清朝时,林则徐说“买办等本系汉奸”,笔者觉得这种论断过于片面。

对于国内没有的技术和设备,引进以填补空缺;国内无力自建的生产线,引进以形成产业。都有利于国家、有利于社会、有利于人民。市场换技术虽得不到真正的核心,但浅显的技术还是能学到不少,至少能开扩眼界,认识到正确的方向。更重要的是依托引进技术和生产线,可以构建产业链、培养产业工人、拉动经济发展、实现从农业国家到工业国家的初步转型。

阻止自主研发是引进技术的天然属性

但是发达国家来中国建厂,是看中了中国的市场和生产成本。向中国转让技术,是因为被转让的技术在其本国已经失去了竞争力。为了让中国永久成为只能赚取加工费的工厂,为了让自己的产品能在中国市场攫取到最大的利润,为了能让被淘汰的技术总是能重新产生价值,发达国家就一定会阻止中国产业升级,就一定要削弱中国科技和产品自主进步的能力。

引进的目的,是为了促进国内工业、商业、科技等全方位的发展进步。但在已经具有一定基础、初步形成了自主研发能力的行业,要是不加甄别继续引进,就与引进的目的背道而驰。

如果引进的技术是世界先进水平,能生产出真正有竞争力的产品,那么应该支持和鼓励,只是数十年来这种情况从未得见。

如果引进的技术水平虽然较低,但国内没有成型的自主技术,那么引进的目的就是为了消化吸收、自主升级,更加值得支持和鼓励。

如果引进的技术比自主研发的水平更低或相当,那么引进就没有意义。

如果引进的技术只比自主研发的水平高出一线,但是又与世界先进水平相距甚远,那么这样的引进就绝非善意。因为它不具有与市场主流产品竞争的能力,只能用“国产”的标签挤占自主产品的生存空间,把自主研发逼入绝地。

对于这样的引进,笔者认为林则徐说得很有道理——“买办等本系汉奸”。

高端产品不可能绝对自主,但可以自主可控

其实越是高技术的产品,越是难以实现绝对自主。越是高技术行业,越是需要深厚的知识积累、经验积累,没有任何一个人、一个团队、一个组织、一个国家能把方方面面都做到极致。一件高技术产品从设计到生产,要使用众多的设计工具、测试工具、生产设备、生产技术、零件耗材,要想创造有竞争力的产品,就不可能做到所有环节都完全自主。

比如CPU和GPU这类产品,自主设计,但设计工具不一定自主。自主生产,但生产设备不一定自主。现有条件下,我们只能追求CPU、GPU本身是自主设计,而不能苛求设计工具和生产设备也完全自主。

比绝对自主低一级的目标,就是自主可控。

就像画师用PhotoShop手绘广告图,再用进口喷绘机印在喷绘纸上。作品是绝对自主的,工具和设备不是自主的,但工具和设备只要可以使用,那就是可控的。要是片面追求绝对自主,那就是让画师自缚手脚,放弃与同行竞争的能力。

自主设计的能力不可替代,其它的总有因陋就简的方案。

画师只要有绘制优秀作品的能力,即使迫不得已使用粗陋的工具,也能画出高水平的作品。要是没有足够的能力,即使有先进的工具和设备,也只能拿别人的设计加上些装饰来冒充自己的作品。像CPU和GPU这些产品,真正有能力的团队,当设计工具和生产受限时,也能把现有条件发挥到极限。而依靠引进技术,没有自主设计能力的企业,在宣传时总喜欢把别人的能力当成自己的能力。

目前最好cpu型号(引进利弊分两面)(1)

引进技术不同于采购进口元件生产产品,计算机中的各种使用进口元件的板卡,都是在市场上与进口的同类产品自然竞争。但引进技术的产品,则需要分两种情况。

第一种情况是:

技术提供方因为技术落后、难以发掘出更多价值、与主流市场格格不入等原因,自己放弃了发展。承接方有必要的基础,也有信心和决心继续演进。这样的技术引进,会完整转移专利、资料、技术、设备。承接方也会力求自主发展,培养技术迭代的能力。

比如长鑫存储引进英飞凌(奇梦达)的内存技术,已经实现了自主可控;

比如申威引进DEC的Alpha处理器技术,已经获得了巨大的进步,取得了举世瞩目的成绩。

第二种情况是:

技术提供方只卖方案授权,不卖技术,是把授权作为一门可持续的生意来做。承接方的目的也是为了避免高成本的、易失败的自主研发,而以购买的设计方案迅速推出产品。

比如国产的手机CPU(SoC),都是购买的ARM的IP(设计完成的功能模块)进行集成,ARM每升级一代核心,手机CPU(SoC)厂商就要再购买一次IP,以这种方式实现产品迭代;

比如国产的兆芯桌面、服务器CPU,2013年成立时就把VIA NanoX2作为自己的产品发布,前两代产品ZX-A、ZX-B都是VIA NanoX2。其后的ZX-C也是由VIA旗下的Centaur为兆芯专门设计的产品。2020年10月,兆芯花了17亿,再次向VIA及其子公司Centaur购买了芯片组和CPU核心设计。

低端引进不是鲶鱼,而是自主研发的天敌

渔民运输沙丁鱼的时候,会往鱼群中放入一条以沙丁鱼为食的鲶鱼,使沙丁鱼们在追逐中保持活力。企业引进高级人才,也能达到令其他员工更加努力的目的,这就是鲶鱼效应。

10年前的自主通用CPU性能很低,单核通用性能只有同期Intel产品的1/10。现在已经进步到在相同频率下的性能相差无几,是不是因为近10年引进了大量同类的技术,起到了鲶鱼效应的作用呢?

鲶鱼和沙丁鱼的数量关系,是一条对一群,这是不能忽略的。一群沙丁鱼被吃掉几条后,剩下的还是一群。要是水池中本就只有两三只小虾米,放一群鲶鱼进去是想干嘛呢?

目前最好cpu型号(引进利弊分两面)(2)

据说人被逼急了什么都做得出来——除了数学题!CPU设计中的逻辑问题、算法问题通通都是数学问题!据笔者亲自体验,被狗追着咬能够深化对文学作品的感悟,但对数理化的水平没有好处。

2011年,神威·蓝光超算上线,使用的CPU是申威自主设计的SW1600,这款CPU的通用处理性能孱弱,但峰值浮点性能超过了同时期的Intel i7-980XE。

2012年,龙芯3B1500流片成功,这款CPU的通用处理性能孱弱,但峰值浮点性能比SW1600还高一些。

2012年,飞腾发布FT-1500,是基于SUN开源的UltraSPARC T2处理器自主改进。

十年前的国产通用CPU就是上面三条小鱼。申威和飞腾背景复杂,当时还没有分离为企业。已经成立的龙芯中科技术有限公司,是国外企业兜售CPU技术的首选。IBM上门与龙芯中科谈合作,想给龙芯中科授权PowerPC的处理器技术和全套的工艺流程。龙芯中科认为IBM提供的资料不全,是个钓鱼工程,于是拒绝了IBM。

2013年,IBM与江苏省合作,成立了苏州中晟宏芯。中晟宏芯一年前(2021年10月)再次向IBM购买了Power 8处理器的微架构和指令集授权。

2013年,VIA与上海市合作,成立了上海兆芯,兆芯的第一款产品是把VIA Nano X2 4350AL改了个名,以ZX-A C4350AL的型号重新发布了一次。次年把该款CPU在境内代工,完成了核高基任务。2020年10月,兆芯再次向VIA及其子公司Centaur购买了价值17亿的芯片组和CPU核心设计。

2014年,飞腾发布基于ARM架构授权的FT-1500A,意味着飞腾放弃了可以实现自主可控的SPARC架构,全面转向ARM,自己也成了鲶鱼之一。

2014年,华为用购自ARM的Cortex-A57的IP,整合了一款使用16nm工艺的16核服务器CPU Hi1610,完成了核高基任务。2017年,华为又用Cortex-A72的IP整合出了32核的Hi616。

2016年,高通与贵州省合作,成立了贵州华芯通,已经于2019年倒闭

2016年,海光获得ARM Zen1的IP授权,是被削弱了浮点运算性能的版本。

某些企业引进通用CPU技术,显然不是为了参与公开市场竞争,因为引进的对象全都是在通用CPU领域与Intel竞争的失败者。它们引进通用CPU技术也不可能是为了自力更生,因为在购买新的核心设计之前,代表CPU核心设计水平的IPC指标,就一直不见有长进

目前最好cpu型号(引进利弊分两面)(3)

IPC是每个时钟周期执行的指令数量,对比不同CPU的IPC就等同于对比单个核心相同频率下的性能。通常也把SPEC CPU等测试软件的成绩,折算到1GHz之后,视为与IPC具有同等的意义。在实测中,CPU的缓存容量和内存的速度,也会造成IPC的变化。所以说一些引进的CPU,尽管最新产品的IPC相对于初代产品提高了10%左右,但由于内存已经从DDR3升级到了DDR4,缓存容量也有增加,因此可以认为CPU核心的水平基本没有变化。

最近十年,龙芯CPU的IPC提升幅度是4倍。申威即使产品重心不在桌面电脑,IPC也实现了翻倍。以挤牙膏著称的Intel,IPC的提升幅度也大于兆芯和飞腾,而兆芯和飞腾的IPC几乎未见变化。龙芯下一代产品的IPC预计与11代酷睿持平,也就是CPU核心设计水平相当。申威近几年也开始向桌面产品发力,规划中的产品与龙芯3A5000接近。

某些引进CPU,IPC只有主流产品的一半,主频也只有主流产品的一半,单核性能就只有主流产品的1/4,没有半点竞争力。那么它们的市场在哪里?

我国大约在十前,意识到必须建立自主可控的信息技术体系。CPU是自主信息技术体系的基础,必然需要逐渐实现国产化替代。既然有需求,自然有市场。那时的自主通用CPU还比较弱小,但那时还只是在小范围启动了国产化试点,离全面推广还有好几年,还有足够的时间等待自主CPU成长起来。

但有一些人不相信自主CPU能够成长,或者说当他们认为自主CPU不能成长,那么自主CPU就一定不能成长。于是从那时起,引进技术的CPU纷纷涌入,各地给钱给政策,申请国家专项资金,好一片欣欣向荣。自主CPU也想申请专项资金啊,但是……笔者听说龙芯中科最潦倒的时候,账面上只剩下50万元!看看下面这个人最近十年的变化,青丝成雪代表了自主CPU最近十年的艰辛。

目前最好cpu型号(引进利弊分两面)(4)

引进的都是在桌面和服务器领域与Intel竞争的失败者,它们本来已经被淘汰,却从棺材中被召唤出来。它们无力与主流产品竞争,它们天然的敌人,是当时比它们更加弱小的自主CPU。林则徐诚不欺我。

打不倒的自主CPU,终会更加强大

既然引进CPU的核心设计水平一直没有明显长进,它们又是如何做到对自主CPU长达六、七年的压制呢?难道自主CPU也没有长进?

当然不是这样!CPU的性能,除了与核心设计水平息息相关,也与工艺制程、CPU频率、核心数量相关。CPU单核性能等于IPC×频率,多核性能等于核心数量×单核性能×多核加速比。更好的工艺制程可以天然地带来更高的频率,更小的制程可以在相同面积下堆砌更多核心。以前引进CPU战胜自主CPU,是先进制程战胜落后制程,是8核战胜4核,而不是产品本身有更高的设计水平。随着自主CPU设计水平不断提升,现在的战况是自主4核与引进的8核打平。

龙芯和申威CPU为了最大限度地保证自主可控,对工艺制程的选择十分保守,享受不到新工艺的频率红利。而引进CPU的顾忌要小一些,同期的产品总是使用比自主CPU更先进的制程,CPU产品就能有更高的频率。CPU的频率除了与制程相关,还可以通过改进后端(物理)设计的方式实现提升,但每改一次设计就需要流片验证,自主CPU企业没有这样的财力。引进的CPU也要计算成本,自主CPU不干的事儿它们也不会干。

又因为过多的核心数量对于桌面CPU基本没有意义,龙芯和申威的桌面CPU就长期保持4个核心。不像兆芯和飞腾那样,为了数据好看而用8个核心来与4核CPU对比整体性能。2013~2020年,兆芯和飞腾利用更先进的工艺、多一倍的核心,实现了对龙芯和申威桌面产品的碾压。

申威没有完全市场化,引进产品对它的压力相对小一些。龙芯只能自负盈亏,为了生存只能大力发展嵌入式CPU产品,哪怕用量仅几千颗嵌入式芯片的小项目,龙芯非但不嫌弃,还要协助做好方案设计,尽力争取合作机会。在那么艰难的时候,龙芯也没有放弃桌面CPU的研发,桌面CPU自身利润不足,就用嵌入式的收入反哺。因为龙芯的目标是与Intel/AMD争雄,不愿意因一时的苦难,就放弃桌面和服务器CPU的发展。

那段时间,龙芯桌面和服务器CPU的进展确实比较缓慢,比如2015年的3A2000,IPC已经超过了引进的ARM和VIA产品,但因为工艺从境外28~32nm换成了更便宜的境内40nm低速工艺,主频比之前的产品更低,只有1.0GHz。同期的兆芯和飞腾都是使用境外28nm的高速工艺,主频达到2.0GHz。当时龙芯CPU的IPC只比兆芯高30%,主频却差了一倍。

2017年龙芯3A3000也换成了28nm(境外)工艺,核心没有大的改进,主要是为了提升主频。但此时兆芯已经把桌面产品做成了8个核心,再次碾压龙芯的4核CPU。2019年,龙芯3A4000还在继续使用28nm(境外)工艺,兆芯和飞腾都换成了更先进的16nm(境外)工艺。龙芯工艺陈旧,主频更低,但因为升级了核心,单核性能反而略胜兆芯,与飞腾持平。但论全CPU性能,4个核心还是打不过8个核心。

直到2021年龙芯3A5000问世,使用了境内的12~14nm自主工艺,CPU主频终于达到了与兆芯和飞腾相同的水平。3A5000换了架构改了核心,IPC也有进步,4个核心的综合性能战平了兆芯和飞腾的8核产品,浮点性能还要比它们高出一截。因为兆芯和飞腾规划的7nm工艺产品难产,也就失去了工艺领先的优势。龙芯CPU的IPC和单核性能,几乎双双达到了兆芯和飞腾产品的两倍,核心设计水平接近主流产品。

龙芯下一代3A6000的IPC进一步提升,确确实实达到了主流水平。引进的CPU哪怕使用7nm工艺也不可能追得上,核心设计的差距太大,仅更新工艺已经无法补平。引进的通用CPU也不可能买到主流水平的CPU核心,除非它们撕下自主的伪装,像手机CPU那样标明自己的CPU核心来源。

龙芯CPU依靠自主设计,突破了引进技术的围困。但要想与Intel/AMD比拼性能,只有水平相当的核心设计还远远不够。Intel/AMD可以烧数亿到数十亿美金提升频率,自主的龙芯和申威只能望而兴叹。

结语

十年前,自主CPU性能不足,自主可控徒有其表。而今,自主CPU的核心设计追上了主流水平,性能差距基本等同于频率差距。在生产工艺必须可控、提升频率的资金投入有限的前提下,自主CPU与Intel/AMD的高端型号会长期存在性能差距。但是自主CPU与Intel/AMD的性能比,已经远远高于当年VIA与Intel的性能比。

VIA受到Intel的制约,一纸授权就消灭了VIA的核心业务。VIA的CPU设计团队在美国,且不允许转移,VIA对自己的CPU产品也缺少控制力。自主CPU无论指令集还是微结构,都是自主设计,对自己的产品迭代和技术发展有绝对的控制力。发展国产CPU,自主可控是必要的前提。

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