Zen架构国产X86处理器正式量产!AMD 15年前布下的“王炸局”将砍向英特尔命脉

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Zen架构国产X86处理器正式量产!AMD 15年前布下的“王炸局”将砍向英特尔命脉
麻省理工科技评论 2018年7月12日

2018年7月12日

这是 AMD 在 2016 年宣布授权X86 架构之后,由中国厂商首款自主开发的 X86 处理器。
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这是 AMD 在 2016 年宣布授权X86 架构之后,由中国厂商首款自主开发的 X86 处理器。

7 月 10 号,盛传已久的中国芯片制造商海光(Hygon)自主生产 X86 处理器的消息得到了证实。这款代号为“Dhyana”的处理器这款芯片是根据 AMD 的 Zen 架构开发的,AMD 将X86 的IP授权给海光。这是 AMD 在 2016 年宣布授权X86 架构之后,由中国厂商首款自主开发的 X86 处理器。是什么原因让 AMD 千方百计绕过英特尔对 X86 指令集的限制,也要把其架构授权给中国合作伙伴?而 AMD 授权给中国合作厂商的架构是否具备竞争力?还是跟 VIA 的 X86 架构一样,是落后主流技术好几代的产品,商业价值极低,所以才借授权来换钱

首先,AMD 与 VIA 不同,其提供给中国的技术是目前在市场上性能表现一流的高端计算产品,而非落后主流市场十几年的架构。

其次,AMD 当初拿 Zen 核心换来发展的机会,主要还是现实利益考虑。我们都知道,中国已经是全球处理器芯片最大的市场之一。加上中国对高性能计算领域格外重视,若能通过授权打进核心的供应,对 AMD 而言是增加营收,对中国而言,则是摆脱 Intel 对 X86 架构的垄断,又可沿用 X86 体系上的庞大资源,可说是各取所需的双赢之举。



AMD 早在 2005 年就已开始布局中国 X86 授权业务,未来可能走向自由竞争


过去 X86 架构有曾许多玩家存在,但后来因为竞争激烈,多数都已经退出市场,而目前仍存在市场上的只剩 Intel、AMD 以及 VIA。而 Intel 最多曾吃下 99% 的服务器市场,及超过八成的 PC 市场,留给其他两家的市场空间极少。AMD 虽曾多次在产品规格与性能击败过 Intel,但过去其内部矛盾极深,管理亦不佳,不仅导致产品难以按照规划时程推出,产品上市后的营销策略亦滞碍难行,因此最终只能坐看 Intel 在处理器市场呼风唤雨。

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而在苏姿丰(Lisa Su)就任 CEO 之后,对组织内部进行大幅改革,扫除产品设计与推广的障碍,而在 2017 年,其由帮助 AMD 翻身多次的 CPU 大神 Jim Keller 所设计的 Zen 架构正式量产上市,多年来只能捡 Intel 残羹剩饭的 AMD 才又再次咸鱼翻身,重回主流市场。

其实 AMD 早在 2005 年就已经布局在中国的 X86 架构授权业务,并曾把当初的 Geode 低功耗 X86 架构转让给北京大学微处理器研究开发中心,在产业界造成一股轰动。虽然受限于美国法规,该架构并非主力中高端方案,亦非最新的核心世代,但低功耗嵌入式领域仍占有一席之地,而当时的中国也通过这次的技术转让,得以一窥 X86 架构的神秘地带。而通过当时的转让,中国科技部将为 AMD 在中国企业之间铺设便利桥梁,推动 X86 技术的授权工作,而 AMD 将对该技术的授权收取专利费用。此外,AMD 还将可以使用与中国科技部和北京大学合作产生的知识产权。如果因此有新企业成立,AMD 会有优先投资权。

通过在这十数年间持续布局 X86 在中国的授权工作,为躲避 Intel 的专利授权箝制,AMD 也在数年前和中国政府合作成立两家企业,其中,海光微电子技术公司负责管理 CPU 内核架构管理与授权业务,由 AMD 占多数股份,借以规避授权限制,而另一家海光集成电路设计公司则是向海光微电子购买来自 AMD 的授权,并以之打造成芯片。当然,理论上海光微电子并没有限制只能把架构授权给海光集成电路,保留了第三方企业的授权弹性,而未来海光微电子通过对 Zen 架构的深度定制,设计出更多不同规模的核心之后,就有可能开放更多授权客户。毕竟对 AMD 而言,其客户越多,授权收入也会更多,只要不踩 Intel 的底线,就没必要把制造限制在海光集成电路身上。



AMD 拿压箱宝 Zen 架构换现,为绝地求生


但为何 AMD 在 Zen 架构刚发表,连量产时程都还不知道时就决定与中国合资成立海光,甚至把当家武器 Zen 架构双手奉上?其实,AMD 在历经多年的产品布局不顺,持续亏损的状况下,财务状况一年糟过一年,即便 Zen 架构已经设计出来,但未来量产、营销恐怕就会变成巧妇难为无米之炊,没有资金可以推动这些工作的进行。因此,通过与中国的授权合作,取得资金注入,让 AMD 得以苟延残喘至新一代架构上市,并进行后续的市场营销与合作项目。

与中国签订的授权协议为 AMD 带来将近 3 亿美元的许可费和版税收入,对 AMD 而言算是久旱之后的及时雨,而 NVIDIA 和 Intel 闹翻,导致 Intel 转而向 AMD 授权 GPU 的相关 IP 许可,也为 AMD 带来珍贵的现金收入,这些资金让后来 Zen 架构有机会落地,并挑战 Intel 的霸权。



中国首款高性能自有 X86 芯片终于落地,但骨子里就是 EPYC


如今解了当初 AMD 燃眉之急的 Zen 架构授权业务,终于在中国开花结果:由海光集成电路公司利用 Zen 架构打造的 Dhyana 处理器在 7 月 9 号宣告正式量产。为符合 X86 架构的授权限制,避免被 Intel 找麻烦,Dhyana 只能在国内销售,但由于拿到 Zen 架构仅短短数年,海光还不够熟悉 Zen 架构的定制工作,因此 Dhyana 基本上就是 AMD 的 EPYC 服务器芯片的变形,根据 Linux 内核开发者指出,二者只是厂商 ID 与产品序列号有所不同。另外,专为 EPYC 设计的支持代码甚至可以成功在 Dhyana 处理器上运行,由此可见两款处理器差异极小。

虽然 Dhyana 的细部规格并未完全揭露,但以目前的信息推测,其与 EPYC 应该是大同小异,可以用目前市面上的 EPYC 方案进行推测。EPYC 最高可达 32 核心配置,并达到 64 个线程同时处理,而 EPYC 处理器可支持最多 8 通道 DDR4 或 DDR3 存储器扩充,另外每颗 EPYC 处理器皆可支持最大 2TB 存储器,比起英特尔 Xeon E5-2699A v4 最大存储器容量还多出 33%,存储器带宽更是 Xeon E5 的翻倍。

EPYC 处理器存储器总带宽高达 170.7GB/s,且可以允许在最高 2666MHz 时钟速度运作。EPYC 处理器内还整合了 PCI Express 3.0 界面,每个插槽可支持多达 128 线道 (lane),以提供高速 I/O 使用,亦比 Intel 架构更高。而不意外的话,Dhyana 也会是在 Global Foundries 生产,毕竟芯片周边 IP 可以直接沿用 EPYC 的生产制造资源,若改由台积电,那么周边 IP 又要重新设计搭配,旷日废时。EPYC 的性能已经被证实拥有一流水平,正面硬扛 Intel 的高端架构也能脸不红气不喘,且成本相对较低,而在中国积极发展超算、云端服务器的态势之下,有机会大幅取代 Intel 的架构。



AMD 与中国连手造芯,Intel 在中国市场布局将面临严苛挑战?


由于中美之间的贸易冲突,半导体核心料件的供应成为中国产业最受关注的议题。当然,AMD 的授权与制造方式基本上还是依照现有标准 Zen 架构的定制工作,无法对 X86 底层进行更动,但其实更动的必要性也不大,毕竟 X86 最大的优势就是在于软件资源与生态的兼容性,如更动了这层,失去了生态,那么采用 X86 架构的意义也就没有了。通过与 AMD 的合作,虽然制造方面可能短时间之内还无法转移到国内的芯片代工厂,但长远来看,基本上能够确立从 IP、设计到制造,基本上都可以在国内完成的基本理念,摆脱对国外供应管道与关键料件的依赖。

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而 AMD 与中国的合作,最伤脑筋的恐怕就是 Intel 了,根据瑞银 (UBS) 的统计,Intel 有超过两成的营收来自中国,若 AMD 在这块市场开了后门,那 Intel 恐怕得加大对中国的开放程度,否则可能就会被淘汰。不论如何,这场鹬蚌相争,最后得利的还是中国这位渔翁。



同为打造自有 X86 架构的兆芯恐怕更边缘化


至于 VIA,自从十几年前 Intel 收回主板芯片组授权之后就一蹶不振,虽然曾想通过重新设计的 X86 芯片来对抗 Intel,并重回主流市场,奈何技术层次落差太大,市场并不买账。无奈之下,VIA 选择把所有架构授权给其与中国政府成立的合资公司兆芯,VIA 占有 20% 的股份。当然,此产品也是中国专属,无法对海外销售,毕竟 VIA 的授权方式恐怕还是得不到 Intel 的认同。但因为有中国在背后撑腰,Intel 敢怒不敢言。

兆芯所取得的 CPU 架构基本上已经是个 10 年的老架构了,和 Zen 根本无法相提并论。不过幸好,目前海光偏重于高端服务器市场,兆芯则是走低端嵌入式产品,二者分别在光谱的两端,比较没有直接冲突。然而 Zen 架构可大可小,端看海光如何布局与发展,没道理只能用在服务器上面,若海光成功掌握定制 Zen 核心的诀窍,那么未来推出中低端方案也是合理的预期,这么一来,兆芯的定位就更为尴尬了。

来自 VIA 的 CPU 架构基本上已经没有太多潜力可以发挥,除非兆芯能够重新打造,否则在现有老旧架构上迭床架屋,只是徒增问题而已。但从零打造 X86 并不像 Arm 架构那般,按照公版设计调整参数就可以直接丢给芯片代工厂制造这么简单,其牵扯的处理器设计逻辑、缓存、计算单元、分支预测能力、多媒体指令加速与处理,而且还要确保与现有 X86 软件生态的兼容,这些都是庞大且复杂的工作,DT 君认为兆芯短期间之内不大可能在这方面有所突破。

除了 Intel 以外,兆芯可说是 AMD 的 X86 授权策略下的另一个潜在受害者。



有了 Zen 架构仍应持续自有架构发展


虽然对中国产业而言,Zen 是天上掉下来的宝物,其性能,架构先进程度,以及生态兼容性,都不是中国手上现有的处理器架构可以相提并论。然而我们可否说既然有了 Zen 这个强大的架构,就可以放弃其他自有架构的发展?DT 君认为不论是技术或市场,在发展策略上都应该往长线看,而不是只看现在。Zen 架构毕竟还是外来架构,只不过后段设计到制造工作可以通过各种手段包装成中国自有管道供应,若哪天 AMD 中断 Zen 架构的授权,或者是 Intel 因为市场反应或美国政府的压力,而宣称该架构的授权不合法,强迫中断 AMD 在中国的授权行为,否则就会通过政府发动贸易手段来抵制。

那是不是一切又回到原点?

而且,这些架构的使用限制重重,只能在国内销售,无法进行外销,但如果想要掌握市场走向,甚至主导市场,不走国际市场,而是闭门造车,那最终也只会是一场梦。因此,积极发展自有架构,并将其往全球市场范围推广,这才是把让中国半导体从仿照、跟随,转型成领导者的必经之路。

这条路会很漫长,但不得不走。

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