feather_xixi 2016-1-7 17:36
国产龙芯、飞腾与Intel芯片的真实差距[5P]
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近年来，国内IC设计厂商层出不穷。有龙芯、飞腾、申威等老牌设计单位，也有兆芯、宏芯这些新秀，还有在商业上非常成功的海思、展讯等ARM阵营厂商。但在性能上Intel对各路国产始终保持着巨大的优势，那么国产芯片和Intel的芯片差距在哪里呢？
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[b]如何评价各家的CPU性能？[/b]
作为消费者来说，自然是希望CPU能尽可能的便宜，而性能经可能高。那么，什么样的CPU性能高呢？从体系结构的角度来看，有个指标叫MIPS，即每分钟执行多少条指令，执行指令数量越多，性能就越好，但这存在一个问题，当CPU指令集不同的时候，比较MIPS就意义不大了——比如A一条指令只算一个加法，B一条指令能做一个1024点的FFT。特别是在不同指令集的情况下，如何评价各家的CPU性能呢？
评价CPU性能必须考虑应用的多样性，比如科学运算重视双精浮点性能，但是如果数据供不上，运算能力再强也没用；比如PC日常使用更偏重于整数性能；再比如计算中心多任务环境关注的是吞吐率......因此单纯用某一个指标来衡量CPU性能是不科学的，必须综合考量。
业界也推出了很多基准测试程序，比如针对CPU的SPEC，针对嵌入式应用的EEMBC等。SPEC测试是比较权威的测试程序，和一些黑箱测试程序不同，SPEC测试的各项程序跑分和计分方式全部公开透明，而且覆盖范围广——SPEC2000有12个定点程序，14个浮点程序，而且有比较强的代表性，比如gzip、vpr、gcc、mef、eon等。
[b]什么是SPEC测试？[/b]
[b][color=rgb]SPEC在计分上采用归一化的几何平均方法来进行综合性能评估——将不同CPU的执行时间与参照对象相比较后得到一个相对值。[/color][/b]
SEPC2000的参照对象是Ultra SPARC 2工作站的主频为300Mhz的CPU。如果运行测试程序1的时间是参照对象的十分之一的话，测试就是1000分，测试程序2的耗时是参照对象的八分之一的话，则为800分.....最后再算几何平均——比如SEPC2000有12个定点测试，就将12个测试成绩相乘再开12次方，这样以来，测试更加重视性能均衡，因为如果某一项测试存在短板的话，将会大幅拉低测试最后得分，最极端的情况是某项测试为0分，哪怕其他测试分数再高，总分也是0分。
[b][color=rgb]不过SPEC也非尽善尽美，存在不考察I/O带宽和跑分容易受编译器影响等问题。[/color][/b]
例来说，龙芯上一代微结构曾因存在访存问题而导致其在SPEC2000下跑分尚可，但在SPEC2006的跑较低，而GS464E解决访存问题后，则不存在这个问题，原因就在于SPEC2000对I/O带宽的要求较低。编译器方面，SUN曾经通过编译器优化提升SPEC跑分50%，龙芯上一代产品用LCC编译器，比使用GCC整数跑分提升了60%。即使同样使用GCC编译器，也会因为不同版本，或优化程度差异导致很难有最准确的评价（GCC部分代码由Intel提供，对X86优化最好，ARM市场份额大，优化也不错，MIPS、ALPHA的优化就比较一般了）。
SPEC测试非常类似于高考，虽然有各种瑕疵，但却有覆盖程序广，公开透明的特点，相对来说比较公平，是可以给CPU做一个相对合理评价的测试程序。
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[b]不同指令集CPU比较[/b]
笔者将X86、ARM、MIPS、ALPHA指令集的CPU做了一个表格如下。
编译器除龙芯确定是GCC4.8外，其余都是未知数——VIA的白皮书并没有标明测试中的GCC版本，其余编译器笔者做一个推测：申威可能是SWCC；I3 550、I5 4460可能是GCC5.1。因为仅仅是笔者猜测，严谨起见，编译器选择空白。（ICC是Intel的编译器，X86芯片都可以用；LCC是龙芯的编译器；SWCC是申威的编译器。Intel和AMD的芯片是作参照）
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从表中可以看出，使用GCC编译器的情况下，兆芯、申威、飞腾SEPC2000测试和Intel haswell依旧有相当差距，spec2000测试分值最高的GS464E也仅仅是使用自家的LCC编译器的情况下，整数和Nehalem差50分，浮点和haswell差70分。而在主频方面，国内IC设计公司最高主频仅为2G，和Intel、AMD 3G以上主频差距明显。
[color=rgb][b]因此，国产CPU和Intel的差距，不仅仅是主频上的。[/b][/color]哪怕兆芯的ZX-C能到达3G以上主频，但因为微结构上的差距，依旧只有I5 4660性能的40%左右，因此微结构非常重要，可以说CPU的安全性、性能、功耗很大程度上取决于微结构，AMD的CPU在同主频下性能逊色于Intel，很大程度上也是因为微结构上的差距。
而在消费者购买CPU时，往往只关注主频、核心数、制程等参数，对微结构往往会忽略，加上Intel这些年从SNB开始挤牙膏，使得微结构更新对性能的提升非常小，导致微结构的重要性更加被忽视。
[b]微结构差距的原因[/b]
因为宏芯、兆芯、海思、展讯目前并没有自主设计的微结构，就以龙芯、飞腾最新的两款产品和Intel做比较。以GS464E和IVY的差距而言，通过对比下表参数，就能发现原因。
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如果将GS464E和IVY做对比就能发现，制约GS464E性能的最大的短板在定点发射队列和浮点发射队列上，相对于IVY的54项定点和浮点发射队列，GS464E只有16项定点发射队列，24项浮点发射队列。
[color=rgb][b]龙芯对此也是心知肚明，将正在流片的3A3000，针对GS464E的瓶颈做了改进，将定点发射队列从16项提升到32项，将浮点发射队列从24项提升到32项，并提升了缓存和主频。[/b][/color]很显然，虽然龙芯宣称TICK-TOCK，但3A3000相对于3A2000并非单纯的提升主频，定点发射队列和浮点发射队列的提升必然带来IPC的提升。
根据飞腾公布的Spec 2006的模拟器测试，整数为9.6/G。
[color=rgb][b]9.6/G到底是什么水平呢？笔者以Intel作参照，关auto parallel的情况下，haswell使用GCC5.1的SPEC 2006的成绩为32分（@3.2G主频）。也就是说，“小米”能接近haswell？[/b][/color]
这实在是太“惊悚”了，如果真能做到，就是科技大跃进了。那SPEC2006整数9.6/G的原因何在？根源在于开/关auto parallel。
开auto parallel会导致SEPC2006整数分数增益，因为其将原本单线程执行的程序并行化给多个处理器执行，增益效果取决于编译器、CPU的核心数量等因素。而相当部分常用的代码并不支持auto parallel。因此，目前auto parallel对SPEC跑分更有意义。而“小米”SPEC2006整数高达9.6/G，很有可能就是因为在测试中开auto parallel的结果，那么证据呢？
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从上表中“小米”和IVY的对比中看，“小米”和IVY还是有不小的差距的，并且和GS464E一样存在定点发射队列和浮点发射队列相对IVY偏少的现状，因此在资源有限的情况下，做出达到haswell水平的概率非常小。
对比“小米”和GS464E，假定两者流水线效率相当的情况下，笔者认为“小米”可能是和GS464E一个等级的微结构，并强于ARM Cortex A57。当然，如果流水线效率不佳，“小米”也可能会逊色于GS464E。而“小米”32M的L2缓存，很有可能是因为针对服务器，甚至高性能计算的产物。
目前，飞腾的“地球”和龙芯3A3000正在流片，期待“地球”和3A3000流片归来后的表现。
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cccjjjkkk 2016-1-7 18:08
国产芯片的性能经过这几年的发展，已经有了长足的进步，再加上一点创新能力，超过INTEL也就是时间的问题
xwomen 2016-1-7 20:50
弄了这么久，虽然有些成绩但就是不知道什么时候能普及大众。能够让全民都享受技术成果，这才算是好东西
lupus721 2016-1-8 01:29
一直在努力，多少有点进步，但是想同日而语，差的不是一点半点，短时间都没法跟上，估计中间差了3-5个amd吧
撸管大圣 2016-1-8 09:02
[quote]原帖由 [i]cc821127[/i] 于 2016-1-7 19:54 发表 [url=http://174.127.195.210/forum/redirect.php?goto=findpost&pid=113732952&ptid=6606370][img]http://174.127.195.210/forum/images/common/back.gif[/img][/url]
立项的目的就来圈钱的，钱到手了目的达到了再去换个招牌继续骗钱！ [/quote]
架构，架构———你懂 “ 架构 ” 啥意思吗？———都不一样怎么比较？
不客气的说你就是被领狗粮反毛反共的公蜘母蜘们卖了还乐呵呵帮着数钱的xxxx ！
ybjmz 2016-1-8 21:02
没用过国产的，不过感觉要想追赶INTEl恐怕不是这一代人能完成的吧。
迷你版vcx 2016-1-8 23:29
渠道化、规模化、市场化太难，市场基本瓜分完毕，后来者很难分割。
sea166 2016-1-12 19:10
我10年前在上学的时候听到龙芯还有点小激动~现在已经好久没听见过了
wagady 2016-1-12 19:42
我就哈哈了
每次都有这样的虚头，总是打着什么国产系统，国产芯片，弄了那么多年基本没有什么成色，不是说我看不起国产，只要做的好，我相信市场会说明问题的！
ctrl10000 2016-1-12 19:57
第一次看到这样的报道，长知识了，看来国产还是有进步的，起码能和intel做比较了，我一直还以为国产停留在实验室的阶段
撸管大圣 2016-1-12 20:12
[quote]原帖由 [i]wagady[/i] 于 2016-1-12 19:42 发表 [url=http://174.127.195.210/forum/redirect.php?goto=findpost&pid=113831692&ptid=6606370][img]http://174.127.195.210/forum/images/common/back.gif[/img][/url]
每次都有这样的虚头，总是打着什么国产系统，国产芯片，弄了那么多年基本没有什么成色，不是说我看不起国产，只要做的好，我相信市场会说明问题的！ [/quote]
你见过几次国产芯片？
你用过几次采用国产芯片的商品？
还 “ 不是说我看不起国产，只要做的好，我相信市场会说明问题的 ”
被出卖灵魂领狗粮反毛反共的公蜘母蜘们卖了还乐呵呵帮着数钱的xxxx说的就是你！
37224905333 2016-1-12 22:03
感觉现在这几个芯片还是不给力啊 希望之后能强力些
fengliulang 2016-1-12 22:15
国产芯片只能用国产系统。windows指令可能无法识别
ma00101 2016-1-12 23:48
comeon! 希望中国心能够撑起我们的下一轮经济周期！
sillyboy5195 2016-1-13 00:36
国货也在逐步的变好，不能指望一口吃个胖子啊
worinimabi 2016-1-18 22:42
差距是存在的，但还是要看到希望和信心，毕竟多年的技术壁垒不是能一蹴而就的，还需潜心追赶......
wurennengdi2015 2016-1-19 12:50
哎 这是不是一一天两天就能够搞出来的东西 得踏实胡研究才行
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