飞腾基于Arm架构，打造三大CPU系列
随着国内 ic 创业公司不断增加，arm 和 risc-v 受到越来越高的关注，一个是成熟架构体系，一个是新兴开源架构体系，在业界颇受关注。arm 凭借低功耗和低成本，在移动互联网市场已经打出一片天地，过去三年，基于 arm 架构的芯片平均每年出货量超过 220 亿颗。risc-v 凭借开源吸引了一众新兴 ic 公司的热捧。展望未来，arm 呈现怎样的发展趋势？如何兼具高主频、低能耗、安全可靠的特性？哪些优势 risc-v 不可替代？
带着这些问题，特邀天津飞腾信息技术有限公司副总经理张承义参与新一期专题 --《arm 架构的“期中考试”》。 张承义认为，“ arm 架构是一个充满蓬勃生机，并正在迅速发展的生态体系，是信息技术应用创新产业领域中兼具开放性和性能优势的 cpu 架构体系，且适用于各种嵌入式、移动终端、桌面终端、服务器、云计算、甚至高性能计算机各种应用领域，能够打通从端到云的全栈生态，适应当前多形态信息系统之间协同、共生、互通的技术发展趋势。”
基于arm架构，打造三大cpu系列
飞腾采用的是 arm v8 指令集架构，自主开发兼容 armv8 指令集的 cpu 产品。目前主要有面向服务器、桌面终端和嵌入式三个领域的 cpu 产品，2017 年推出了高性能服务器 cpuft-2000+/64 处理器，是国内首款自主设计的 64 核通用 cpu，也是国际上首款兼容 arm 指令集的 64 核通用 cpu；ft-2000+/64 能够提供面向企业级信息化基础设施建设所需的计算能力和访存带宽，目前在国内政务云、金融、电信、能源等关键行业信息系统中；在服务器 cpu 产品线，公司 2020 年即将推出新一代多路服务器 cpu，支持 2~8 路服务器的构建，满足金融、电信等领域对高算力、大内存的应用需求。
目前高效能桌面 cpu 主流产品是 2019 年推出的 ft-2000/4，适用于构建桌面终端计算机，包括台式机、一体机、笔记本电脑和瘦客户端等产品，并可通过“降频”、“减核”的方式，在能源、交通、化工、金融等关键领域实现嵌入式低功耗应用。联想、长城、同方、浪潮、紫光等数十家整机厂商已经基于 ft-2000/4 推出了各种类型终端并投放市场。针对高端嵌入式应用，飞腾在 2017 年推出了 ft-2000a/2，适用于嵌入式工业控制、瘦客户机等领域。目前飞腾 cpu 的出货量已经超过 70 万片。
“高主频、低能耗、安全可靠”一个都不能少
在高端应用中，随着芯片主频的提高，功耗也会随之提高，芯片厂商一直在平衡用户对“高性能低功耗”的进一步需求。在张承义看来，高性能和低功耗天生是一对矛盾，二者不可得兼，但是芯片厂商可以通过相关设计技术来提高芯片产品的性能功耗比。同时，在芯片设计时会增加丰富的软件控制接口，使用户能够根据自己的应用特征动态地调节性能和功耗。
无论是物联网应用，还是 5g、ai 应用，用户对安全的关注越来越高，为了应对安全问题，arm 发布了自身的安全架构。飞腾也构建了安全可信系统的产品栈，一方面，arm 架构本身就具有一些安全特性，飞腾在 cpu 设计时都实现了兼容支持。同时飞腾自定义了飞腾处理器的安全架构标准 pspa，从芯片设计层面实现安全相关功能、提升芯片安全特性。pspa 是国产 cpu 企业首次发布 cpu 层面的安全架构标准，从 cpu 层面实现计算机系统自底向上的本质安全，构建主动免疫可信计算平台。飞腾已发布的 ft-2000/4 中实现了 pspa 标准，从 cpu 层面为可信计算提供了有效支撑。
顺应边缘计算发展，看好绿色设计市场
我们从近十年互联网产业的高速发展可以看到，不同的产业阶段对 it 基础架构和计算能力会提出不同的要求。新应用、新技术、新架构是未来数字化转型的关键，计算平台创新是数字化转型的基础。随着自动驾驶、云游戏、vr/ar 等应用的兴起，以及物联网、移动应用、短视频、个人娱乐、人工智能的爆炸式增长，用户对应用体验的追求不断提高。同时，边缘计算逐渐兴起，未来超过 70%的数据和应用将在边缘产生和处理。
对于边缘计算的未来发展，张承义表示，“未来，多种计算架构并存，云服务的普及将是计算产业的发展方向。飞腾也非常看重符合高性能、低功耗、低延时的绿色计算市场，以服务器和终端市场为发力点，致力于整合业内生态伙伴资源，做大市场蛋糕，为产业提供绿色节能、安全可靠和优异性能的算力基础。”
服务器市场，arm已经准备就绪
在服务器市场，arm 从未放弃，虽然已经有很多公司放弃基于 arm 架构开发服务器产品，但是仍然有新来者开阔市场，亚马逊 aws、ampere、华为等厂商已经基于 arm 架构推出了服务器产品，只是市场规模还较小。
分析原因，张承义指出，在 2019 年前，服务器市场仍旧是 x86 占据绝对垄断地位，但在 2019 年这种形式在悄然发生变化，全球 arm 服务器市场份额已经上升到了 1.3%，中国服务器市场中 arm 服务器占比上升到了 5%。数据表明，arm 服务器已经找到自己的市场定位，逐渐受到了用户的认可。arm 架构由于其在嵌入式移动终端领域的成功，在指令集架构阵营里是一种独特的存在，而 5g 应用和云计算的加速发展，正在打破原有的市场格局，在相关解决方案中更加注重性能、能效以及面向特定业务的定制型优化。信息技术应用创新场景所带来的海量数据计算、存储的需求，将产生新的巨大的市场，也会同时带来对基础计算架构多元化的需求。
arm和risc-v之争
risc-v 架构凭借开源性和灵活性吸引了众多国内半导体公司的关注，有些 ip 公司、芯片设计公司已经开始基于 risc-v 架构开发产品，这难免对 arm 造成一定的市场压力。但是张承义用 windows 和 linux 的故事做了解释。
上世纪末，在操作系统领域，windows 和 linux 之间也有过类似讨论，windows 是 pc 端的绝对主流系统，linux 相对小众，但没有兼容性等问题，移植起来相对容易。目前 arm 和 risc-v 的竞争也面临相似局面。目前，在移动终端及 iot 领域，arm 在产品覆盖的全面性上，以及标准定制化方面，仍有很大优势。在云计算、桌面等领域，也有大量的企业级用户投入了巨大的资源在构建一个逐步完善的生态。risc-v 对于芯片设计厂商在初期成本方面确实有一些优势，但在生态系统上尚难以提供完整的支持，指令集的任意扩展也会导致软件兼容的碎片化问题，所以对于芯片厂商来说，很大概率花在后续生态建设上的成本会抵消掉一些早期成本优势。而在一些对生态系统的成熟度和统一性要求不高的应用领域，如 mcu 等，是 risc-v 可以重点发力的领域。
张承义强调，“arm 架构、x86 架构这么多年来之所以在各自优势领域里长期保持领先，是因为他们已经建立起了完整的生态，除了芯片架构以外，生态周边的产品也都是围绕架构来进行整合的，在这一点上，risc-v 是比较欠缺的，该阵营缺少一个强有力的代表企业来组织推动。由于 risc-v 开源的方式，大家都可以自由根据自己的需求进行增删等修改，最终用户使用到的 risc-v 架构就有所差异，相应的规范也不一样，进一步使得生态难以统一。”
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目前高效能桌面 cpu 主流产品是 2019 年推出的 ft-2000/4，适用于构建桌面终端计算机，包括台式机、一体机、笔记本电脑和瘦客户端等产品，并可通过“降频”、“减核”的方式，在能源、交通、化工、金融等关键领域实现嵌入式低功耗应用。联想、长城、同方、浪潮、紫光等数十家整机厂商已经基于 ft-2000/4 推出了各种类型终端并投放市场。针对高端嵌入式应用，飞腾在 2017 年推出了 ft-2000a/2，适用于嵌入式工业控制、瘦客户机等领域。目前飞腾 cpu 的出货量已经超过 70 万片。
“高主频、低能耗、安全可靠”一个都不能少
在高端应用中，随着芯片主频的提高，功耗也会随之提高，芯片厂商一直在平衡用户对“高性能低功耗”的进一步需求。在张承义看来，高性能和低功耗天生是一对矛盾，二者不可得兼，但是芯片厂商可以通过相关设计技术来提高芯片产品的性能功耗比。同时，在芯片设计时会增加丰富的软件控制接口，使用户能够根据自己的应用特征动态地调节性能和功耗。
无论是物联网应用，还是 5g、ai 应用，用户对安全的关注越来越高，为了应对安全问题，arm 发布了自身的安全架构。飞腾也构建了安全可信系统的产品栈，一方面，arm 架构本身就具有一些安全特性，飞腾在 cpu 设计时都实现了兼容支持。同时飞腾自定义了飞腾处理器的安全架构标准 pspa，从芯片设计层面实现安全相关功能、提升芯片安全特性。pspa 是国产 cpu 企业首次发布 cpu 层面的安全架构标准，从 cpu 层面实现计算机系统自底向上的本质安全，构建主动免疫可信计算平台。飞腾已发布的 ft-2000/4 中实现了 pspa 标准，从 cpu 层面为可信计算提供了有效支撑。
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