不权威的国产CPU发展历程

最近进行了一些国产化相关工作
趁着周末有时间，自己整理一下这段时间的学习内容。
毕竟不是处理器和芯片的业内人士，里面多有纰漏，请谅解。
希望可以作为入门学习的简单知识。

1.0 远古时代 unix

世界CPU的发展历程感觉可以追溯到1970年代的intel的4004

当时世界上还是没有PC这个概念的，都是各个大厂自己生成大型服务器，并且几乎都不兼容。

主要的大厂有IBM、王安电脑、SGI等，像是intel这样的半导体厂商，主要是做内存芯片的，出售给主机厂商。

主机厂商不仅需要研发CPU，还需要制作相应的操作系统和编译器等软件。

当时很主机非常昂贵，操作系统和软件都是附赠的。

1960年代末贝尔实验室联合多家主机厂商希望可以研发 新一代操作系统，但是经过多年的辛苦工作，发现因为制定的目标过高，无法完成。

结果unix创始人，通过不到一个月的假期时间，自己使用B语言编写了一个unix的简单版本。

1970年代初 他们重写了 B 语言然后改名为C语言，并且使用C语言重新写了unix 并且提供给大家使用，因为AT&T 因为当时反垄断法的策略，不允许销售计算机软件相关，所以bell 实验室就免费给各个学校和厂商使用了。

1980年代后 因为AT&T被拆分了，所以想通过unix赚钱 就出现了非常多的利益纠纷和官司。

也给了windows和linux机会，然后他们就有了长足的发展。

2.0 windows和intel的机会

1970年代初期  intel 本身是做内存芯片的，因为给日本厂商开发集成电路板的机会，研发了4004芯片，也是因为制定的目标过高，严重拖期，最终intel付出了5万美金，收回了4004系列芯片的全部所有权。

1970年代末期，IBM因为想提高低端电脑市场的发展，开发出PC的标准。当时也给了微软的机会，使用微软的操作系统。

但是windows当时没有自己的操作系统，然后就花费了可能不到五万到买了一套PC-DOS系统源码，自己进行了修改为MS-DOS系统。

与IBM的PC机器捆绑销售，硬件采取了intel当时的8086类型的芯片。其实当时最好的芯片应该是摩托罗拉的，但是因为摩托罗拉的地位比intel高太多（当时），本着不能扶持一个重要对手的原理。IBM选择了intel作为第一供应商， 又为了供应链安全，选择了AMD作为第二供应商，AMD从此作为intel的备胎开始发展。

IBM没有想到PC市场如此蓬勃发展，又因为使用廉价的通用硬件，所以各个厂商都可以发展自己的硬件，微软也可以直接销售自己的操作系统。逐渐发展成为世界上最大的软件公司。

题外话 微软第一款产品是 编译器。与borand保兰德公司 有相同的产品线 c#的创始人 海尔斯伯格 当时就是在保兰德公司 开发了 turbo c 编译器。

intel 给各个厂商提供8086系列的芯片，然后同时提高芯片制程工艺，有了长足的发展，但是当时最赚钱的应该还是内存业务。1980年代日本的内存极为廉价和质量优异，intel出现了巨额的亏损，为了止损intel抛弃了内存产品线，专攻CPU，也是之后intel发展迈上了快车道。

3.0 指令集百花齐放的时期

21世纪第二个十年，从CPU的角度 看起来就是intel的世界

但是在上世纪的80年代，却是一个百花齐放的时期 指令集有了长足的发展。

80年代初期，学术界非常不爽intel的CISC指令集，认为太过缓慢和不优美（unix也是认为一个进程只干一个事情最好了）

当时有非常多的指令集：

1. IBM自己的power指令集和IBM的i指令集以及最高端的IBM Z系列的处理器。

说明一点的是POWER是 80年代开始研发的 i 系列 没太有资料 Z系列应该是大型机时代的产物，到现在一直在发展。

POWER指令集曾经是与apple和摩托罗拉组件了AIM联盟 对抗 WinIntel联盟。结果乔帮主2003年反水联盟，投入intel的怀抱。

2019年已经开源。2013年时组件了openpower联盟。2017年 浪潮全面代理了大中华区的POWER产品线，组件了浪商公司。

估计后续也会有power系列的国产指令集了。因为这是最高性能和最高商用性质已经开源的处理器了。

2. HP的VLIW指令集。

HP90年代末将指令集和相关的开发人员以10亿美元的价格卖给了intel，但是注意一点，是HP给了intel10亿美元，而不是intel花钱买的。

然后intel 为了研发出64位的指令集，通过研发 VLIW的指令，开发出来IA64 安腾处理器。但是因为不兼容x86 32位的指令集，在发展了安腾1和安腾2两代之后已经彻底死掉了。

主机厂商就是hp还有inspur两家。最终也没有开源，因为太过昂贵了。也没有国产化的价值。（之前有厂商国产化过貌似）

3. SUN（Oracle）的SPARC指令集。

SUN忘记是哪个大学的教室开的公司了。据说当时的创始人 曾经花了几个星期的时间实现了一个TCP/IP的协议栈，只是因为他认为一个想merge代码的公司开发的代码太垃圾了。

2003年左右他离开公司（早已财务自由） 失去创始人的公司也没有能够撑过互联网时代的发展，2009年时被oracle以74亿美元收购。

话说回来。sun公司当时有非常强大的技术实力，与IBM实现了全方位的竞争。

语言方面有 java 语言2006年开源

数据库方面有mysql数据库，也是最大的开源数据库（另外一个是postgresql数据库）

指令集方面有SPARC指令集。2006年之后因为越来越难发展，将第一代和第二代指令集开源了。

曾经飞腾就是用SPARC指令集开发出来FT1000和FT1500的处理器。

现在除了oracle 曾经还有日本的富士通也发展过SPARC指令集，浪潮K1在宣传时说自己是美国、日本之后第三家具有大型机能力就是基于日本有富士通的SPARC大型机来说的。

不过富士通的最新的超级服务器 京 好像也转用ARM架构了。

SUN也发展了自己的存储还有服务器 好像也有网络产品。

不过最近Oracle已经将所有的硬件人员全部裁员，以后Oracle 的Exadata也使用了x86的架构了。

4.MIPS

MIPS也是一家80年代很红火的公司，他的指令集在嵌入式和网络设备中曾经非常高的占有率。只不过21世纪之后被x86攻击的很弱势了，两次被收购。

现在可能属于SGI公司。

中科院的龙芯曾经在2006年左右购买过完整的指令集，花费应该不到千万美元，然后龙芯在MIPS指令集的基础上面进行扩展。指令集名字就是MIPS64EL 或者是 LoongSon

5. DEC的ALPHA

DEC在上世纪七十年代研发的指令集，号称当时最先进的64位处理器，Windows NT的开发boss 大卫 卡特勒就是当时DEC的最牛B的开发人员。

DEC 因为PC市场的蓬勃发展，而逐渐放弃了自研处理器的路线，比尔盖茨趁机将大卫招致麾下

6. ARM的崛起

上世纪90年代英国剑桥开始营业的公司，当时苹果还是最早的投资人之一，只不过90年代末之后 因为苹果的经营困难，以及后续的调整，苹果逐渐出让了所有的ARM的股份。

ARM的公司不生产具体的芯片，还是将IP核出售给公司，公司自行设计研发然后找代工厂进行生产，现在苹果、安卓、win10 RT都有arm内核的处理器。

以及很多嵌入式也使用了ARM内核，包括树莓派也采取了ARM内核。

7. RISC的进攻

RISC已经发展到了RISC-V 并且印度已经将这个指令集设置为国家指令集进行支持发展。

华为前段时间也说，如果ARM真断供的话，可以尝试将指令集切换到RISC-V中来。

是学术界一个非常好的指令集，但是也跟微内核架构的处理器内核一样，一直处于学术界，工业界还没有见到具体的产品。

前段时间华米的只能穿戴设备可能已经使用上了RISC-V的指令集，据称非常节能。

4.0 芯片的生产。

最开始芯片生产都是每家进行生产，独立封装、独立出售的，但是随着制程工艺的发展，每一代制程的提升需要花费太高，资本支出达到百亿级别。现在除了intel和三星 已经没有主流的芯片厂商能够支撑的起先进制程的研发。

这一块自己不是业内人士，只能够简单分析一下。

芯片的生产，主要有晶圆的生产，以及光刻机，刻蚀，封装，测试等多个步骤。

现在先进制程的三家主要的生产商：

中国台湾的台积电  、韩国的三星 、美国的intel

其他的还有：美国的 格罗方德（原来AMD的生产工厂，以及剥离并且放弃了14nm以下的制程研发。）

IBM的铜芯片工厂也已经出售给了格罗方德，IBM的芯片以后可能也会找台积电代工。

中国上海的 中芯国际  据称14nm 已经试产 2019年年底上市。EUV光刻机已经订购，下半年or明年到位。

欧洲主要是在ASML的光刻机牛B一些，其他的比如意法半导体可能还停留在上两三代制程工艺上面（龙芯的处理器前面几代就是用的意法半导体流片生产的。）

日本主要是 半导体耗时部分，比如最近很出名的氢氟酸，直接卡住了三星的脖子。

现在华为的不管是鲲鹏还是麒麟都是台积电代工的，其实也不完全是大陆产的，如果出现争端也会被卡脖子的。

5.0 操作系统简史。

这一块改天写吧。前面其实也介绍了一些

unix、linux、minix 、os/2、PC-DOS、windows、windows nt、sco unix、freebsd、openbsd、netbsd、

等等

6.0 国产CPU的情况。

6.1 完全购买国外技术：

天津海光：

购买AMD的ZEN1的技术。AMD快破产时花三亿美刀购买了ZEN1 几乎全部的资料，业内认为还是非常值得的。

可能使用台积电代工工艺，技术水平比较高，能够达到三五年前intel的主流处理器的水准

上海兆芯：

上海国资委与VIA合资的项目，VIA是90年代 逆向x86还活下来的位数不多的几个公司。

据称协议已经过期，而且可能使用了中芯国际16nm左右的工艺，技术水平大概是七八年前intel的水准。

兆芯的KX系类处理器。

上面两个最大的卖点是可以支持windows 操作系统。 并且能够使用国内的加密组件。

江苏盛芯

已经破产。基于OPENPOWER

6.2 所谓完全自主路线。

龙芯：

购买了完全的MIPS指令集架构，并且进行自研。使用中芯国际代工。性能比较差。估计为十年前intel的水准。

优点是完全自己发展了，国际上也卡不住脖子，

但是没有生态，很难发展自己的生态，比如不支持.net core

申威：

总参无锡五十六所研发的，

使用的应该是 DEC的ALPHA指令集

优点 DEC被康柏收购之后，康柏又被惠普收购，惠普当时有自己的安腾指令集，也就放弃了DEC的指令集。申威作为军方背景的研发机构的产品，民品开发比较少，并且也不会有国际市场的销售，所以比较安全。也没有专利的纷争，缺点就是跟龙芯类似，缺少生态的支持，现在查了一下就是有一个基于linux内核的神威睿思操作系统，应用软件的兼容可能比较痛苦一些。

最新的26010处理器有 256个计算核还有4个管理核，其实很负责现在ChipLet的理念。

但是单核性能还是太差，主频应该也不是很高。需要进一步提升。

飞腾1500之前的处理器。

飞腾在1500A之前曾经使用SUN开元的SPARC的指令集，但是存在单核性能低和生态不健全的情况，后续转头ARM怀抱，但是也不是用的公版的ARM A57架构，没法用QEMU进行模拟。

6.3 购买自研结合路线

飞腾：

飞腾1500A以及飞腾2000+

当年的芯片大会上面 飞腾团队的火星PPT，让大家误以为这是汉芯第二。

现阶段看起来，飞腾走的ARM路线也还不错，中国电子旗下的长城主机厂商已经购买了飞腾接近50%的股份，有了中国电子这个十大军工之一的背后强大支撑，以及中美贸易战，中国重视独立自主的东风，飞腾应该能有较快的提升才是。

优点：飞腾ARM平台能够较简单的使用很多开源的软件，设置可以通过模拟器的方式运行安卓的应用，生态非常丰富，并且发展也会比较顺畅一些。

缺点：ARM已经被孙正义收入囊中，以后出现争端会不会断供不好说。

最近公司使用过飞腾1500A的机器，感觉性能比较一般，代工也是上一代的28nm的产品，

一直疯传飞腾2000+ 是 64core的结构，并且使用了16nm制程的工艺，单核和多核性能已经有了很大的提高。还没有见过实体机，如果真如疯传的话 的确很值得庆祝。

并且飞腾1500A其实已经能够支撑一般的办公应用了。

华为：

鲲鹏920 也就是 Hi1620 处理器，最近一段时间非常红火，基于最新的ARMv8架构最高能够支持到64core，多核性能据说能够战平两年前的intel 志强旗舰。

采用了台积电7nm 制程工艺，非常先进的工艺了。

山东移动、浙江移动、以及部分电力企业已经商用了华为使用鲲鹏920的泰山系列服务器。

鲲鹏920 最强大的并不是制程工艺、多核性能，还是华为强大的技术栈，鲲鹏920支持8通道DDR4内存，设置讲2个100G的支持ROCE（RDMA）的网卡放到了封装内部，这一点是非常难能可贵的。

而且自身也支持k8s，支持微服务，性能和稳定性有业内足够的制程。非常看好这个行业的发展。

优点：华为强大的技术栈，网络以及内存甚至PCI-E的融合，这一点超出所有的国内甚至是国际的CPU厂商。

缺点：贸易战断供，指令集非自有。

华芯通：

2019年5月份已经破产。

时也命也，要不是博通要收购高通，兴许高通还想能够在服务器市场与intel竞争一下，但是因为博通的收购案

高通被迫离开与贵州人民政府的合资公司，继续将目标锁定在高收益的项目上面来。

华芯通已经没有产品了。

展讯：

展讯现在属于紫光集团的子公司，紫光集团属于清华控股控股的集团公司。

展讯主要是做中低端的嵌入式以及移动设备CPU，大部分也是基于ARM指令集来研发的。

紫光集团非常迅猛，现在有CPU（展讯）、内存事业群（据称内存DDR4颗粒今年下半年正式量产）、长江存储（SSD存储颗粒以及产品），除了没有主板，大件基本上都有了。

展讯这边 应该还没有桌面级别的CPU出来，但是不知道后续有没有相应的计划。就是不知道生产时用的自家的还是中芯国际的。

华米：

基于RISC-V指令集进行自主研发。

具体情况不是很清楚。

未完待续。。