《电子技术应用》

龙芯实现桥片和GPU自主化 长征之路又前进

2017/10/24 5:00:00

日前,龙芯7A1000桥片已经研发成功,并顺利完成样片的功能测试以及相关系统基础开发工作。值得一提的是,龙芯7A1000桥片还搭载了由龙芯自主研发的GPU,虽然这款GPU的2D性能只是堪用,3D性能非常一般,但在桥片和GPU上彻底实现了完全自主化,打通了CPU产业链上每一个环节,尽管龙芯的长征之路还很漫长。

桥片是CPU公司的必争之地

在10多年前,与X86 CPU适配的桥片还有不少厂家,像美国英伟达、中国台湾的VIA、SIS也曾经做过桥片,VIA的桥片曾经卖的非常火爆,甚至一度占据过相当大的市场份额。由于VIA拒绝停产一些与Intel处理器针脚或总线兼容的处理器产品,其占据的较大桥片市场份额也使Intel损失了部分利益。在2006年3月31日,Intel对VIA的技术授权到期之后,Intel选择了不再与VIA续约,这直接导致当年VIA紧急向客户发出“威盛FSB-133处理器停产通知补充说明书”,表示因与Intel协商相关总线使用授权问题,将自2006年3月31日以前停产FSB-133/100/66型号嵌入式处理器。在遭到Intel专利大棒之后,VIA的CPU和桥片都遭到了毁灭性打击,Intel也逐渐将桥片收入囊中。

不仅仅是Intel重视桥片,从AMD过往的历史中也能看出,其对桥片非常重视。虽然AMD也曾经开发过AMD750、AMD760等产品,但在AMD760之后,AMD在一段时间内停止了桌面领域后续产品的研发,把主要力量集中到CPU和主板的研发上,而在桌面桥片市场,由VIA和英伟达等公司为AMD供货。

在AMD研发出K7之后,在整个K7时代,AMD也没有针对民用市场的桥片,民用市场上支持的AMD桥片主要来自VIA、SIS和英伟达。不过,在AMD收购ATI之后,则重新在桥片上发力。并大力推广3A平台概念,不仅将VIA、SIS和英伟达的桥片逐出市场,还使3A平台概念“深入人心”,以至于不少网友在DIY电脑时调侃“3A平台神秘加成”。

从上述的例子可以看出,像Intel、AMD这样非常成功的CPU公司,都非常重视桥片,哪怕桥片掌握在自己的重要合作伙伴手中,也依然不放心。因为桥片代表平台,Intel就是通过控制桥片和主板控制平台,进而获取更高的利润。毕竟单纯一块CPU就那么多钱。用桥片可以控制主板,并采用“换针脚大法”让用户不断升级。这其实和手机不让换电池,在电池老化后逼迫用户换手机是一个道理。

正是因此,CPU公司必须要动用一切手段将其收入囊中,而像DEC、SUN、惠普(PA-RISC)这些在GPU和桥片缺乏建树的公司最后都销声匿迹了。像Intel、AMD这些掌握了CPU、GPU、桥片的公司才能在市场竞争中存活下来。


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桥片和GPU不再是龙芯的短板

一直以来,龙芯的CPU部分具有非常高的自主性,可以做到除了使用流片厂家提供的标准单元库、Memory Compiler生成的RAM、低速IO单元以及efuse单元以外,包括锁相环、HT PHY、DDR2/3 PHY、多端口寄存器堆、CAM、温度传感器等宏单元都是龙芯自己定制的,没有使用任何第三方的宏单元模块。与国内一些虽然宣传是“中国芯”,但大量购买境外模块做集成的厂家形成鲜明对比。

相对而言,桥片和GPU是龙芯短板。在过去很长一段时间,与龙芯CPU相配套的是AMD的芯片组。一片龙芯3号CPU需要1片AMD RS780E北桥和1片AMD SB710南桥做适配,这不仅使龙芯在桥片上受制于人,还增加了龙芯电脑的整机成本。而且AMD RS780E北桥和AMD SB710南桥相对古老的制造工艺,以及其搭载的GPU,已经越来越跟不上时代了。

诚然,在此之前,龙芯也有自主可控的3A3000 CPU+2H桥片方案,不过作为龙芯的第一款桥片,龙芯2H不够成熟,加上把2H作为桥片是不得已而为之,颇有赶鸭子上架的嫌疑。就性能来说,龙芯3号CPU+2H桥片方案是不如采用龙芯3号CPU+AMD芯片组方案的。

此外,功耗、成本、降低商业风险和信息安全风险也是龙芯开发自己桥片的重要原因。虽然CPU是大脑,发出指令的指挥者作用,而桥片只是一条通路,采用AMD的桥片风险小,但依旧有一定安全风险,这也是龙芯会开发龙芯3号CPU+2H桥片方案的原因。而在开发出性能更好,且完全自主的桥片之后,则能解决使用AMD桥片带来的信息安全隐患。

就功耗来说,由于AMD RS780E北桥和AMD SB710南桥相对古老的制造工艺,加大了龙芯整机系统的功耗,而随着时代的进步,龙芯7A则可以使用相对先进的制造工艺,这能使桥片的功耗从15瓦左右,降低了5-7瓦。

就成本来说,毕竟买别人的东西一般会比用自己的东西成本更高,这也是为什么龙芯首席科学家胡伟武曾表示,在用自己的桥片之后,整机的成本可以控制的更好的原因。而且靠人人跑、靠山山倒,将桥片寄希望于AMD是不切合实际的,因为一旦AMD桥片停产,就会对龙芯造成很大的冲击。

龙芯7A桥片着眼于满足用户需求

根据龙芯官方资料介绍:龙芯 7A 1000通用套片是面向服务器及高端桌面领域的龙芯 3 号系列处理配套桥片,采用40nm制造工艺,采用FC-BG804封装。该桥片集成一路HT3.0用于连接龙芯3号系列处理器,其它的主要外围接口包括两路 x8 PCIE2.0、两路 x4 PCIE2.0、四路SATA2.0、六路 USB2.0、两路 DVO显示接口、64 位 DDR2/3,及其它各种小接口。该桥片可以满足部分服务器及桌面领域应用需求,并为其扩展应用提供相应的接口。

从官方的介绍中可以看出,这款桥片的接口比较古老,而且采用相对老旧的40nm制造工艺。而龙芯自主研发的GPU其2D性能基本优于过去使用AMD芯片组中集成的GPU,但3D性能还是非常一般。

由于龙芯目前主要针对工控等行业应用和党政军场景,这些场景对性能要求一般不高,更看重稳定性,因而这些相对老旧的接口也能满足用户的需求。少数对性能有较高要求的场景下需要3D性能和好的显卡,也可以选择插独立显卡,毕竟AMD有几款显卡Linux下驱动是开源的。在中国国产GPU性能非常有限的情况下,外插AMD独显,也是无可奈何的选择。

目前,龙芯的合作伙伴已经开展龙芯3A3000+7A1000的模块和主板产品设计,想必在不久的将来就会有相关产品问世。在拥有了自己的7A1000桥片之后,龙芯实现CPU、桥片和GPU上完全自主化,打通了CPU产业链上每一个环节。不仅可以使整机平台的功耗和成本变得更低,还能不惧怕AMD停产芯片组,并降低在信息安全方面的风险,龙芯的长征之路将不再有任何掣肘。


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