本土CPU为网安护航，兆芯以x86生态和技术优势不断成长
近日中美贸易摩擦升温，华为、中兴等被美国制裁事件使人们更加国产芯片的走向。实际上，很多本土芯片正在为网络信息安全保驾护航。
在不久前北京举行的“4.29首都网络安全日”系列活动期间，众多本土芯片及其生态圈企业参展，场面颇为壮观（如上图）。其中，上海兆芯集成电路有限公司的CPU展位也十分亮眼（如下图）。
为此，电子产品世界的记者在兆芯展位，采访了兆芯副总经理罗勇博士，请他介绍了兆芯x86 CPU近况、挑战与未来规划。
1 网安方案越来越多
兆芯本次展示了众多的网安产品，网安方面的主流ODM（委托设计）品牌都参加了展示（如下图）。另外，2019年年底的工博会上，兆芯还将携手大批工控/网安设备展示。
目前，兆芯芯片已在保密和国密、铁路基础设施、轨道交通、金融、电力、军工等领域使用。此次展示了众多合作伙伴的板卡产品，涉及多种行业，诸如视频/中控、密码等。
那么，为何兆芯的合作伙伴和客户展示了如此多的解决方案？首先，由于上述这些行业对于国产化的刚需，因此兆芯在网安领域有很多机会。其次，网安与嵌入式系统的特点很像，有少量、多样化的特点，不像PC业中一家独大。例如，不久前到公安部送测的有十几家厂商、7大类不同设备，涉及入侵检测、病毒检测、数据防泄露、网关、防火墙等，因此各家的应用重点和解决方案都不一样。
本土有多家CPU友商，相比它们，兆芯最大的优势是什么？罗勇博士称，兆芯能借助现有的x86生态优势。因为在计算领域，x86架构是主流，因此兆芯x86 CPU对软件的兼容性最好，支持全系列Windows操作系统，同时也支持中科方德、中标麒麟、普华等国产自主可控操作系统，软硬件兼容性出色，性能稳定可靠，可降低应用迁移成本。
实际上，兆芯2013年成立，此前MIPS和Arm等架构的CPU已在国内推广多年，但进度不太理想，因为CPU不仅靠性能，还要与打印机、传真机、QQ等的应用软件兼容，这些软件一般是基于x86的，如果要用于其他生态，需要进行迁移、改写，因而需要一定的投资和时间。例如高铁软件十年不能变，如果换生态，改写后通常5年性能才能稳定，时间非常漫长。
另外，产品方面，兆芯CPU的性能指标也是非常高的。当年兆芯C系列就是国内第一个完成28nm、2.0 GHz主频的芯片。之后D系列是第一个做到对DDR4的支持。当时国内的其他友商，CPU主频只能做到1.2、1.5 GHz，只支持到DDR3。2019年6月即将量产的E系列，即开先KX-6000系列，是国内第一个16 nm，3.0 GHz的SoC，即单核芯片。
图 兆芯展位上的介绍图
再有，技术上，兆芯是国内仅有的拥有CPU、GPU、芯片组三种IP的CPU厂商，所以用这些自有知识产权就可以开发一颗完整的SoC芯片，例如开先KX-6000系列用到了此技术。因为SoC把I/O和图形处理等全部做到一起，就不用去从外部获得。不过，这同时也是一把双刃剑，相比本土友商，兆芯的团队规模是最大的，相当于友商3倍的人员，即需要3倍的开销。但是营收却没有友商的3倍，因为兆芯的芯片不可能比友商的贵3倍。
3 兆芯CPU的挑战
相比CPU巨头Intel，兆芯的差距还很大，例如兆芯和本土友商的营业额总和，相比Intel是可忽略不计的。这是因为本土CPU是在服务国产化刚需这块市场，这块市场目前还是很小。因此本土CPU企业更多的是靠政府的力量、政策的力量。很多时候并不太讲商业化、市场化。
兆芯CPU这几年推进得较快。原因首先是政策的支持，其次，兆芯CPU的性能也跟上了，与国际先进水平的差距越来越小。
当然，有国产化需求的地方目前还不能够在性价比上，跟公开市场上的Intel去直接竞争，所以政策的力度没有到的地方，很难用兆芯的产品。政策力度到的地方，也要看政策的力度有多大。因为不仅是芯片的性价比，还有一个替换成本——需要做板子、验证、做整机、测试，这些投入很大，也许换完后性能还不如原来的方案。因此，如果是在纯商业世界里的，没有人会做这件事；但就算不是纯商业环境，尽管有政策需求，如果政策强度没有足够大，也不会有人去干。所以现在基本上是政府里在用，央企、国企可能还不太愿意。因为央企和国企是独立核算的，非常重视经济效益。只有做网络安全的行业、国家安全是至关重要的地方，会要求用国产芯片，例如公安或政府部门。
图：兆芯展位上展示的产品（上图上：网络安全产品，上图下：数据保护系统）
在研发中，兆芯遇到的最大挑战，首先是人才。因为国内CPU方面的人才本来就少，这么有限的人才还分散到了众多设计企业中，另外现在AI、机器人、自动驾驶等领域比通用CPU热闹得多，有很多初创企业、独角兽，其薪金待遇高，有的还有股权等激励机制，吸引了很多人才。而兆芯是国企性质的企业，吸引人、留住人有一定的难度。为此，兆芯正加大同高校科研院所的合作，目前同西北工业大学、华中科技大学以及电子科技大学等成立联合实验室，以携手推进国产芯片的研发以及人才培养等方面的工作。
图：兆芯展位上的网关产品
第二，本土产业链还有待完善。例如有些核心的EDA设计工具、知识产权、制造等受制于国外。这需要产业链里的其他相辅助的环节起来，因为咱们有很多环节受制于人，仅凭自己一家是做不大的。例如在生产方面，兆芯现在最新的16 nm开先KX-6000是在台积电流片的。因为国内没有16 nm的成熟产线。但是兆芯此前的28 nm的CPU已经在上海华力流片了，因为国内已经有成熟了28纳米的流片。
4 呼唤政策力度和合理导向
兆芯现在主要是政策刚需驱动，因此政策的推进速度快，兆芯发展得就会快。因为从纯粹商业角度讲，没有人会换。因此，政策的力度和导向是至关重要的。
政策力度方面，现在国内的领导和专家都有争议，争论点之一是怎么搞芯片产业？是否要凸显我国“集中力量办大事”的优势。因为我们可以造出“两弹一星”，但是与“两弹一星”的区别是，芯片行业的特点是必须要面向市场。但是，即使不“集中力量办大事”，也不能走到反向去，例如出现投资分散的现象，造成了本土芯片设计企业数量众多，覆盖的领域面面俱到。
另外，本土CPU业的成长离不开政府的投资，目前我国与世界先进水平的差距还较大，因此政府的投入还需要有足够的耐心。例如，兆芯联合的股本已经是6亿美元了，而且还需要不断地往里输血。
在政策导向方面，建议政策的导向保持中立性、现实性，不能偏左或偏右。偏右的观点是：国外的又好又便宜，干嘛不买？偏左主张什么都得自己重新来，全部原生态地从零造起。现在国内芯片界，关于核心的自主可控行业有时候还是有点偏激。因此我们要防右，但更主要的是防左，因为我们很容易偏左，偏左的时候损害性巨大，因为有时你得面对现实：你就是不行。你非得要一步到位、搞一个大跃进，是很难做到的。因为从零造起很难，“两弹一星”要是没有钱学森等科学家归国，没有欧美的核物理学，也是不可能的。科学技术必须在前人的基础上发展，这是个客观规律。中间派是把核心技术消化、掌握，兆芯就是走的这条路。
5 产品规划
兆芯目前的主流系列C系列(开先ZX-C)和D系列(开先ZX-D)正在量产销售，且销量增量良好，例如2018年的增量是3倍以上，今年应该有四五倍的成长。
在此次展会上，兆芯开先KX-5000 8核/4核处理器是D系列中重点展示的产品之一，采用28 nm工艺，支持双通道DDR4内存，兼容x86 32/64指令，可提供9个PCIe端口，最多可支持24通道3.0传输。在C系列，兆芯带来了开先ZX-C系列4核处理器，产品采用28nm工艺，具有2MB/s的高速缓存。
E系列(开先ZX-E，即KX-6000)预计2019年六七月量产。作为兆芯自主设计研发的最新一代国产CPU，其主频高达3.0 GHz，支持双通道DDR4内存，支持CPU硬件虚拟化技术，兼容x86指令集，支持4K解码，DPDK兼容性出色，芯片整体性能经《微型计算机》杂志测试与Intel 7代i5处理器同等水平。目前，开先KX-6000系列处理器已先后荣获“第20届中国国际工业博览会金奖”、“第二届集成电路产业技术创新奖”，以及“2019年度中国IC设计成就奖”。
下一步，预计两年后，兆芯会推出真正的服务器CPU。尽管现在的C、D、E系列都有服务器产品，但严格的说它们是存储服务器、微型服务器、边缘服务器等。BAT（百度阿里腾讯）所用的数据中心、超算用的超大型服务器，目前Intel是最领先和市场占有率最高的，兆芯两年后也将涉足此领域。
6 小结
网络信息安全对国家安全、社会经济发展和群众利益的深刻影响不容忽视。以自主创新为根本，以兼容主流为路线，兆芯x86 CPU已有众多客户方案和应用。这得益于政策的支持，也来源于兆芯人的努力。希望政策继续支持本土CPU，并且鼓励企业围绕核心技术进行消化、吸收的创新。
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