國產處理器“取代”Intel、AMD等國際公司的處理器一直是國家的戰略和夢想，如今在太湖之光計算機上算是真正圓夢了，不過當初的新聞報道中筆者也看到了評論中很多人對國產處理器的批評，這個問題也是影響國產處理器發展的一個重要因素，因為生態體系的缺乏，中國發展自己的處理器也只能是“摸著石頭過河”，這個石頭就是國外已經發展的處理器指令集，但這種路線又很容易被不明真相的圍觀者嘲諷——都用了別人的指令集了，怎么還敢叫自主產權？

多年前龍芯處理器的架構師胡偉武博士也解釋過：“我們CPU也是可以做世界第一的，而且有，關鍵就是沒法用，用戶不用你。”軟件生態的現實決定了國產處理器不可能從0開始研發，在這方面日本80-90年代通過TRON計劃研制通用OS、CPU但最終失敗的例子可以說是前車之鑒，反而C919大飛機這種國際化分工合作的模式容易獲得成功。

今天我們就來簡單了解下國內處理器的指令集體系及技術來源。根據公開來源，筆者能找到的有代表性的國產處理器方案主要有龍芯、申威、兆芯、飛騰、宏芯以及智能手機/平板領域發展最好的海思、展訊、全志等，他們所用的架構涉及X86、ARM、MIPS、Power及SPARC、Alpha等，如下圖所示：

龍芯：血統純正的中國芯，商業化不盡如人意

龍芯并非最早的國產處理器，也不是最成功的國產處理器，但提到國產處理器，大家第一個想到的恐怕就是龍芯了，它是曝光率最高的國產處理器，而且考慮到它是中科院計算機所研發的，其血統的純正性更容易成為國產處理器的代表。

龍芯課題組于2001年成立，不過龍芯處理器的正式誕生之日是2002年8月10日，在計算所長李國杰院士的領導下，龍芯之父胡偉武博士及其團隊拿出了龍芯1號處理器，當年他還寫過《我們的龍芯1號》一文介紹龍芯的研發歷程，小編當年也看過這篇文章，記憶猶新的是龍芯的中文代號是“狗剩”，源于中國人“賴名好養活”的習俗，不過也可以看出團隊對龍芯處理器的未來雖然有期待，但當時應該是挺擔心這個項目的未來發展的，只是龍芯的英文名就非常高大上了——Godson，上帝之子！

龍芯一出世就頂著自主研發的美名，但是沒多久就被爆出龍芯的指令集實際上是源于MIPS，也就是說是買來的，這讓龍芯瞬間被千夫所指，研發團隊也背負了罵名和壓力，胡偉武博士也解釋過為何選擇MIPS指令集，前面說的“用戶不用你”就是根本原因，自建一套軟件生態系統對中科院這樣的學術單位來說是不可能的任務。

對龍芯的第二個質疑在于他們選擇了MIPS指令集而非現在大紅大紫的ARM指令集，不過時間回溯到2000年代（龍芯立項研發的時代可能更早一些），當時的ARM可沒有如今這般強勢，而MIPS在大學、科研單位有良好的基礎，龍芯團隊選擇MIPS也是情有可原。

不管怎樣，龍芯這個項目算是活下來了，從最初的龍芯1到目前的龍芯3已經發展了三代了，每一代其實又衍生出了多個版本，從單核、雙核到四核、八核，從180nm工藝到28nm工藝，從雙發射到四發射，龍芯處理器的架構、規格、頻率、性能都在不斷進步，龍芯3B2000甚至號稱性能達到了Intel Ivy Bridge處理器的水平，其指令集其實已經遠遠超出了MIPS范疇，加入了很多龍芯團隊自己開發的指令，比之前的產品增加了500多條自定義龍芯擴展指令，可用于實現對其他主流指令系統的二進制翻譯兼容，另外存儲訪問和I/O效率也有大幅的提高，還有一點就是軟硬件將保持向前兼容。

但是龍芯也不是沒有槽點，大多數龍芯處理器其實活在了中科院給外界展示成果的展臺上，盡管多年來大家對龍芯抱以期待，中科院甚至讓旗下的江蘇夢蘭集團參與成立中科龍夢公司加速商業化，也推出了靈瓏/福瓏/逸瓏臺式機、筆記本等產品，但這些產品大都曇花一現，性能無法達到主流水平，很快就被人給忘記了。

申威/飛騰：最成功的國產處理器，軍方的秘密武器

申威和飛騰盡管選擇的處理器路線不同，不過這兩家要放在一起說了，因為這兩家背后有軍方背景，申威處理器是無錫江南計算技術研究所研發的，后者也是總參謀部第五十六研究所，它有個名字是上海高性能集成電路設計中心，而天津飛騰是國防科大旗下的。此外，早前我們還報道過一家名為Phytium公司在去年的Hotchips 2015會議上推出了代號為Mars（火星）的多核處理器，這家公司是廣州飛騰，據說也是國防科大下屬的，但跟研發飛騰FT處理器的天津飛騰又不是一家單位。

回到正題，江南所在計算機技術研究上也是老資歷了，不過在處理器指令集上他們的選擇看起來有點非主流——DEC公司的Alpha 21264指令集，在技術上Alpha有獨特之處，DEC當年在處理器市場也曾叱咤風云，AMD的K7架構就有部分技術源于Alpha架構，AMD上上上任CEO德克·梅爾（Dirk Meyer）就來自DEC公司，去年辭職走人的Zen架構之父Jim Keller也曾在DEC公司研發Alpha架構。

如今DEC公司早就煙消云散，公司幾經轉賣，微軟在Win2000之后也放棄了對Alpha架構的支持，Alpha架構也早就不再更新了，專利也過期了，這可能是江南所選擇Alpha架構的原因之一。2011年濟南的超算中心部署了神威藍光，它所用的處理器就是神威SW1600，16核心，現在的資料都認為它是基于專利已經過期的DEC ALPHA 21164A EV-56架構。

申威SW26010處理器是260核心

這次的太湖之光的神威SW26010處理器也是江南所研發的，雖然大家猜測它還是Alpha指令集，但跟龍芯后續架構類似，申威SW26010的架構、指令集已經遠遠超出了之前的范疇，加入了很多新指令。這次的SW26010就是260核心眾核架構，亂序執行架構，頻率1.45GHz，整個處理器包括4個MPE（Management Processing Element）管理單元、4個CPE（Computing Processing Element）計算單元及4個MC內存控制器單元組成，其中CPE單元又由8x8陣列的64核心組成，所以總計是260個核心（4x64+4=260）。

與其他國產處理器相比，申威系在性能上完全走在了前列，在世界范圍內都是靠前的，SW26010的理論浮點性能高達3TFLOPS，其性能完全可與Inel最新的Xeon Phi加速卡一拼。不過申威處理器的不足之處在于內存系統，太湖之光性能達到天河2號三倍的同時總內存反而從1.4PB降低到了1.31PB，每個節點使用了四路128bit DDR3-2133內存，帶寬為136GB/s，這一點上不如Intel的Xeon Phi加速卡，后者自身集成了16GB eDRAM緩存，帶寬超過500GB/s，而且早就支持DDR4內存了。

再來說下飛騰，天津飛騰研發的FT系列處理器也在HPC領域有過應用，不過飛騰FT處理器用的架構更雜亂，從公開資料來看第一代FT處理器兼容于Intel安騰2指令集，第二代FT-64處理器在銀河計算機中有過使用，第三代產品FT-1000則是基于開源的UltraSPARC架構，8核64線程，在天河1號計算機的節點網絡上有使用。

之后的FT-1500還是基于SPARC架構，制程工藝從65nm升級到了40nm，16核心128線程，在天河2號超算中使用了4096顆FT-1500處理器作為節點前端處理器。

最新的FT-1500A雖然名字跟上面的類似，但實際上沒什么關系了，因為它的架構變成了ARM 64位，使用的是28nm工藝。據天津飛騰總經理谷虹介紹，FT-1500A系列處理器是64位通用CPU，兼容ARM V8指令集，采用國際先進的28nm工藝流片，具有高性能、低功耗等特點，關鍵技術國內領先，可實現對Intel中高端“至強”服務器芯片的替代，并廣泛應用于政府辦公和金融、稅務等各行業信息化系統之中。

不論是申威還是飛騰，這兩家軍方背景的國產處理器單位因為目標明確，可以說是國產處理器中做的最成功的——不論性能還是架構設計都有獨特之處，申威處理器不僅有硬件研發，還在編譯器及Linux操作系統（神威睿思）上做了創新，太湖之光這次有三項應用入圍戈登貝爾獎，這也得歸功于江南所在超算應用上的努力。

中晟宏芯：借力藍色巨人IBM，Power架構能撐起一片天？

通用處理器架構也曾百花齊放，Intel當年面對的對手比現在多得多，但X86現在差不多一統天下了，能跟Intel競爭的公司就更少了，強大如IBM這樣擁有Power架構的公司也不行了，他們索性于2013年聯合NVIDIA、泰安電腦等公司成立OpenPower開放聯盟，其他公司也可以獲得Power架構授權。此后在2014年還推動成立中國POWER技術產業生態聯盟，IBM與多家中國公司簽署了授權協議，中晟宏芯就是其中的一家。

IBM的Power架構一度成為國產處理器的希望

中晟宏芯成立于2013年，發起人是江蘇夢蘭集團、江蘇中晟智源、蘇州高新創業投資集團，夢蘭集團之前我們說過是中科院旗下的公司，而后兩者可以說是江蘇政府代表，因此中晟宏芯獲得Power架構技術得到了工信部及江蘇政府、中科院計算所的支持，計算所甚至派了一個技術團隊，如果一切都能按照預定的引進、消化、吸收，中晟宏芯應該在2019年推出國產化的Power處理器。

但是事與愿違，中晟宏芯雖然很快就推出了CP1處理器，但這只是IBM Power 8處理器的馬甲而已，還沒等這家公司消化Power技術，他們就鬧出了欠薪風波，中科院派出的技術人員發不出工資，此后公司也不斷動蕩，股東發生變化，人員也波動頻繁，指望中晟宏芯推動Power架構國產化是沒希望了。

此外，IBM的Power架構在國內銀行等關鍵行業有重要應用，而且Power處理器性能強勁，是個好東西，但真要引進消化也沒這么容易，以Power 8架構為例，它是12核心96線程，核心面積達到了650mm2，復雜度遠高于普通處理器，再加上原本使用的是IBM自己的22nm SOI工藝，而SOI工藝已經沒多少代工廠搞了（GlobalFoundries用過，28nm節點放棄，后來又繼承了IBM的衣缽），這無疑增加了Power處理器的國產化難度。