国产芯片还有多长的路要走？服务器市场新秀：飞腾ARMCPU

发端于2018年的贸易战虽然暴露出国内电子信息行业在芯片方面的短板，但也从另一个方面激发了国内芯片开发的热情。为了解决“卡脖子”问题，整个国家从上到下在各个层面都对芯片开发投入了足够的资金、人力和政策扶持。对于过去几十年来一直从事芯片开发的国内企业，迎来了一个跨越式发展的机会窗口期。
2019年9月在湖南长沙举行的世界计算机大会上，国内的飞腾、兆芯、华为等国产CPU厂家曾汇聚一堂，全面介绍了国产CPU的最新进展，在本公众号的国产CPU，如今怎么样了？一文中，曾对当时各个厂家的进展进行了全面的介绍。现如今，一年过去了。华为的鲲鹏ARM CPU由于美国加强封锁而面临夭折；兆芯则在4月份的时候推出了面向桌面的新款CPU KX-U6000系列；作为最成熟的国产CPU，飞腾则在7月通过线上发布会的形式正式推出了针对服务器市场的腾云S2500 CPU，并在刚刚结束的ODCC 2020大会上现场介绍了飞腾CPU的最新进展。虽然距离Intel、AMD和一众国外ARM CPU厂家仍然存在一定的差距，但飞腾ARM CPU一年多来的进步还是值得肯定的。
天津飞腾从1999年开始进行CPU设计，在2014年正式转向ARM架构，推出了第一款ARM CPU FT-1500A。在2019年的时候，国内普遍开始使用飞腾第二代64核心处理器FT-2000+/64来进行服务器设计。FT-2000+/64 CPU只达到了2014年Intel Xeon E5-2695v3的性能水平，且只支持单路服务器设计，不支持2路/4路/8路服务器设计，因此存在一定的性能差距和缺陷。
飞腾CPU的发展历程
为了解决FT-2000+/64 CPU存在的问题，天津飞腾在今年7月的时候正式推出了新一代的服务器CPU腾云S2500，并重新命名了全系列的CPU产品。飞腾的腾云S系列CPU将针对服务器市场、腾锐D系列CPU将针对桌面和笔记本市场、腾龙E系列CPU则针对嵌入式市场。
飞腾CPU产品系列
相比于FT-2000+/64 CPU，由于制程工艺仍然是16nm，腾云S2500 CPU在主频和核数上都没有做太大的改动。但通过增加外部互联通道，腾云S2500 CPU成为了国内首款可以支持2路/4路/8路CPU互联的ARM CPU。按照飞腾的规划，在2021年Q3将推出使用7nm制程的下一代腾云S5000 CPU，并在2022年Q4推出使用5nm制程的腾云S6000 CPU。虽然7nm和5nm芯片的加工生产仍然还需要依靠TSMC，但飞腾在ARM芯片设计能力上将会快速提升，我们也将迎来华为鲲鹏之后的另一款高性能服务器CPU。
飞腾CPU的产品规划
飞腾将自研的ARM CPU核心分为了三类：FTC800系列核心追求最高的单核心性能，FTC600系列核心则追求单核性能与功耗之间的平衡，FTC300系列核心则为满足低功耗、高能效需求。目前的腾云S2500 CPU使用的还是FTC663核心，估计下一代的腾云S5000 CPU将会使用上高性能的FTC800系列核心。
腾云S2500 CPU的多路互联形式
单个腾云S2500 CPU对外提供4组100Gbps的链路，通过这些100Gbps的链路，就可以实现多路CPU之间的互联。单个腾云S2500 CPU可以支持8个DDR4-3200内存通道，提供1个PCIe 3.0 x16和1个PCIe 3.0 x1扩展。CPU的L3级缓存增大到64MB，功耗从上一代的100W TDP提升到150W TDP，核心面积为400平方毫米，封装规格为65×65mm。不论是CPU之间的互联链路速率，还是PCIe通道数和速率，腾云S2500 CPU仍然远远落后于当前主流的x86 CPU和ARM CPU。单CPU支持16个DDR4内存插槽、PCIe 4.0速率和更多的PCIe通道数量，这些硬性指标目前看来只能期待腾云S5000 CPU来实现了。
在解决了多路CPU互联的缺陷之后，使用腾云S2500 CPU的双路、四路服务器在性能上相比FT-2000+/64 CPU有了接近线性的增加。这一点是显而易见的，毕竟多路服务器相比单路服务器在计算能力上会有接近倍数的增加。
腾云S2500相比FT-2000+/64 CPU的性能提升
虚拟化功能是现代服务器必不可少的特性，现在的飞腾CPU已经对KVM、容器和裸金属等虚拟化技术提供了支持。在国家的大力支持下，使用飞腾CPU的产品已经在国家部委、大型企业、地方政府和银行中得到大量应用，帮助飞腾完善云计算的生态。
飞腾CPU的云计算生态
随着飞腾CPU获得更多的应用，基于飞腾CPU的服务器种类也逐渐多了起来。为了满足用户多样化的需求，目前已经有了使用飞腾CPU的标准机架服务器、存储型服务器、全闪存服务器、AI服务器等多种机型。开发这些服务器机型并不难，重点工作在于飞腾CPU要对这些机型上使用到的各种部件（网卡、GPU卡、存储模块、AI加速模块等）进行驱动层的适配，这正是构建CPU生态最困难的地方。
基于飞腾CPU的多种服务器形态
AI计算是当前最热门的话题之一，作为CPU厂家，对AI加速模块的支持是必须的，否则无法满足目前业界对AI推理和训练计算的需求。为了构建纯国产的AI计算平台，飞腾已经和百度、比特大陆、云天励飞等做AI加速卡的厂家展开合作，在基于飞腾CPU的异构计算服务器上，对当前主流的AI框架和AI算法进行支持。
飞腾CPU对国产AI加速模块的支持
除了传统的服务器领域之外，飞腾还与国内的三大运营商和电信领域的众多集成商合作，在5G接入网、5G边缘云和5G核心网里推广基于飞腾CPU的服务器。受到计算性能的限制，目前在5G核心网里大量部署基于飞腾CPU的服务器还不太现实。但在对计算性能要求没那么高的接入侧和边缘侧，基于飞腾CPU的服务器还是有一定的机会。
飞腾CPU在5G网络中的应用
总 结
罗马不是一天建成的，国内在芯片领域补短板的工作也不可能一蹴而就。总的来说，在ICT的各个细分领域，芯片的开发和性能的提升都需要以年为单位来衡量。在华为鲲鹏ARM CPU因为无法加工而止步不前的当下，飞腾ARM CPU的快速进步让国内服务器整机厂家们有了另一个国产化的选择。在没有受到外部打压之前，飞腾CPU还需要抓住机会，快速发展。