以太阳系行星的名字命名. 最早的体系结构代码称为“ Mercury”（水星）. 第三代架构称为“维纳斯”. 当转换为ARM兼容性时，第三代体系结构称为“地球”（FT-1500A），而FT-2000被称为“火星”（Mars），它属于第四代体系结构. 原则上，下一个新架构应称为“木星”，但团队非常喜欢“火星”这个名称，直接是第一代火星，第二代火星……等等.

“火星”的英文名称“ Mars”在罗马神话中意为“战争之神”，这可能暗示着飞腾人民的最深远的见识: 成为通用领域无敌的战争之神CPU.

02二十年的研究，中国芯片保持不变

在所有看似偶然的“出生”的背后，都有着未知的艰辛. “火星”也是如此. 对于这个当之无愧的中国核心，飞腾团队已经花费了二十年.

在1990年代末，飞腾梦想着“为国家打造核心”，成立了一个团队，开始“中国核心”研发之旅. 到2006年，飞腾团队成功开发了两代国产CPU，并在关键领域实现了应用. 在“十一五”期间，在国家“核高基地”重大科技攻关计划的支持下，以FT-1000 / FT-1000A和FT1500为代表的第三代飞腾CPU将用于商业领域. 应用程序. 第三代飞腾CPU使用SPARC指令集体系结构，但薄弱的SPARC生态系统无法支持飞腾CPU的商业使用. 飞腾从第4代飞腾CPU的问世开始真正进入了飞跃式发展，它与通过指令集开发的ARM FT-1500A和FT-2000系列CPU兼容.

2011年秋天，飞腾项目团队在长沙附近的宁乡县举办的研讨会被视为飞腾发展历史上的“遵义会议”.

在那次会议上，只有一件事情要做: 讨论飞腾是否将继续遵循SPARC架构还是转向ARM架构.

当时，项目团队的人员按照SPARC架构分为两组，以继续升级FT-1500微体系结构的单核性能，并且对ARM指令集进行了全部研究. 方式. 会上，两派发生了激烈的争执. SPARC系列相信FT-1000和FT-1500可以在超级计算领域中得到应用. 批量生产的FT-1500的性能和技术在当时已经在中国处于领先地位，整体性能正在逼近世界上最先进的CPU. . 尽管单核性能很低，但是该团队已经开始设计超标量乱序处理器内核，并且初步评估可以极大地提高单核性能. 此时更改架构意味着需要大修部分设计工作，并且成本过高. 从工业生态学的角度来看，ARM路线发送了更多信息. 尽管FT-1500具有出色的性能，但在推广时将很难推广. 无论是国际的还是国内的，基于SPARC架构的软件和硬件生态都几乎为零，并且芯片性能不管多么出色，都没有可用的软件，就像废品一样. 飞腾除了生产用于超级计算的高性能CPU. 经过设计评估，与最初的SPARC芯片升级计划相比，仅用了一年的时间就可以推出ARM平台CPU的样品，但是工业推广可以节省宝贵的时间.

参加会议的主要几乎是黑脸的，听了两党之间的争吵. 在上一次非公开会议中，在与首席部门团队之间反复比较之后，他们决定放弃SPARC体系结构，而采用ARM体系结构.

2014年10月，飞腾推出了首款与ARM指令集兼容的CPU FT-1500A. 指示器非常漂亮，再次站在家用CPU的顶峰. 转换架构仅用了大约三年的时间就开发出了国内领先的通用CPU芯片，这在业界引起了震惊. 许多同行怀疑FT-1500A并非完全独立开发，而是购买了仅ARM的IP核心授权. 这样，可以大大减少研发时间.

当前，西方人发明了所有国内通用CPU制造商采用的产品体系结构. 架构的相同术语是“指令集”. 使用哪个指令集与CPU的“自治和可控制”没有直接关系. 这只是一个设计规则. 根据此规则，制造商可以设计自己的芯片（选择不同的指令集来设计CPU，这与您的芯片大致相同. 无论是用英文还是中文撰写文章，所使用的不同语言的语法规则是什么）. IP内核授权意味着别人可以编写一部分甚至全部芯片设计代码，然后将其出售给制造商. 如果中间有一个隐藏的后门，制造商将不会知道.

面对疑问，飞腾队仍然什么也没说. “与唾液作斗争需要大量的人力和时间！当时，飞腾公司成立了，工作还没有得到理顺. 哪里有防卫力量？飞腾宣布，这是最后获得的ARM指令集授权从2012年开始，但相关工作始于2011年，我们怎能不做任何准备而急于与ARM交流？FT-1500A的研发时间是三年，而不是外界所见的不到两年天津飞腾芯片的加工都是由我们自己设计的！”三年半之后，天津飞腾信息技术（以下简称“天津飞腾”）副总经理郭玉峰终于松开了自己当时屏住的口臭.

2015年底，“火星”（FT-2000）仅完成了模拟测试. 在影片上映之前，惠普全球首席科学家兼全球战略合作副总裁格雷格（Greg）率领团队前往天津飞腾，讨论合作事宜. 希望将来在其服务器上使用“火星”. 目前，百度和阿里等互联网公司已经与天津飞腾联系，希望评估飞腾的CPU，并为其在云和数据中心的应用做好准备.

飞腾转向ARM的最初意图之一是促进国内集成电路产业的发展，并最终打破英特尔在高端服务器芯片领域的垄断地位. “火星”的诞生给了挑战英特尔的曙光.

尽管“火星”已经达到了与国际主流CPU相当的性能，但是具有1个CPU和8个存储扩展卡的整机的建造成本却很高，这使得“火星”的工业化道路并不平坦. 为了进一步降低成本，飞腾于2017年推出了经过优化和升级的FT-2000 +. 该芯片是目前飞腾最顶级，最具成本效益的产品. 它集成了64个自行设计的最新通用微处理器核心，保留了大容量的片上二级缓存，并将存储控制器升级到8个DDR4. 并从片外集成到片上. 考虑到芯片面积，三级缓存被丢弃. 单芯片解决方案虽然对性能有一定影响，但可以大大降低整机成本，提高整机可靠性，更符合市场需求. 该芯片的诞生标志着飞腾完成了从科研思维到市场思维的转变. FT-2000 +工作频率为2.3GHz，双精度浮点峰值性能为588.8GFlops，功耗为96W，spec2006测得的性能达到了2014年英特尔至强E5主流服务器CPU的水平，仍然是中国性能最高的服务器CPU. 同时，与使用FT-2000相比，使用FT-2000 +的整个机器的建造成本降低了50％.

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