兆芯：以自主x86架构实现硬件安全

作者/ 乔北 《电子产品世界》编辑

摘要：国产通用处理器现在仍面临自主IP、产业标准和生态建设等问题，兆芯以完全自主研发设计的x86架构通用处理器，与国内行业领军企业，在操作系统、工艺、固件、整机、嵌入式工控、网络安全等领域通力合作，共同构建了一条从芯片研发生产，到硬件整合、系统集成、应用和服务的完整国产化产业链。

　　“芯片是联网设备的核心，尤其是通用处理器，在包括国家机关、保密单位、军事领域在内的各行业中都占有重要的地位。通用处理器芯片一旦出现问题，造成的不仅仅是经济影响，甚至会涉及国家主权问题。”上海兆芯集成电路有限公司副总裁傅城博士在北京国际互联网科技博览会上强调。

　　上海兆芯集成电路有限公司在北京国际互联网科技博览会上，以“自主安全可靠的国产x86解决方案”为主题，展出了公司自主设计研发的国产x86通用处理器，以及应用兆芯国产通用CPU的一系列国产整机、服务器，基于兆芯国产通用CPU的集成解决方案、可信终端解决方案等产品和解决方案。并与电子产品世界编辑就当下通用处理器芯片的发展中的关键问题进行了探讨。

国产通用处理器面临的问题

　　我国通用处理器在产业发展上还存在一些问题亟待解决。第一，完全自主的IP，目前，国内很少有处理器IP核100%完全自主的公司;第二，产业标准，国产CPU设计公司在进行CPU设计研发工作时，必须要遵循的普遍是国际上的协议和标准;第三，国产通用处理器的生态规模还比较有限，同时，应用推广的规模也比较有限;第四，研发投入仍然不足。例如，我国每年核高基专项的研发投入还不及英特尔的8%，这个差距可想而知。

　　傅城博士认为，从解决问题的角度出发，针对自主IP问题，企业需要实事求是，坚持自主创新。兆芯在这方面就没有这种后顾之忧，兆芯国产通用处理器和芯片组的相关IP100%是由兆芯自主设计研发的。针对产业标准的问题，可以考虑对利用市场吸引国际标准化组织本土化这一渠道加以改善，同时也需要产业内的龙头企业和政府的积极参与和支持。生态规模和应用推广有限，研发投入不足的问题，除了需要企业更加开放合作，也需要寄希望于政府和相关组织的引导和支持。

基于x86架构，发展自主通用处理器

　　芯片是一种重要的“原材料”，芯片的发展水平高低严重制约着我国信息技术和高科技产业的发展。2013年以来，我国每年进口的集成电路价值超过2000亿美元，自给率严重不足。而这些进口芯片大部分又以成型的终端产品出口到境外，我国现在所谓的高科技制造业所做的大部分工作是整合加工，因而，所能获取的附加值和利润极低。

　　面对可能出现的进出口限制对信息产业和经济发展造成的影响，以及信息安全和国家安全问题。尤其是随着近些年全球信息安全问题不断暴露，由于硬件的后门既难以发现，又难以修复，没有自主可控的芯片就难以保证我国的信息安全和国家安全。因此，设计研发拥有自主知识产权的芯片就显得尤为关键。

　　x86架构芯片在全球互联网和信息技术产业中都格外关键，其在桌面办公领域的占有份额高达95%以上，并且具有生态系统成熟，操作系统、办公软件迁移成本低廉，软硬件兼容性出色等优势。“面对全球范围内已被广泛接受的局势，发展自主可控的x86高端通用芯片，在核心芯片和关键领域早日实现国产自主可控产品的替代，显然是投入产出比较高的一种渠道。”傅城博士称，“兆芯的最终目标并不局限于国内市场，而是在国际市场上与国际厂商竞争。使用全球通用的架构和芯片，比起推动全新的架构和芯片的应用，显然更容易被市场接受。”

ZX-D系列

　　ZX-D是兆芯自主设计研发的新一代国产自主可控通用处理器，相比ZX-C，ZX-D采用了全新的架构设计，芯片面积虽然有所增加，但集成了CPU、内存控制器、GPU等单元，高速缓存空间更大，这使得处理器内部数据交换更加高效，性能也有较大的提升。根据权威机构的测试报告，在保持和开先ZX-C系列处理器工作频率不变的前提下，兆芯ZX-D系列处理器比开先ZX-C系列处理器在整数单任务运算性能上有20%左右的提升，在整数多任务运算性能上的提升更接近50%。

　　另外，兆芯ZX-D也是国内首款支持DDR4内存的国产通用CPU，这对于整机性能的提升也是一个积极的因素。

生态建设

　　首先，兆芯的国产x86处理器在不断地壮大，性能也在不断增强。兆芯的国产通用处理器有开先ZX-C四核、开先ZX-C+四核和开胜ZX-C+八核产品，均可应用到计算机、服务器、嵌入式和工控设备的设计生产中。三款国产通用处理器均实现了规模量产。兆芯ZX-D系列处理器目前也呼之欲出。

　　兆芯国产x86处理器的性能、芯片的可靠性和稳定性达到了行业领先水准，这些因素让兆芯国产x86处理器完全胜任日常办公的需求。另外，兆芯已经能够做到每一款芯片的供货品质良率都达到99.8%以上。

　　其次，以兆芯国产x86为核心的国产化产业链日趋完备。兆芯与国内行业领军企业，在操作系统、工艺、固件、整机、嵌入式工控、网安等领域通力合作，共同构建了一条从芯片研发生产，到硬件整合、系统集成、应用和服务的完整国产化产业链。

　　在兆芯与国内行业龙头企业共同构建的国产化产业链内，除了国产化电脑等设备的设计生产和系统集成，兆芯和产业链伙伴还在提升办公设备、应用软件的兼容性，以及完善服务和扩展应用领域方面不断的努力。国产化办公电脑现已支持总计1000余款外设产品和5000余款应用软件，服务体系囊括11000多名产品服务工程师，覆盖全国超过2000个县级城市。

　　最后，兆芯协同产业链伙伴，在市场化方面，已经取得了一定的成果。兆芯开先ZX-C处理器自2015年4月量产以来，在桌面电脑领域，兆芯ZX-C处理器已被联想、长城、同方等国内整机厂商采用。基于兆芯ZX-C处理器的联想开天M6100台式机、开天A6100一体机、昭阳CF03笔记本等产品已经通过了国家强制性3C认证、能效一级认证、中国节能认证和绿色环境标志认证。

　　采用兆芯国产通用处理器的整机，在日常办公体验上，与大众常见的PC没有任何差异。应用兆芯国产x86通用处理器的整机已在党政军办公、信息化等国家重点系统工程中得到实际应用，并获得了“性能良好，质量可靠，能够满足实际工作需要”的积极反馈。除桌面办公领域之外，兆芯x86通用处理器在服务器、嵌入式整机、存储系统等领域也可以满足用户需求。随着推广的进行，应用兆芯x86通用处理器的各类设备将逐步进入到金融、电力、税务等应用领域，根据需求进行全面国产化替代。

　　参考文献：

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　　[2]王莹.芯片的知识产权保护需要协同与坚决[J].电子产品世界,2015(5):18-18.

　　[3]王莹.兆芯X86 CPU找到党政军蓝海[J].电子产品世界,2016(7):16-17.

　　[4]迎九.本土内存制造需要狼性、特色和专利[J].电子产品世界,2015(8):27-29.

　　本文来源于《电子产品世界》2017年第6期第19页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。