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作者：GUEE
美國對俄羅斯禁售CPU和電腦整機(jī)已經(jīng)有一段時間了，筆者原以為問題不會很嚴(yán)重，畢竟就算只依靠市面上的二手CPU應(yīng)該也能支撐很久，但是最近的一則新聞令筆者覺得之前的想法過于樂觀。
俄羅斯本土媒體Cnews報道，該國一款名為MIG（Mobile Inform Group）Akinak PC的新款PC問世。該機(jī)型搭載了一款名為Skif的4核Cortex-A53 CPU，為64位ARM 架構(gòu)，頻率1.8GHz。
Cortex-A53核心是ARM公司2012年推出的IP核，主要用于嵌入式CPU。集成4個A53核心主頻1.8GHz的“Skif”，性能不會比龍芯于2015年推出的3A2000高多少，3A2000的性能又大約是龍芯3A6000的1/6，它們都是4核CPU。“Skif”原本是設(shè)計用于平板電腦，以往可能從未想過會成為桌面電腦的心臟。
如果不是CPU緊缺，沒有哪家公司會在2023年還用“Skif”這個級別的CPU設(shè)計臺式機(jī)，完全違背商業(yè)邏輯。更令人吃驚的是“Skif”CPU只在2021年生產(chǎn)了1000枚，如今僅剩下了10枚。在只剩10枚樣品的時候，一邊設(shè)計臺式機(jī)一邊尋找新的代工生產(chǎn)渠道，透露著無可奈何的緊迫感。CPU存量滿足不了電腦設(shè)備的增長，俄羅斯可能很快遭遇CPU的災(zāi)荒。
俄羅斯沒有更好的國產(chǎn)CPU嗎？
俄羅斯當(dāng)然不只有平板電腦的CPU，貝加爾電子公司(Baikal Electronics)推出的Baikal系列、莫斯科SPARC技術(shù)中心研發(fā)的Elbrus系列都是用于桌面電腦和服務(wù)器的CPU產(chǎn)品。
Baikal-M集成了8個ARM A57核心，Baikal-S則集成了48個ARM A75核心。Baikal-S最高頻率2.5GHz，支持1至4路互聯(lián)，TDP功耗120W。
Baikal-M和Baikal-S可以分別對標(biāo)我國的飛騰D2000和華為鯤鵬920。但是自從ARM宣布不再向俄羅斯企業(yè)授權(quán)IP，終止一切合作之后，貝加爾（Baikal）CPU的壽命也就到此為止。雖然貝加爾已經(jīng)購買的IP仍然可以合法使用，但是俄羅斯的芯片生產(chǎn)能力低下，無法替代臺積電的先進(jìn)制程， 而貝加爾和ARM顯然都不可能按照俄羅斯的芯片生產(chǎn)水平對CPU重新設(shè)計。
Elbrus是俄羅斯自主設(shè)計的CPU，它和全美達(dá)（Transmeta）類似，不但都是VLIW類型的架構(gòu)（指令集），而且都支持以二進(jìn)制翻譯的方式兼容x86架構(gòu)。它們的區(qū)別是Elbrus還可以運(yùn)行自己指令集的原生軟件，而全美達(dá)CPU則只能運(yùn)行x86的程序。
俄羅斯自主的Elbrus不如我國自主的龍芯，不止性能相差巨大，發(fā)展路線也大相徑庭。
相對于龍芯，Elbrus顯得缺少一些上進(jìn)心。龍芯敢于投身市場，發(fā)展出小、中、大三個系列數(shù)十個型號的CPU產(chǎn)品。龍芯的賺錢主力是“小、中”嵌入式CPU和配套的產(chǎn)品方案，再用嵌入式的利潤補(bǔ)貼桌面和服務(wù)器CPU研發(fā)，才使龍芯的大CPU逐漸追上主流水平。而Elbrus則基本上依靠政府投入，可能也是因為俄羅斯的嵌入式芯片市場規(guī)模小，Elbrus有心也無力。
它們兼容x86的技術(shù)方案也有區(qū)別，Elbrus試圖最大程度地兼容x86生態(tài)，研發(fā)了多種二進(jìn)制翻譯運(yùn)行模式，除了能運(yùn)行x86版本的Windows和Linux系統(tǒng)，也能在原生架構(gòu)的Linux中運(yùn)行x86架構(gòu)的軟件。而龍芯為了更好地建立自主軟件生態(tài)，放棄了高效兼容x86操作系統(tǒng)的方案，以發(fā)展原生的自主軟件生態(tài)為主，把兼容x86架構(gòu)Linux/Windows應(yīng)用程序作為原生軟件生態(tài)的補(bǔ)充。
盡管俄羅斯也為Elbrus做了大量的原生軟件適配，但是規(guī)模比不上我國，也沒有得力的推廣政策。Elbrus能直接運(yùn)行Windows系統(tǒng)，大家也就看不到發(fā)展自主軟件生態(tài)的必要性。也不能責(zé)怪Elbrus沒有壯士斷腕的決心，畢竟自主CPU的第一要務(wù)是生存。本來Elbrus性能就較低，軟件生態(tài)又主要依賴Windows，以俄羅斯的現(xiàn)狀，Elbrus很難發(fā)揮積極作用。
歐美不是一個國家，而是以美國為首的很多個國家。我們常說的“歐美”，在“制裁”的語境下一般沒有包括“俄系”國家在內(nèi)，“歐美”不愿看到中、俄崛起，自然會不擇手段地打壓。
在現(xiàn)代社會，信息技術(shù)就是生產(chǎn)資料，限制別國信息技術(shù)發(fā)展，就能有效地阻止別國攀上更高的階梯。因此俄羅斯遭受的制裁和封鎖只是恰逢其會，正好給了“歐美”冠冕堂皇的借口而已。
歐美的軟件封鎖會影響什么？
軟件可以分為閉源軟件和開源軟件兩大類型。閉源軟件絕大多數(shù)是Windows版商業(yè)軟件，基于x86架構(gòu)。開源軟件則絕大多數(shù)基于Linux系統(tǒng)，也不固定CPU架構(gòu)，只需對源碼和編譯配置進(jìn)行簡單修改，就能實現(xiàn)向新架構(gòu)的移植。
開源軟件不受限制的主要原因，是開源軟件屬于共有版權(quán)。美國只能通過一些手段限制別國獲取開源代碼的渠道，但被擴(kuò)散的開源代碼不受美國管制。
承載軟件的設(shè)備又可以分為桌面電腦、服務(wù)器、工控設(shè)備。其中工控類的軟件大多是定制開發(fā)和定向適配，不像桌面和服務(wù)器軟件那樣有廣泛兼容的特性，因此已經(jīng)定型的工控設(shè)備幾乎不會受到制裁和封鎖的影響。工業(yè)設(shè)計軟件會受到較大的影響，因此必須加強(qiáng)扶持國產(chǎn)的工業(yè)設(shè)計軟件。
通用的服務(wù)器大多以開源軟件為基礎(chǔ)，比如數(shù)據(jù)庫軟件、Web和流媒體服務(wù)器軟件、AI庫和模型數(shù)據(jù)……等等，而國內(nèi)企業(yè)開發(fā)的同類型商業(yè)軟件，也比開源軟件的功能更加完善和穩(wěn)定，并且有技術(shù)支持服務(wù)。專用的服務(wù)器應(yīng)用基本上是自己開發(fā)和定制的軟件，比如淘寶/微信的服務(wù)器、銀行的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)游戲的服務(wù)器程序……等等，制裁和封鎖也不會造成嚴(yán)重影響。
桌面電腦上的Linux系統(tǒng)（含國產(chǎn)系統(tǒng)）以及開源的和國產(chǎn)的應(yīng)用軟件，都不會受到封鎖和制裁的約束，因此軟件方面的制裁和封鎖，首當(dāng)其沖的是x86架構(gòu)的Windows桌面軟件。比如Windows系統(tǒng)和增值服務(wù)，以及Adobe全家、AutoDesk系列等專業(yè)和行業(yè)軟件、還有更加專業(yè)的科研類軟件等等。千萬不要有“買了就是我的”這種錯覺，因為任何的商業(yè)合同都受到法律制約，美國企業(yè)遵守美國法律，它們可以撤銷軟件授權(quán)和買賣合同。要不然，國內(nèi)部分大學(xué)被禁止使用MATLAB這種事情就不可能發(fā)生。
面對封鎖，俄羅斯用“盜版合法”的方式解了燃眉之急，但因此造成的負(fù)面影響會帶來更大的損失。尊重知識產(chǎn)權(quán)的國際形象毀于一旦，各種商業(yè)的、學(xué)術(shù)的國際合作因此中斷，以后各種知識產(chǎn)權(quán)交易都會更加困難。俄羅斯是別無它法，才會飲鳩止渴不顧未來，而我們有更加妥善的準(zhǔn)備，不會被逼到俄羅斯的窘境。
粗暴又有效的自主軟件生態(tài)建設(shè)
政策一刀切，從黨政辦公開始，必須更換成國產(chǎn)電腦和國產(chǎn)系統(tǒng)，有特殊需要的必須打報告。
信創(chuàng)初期，即便是x86的電腦，一旦脫離了Windows，也幾乎只有瀏覽器和WPS能用于辦公，其它軟件要啥沒啥，用戶怨聲載道。但是高端的戰(zhàn)略往往只需要采用最樸素的執(zhí)行方式，辦公系統(tǒng)不能用就找開發(fā)者，打印機(jī)不能用就找供貨商，你做不了移植適配那就換一個能做的……于是軟硬件廠商們熱情高漲，提供軟件定制服務(wù)的新生力量紛紛涌現(xiàn)，能更快適配驅(qū)動的國產(chǎn)外設(shè)廠商也獲得青睞。
統(tǒng)信和龍芯更是“越俎代庖”，為了降低國產(chǎn)替代的成本，而為“利舊”付出了很多努力。統(tǒng)信和龍芯開發(fā)了各有特點的打印機(jī)兼容方案，把Linux對打印機(jī)的兼容性提高了幾個數(shù)量級，不過他們的獨(dú)家秘技也只支持統(tǒng)信UOS系統(tǒng)或者龍芯電腦。
有一些陳舊的在線系統(tǒng)是基于IE瀏覽器、ActiveX以及Flash，因為移植成本太高而一直保持現(xiàn)狀。龍芯為了讓這些系統(tǒng)在國產(chǎn)電腦上也能正常使用，就在“龍芯瀏覽器”中實現(xiàn)了對IE、ActiveX、Flash的兼容，不過這項功能只對確實有需要的客戶提供。
在解決政企辦公的國產(chǎn)化的同時，國產(chǎn)電腦和系統(tǒng)也在向更加專業(yè)的行業(yè)應(yīng)用和工業(yè)應(yīng)用推進(jìn)。包括AI訓(xùn)練的應(yīng)用場景中，也已經(jīng)有了國產(chǎn)電腦的身影。
現(xiàn)在信創(chuàng)已經(jīng)進(jìn)行了三年，軟件生態(tài)持續(xù)完善，用戶的怨言也越來越少。從基本不可用到能用、好用，經(jīng)歷了短期的、局部的、可控的、有序的混亂。雖然自主軟件生態(tài)仍然還有很多問題，但是在可控的前提下主動發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)好過“猝死”性的大范圍業(yè)務(wù)癱瘓。
為了避免可能發(fā)生的“Windows停止工作”、“進(jìn)口CPU被鎖死”、“保密數(shù)據(jù)被竊取”等問題，國產(chǎn)替代是必須推進(jìn)的工作。
購買IP核及架構(gòu)授權(quán)會授人以柄
計算機(jī)硬件不像軟件那樣具有“易復(fù)制、易修改、易傳播、易替代、對設(shè)備依賴低……”等特點，總體上硬件的研發(fā)難度、生產(chǎn)成本、對設(shè)備的依賴都高于軟件。因此硬件更容易被封鎖和制裁，越是高端的產(chǎn)品和設(shè)備就越容易被針對，也比針對軟件有更加明顯的成效。
內(nèi)存和SSD的技術(shù)難度低于CPU，也不會受限于軟件生態(tài)而難以銷售，目前國產(chǎn)的內(nèi)存和SSD已經(jīng)解決了設(shè)計、生產(chǎn)、市場的問題，已進(jìn)入“研發(fā)-生產(chǎn)-銷售”的正增益循環(huán)。國產(chǎn)CPU的境遇比內(nèi)存和SSD艱難很多，因為CPU的性能極度依賴設(shè)計水平和工藝制程，CPU的市場擴(kuò)張極度依賴軟件生態(tài)的完善程度。
高性能的CPU產(chǎn)品以及IP核（CPU核心等功能模塊）一直都在美國的禁售名單上，并隨著技術(shù)迭代而不斷更新，即使我國沒有像俄羅斯那樣被全面封鎖，也只能購買到二三流的產(chǎn)品和CPU核心設(shè)計。購買IP核的公司通常缺少自主設(shè)計的能力和意愿，只閱讀資料而缺少設(shè)計實踐，就不可能擁有自行設(shè)計高性能CPU的能力。只要技術(shù)的提供者沒有放棄繼續(xù)迭代，那么依靠購買技術(shù)就不可能實現(xiàn)超越。一旦封鎖等級提高，或者僅因為對封鎖的恐懼，這類公司就會煙消云散。
CPU架構(gòu)（指令集）授權(quán)也同樣如此，只要別人保持著指令集發(fā)展的主導(dǎo)權(quán)，那么購買架構(gòu)授權(quán)就始終只能亦步亦趨。一旦指令集的設(shè)計者推陳出新，且獲得主流生態(tài)支持，那么架構(gòu)授權(quán)就容易被要挾。如果新版本的指令集成為主流且不再授權(quán)，已獲得的老版本架構(gòu)就遲早會被淘汰。
目前ARM v9版本沒有授權(quán)給任何一家國內(nèi)企業(yè)，只有少數(shù)企業(yè)獲得了基于v9的IP核授權(quán)。也就是說ARM希望國內(nèi)企業(yè)不要自行設(shè)計CPU微結(jié)構(gòu)，而只購買它設(shè)計好的核心來組裝CPU。不能實踐微結(jié)構(gòu)設(shè)計，就無法掌握核心設(shè)計能力，永遠(yuǎn)都會被ARM隨意拿捏。
只有完全自主的CPU架構(gòu)（指令集），才有持續(xù)發(fā)展的可能。龍芯的遭遇也說明了就算埋進(jìn)了黃土的MIPS都能造成干擾，更何況如日中天的x86和ARM。如果不是因為龍芯早有準(zhǔn)備，設(shè)計了自主的LoongArch架構(gòu)，并且及時地重新設(shè)計全系列CPU產(chǎn)品，龍芯很可能就會陷入青黃不接的困境。所以說國產(chǎn)ARM一切鼓吹“自主可控”的說法，都是自欺欺人的托詞，是與皇帝新衣一樣的謊言。
美國敢對俄羅斯全面禁售CPU，是因為俄羅斯的自主CPU難當(dāng)大任，但對我國卻不敢使用同樣的禁令。因為龍芯和申威的CPU性能已經(jīng)可用，特別是龍芯即將發(fā)布的3A6000已經(jīng)達(dá)到主流CPU水平，美國如果全面禁售CPU，那就只會把市場拱手相讓。
美國能做的只能是以授權(quán)IP核、定制CPU等方式牽制我國自主CPU市場擴(kuò)張。盡管在龍芯3A6000誕生后，美國禁售的高端CPU核心也被打落凡塵。然而在必要的時候，美國可能會解禁部分高端的IP核授權(quán)，雖然有些“迫不得已”，但此舉既能干擾我國自主CPU開拓市場，又能繼續(xù)拿捏購買授權(quán)的CPU產(chǎn)品，總好過對自主CPU的飛速進(jìn)步袖手旁觀。
工藝限制削弱了自主CPU的競爭力
由于美國對芯片生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)渠道的封鎖，國產(chǎn)CPU目前都無法使用最先進(jìn)的工藝。國產(chǎn)CPU依靠更先進(jìn)的工藝提高頻率、堆砌核心的技術(shù)路線暫時斷絕，必須把重心轉(zhuǎn)移到提高CPU核心邏輯設(shè)計的能力上來。
只有龍芯和申威在數(shù)年前就對工藝限制有明確的預(yù)計，在設(shè)計CPU時就開始避免使用國內(nèi)無法達(dá)到的制程。而華為、飛騰都過于樂觀，產(chǎn)品迭代不同程度地受到了工藝限制的影響。飛騰原本計劃2020年發(fā)布基于7nm工藝的桌面CPU產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)杳無音信。華為海思最新的桌面CPU使用14nm工藝，單核性能僅僅原7nm工藝KP920的一半。
表面上被工藝限制打擊的只有國產(chǎn)ARM產(chǎn)品，但實際上受影響最嚴(yán)重的反而是完全自主的龍芯和申威。
比如龍芯3A5000使用14nm工藝，單核性能卻與7nm工藝的華為KP920不相上下。龍芯3A6000繼續(xù)使用14nm工藝，4核8線程的規(guī)格，主頻仍然是2.5GHz，但IPC提高了60%左右。3A6000的性能超過了酷睿7代i7-7700，直追同樣4核8線程的酷睿10代i3桌面標(biāo)壓版本。
龍芯是與核心數(shù)量相同的Intel桌面CPU進(jìn)行性能對比，和國內(nèi)某些廠商“以多勝少”的性能對比方式完全不同。比如國產(chǎn)的某x86和某ARM廠商都是用8核產(chǎn)品與Intel低壓版6代酷睿4核產(chǎn)品對比，才得到了“綜合性能相當(dāng)”的結(jié)論。
龍芯3A6000能以2.5GHz的主頻戰(zhàn)平4GHz時的10代酷睿i3，是因為它的IPC達(dá)到了Intel和AMD最先進(jìn)產(chǎn)品的水平。如果龍芯可以使用7nm、5nm的工藝，那么主頻就絕對不止2.5GHz，哪怕只提高50%，單核性能也不至于僅僅追上10代酷睿。
由于服務(wù)器CPU的主頻普遍低于桌面產(chǎn)品，龍芯5000/6000系列的服務(wù)器CPU性能就能與Intel/AMD的主流產(chǎn)品更加接近。龍芯服務(wù)器CPU已經(jīng)推出了3C5000和3D5000，分別是16核和32核，主頻2.2GHz，支持2～16路互聯(lián)。3C5000和3D5000的性能與海光相同核心數(shù)量的CPU持平，其中3D5000的綜合性能超過了飛騰的64核產(chǎn)品。
龍芯6000系列的服務(wù)器CPU尚未發(fā)布，但I(xiàn)PC相對于5000系列提高了60%就意味著相同頻率下的性能提高60%。當(dāng)前5000系列的龍芯服務(wù)器CPU性能就已經(jīng)接近2020年之前的、相同核心數(shù)量的Intel至強(qiáng)Gold，那么龍芯6000系列的服務(wù)器產(chǎn)品就應(yīng)該能與Intel當(dāng)前的服務(wù)器CPU相提并論。
工藝限制使龍芯6000系列CPU高IPC的優(yōu)勢不能充分發(fā)揮，不但使龍芯未能與其它的國產(chǎn)CPU拉開更大的絕對性能差距，也削弱了龍芯面對進(jìn)口CPU時的競爭力。
國產(chǎn)CPU沒有實力追求Intel那樣的極致頻率
Intel可以用14nm工藝讓CPU最高頻率超過5GHz，國產(chǎn)CPU卻不能仿效！
因為國產(chǎn)CPU企業(yè)沒有Intel的財力，不能通過反復(fù)流片來尋找物理設(shè)計和生產(chǎn)工藝的短板。比如最近UserBenchmark數(shù)據(jù)庫里出現(xiàn)了14代酷睿工程樣品的身影，編號“U3E1”，基準(zhǔn)頻率標(biāo)注為1.2GHz，而實際平均頻率僅0.55GHz左右。要從0.5GHz推進(jìn)到5GHz以上，不知道需要多少次流片和改進(jìn)。頻率越高，繼續(xù)提升就越難，以國產(chǎn)CPU的銷量不可能支撐起這種程度的資金消耗。
下圖是Intel自2004至2020年每年的研發(fā)費(fèi)用，單位是“十億美元”。從2012年開始，Intel每年支出的研發(fā)費(fèi)用就不低于100億美元。
龍芯6000系列CPU的IPC達(dá)到了Intel和AMD最先進(jìn)產(chǎn)品的水平，而這還不是龍芯的上限。有了高IPC的基礎(chǔ)，只要國內(nèi)的芯片生產(chǎn)工藝有了重大突破，龍芯CPU的性能就能一飛沖天。除了龍芯CPU，申威的設(shè)計能力也在穩(wěn)步提升，國產(chǎn)的SSD也越來越高端，其它更多類型的芯片也越來越有競爭力……
因此筆者認(rèn)為對于已經(jīng)上了美國黑名單的企業(yè)，美國對芯片生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)渠道、生產(chǎn)設(shè)備的封鎖就不會放松，因為先進(jìn)工藝可以大幅度提升包括CPU在內(nèi)的各種芯片的性能。雖然大部分芯片產(chǎn)品不需要最新的工藝，但是改換工藝比設(shè)計高性能CPU簡單太多，一旦開了口子，自主CPU的性能就會突飛猛進(jìn)。
美國也很難進(jìn)一步加強(qiáng)對芯片生產(chǎn)的封鎖和制裁，因為我國對芯片生產(chǎn)行業(yè)的投入遠(yuǎn)超俄羅斯，產(chǎn)業(yè)鏈基本上能保證自給自足。雖然部分工藝和耗材還存在短板，但技術(shù)難點也正在被逐步攻克。何況對于龍芯和申威這種自主設(shè)計實力強(qiáng)大的CPU企業(yè)來說，用最新的核心搭配28nm的陳舊制程也不是不可以。下面以龍芯為例，說明可以使用陳舊制程的理由：
龍芯3A4000是使用的28nm制程，且有境內(nèi)流片的版本。
龍芯3A5000的核心只是微調(diào)后升級為14nm工藝，IPC提高10%。
龍芯3A6000是重新設(shè)計的核心，不但I(xiàn)PC提高了60%左右，功耗沒有增加，面積還減小了10%。
因此龍芯3A6000就算使用28nm制程，芯片面積也會比3A4000更小，功耗與3A4000持平，IPC相對3A4000提高70%以上。主頻達(dá)到2.0GHz左右，性能仍然能在國產(chǎn)同類型CPU中保持第一，相當(dāng)于相同核心數(shù)量的10代酷睿低頻低壓版本。
受客觀條件限制，龍芯和申威都以增強(qiáng)自身的設(shè)計能力為主，才能做到不強(qiáng)求先進(jìn)工藝，不苛求極致頻率。無論歐美的封鎖將來更嚴(yán)厲還是更寬松，只要自己的設(shè)計能力足夠強(qiáng)大，就能夠從容應(yīng)對工藝的變化。
綜上所述
我國的自主軟件生態(tài)比俄羅斯完善，除了基本滿足行業(yè)應(yīng)用，也已經(jīng)達(dá)到了普通用戶基本可用的級別。
我國的自主CPU性能比俄羅斯強(qiáng)大，可以滿足絕大多數(shù)應(yīng)用場景的需求。
我國的芯片制造產(chǎn)業(yè)鏈比俄羅斯成熟，技術(shù)水平更高、待攻克的短板更少，能基本滿足國內(nèi)應(yīng)用的需要。
歐美不敢對我國實施與俄羅斯同等級的封鎖和制裁，因為美國不敢。一旦國外IT企業(yè)退出中國市場，國內(nèi)企業(yè)就會立即填補(bǔ)空缺，等于它們把中國市場交還給中國企業(yè)。
只有自己足夠強(qiáng)大，對手才不敢輕舉妄動，如果沒有足夠強(qiáng)大的自主CPU和自主軟件生態(tài)，我們也一定會遭遇與俄羅斯相同的窘境。因為我國人口更多，消耗更大，缺芯之后只會比俄羅斯更加艱難。
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