偶然看到了维腾的CPU进化图,这记录了维腾所有关于历史的产品,包括1999年至2014年维腾成立公司之前在国防科大的研究成果。
发掘国产CPU的隐秘故事。
但是维腾的公司主页上从未出现过FT1500之前的处理器。一家CPU企业没有一半的产品介绍,所以很不正常。
在收集资料的过程中,我深刻体会到我国半导体行业面临外国技术封锁,不得不面对我国芯片技术研究的困难,以及至今还存在的发展困境,沉默而痛心。但是在艰苦条件下取得的成就又那么大,那么耀眼,为此感到骄傲和自豪。(莎士比亚)。
国产CPU一步到位。
国防科大尝试了X86、Epic(VLIW,HP将IA-64命名为Epic)、Sparc和ARM四条指令,并根据SPARC开源代码设计了FT-1000和FT-1500两个CPU。
使用 SPARC体系结构的飞行计算节点
为了躲避外国的技术封锁,确保有限的技术资源,必须像游鱼一样经常更改前进道路。仿品,开源设计使用,技术许可,一步一步来。
从1999年到2005年,维腾团队至少开发了4个(数据中更多的)产品,恐怕不能称为产品。因为这四个CPU中至少有两个是复制品Intel产品,没有Intel的许可不能公开销售,但武装设备或其他秘密设备Intel也不能追究。(威廉莎士比亚)(美国《Northern Exposure》)。
当时的“仿造”大多数是“逆向工程”。CPU分解碳化后,在显微镜下一层扫描电路,重新绘制。数字电路的反向比模拟电路困难得多,国内能完成CPU复制的团队并不多。
当时很少有团队通过正向设计进行复制,通过逆向工程学习和参考也是很常见的手段。也有团队从设计到生产,从一开始就选择自主开发所有流程。
为了保证主要设备的安全和控制,在我国半导体工业和技术非常薄弱的时代,各技术团队缺乏理论研究,没有积累经验,大部分只能通过模仿获得一些主要部件,这真是无尽的痛苦和无奈。(莎士比亚)。
反向标记海外一流CPU。
长期以来,维腾前面的几个CPU很难找到相关资料,只找到了维腾队最后一个仿制品FT64的几句说明。它的原型应该是英特尔的IA-64体系结构的安腾2。
当时CPU工艺比较低。Itanium 2的工艺只有0.18M,换算成现在流行的nm是180nm,放大1000倍是0.18mm,可以在显微镜下清晰地看到。
显微镜CPU线
所以在短短几年内,彼此完成了至少4个没有技术路线连接的CPU,每个CPU开发周期的平均值最多只需要一年半的时间。
2005年FT64的浮点计算性能达到16 GFLOPS,同期进行正向设计的2006年发布的2E型CPU浮点性能仅为3.99 GFLOPS,低于FT64的四分之一,无法满足信息化建设的需要。这表明,复制当时的外国产品是快速实现CPU国产化的捷径。
大胆丢失包袱,转向斯派尔克。
CPU工艺越来越高,内部设计也越来越复杂,复制产品也越来越难。飞腾队迅速改变了想法,找到了更换CPU的其他方面
法。在2006和2007年,SUN 开源了 Sparc V9 架构的高性能服务器CPU——UltraSPARC T1 和 T2,飞腾抓住了机会,以开源的CPU设计为基础,仅用了短短三年时间,在2009年底发布了对标UltraSPARC T2的FT-1000。
尽管是使用开源设计,但并不影响飞腾的壮志雄心,飞腾团队又花了3年时间,成功地把原本的8核设计改成了16核,在2012年底发布了FT-1500。
这也从侧面反映了当时国内CPU技术方面的羸弱,从现成的源码到产品也花了3年,从8核改成16核又花了3年。
尽管过程很艰难,但收获很丰盛,2012年发布的FT-1500在1.8GHz的频率下,16核峰值性能达到了惊人的115~144 GFLOPS。
2010年,在对国防科大建造的“天河一号”超算进行二期扩充升级时,加入了2048颗FT-1000作为一部分机组的服务节点,尽管与数万颗Intel和AMD芯片相比并不起眼,但却是飞腾CPU在国产超算中首次使用。
媒体宣传中大量出现的类似“天河一号CPU采用的是国产飞腾,二期系统的峰值性能和持续性能分别提高了2.89倍和3.45倍。”这样的文字,极大地满足了人们对国产CPU的期待,提振了国民对科技领域的信心。
后来,国防科大在天河二号一期建造中则使用了4096个FT-1500芯片用于处理网络数据,使用了32000颗“Xeon处理器和48000颗“XeonPhi”协处理器来作为计算节点,媒体盛传“使用了飞腾CPU的天河二号成为2013年全球最快超级计算机”,记录了飞腾在国内超算领域得到的应用和实践。
拥抱ARM v8,打造国产ARM最强芯
可惜的是,在SUN被Oracle收购之后,就再也没有开源SPARC架构新的CPU设计,但是真正的勇士总是不惧否定自己过往的成绩,永远不会在布满荆棘的道路上踽踽独行。
2011年末ARM公司宣布了ARMv8架构诞生,在2012年中开始对外授权。飞腾团队毫不犹豫地选择了追随ARM的技术路线,尽管授权费用高昂但得大于失,各种技术资源的完备性是以前无法比拟的。
即使从ARM开放架构授权的时间计算,也仅仅两年就完成了从零开始设计ARMv8架构新一代CPU的任务,2014年10月就推出了型号为FT-1500A的4核和16核版两款CPU,远远高于之前使用SPARC开源设计时两款CPU花了6年的效率,除了得益于ARM有效的技术支持,这也说明技术团队的水平有了极大的提高。
飞腾的第一款ARM架构的CPU就达到了与ARM Cortex A57公版核心相近的同频性能,成为了无可争议的国产芯性能第一。飞腾团队的实力与十多年来飞腾团队博采众家获得的技术积累不无关系,这一支技术团队终于在国外技术封锁的环境中走出了新的发展路径。
结语
我国的半导体技术发展之路,长期以来就处在嘲讽和质疑的声音中,放弃愤怒,勇猛前进,逐步形成替代国外的产品的竞争力。
飞腾是国内CPU企业的典型,面对外国的技术封锁,从20年前开始通过仿制国外产口来积累宝贵的技术和经验,在崇山峻岭间捡拾国外遗落的设计资料,在夹缝中不停转进,最后再以市场为导向获得了国外企业的技术授权,终于能够在市场中占据一席之地,从小处着手开始参与市场竞争。
正如那张飞腾CPU的演进图谱中写的那样:不忘初心,牢记使命。
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