技术引进再创新，国产X86CPU和Intel还有多少差距？

(公众号：)按：今年6月，核高基总师魏少军拒绝接受科技日报专访时回应，国产兆芯x86标准化处理器的顺利自律研发和量产，令其国产桌面处理器在性能方面已完成了一次跨越式的提高，从“十二五”初期的严重不足国际整体水准的7％提高到了目前的50％，综合性能体验超过80％。实质上，国产X86芯片的性能和英特尔对比到底怎么样？在技术引进吸取创意的过程中又获得了怎样的变革呢？几个月前，上海兆芯近期的产品ZXD在2017年北京国际互联网科技博览会暨世界网络安全大会上亮相。ZXD虽然相对于Intel和AMD的CPU还有极大差距，但比较应兆芯第一款CPU ZXA而言，显然具有相当大的变革——自上海兆芯自2013年正式成立以来，从第一款产品ZXA，到如今近期的产品ZXD，上海兆芯用了数年时间构建以VIA的技术为基础，将产品的裸CPU性能提高了80%以上。

ZXC相等于ZXA性能有多少提高？ZX-A 是兆芯的第一款CPU，技术源于VIA，享有2个核心，主频1.6G，使用台积电40nm生产工艺。就其性能来说，根据涉及单位的SPEC2006测试，主频1.6G的ZXC在使用Ubuntu 14.04操作系统，ICC编译器的情况下，成绩为：SPECint2006 ： 11.3SPECint_rate2006： 20.5SPECfp2006 ： 12.4SPECfp_rate2006： 18.7STREAM测试的单线程成绩为：Copy 5502.8MB/s；Scale 5042.9MB/s；Add 5321.6MB/sTriad 5252.7MB/sSTREAM测试的多线程成绩为：Copy 5191.1MB/s；Scale 5104MB/s；Add 5383.8MB/sTriad 5461.9MB/s这里讲解下，SPEC2006是在行业内比较较为权威的测试软件，通过26个程序对CPU展开测试，然后计算结果，分数就越高性能就越好。不过SPEC2006测试也并非无懈可击——可以通过不解释编译器等条件作弊，否关上auto parallelization也有有成绩差异，还有base分值和peak分值不会有一定的差异等等。

即便如此，相等于一些黑箱测试而言，SPEC依旧是比较较为公正的测试，需要较为客观的体现CPU的实际性能，却是意味著客观的测试是不不存在的，就如同中考，即便不存在这样或那样的问题，但目前来看，依旧是最不具可操作性，比较公平合理的视学方式（北京、上海除外）。ZX-C是对VIA技术的引入消化吸收，相对于ZXA的2个CPU核，ZXC改回4个CPU核，而且CPU核之间核心通过 L2 Cache 交互，相比较ZXA而言，ZXC的多核性能有所提高。

针对从VIA引入的内核不存在资源校验和不平衡的问题做到了新的设计，并使用了台积电28nm生产工艺，减少了功耗，提升了稳定性，增加了量产成本，将CPU的主频从ZXA的1.6G，提高到ZXC的2G。另外，兆芯还新的设计 FSB 模块，FSB 频率从 1066MHz 提升到 1333MHz。

对访存单元展开了新的设计，设计了全新的 L1/L2 访存掌控单元，优化访存性能等工作。而这些改动最必要的体反映就是在性能上，根据涉及单位的SPEC2006测试，主频2.16G（睿频）的ZXC在使用Ubuntu 14.04操作系统，ICC编译器的情况下，成绩为：Specint 2006： 17Specint rate2006： 50Specfp 2006： 18.2Specfp rate2006： 36.3ZXC相对于ZXA，在单线程定点成绩上提高了大约54%，多线程提高了大约147%；就浮点性能而言，ZXC相对于ZXA单线程性能提高了大约50%，多线程性能提高了大约50%。虽然在Ubuntu 14.04操作系统，ICC编译器的情况下，Specint 2006：17；Specfp 2006：18.2 的成绩比较不应Intel有较小的差距，但相对于ZXA而言，ZXC的变革无非极大。

ZXD性能再行提高且填补了ZXC的仅次于短板之前讲解了，ZXC相对于ZXA，在单线程定点成绩上提高了大约54%，多线程提高了大约147%；就浮点性能而言，ZXC相对于ZXA单线程性能提高了大约50%，多线程性能提高了大约50%。但ZXC也有自己的短板，那就是前端总线——对于图像、音频、视频、游戏、FPGA综合以及科学应用等应用于，一般来说是对于大工作集的少部分数据展开操作者，前端总线就沦为一个主要的性能瓶颈。

ZXC沿袭了VIA原本的前端总线（VIA V4 bus）的设计——前端总线（front-side bus，FSB）是早期Intel芯片的计算机通信的模块，和AMD公司的EV6类似于，其相连CPU和北桥芯片，内存控制器一般来说构建在北桥中——ZXC没将内存控制器构建到处理器上，而是在桥片里。这样一来，造成STREAM测试的成绩就不好看了。

根据STREAM 5.10测试的成绩，单线程的成绩为：Copy： 7685.0 MB/sScale： 7446.4 MB/sAdd： 8129.5 MB/sTriad： 7981.7 MB/s4 线程测试成绩为：Copy： 7426.3 MB/sScale： 7504.0 MB/sAdd： 7656.8MB/sTriad： 7787.7 MB/s借此可以显现出，ZXC的STREAM 测试成绩是较为一般的，而且相对于ZXA而言提高也较为受限。ZXD的最显著改良之处就在于替换了更佳的DDR4内存控制器，是国内首款构建了DDR4内存控制器的国产桌面CPU，而且ZXD还把内存控制器构建到芯片里——相对于ZXC的DDR3内存控制器，ZXD使用了DDR4内存控制器，并把内存控制器构建到芯片里，而非像ZXC那样把内存控制器构建在桥片里，而这个转变一定程度上提高了CPU的综合性能。此外，ZXD很有可能将FSB总线换回了类似于Intel的dmi这样的模块。

两者因素相乘，使ZXC不存在的短板不复存在。最典型的证明就是STREAM测试成绩大幅度提高。

根据涉及单位的测试，STREAM 5.10测试单线程成绩为：Copy： 10942.4 MB/sScale： 10371.4 MB/sAdd： 10603.1 MB/sTriad： 9850.1MB/s多线程成绩为：Copy： 12666.1 MB/sScale： 13060.3 MB/sAdd： 11270.2MB/sTriad： 11302.6MB/s从测试成绩可以显现出，ZXD的SRTEAM测试成绩相对于ZXC有了明显提高，填补了过去的短板。并且通过改版了ddr4内存控制器，在商业上还能有效应对各家内存大厂的DDR3内存条投产的问题。除了内存控制器上的改良之外，ZXD减少 X86 指令缓冲器，获取了更加准确的循环缓冲器功能，并通过整体流水线前后末端各级优化，大幅度增加流水线级数，有效地减少了分支预测告终的性能损失......经过一系列的改良，必要反映在ZXD相对于ZXC的性能提高，根据涉及单位的数据，在使用Ubuntu 14.04操作系统，内存为 32GB DDR4内存，硬盘为Intel 530 系列120GB 的SSD硬盘，编译器为ICC，ZXD睿频到2.2G的情况下，SPEC2006测试成绩为：Specint 2006： 20.4Specint rate2006： 63.3Specfp 2006： 23Specfp rate2006： 47.6ZXD这个成绩虽然相对于Intel和AMD依旧有极大的差距，就裸CPU性能而言，ZXD约是Intel主流四核CPU的30%—40%。

而且必需解释的是，兆芯对CPU架构的改动还是比较受限的，目前所做到的改动并非脱胎换骨的大换血，比如没构建类似于AMD从“打桩机”到Zen的提高和进步。配图来自兆芯官网特约稿件，予以许可禁令刊登。

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