龍芯、飛騰大比拼

據公開消息，龍芯和飛騰最新的產品都與去年年底開始流片，也就是說，新產品即將與國人見面。

那麼，在飛騰的ARM晶片和龍芯3A3000即將完成流片之時，筆者將從自主智慧財產權、裸CPU性能和軟體方面對飛騰和龍芯上一代產品——飛騰1500A和龍芯3A2000做一個對比，特別是之前有媒體對比龍芯3A2000和飛騰1500A總體上比較客觀，但在局部也有一些紕漏，筆者趁機在此做一下修正。

|先從自主智慧財產權談起

檢驗自主可控的標準——信息安全不受制於人，產業發展不受制於人。

因此，這就必須做到具有指令集的發展權、微結構是自主設計、利潤不受制於人等要素。

指令集的發展權

龍芯的指令集是loongISA，共有共1907條指令。

源自MIPS：

216條MIPS基礎指令，獲得永久授權。

311條DSP指令，獲得永久授權。

自主指令：

MIPS基礎指令擴展——148條loongEXT，

虛擬機擴展——5條loongVM指令，

二進位翻譯擴展——213條loongBT，

向量指令擴展——1014條loongSIMD

顯而易見，龍芯獲得的是永久授權，並擁有自行擴展指令集的權力。

另外龍芯還就此申請了100+專利。

而在MIPS公司破產後，被Imagination收購，雖然在嵌入式晶片方面有P5600這樣的產品，但至今卻未曾開發高性能CPU，有步惠普收購康柏進而獲得Alhpa的後塵之趨勢。

這直接導致龍芯是MIPS陣營里唯一的高性能CPU，加上龍芯不失時機的向開源組織捐獻了一批機器，致使一些開源軟體以龍芯作為MIPS的代表做適配。

因此，在Imagination發展力度小+龍芯獲得MIPS永久授權+自行擴展指令且申請專利+開源軟體針對龍芯做適配，共同導致龍芯在指令集上受MIPS的鉗制已然微乎其微，基本可以為認為走上了單飛的道路。

而國內ARM陣營IC設計公司僅僅能購買ARM64指令集，而無法買到ARM32位指令集授權，而且ARM64指令集授權期限為5年，沒有自主擴展的權力，也僅僅能用於設計伺服器晶片。

• 微結構是否自主設計

龍芯3A2000的微結構是GS464E，晶片代碼均自主設計，除標準單元和Memory Compiler生產的RAM之外，不存在第三方IP。

而飛騰1500A的微結構是ARM Cortex A57。

由於晶片的安全性、性能、功耗很大程度上取決於微結構，因此很難說飛騰1500A符合安全可控和自主智慧財產權的要求。

當然，也有網絡消息稱飛騰1500A用的是飛騰自主設計的「小米」，與「火星」、「地球」是同一個微結構，但筆者認為此消息為謠傳，具體原因在下文分析。

• 利潤不受制於人

購買ARM指令集授權的價格非常昂貴，據筆者了解僅僅ARM64指令集每5年的授權費就高達上千萬美元乃至近億美元。

而恰恰是如此高昂的授權費致使由U.C. Berkeley等幾個大學推出RISC-V指令集，Google、惠普、Oracle、西部數據等公司成立RISC-V基金會的原因——

RISC-V指令集是一個沒有專利問題和沒有歷史包袱的全新指令集，並且以BSD許可證發布。

任何公司都可以在自己的產品中免費使用，而修改也無需再開源。

購買ARM IP核授權，比如ARM的A53或A57,集成自己的SOC，這種做法雖然能依附於AA體系，有利於市場化運營，能賺快錢，但在利潤方面也被外商控制。

因為在購買IP要支付授權費，每生產一片晶片還要支付專利費。

而且每個環節做什麼，有多少利潤，在AA體系中已經形成潛規則，國內IC設計公司依附於AA體系基本上淪為外商的馬仔。

這也是國內ARM陣營IC設計公司雖然營業收入不低，但利潤普遍不高的原因之一。

相比之下，龍芯不僅不需要向MIPS公司購買IP，反而可以對外出售IP，海信、海爾就向龍芯購買了200萬套IP用於智能家電和機頂盒。

下圖為懶人包，簡要概括了龍芯3A2000和飛騰1500A在智慧財產權方面的差別。

• 飛騰1500A的微結構是A57

有網絡消息稱飛騰1500A用的是飛騰自主設計的「小米」，與「火星」、「地球」是同一個微結構，不過筆者認為此消息為謠傳，主要有以下幾點：

1、時間上來不及

眾所周知，如果一款CPU從頭開始設計，研發周期一般要3年，而如果像海思、展訊那樣購買ARM的IP授權做集成，研發周期也要1年至2年，而飛騰在購買ARM 64位指令集授權後，不到2年的時間裡就拿出了飛騰1500A，就開發周期來看，飛騰1500A這款晶片很有可能是直接採用ARM Cortex A57。

2、飛騰1500A與「火星」的SPEC2006測試成績差距過大

根據第三方測試，飛騰1500 spec06測試的整數為10（@1.8G），換算一下就是5.5/G，而根據飛騰在2015年的發布後上公布的消息，「小米」的測試結果是9.6/G，雖然不談測試環境的SPEC測試跑分都是耍流氓——因為不同的測試環境的原因，SPEC測試分數會有一定浮動，但74.5%的跑分差距實在過於駭人——即便是技術實力強如Intel，在擁有ICC的神優化，以及向量指令優化等因素的情況下，也只能是自己CPU的spec06測試整數跑分增加40%。

因此，筆者認為飛騰1500A的微結構並非「小米」。

3、時間對不上

據公開消息，飛騰1500A在2014年流片，2015年與體制內單位簽訂的合同標為1000萬元，而「小米」和「火星」目前還依舊在流片。

在發布會上，火星的SPEC06測試也只有模擬器成績，而非實物。

4、ARM在指令集授權中會配套一個內核

雖然飛騰和ARM的合同上沒有購買IP內核授權的內容，但由於ARM在做指令集授權的時候都會給出配套的一個內核參考。

因此，有人以合同沒寫明購買IP核，所以飛騰1500A的微結構為自主設計的辯解無法成立。

當然以上都是筆者的猜測。

鑒於飛騰1500A已經商用，希望飛騰能公開飛騰1500A的用戶手，提供內部寄存器等定義資料。

效法龍芯將CPU的用戶手冊和技術資料放在網上供國人自由下載，以打消國人的疑惑。

| 裸CPU性能指標對比

裸CPU性能將用單線程性能、多線程性能以及訪存性能等主要指標進行對比。

• 單線程性能

龍芯3a2000的微結構為GS464E，根據中電集團的報告顯示：

龍芯GS464E在使用GCC4.8編譯器跑分為：整數768/G、浮點1153/G；

龍芯GS464E使用LCC編譯器跑分為：整數828/G、浮點1578/G。

而龍芯的主頻恰恰為1G，因此，GCC4.8編譯器跑分為：整數768、浮點1153；LCC編譯器跑分為：整數828、浮點1578。

而因為測試環境不同，ARM Cortex A57的測試分數則比較多，華為在麒麟950發布會上就給出A57 Spec2000整數跑分780/G的測試成績。

而根據國外網站對三星7420的實測，筆者將12項測試成績累乘，再開12次方後得到分值為1376.8分，再除以7240中A57 2.1G的主頻，得到跑分為655/G。

而根據另一個測試，A57的測試跑分甚至不足600/G，浮點跑分為700+/G。

這些測試分數差距的原因就在於不同的測試環境——畢竟開啟auto parallel會將原本單線程執行的程序並行化給多個處理器執行，導致SEPC2006整數分數增益。

另外，編譯器的不同，是否定製編譯優化策略等都會對跑分結果造成很大影響。

考慮到華為公布的SPEC分數一向偏高——華為公布的A72 spec2000 整數跑分為820/G，而根據國外網站實測，麒麟950的實測成績，A72 spec2000 整數跑分為749/G。

筆者猜測，華為公布的A57 spec2000 780/G, A72 spec2000 820/G，A57 spec2006 6/G，A72 spec2006 6.7/G很有可能是使用ARMCC編譯器，並在最優測試環境下，得出的結果。

另外，就某網文中的SPEC06測試成績而言，A57 sepc06 整數5.5/G，GS464E sepc06 整數6.5/G都並非在最優環境下測試的分數。

根據華為公布的數據，A57 sepc06整數為6/G，A72為6.7/G。

據筆者了解，龍芯GS464E sepc06整數最優環境下測試成績為7.5/G。

因此，筆者選擇一個適中的測試跑分：整數655/G，浮點分數因為華為和國外網站都沒有公布跑分，筆者以上圖測試中的700+/G適當上浮。

飛騰1500A的主頻為1.8G，那麼最後的測試結果為整數1179，浮點1300+。

很顯然，雖然GS464E強於A57,但由於飛騰1500A在主頻上比龍芯3A2000高80%，使得最終在整數跑分上，龍芯3A2000即便使用LCC編譯器測試成績，面對飛騰1500A依舊略遜一籌。

• 多線程性能和訪存性能對比

在同使用GCC編譯器下，飛騰1500A(@1.8GHz）SPEC CPU 2000 rate成績為：整數41.5，浮點34.

而龍芯3A2000(@1GHz）的成績為：整數30.9，浮點43.9。

在使用LCC編譯器後龍芯3A2000(@1.0GHz）整數34，浮點60.7。

很顯然，龍芯3A2000雖然在主頻上處於劣勢而導致在整數上低于飛騰1500A，但在浮點性能上卻異常強悍。

至於訪存性能，則如下圖，優劣一目了然。

飛騰1500A (1.8GHz，四核) VS. LS-3A2000 (1.0GHz，四核)：

| 軟體生態情況

龍芯和飛騰在軟體生態上選擇了完全不同的道路：龍芯選擇嘗試主導生態建設，並在軟體上投入了很多精力。

而飛騰選擇兼容ARM生態，採取跟隨ARM產業生態的策略。

• 作業系統

國內支持龍芯的作業系統有中標麒麟、普華軟體、深度軟體、開源社區（Fedora、CentOS、Debian、Loongnix社區版），國內支持飛騰的作業系統有中標麒麟和Ubuntu。

• 辦公軟體

實際測試顯示，在政府機關使用最為廣泛的辦公軟體上，使用龍芯3A2000打開一個1M的word文件，需要2秒，而使用飛騰1500A則需要3秒；打開一個10M的word文件，龍芯3A2000需要3.5秒，而飛騰1500A需要8.2秒。

在PPT的使用上，龍芯也處於優勢，打開同樣一個PPT，龍芯3A2000所消耗的時間幾乎只有飛騰1500A的一半。

不過，在電子表格上飛騰具有優勢，特別是在打開20M的電子表格的情況下優勢異常明顯。

• JAVA虛擬機

JAVA虛擬機（JDK）是伺服器上的重要平台軟體。

飛騰的JAVA虛擬機依賴於國外的開源軟體代碼，國內沒有開發團隊，一旦出現深層次問題無法維護。

龍芯在JAVA虛擬機有核心開發隊伍，並為開源社區貢獻8.4萬行代碼，累計已解決8個在X86平台同樣存在的JAVA共性問題，經過實際用戶檢驗，能夠保證企業級的穩定性。

• 瀏覽器

瀏覽器是桌面作業系統上的重要平台型軟體。

ARM的瀏覽器（Chrome、Firefox）國內沒有專業開發團隊，飛騰則因為跟隨策略在此碰壁。

龍芯在兩大瀏覽器（Chrome、Firefox）平台有專門開發團隊，而且做了大量工作：

在HTML5、WebGL、WebRTC、Flash以及各類插件上有著專業支持；

在Firefox瀏覽器社區，龍芯是ionMonkey開發的重要力量；

在Chrome社區，龍芯是社區的全球14家主要成員廠商之一，是JS引擎的核心開發廠商，累計向社區貢獻4萬行代碼，因此龍芯在JS引擎性能對比上自然可以獲得更大的優勢，具體性能對比如下圖：

從實際測試結果中可以看出，雖然在性能上龍芯3A2000和飛騰1500A差距不大，但龍芯卻能在JS引擎性能對比上大幅優於飛騰，其原因就在於軟硬體整合優化——用戶最終的體驗是軟體+硬體，相對於飛騰在軟體上跟誰ARM，只能是別人給你什麼，你用什麼，而龍芯則恰恰相反，選擇了自建生態，這使得龍芯可以獲得軟硬體磨合優化的機會。

正如數年前那個CPU性能相對有限的時代，蘋果能依靠基於FreeBSD/Unix二次開發的IOS，基於ARM的授權修改/開發CPU，使蘋果可以對自己開發的CPU和作業系統進行系統優化，並依靠軟硬體優化取得優於安卓用戶體驗。

同理，在國產CPU性能普遍不強的當下，對軟體的優化和軟硬體磨合相對於硬體上5%—10%的提升更為關鍵。

因此，相對於黨政軍辦公常用的軟體和用戶體驗而言，龍芯相對於飛騰的優勢，則如同早年蘋果相對於安卓的優勢。

| 結語

可以看出，在硬體方面，飛騰得益於主頻比龍芯高80%，因而在整數上具有優勢；而龍芯的浮點性能指標頗為亮眼；在訪存性能上，龍芯則有很大的優勢。

在軟體上，雖然飛騰可以跟隨ARM產業生態發展，傍上了ARM這個大款，但就黨政軍辦公而言，龍芯相對於飛騰更有優勢。

雷鋒網註：本文作者鐵流（微信公眾號 tieliu1988），文章為雷鋒網(搜索「雷鋒網」公眾號關注)原創約稿，轉載請聯繫授權並保留完整信息，不得刪減、修改文章。