Zen架构！国产海光x86 CPU实测：虽有缩水 意义非凡
出处：快科技 2020-02-28 14:18:43 人气： 74520 次 作者：上方文Q 编辑：上方文Q[爆料] 评论(199)
收藏文章
https://news.mydrivers.com/1/674/674925_all.htm#2 2.93亿美金买的
这几年，国产CPU处理器突飞猛进，而且在不同架构上齐头并进，包括x86架构的兆芯、海光，MIPS架构的龙芯、君正，ARM架构的飞腾、鲲鹏，Alpha架构的申威，RISC-V架构的阿里玄铁等等。
其中，海光(Hygon)是一个非常特殊的存在，因为他居然拿到了AMD的官方授权(注意不是技术转让)，而且是大获成功的最新Zen架构，在性能方面是最值得期待的，但到底能达到什么程度一直扑朔迷离。
最近，权威硬件评测网站AnandTech拿到了海光处理器，包括8核心的桌面版Dhyana、32核心的服务器版Dhyana Plus，进行了深入分析和测试。
一、AMD和海光的复杂合作
其实，海光能获得AMD x86架构授权是非常曲折的。虽然美国政府对此大开绿灯，但为了规避Intel专利限制和相关法律，绕了一个大圈子：
AMD、天津海光信息技术有限公司(天津海光)作为两家主体合作公司，通过合资的方式成立了两家新的公司，一个是成都海光微电子技术有限公司(海光微电子)，另一个是成都海光集成电路设计有限公司(海光集成电路)。
海光微电子由AMD主要控股51％，拥有AMD授权IP(知识产权)并负责芯片生产，海光集成电路则由天津海光主要控股70％，负责芯片设计与销售。
而一颗海光处理器的诞生，可以分为11个步骤：
1、AMD将核心设计授权给海光微电子，并提供建议的SoC布局
2、海光微电子向海光集成电路提供芯片设计平面图
3、海光集成电路将修改建议反馈给海光微电子
4、AMD工程师审核修改建议，予以批准或否定
5、海光微电子将最终设计平面图返回给海光集成电路，并准备接订单
6、海光集成电路向海光微电子订购晶圆、硅片
7、海光微电子联系GlobalFoundries进行代工制造
8、GlobalFoundries按照设计达成预定频率/电压、良品率
9、海光微电子将完整硅片卖给海光集成电路
10、海光集成电路在中国国内完成硅片封装
11、海光集成电路在中国内地市场销售成品处理器
是不是绕晕了？没办法，想获得最先进技术，就是这么难。
特别注意的是，海光获得的只是AMD 14nm Zen架构的IP授权，而不是完整的技术转让，底层设计和技术、专利依然属于AMD，海光只能在高级层面根据自己的需要进行修改、定制。
打个比方，技术转让相当于买了块地皮，你就是房地产商，可以自己规划盖高楼，想怎么盖就怎么盖，ARM架构的华为麒麟等就是这种。
IP授权相当于买了个毛坯房，你只是业主，可以自己装修、安装家具，但不能改变楼房结构，墙壁里安装个窃听2器你也没办法。
并且，AMD授权的也不是完完整整的Zen架构，而是阉割后的残血版，性能和锐龙、霄龙相比不在一个层次上，所以对后边的测试成绩要做好心理准备。
但无论如何，你付了钱买了房子，你就是主人，所以海光确确实实是一款国产处理器，而且能对如此复杂、先进的x86架构吸收并改进设计，并不是谁都能做到的。
采用海光处理器的曙光工作站
二、海光Zen架构的阉割与修改
海光并非直接把AMD Zen架构芯片拿过来打磨改个名，AMD也没这么大方，一方面允许自行修改设计，但另一方面也在架构规格上做了不少精简。
这方面没有任何官方资料，AMD、海光都异常低调、守口如瓶，但是通过各种分析检测，AnandTech还是发现了很多秘密。
1、基本架构不变
海光处理器在核心布局上和原版Zen完全相同，缓存容量、TLB容量、端口布局等都没变，比如一级指令缓存4路64KB，一级数据缓存8路32KB，二级缓存8路512KB，三级缓存16路8MB。
测试显示，内存访问时间一级缓存4个周期、二级缓存12个周期、三级缓存37-40个周期，内存延迟284-307个周期。
一级缓存读取速度每核心约100GB/s，写入速度约51GB/s。八核心的DDR4内存读取速度38.5GB/s，写入速度35.8GB/s。
Zen架构内核简图
2、新的加密机制
出于安全考虑，海关在这方面做了大刀阔斧的改变。
Zen架构的霄龙中有AMD SEV虚拟化加密技术，涉及RSA、ECDSA、ECDH、SHA、AES等加密算法，海光则改成了我国自己发布的SM2、SM3、SM4，更有可控性。
SM2是椭圆曲线公钥密码算法，相比于RSA更先进、更节能、更安全，国家密码管理局2010年12月17日发布。
SM3是哈希算法，属于密码散列函数标准，用于数字签名及验证、消息认证码生成及验证、随机数生成等，原理、安全性和效率都类似SHA-256，国家密码管理局2010年12月17日发布。
SM4是分组密码算法，用于数据加密，分组和秘钥长度都是128位，类似AES-128，国家密码管理局2012年3月21日发布。
Linux内核也加入了相应的指令，以支持这些加密算法，不过有趣的是，他们不但在海光处理器上测试成功，AMD霄龙上也能运行。
3、指令集大缩水
这是AMD下手最狠的地方，大量指令要么把速度降了下来，要么直接砍了，对性能影响非常大。
测试发现，海光获得架构的整数性能基本没变，但是浮点性能损失很大，DIV、SQRT等浮点指令直接消失，大量的MMX/SSE简单指令则被降速：
这些都是基础指令，对于日常基本性能至关重要，速度变慢直接就把实际性能给拉了下来。
另外，桌面版Dhyana、服务器版Dhyana Plus的差别也很大，比如至关重要的随机数生成算法，就在服务器版上严重削弱。
RDRAND算法在海光这边其实更快了，服务器版上更是快得多，RDSEED算法在海光桌面上也加快了，但服务器上慢了足有10倍之多。
事实上，二者都可以在海光的BIOS里选择开启或关闭。
AVX、AVX2指令集也很奇怪，检测显示海光是支持的，但似乎已被禁用，相关测试根本无法运行，AESNI、SHA、CLMUL、FMA4、BMI、BMI2等指令无一例外。
缺少这些指令会影响到什么程度呢？比如AES编码，两颗32核心的海光竟然都跑不过入门级的4核心锐龙3 1200：
三、海光处理器就长这样
说了半天，是时候请出本尊了。
这是一个8核心海光桌面处理器的工程样品，表面印有HYGON中科海光的标识，“用芯计算未来”的口号，还能看到成都封装字样，但没有具体型号和规格。
C86应该是代表China x86。
不同于AM4独立封装的AMD锐龙，海光采用BGA整合封装，直接焊接在主板上，无法更换和升级，辅以简单的6相供电，不过奇怪的是，散热器安装孔距并非AMD AM4规格，而是Intel的。
整体板型为mciroATX，供电接口有24针主供电、8针辅助供电和D形大4针辅助供电。还有两块电池，一块显然是保存BIOS，另一块未知。
两条内存插槽位于处理器上方，典型的服务器布局以方便散热，另有四个SATA 6Gbps磁盘接口、两条PCIe 3.0 x16和一条PCIe 3.0 x4扩展插槽。
海光其实也是SoC，为了扩展输入输出搭配了一颗Lattice Semiconductor FPGA，提供SATA接口、四组LED指示灯和各种定制接口、插针、按钮。
集成GPU当然没有，使用的是服务器上常见的IPMI控制器和ASPEED AST2500芯片，提供简单的2D图形输出。
放上去一颗锐龙处理器，尺寸是完全一样的。
这是32核心的海光服务器版本，外形尺寸和线程撕裂者、霄龙几乎一模一样，也有保护支架，同时表面可以看到7185的型号标识，其他类似桌面版。
服务器整机来自曙光，面向计算和存储市场，双路共计64核心，每路支持4块U.2硬盘、16块SATA硬盘，内存支持八通道，但本次测试因为一些限制跑的是四通道。
CPU-Z软件还不支持海光，服务器版直接无法运行，桌面版也只能检测出极少量信息，比如八个核心、3.2GHz主频，但奇怪的是，指令集里显示有AVX、AVX2、FMA3，但实际测试却无法用上，至少目前还没找到能利用的方法。(其实应该用AIDA64检测的，去年已支持海光。)
四、终于要跑分了
测试中，8核桌面海光搭配Windows 10专业版，双路32核服务器海光搭配Windows 10企业版，但由于AVX、AVX2指令集不正常，很多测试无法跑，项目有限。
8核海光的性能大致类似6核锐龙5 1600X、8核锐龙7 1800X，但在特定测试中甚至可能还不如双核速龙200GE，比如最后一项GeekBench 4单线程加密性能。
双路32核海光的表现一团糟，很多时候还不如锐龙7 1800X，当然更没法和锐龙9 3950X甚至是撕裂者相比，唯一较好的就是更突出整数性能的Corona，可见浮点指令集削减造成的严重影响。
五、难得机遇 意义非凡
可能看完跑分，大家会感到非常失望，坦白地说乍一看确实也有点出乎意料，但其实也是合情合理的。
x86 CPU架构作为Intel、AMD两家美国巨头的核心资产，是绝对不会轻易外泄的，尤其是Zen这样非常成功的最新架构，按照一般逻辑我们能拿到手的可能性应该是零，以往想都不敢想，但是在各种因素的促成下，它确确实实到了我们手中。
AMD对海光的架构底层开放程度到底是什么层次，我们不得而知，但确确实实整套搬了过来，尽管规格上有些缩水但并没有本质性的削减，而且允许海光自行修改、设计(尤其是敏感的安全加密)，已经足够我们的科研人员研究很久很久了。
可以说，这是一次空前难得的历史机遇，可以让我们一窥最新、最先进的集成电路设计，获得极为宝贵的经验，这次的合作模式也值得思考和借鉴。
可能在未来很长时间里，都不会再有这样的机会了，至少AMD已经明确表态，后续的Zen 2/3/4等等无意继续授权给海光。
整体来看，无论是桌面上还是服务器上，海光处理器的性能确实很平淡，毕竟指令集等关键特性做了大幅度的削减，对于这么先进架构的研究、优化也需要时间。
但是海光处理器的意义，绝不是达到多高的性能，而是有了一个全新的开端和突破。对于一些特殊、敏感的行业和领域，目前需要的也不是绝对高性能，而是首先解决有无的问题，解决能用的问题。
而且我们还有兆芯，来自威盛的x86技术，虽然架构技术相对Intel、AMD差了很多，但是在我们手里的自由度更大，满足一些特定需求是毫无问题的，甚至已经开始向零售市场渗透。
路，总是要一步一步走的，只要坚持走下去，就有希望，就有未来，更何况，我们的路还不止一条。
相关阅读：
i9-10880H测试成绩曝光！能否打败锐龙7 4800H依然是问号
标签：架构,x86,Zen,AMD,海光,处理器 来源： https://www.cnblogs.com/jinanxiaolaohu/p/12863202.html
本站声明： 1. iCode9 技术分享网（下文简称本站）提供的所有内容，仅供技术学习、探讨和分享； 2. 关于本站的所有留言、评论、转载及引用，纯属内容发起人的个人观点，与本站观点和立场无关； 3. 关于本站的所有言论和文字，纯属内容发起人的个人观点，与本站观点和立场无关； 4. 本站文章均是网友提供，不完全保证技术分享内容的完整性、准确性、时效性、风险性和版权归属；如您发现该文章侵犯了您的权益，可联系我们第一时间进行删除； 5. 本站为非盈利性的个人网站，所有内容不会用来进行牟利，也不会利用任何形式的广告来间接获益，纯粹是为了广大技术爱好者提供技术内容和技术思想的分享性交流网站。