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测评 | 匹敌英特尔Core i5! 国产3.0GHz x86处理器性能独家首测

发布时间:2020-07-07 09:53:15 所属栏目:外闻 来源:站长网
导读:副标题#e# 从1999年开始举办的上海工业博览会,在2007年正式更名为中国国际工业博览会,展会发展至今20年,不仅一直倍受全球各类顶尖企业的关注,而且还由国务院批准成为了唯一具有评奖功能的工业类展会。中国国际工业博览会已经成为企业公认的向潜在客户展
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从1999年开始举办的上海工业博览会,在2007年正式更名为中国国际工业博览会,展会发展至今20年,不仅一直倍受全球各类顶尖企业的关注,而且还由国务院批准成为了唯一具有评奖功能的工业类展会。中国国际工业博览会已经成为企业公认的向潜在客户展示各类产品,体现企业最高实力的盛会。

毫无疑问,展会上有实力的企业可以说数不胜数,但在刚刚结束的第20届中国国际工业博览会上,一款国产x86处理器却杀出重围,获得了工博会的最高奖项—金奖。我们知道,x86处理器领域的市场、技术长期被国外的企业垄断,那么这款处理器到底有何实力,能够击败众多竞争对手,获得整个行业的认同呢?接下来就让《微型计算机》来为您揭开这颗处理器的神秘面纱。

中国国际工业博览会是由国家发展和改革委员会、商务部、工业和信息化部、科学技术部、教育部、中国科学院、中国工程院、中国国际贸易促进委员会和上海市人民政府共同主办,中国机械工业联合会协办,上海世博(集团)有限公司承办的中国最具影响力的国际工业品牌展。显然这款处理器能获得如此多专业、高层举办单位的认可,就必定有它的不俗之处。而这款处理器就是由上海兆芯集成电路有限公司设计的最新一代开先KX-6000系列x86处理器。

事实上,《微型计算机》长时间以来一直在跟踪报道国产兆芯x86处理器。与采用精简指令集的龙芯、申威等国产处理器不同,兆芯研发的处理器兼容x86指令集,可以运行Windows、Linux和多款国产操作系统,并且能够全面胜任日常办公、影音播放、数据存储、大众娱乐等应用。其产品在近几年也实现了多代发展,从早期在市场上销售的ZX-C处理器,到架构设计上有大幅更新的开先KX-5000系列处理器,再到现在的KX-6000系列,兆芯x86处理器的技术水准一直在不断提升。

兆芯处理器的发展之路:从南北桥架构到开先KX-5000系列

自2014年首次推出基于x86架构的ZX-A双核处理器后,兆芯接下来就完成了代号“张江”、4~8核心处理器ZX-C、ZX-C+处理器的设计与量产,并推向了市场,得到了厂商与政府部门的采用。ZX-C与ZX-C+两类处理器均基于28nm CMOS工艺打造,主频最高2.0GHz,兼容x86指令集,支持CPU虚拟化技术,ZX-C+处理器还支持SM3和SM4高速国密算法指令。

高速国密算法指令是由兆芯自主研发的一套算法指令集,不仅能大幅提升SM3和SM4两种国密算法的运算速度,还让密码学相关应用的开发以及部署和推广更为方便,这是市面上其他国外x86处理器所不具备的。

当然从技术上看,ZX-C、ZX-C+同国外产品还有比较明显的差距:整个平台还采用的是较为早期的南北桥架构设计,处理器只是一个单纯的计算核心,需要通过北桥、前端总线与显卡、内存进行通信,同时缓存的同步也需要先将数据传输到北桥。所以系统传输数据的能力不仅会被前端总线狭小的带宽所限制,访问延迟也大为增加。

所以前端总线架构的先天不足,在内存、显卡与缓存同步工作带来的高延迟,以及前端总线带宽限制都会对基于ZX-C+核心的多核处理器性能带来较大的影响。因此上海兆芯集成电路有限公司再接再厉,在2017年底推出了采用SoC(System-on-Chip)设计、核心架构名为“五道口”、代号ZX-D的新一代开先KX-5000系列处理器。

兆芯对开先KX-5000系列处理器内核的流水线进行了重新设计,其中开先KX-5000系列处理器的整数流水线相比ZX-C大幅减少了分支预测失败的开销,同频性能更强,并保持工作频率不变,而核心面积和功耗仅略微增加。

此外,CPU的L1及内存访问都实现了带宽翻倍,并在末级缓存引入了先进的替换算法,在相同缓存容量的情况下可大幅减少某些应用程序的缓存缺失率。同时,开先KX-5000系列处理器缓存的性能与容量均有了很大提升。在开先KX-5000系列的8核心处理器中,每4颗核心共享4MB缓存,总计拥有8MB缓存。

更值得一提的是,基于“五道口”架构的开先KX-5000系列处理器在架构上实现了与北桥的完全融合,使得其缓存数据的一致性直接在处理器内部就可以完成。这也就意味着处理器之间的交互不用再通过北桥,而是使用片内高速点对点直连网络互联,降低了延迟并提高了带宽,为将来更多核心的互联提供了基础(有点类似AMD处理器的ZEN架构)。

兆芯开先KX-5000系列采用BGA封装,直接焊接在主板上,将原北桥部分的内存控制器、PCIe控制器、集成图形核心全部整合在处理器内部。这款处理器采用28nm工艺生产,工作频率在2.0GHz。

同时开先KX-5000系列处理器在内部整合了PCIe控制器、DDR4内存控制器,也使得它成为国产处理器中首款可以支持DDR4内存的产品。处理器可通过内部的高带宽直连总线访问内存、显卡。其中内存访问带宽提升了1~2倍,能够有效地发挥出DDR4内存的优势,对于处理器多核及多线程应用有显著的提升。

不过相对于国外产品,开先KX-5000系列处理器仍然存在不足,首要问题就是它仍采用较老的28nm工艺生产,因此这款处理器的工作频率与ZX-C、ZX-C+系列处理器类似,最高频率只能达到2.0GHz,与国外产品相比有明显差距。其次也是由于工艺的影响,它的融合度并不高,仅仅只整合了原主板北桥功能部分,内部并没有集成如USB控制器、SATA控制器这些南桥功能模块,所以就电脑平台而言,它仍然需要搭配兆芯的ZX-200 IO扩展芯片才能正常使用。

兆芯也设计了配套的ZX-200 IO扩展芯片,可以提供多个PCIe、USB、SATA、M.2接口,既可作成主板上的芯片组,也可单独设计成独立扩展卡,插在普通主板上,为用户提供更多的接口。

(编辑:源码网)

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