深度揭秘:国产X86处理器技术源自何方

时间:2017-05-19小编:人气:

在第18届中国国际工业博览会上,上海兆芯公司的ZX-C处理器获得了金奖。在2017年3月,更是接连荣获“2017年度大中华IC设计成就奖”(见图22)、“第十一届(2016年度)中国半导体创新产品和技术奖”。在国家十二五科技创新成就展中兆芯的宣传材料显示,“兆芯国产X86通用处理器的成功自主研发和量产,令国产处理器在性能方面完成了一次跨越式的提升,从十二五初期的不足国际整体水准的10%提升到了目前的80%”。

众所周知,Intel对X86的授权有着极为严格的限制,那么上海兆芯的X86芯片技术到底从何而来?ZX-C目前的短板在哪里?在性能上和Intel相差多远呢?

兆芯C4600 cpuinfo的信息显示:设计厂商为美国Centaur,微结构是VIA的以赛亚

在Linux系统中命令cat /proc/cpuinfo可以读出芯片的一些信息和特性。其命令和Windows系统中cpu-z软件获得的信息类似。芯片cpuinfo的信息是通过CPUID指令读出来的。例如eax=1时,读出的是处理器的信息以及特征位(CPUID指令的使用,见en.wikipedia.org/wiki/CPUID)。

从图1兆芯C4600芯片cpuinfo的信息可以看出,这个芯片的厂商(vendor_id)为CentaurHauls,即Centaur公司。其中cpu family表示那一代芯片,其中的family 6表示VIA的Nano系列。其中的model表示型号,也就是采用哪种微结构,15表示以赛亚。model name为处理器的型号,图中为C-QuadCore C4600@2.0GHz。表示4核芯片C4600,主频为2GHz。

▲图1 兆芯C4600芯片cpuinfo的信息

▲图2 威盛Nano U3500芯片cpuinfo的信息

图2给出了威盛公司的Nano U3500芯片cpuinfo的信息,其model name为VIA Nano U3500@1000MHz。对比vendor_id的信息可以看出都是VIA的Centaur公司,对比cpu family和model的信息,也可以看出都是family 6和model 15,即都是 “以赛亚”架构。

▲图3 威盛Nano U3500芯片的信息

从图3可以看出U3500芯片属于VIA Nano系列。其中的微架构为Isaiah(以赛亚)。支持的指令集到SSE4.1为止,并且支持x86-64指令集。

从C4600芯片cpuinfo的信息可以看出,C4600的设计厂商(vendor_id)还是VIA的Centaur公司,而没有改为ZX的标志。

美国Centaur公司和Glenn Henry

根据维基的资料显示:Centaur(半马人)科技公司,创立于1995年,创建者为Glenn Henry, Terry Parks, Darius Gaskins和Al Sato,其获得的投资来自于IDT公司。其公司的目标是开发兼容的x86处理器,目标定位为开发比Intel公司的x86芯片价格更低,功耗更小的芯片。早期的产品称为WinChip,1999年9月,Centaur被IDT公司出售给VIA公司,其后续的产品为VIA C3和VIA C7,以及VIA Nano。Centaur公司的芯片主要面向嵌入式市场,包括移动市场,也就是面积更小、价格更便宜,功耗更低的x86芯片市场。Centaur的设计理念是对于面向特定市场需求“够用就好”。VIA Nano Isaiah(以赛亚),是Centaur第一款超标量、乱序执行的CPU,第一款64位的CPU,Nano芯片这时更为强调性能,而不再是追随性能功耗比的等式,但是其维持和C7相同的功耗(TDP)。

根据Centaur(半马人)公司的网站的介绍,Centaur(半马人)科技公司,位于德克萨斯-奥斯丁。主要设计高性能、低功耗的x86兼容的微处理器,号称具有最快的设计流程,设计周期是竞争对手厂商的三分之一。该公司没有管理者,所有的工程师直接向Centaur公司的创建者和总裁Glenn Henry汇报,Glenn Henry是前DELL公司的CTO和IBM的工程系列的Fellow(20年的Fellow)。1999年8月,Centaur公司被VIA公司收购。但是这次收购没有改变Centaur的文化,也就是Centaur作为VIA公司的子公司独立地运营,而不会受到VIA的影响。在Cyrix解散后,VIA公司的x86芯片的设计都是来自于Centaur公司,而VIA QuadCore C4650芯片也是出自Centaur公司的Glenn Henry之手。

▲图4 Glenn Henry

这里介绍一下Glenn Henry。Glenn Henry于1967年加入IBM,在IBM干了21年,担任首席架构师,是RISC工作站、AIX操作系统和AS/400等创新产品的主要研发管理者,于1985年获得IBM fellow的称号,1988年离开IBM加入DELL公司,为DELL公司负责研发的副总和CTO,1994年离开DELL公司,担任MIPS公司的咨询顾问,试图把x86和MIPS架构结合在一起,1995年Henry获得了来自IDT公司的投资,创建了Centaur公司,设计低功耗、低成本的x86处理器。

揭开以赛亚神秘的面纱

正如Intel在研发出酷睿2后一举翻身,AMD在开发出Zen之后终于做出能与Intel相比较的产品,一款CPU最关键的就在于其微结构,那么QuadCore C4650芯片的微结构究竟怎么样呢?

▲图5 The VIA Isaiah Architecture

Centaur公司的灵魂人物和总裁和Glenn Henry撰写的一篇文章“The VIA Isaiah Architecture”(图5),文章中分析了为什么采用3发射、乱序执行结构,和Intel的Core比较起来有什么优势,为了降低功耗,采用了什么样的权衡。文章介绍的非常详细,有兴趣的网友可以找原文品读。

从图6中可以看出,以赛亚采用类似于Core架构的设计,7个部件,2个定点I1和I2,2个浮点MA和MB,1个取数LD,1个存数ST和1个SA地址计算。也就是2个定点、2个浮点、2个访存。属于中规中矩的设计。

安卓市场
  • 选购指南
  • 基础课堂
  • 进阶使用
  • 玩机技巧
  • 故障答疑
  • 刷机教程
  • 美化学堂
用安卓手机 装安卓市场
返回顶部