中国的飞腾-火星CPU到底是不是在吹牛？

ZD至顶网服务器频道 08月28日 评论分析（文/赵效民）：在最近于美国召开的顶级处理器技术研讨大会HOT CHIPS 27（第27届）上，来自中国的广州飞腾信息技术有限公司（Phytium Technology），着实让与会者眼前一惊，其发布的基于ARMv8指令集架构的火星（Mars）处理器被高度关注。这方面国内已经有很多媒体率先进行了报道，并将对比目标无一例外的指向了当今处理器的老大英特尔，以飞腾给出的评测数据为基准，强调了可以与当今最新的英特尔至强E5、E7处理器媲美。

不过也有的媒体觉得这可能又是一个吹牛的产品，可能中国在CPU方面的研发长期给人一种负面印象，所以这种感觉可以理解，那么飞腾是不是吹牛呢？我们就来仔细看看。

首先这个飞腾公司的确与之前广为人知的飞腾处理器有密切的渊源，它是飞腾处理器研发者——中国国防科学技术大学（NUDT）高性能处理器研究团队建立的企业。要知NUDT是目前全球最快的高性能计算机“天河二号”的研制单位，所以技术实力毋庸置疑。而这次也是飞腾处理器全面转向ARM架构的第一次亮相，但飞腾公司本身显然没有完全进入状态，打开他们的网站还是下面这个状态，看来这个官网似乎也是为HOT CHIPS大会准备的。

飞腾公司的网站，点击产品一栏，还是这样的页面……

不过，不太重视市场宣传文档的建设是中国科技企业的传统，笔者今天就不在此多说了，下面先看看处理器本身的设计。

其实飞腾正在研发的有两款处理器，火星只是其一，另一款叫“地球”（Earth），两款CPU各自负责不同的领域，简单来说，火星更为高端，为Scale-Up做好了准备，而地球则更偏向于Scale-Out，但实际应用中，肯定不会这么绝对划分。

飞腾正在研发的有两款处理器——火星与地球，面对不同的应用需求，火星明显更为高端，但两者在不少应用领域有所交叉覆盖

对于火星处理器本身，采用定制授权的AMRv8架构，大家都知道ARMv8有三个架构——Cortex-A53、A57、A72，但飞腾自己开发了ARMv8兼容架构，并不是上面的任何一款，这也体现出了中国在ARM领域的最高研发能力。

火星处理器的基本规格，特别指出了浮点计算性能可达512GFLOPS

火星处理器的基本规格，64个代号为小米（此小米非彼小米）的处理器核心分布在8个核心模块（Panel），每个核心模块都有自己的缓存与内存控制芯片（CMC，Cache & Memory Chip），每个CMC内置3级缓存，并连接两个DDR3-1600内存通道，但CMC的聚合带宽为25.6GB/s，一共8个CMC，总聚合内存带宽为204.8GB/s，这个带宽已经超过了目前的至强E5V3和E7V3，前者采用4通道DDR4-2133设计，带宽68GB/s，后者4通道内存缓冲设计，最高速率3200MT/s（与内存规格无关），带宽102GB/s。不过这个带宽要小于IBM的POWER8，后者为230GB/s，但高于国产化的POWER处理器CP1（115GB/s）。

在缓存容量方面，火星处理器64个核心，二级缓存为32MB，平均每个核心512KB，与POWER8相当，高于至强处理器的每核心256KB的设计，而在CMC上还有总共128MB的L3缓存，平均每核心2MB，少于至强处理器的平均2.5MB，以及POWER8的平均8MB，所以说各有所长。

在I/O方面，火星处理器集成了两个PCIe 3.0x16控制器，I/O带宽达32GB/s，不过在这张图上，还看不出CPU之间的互联设计。

目前火星处理器采用28纳米生产工艺，主频为2GHz（要知道22纳米工艺18核心的E5V3-2699，主频是2.3GHz）可能未来会在台湾以更先进的工艺生产，封装引脚数量达3000pin，最高功耗120W，低于E5与E7的顶级型号。

火星处理器的每个核心模块的架构，包含8个小米核心

在每个核心模块（Panel）里，可以看出是一个对称架构，中间是路由单元，8个小米核心以路由单元为界上下分为两组，每4个小米核心共享2MB的二级缓存，每个小米核心支持AArch32与AArch64运行模式，采用基于目录的缓存一致性设计，每组小米核心，置于目录控制单位（DCU，Directroy Control Unit）管理之下。

火星处理器的小米核心架构

在每个小米核心的内部设计，可以看到有4个指令解码器，两个用于浮点计算的FP/SIMD单元，全面支持乱序执行，而流水线也较短，这也是RISC架构核心的一个特点。火星处理器宣称的双精度浮点计算性能可达512GFLOPS（64核心x每周期4运算x2GHz主频），这个性能远高于目前的至强E5V3（按2699V3规格，配合AVX2，理论浮点性能大约为350GFLOPS）和POWER8（12核心规格，理论性能大约337G左右）。那么真正的性能如何呢？对此，飞腾也给出了火星实际的测试数据，而在国内媒体的报道中，更有这样的字段：相比之下，Intel目前最强的处理器Xeon E7－8890v3和Xeon E5－2699v3的整数、浮点成绩分别是680和460，"火星”的性能足以与它们媲美。

这个性能不知道是飞腾方面提供的，还是媒体自己找的，下面我就通过SPEC网站上的数据进行整理，来看看火星处理器到底处于什么水平，除了英尔的至强E5、E7外，我还拉来了IBM的POWER8，我相信它肯定也在火星的火力范围之内，而各平台最佳性能收集截止日期为2015年8月28日。

飞腾公司公布的火星处理器SPEC测试成绩，我们按rate_base值来理解

需要指出的是，没有看到任何国外的相关报道指出飞腾发布的数据是双CPU的数据，所以我认为这是单颗CPU的成绩，因此在至强与POWER8的成绩收集中，我也只列出单CPU的成绩，没有现成的成绩，则以最好的双插槽的成绩除以2来获得近似值，而这个值基本上会低于实际的单CPU性能，所以在此谨供参考。

整数性能测试对比，标红星的是预估值

可以看出，媒体给出的整数性能数据有所偏差，至强E5/E7均达到了690多，而POWER8的单CPU成绩则在火星之下，总体来说火星的表现的确不错。

浮点性能测试成绩，标红星的是预估值

可以看出，媒体给出的E5浮点性能是对的，但E7由于核心频率更高，反而超过了E5，但基本上没有人会大规模用E7来做浮点运算，而POWER8则体现出了更好的性能，不过优势微弱，总体来说火星处理器的表现已经相当不错了。

综上所述，笔者觉得飞腾公司所推出的火星处理器，在总体规格与性能上并没有吹牛，的确达到了当前CPU的高端水平，已经可以与顶尖的E5/E7/POWER8进行较量。从这个角度上说，要予以足够的肯定！要不然为什么会惊动HOT CHIPS的现场嘉宾，并获得广泛报道呢？

但是，问题在于真实的大规模应用不可能是单CPU为主的，可惜我们还没有看到火星的CPU互联设计。据分析，火星的未来目标之一是32插槽大系统，所以如果高效的互联将是一大关键，而这才是更考验整体系统水平的。所以在一点没有获得更多的信息时，我们还要保持冷静，单CPU的性能可比肩，还不能意味着系统性能可比肩，在这里笔者期待不远的将来获得更多的好消息。当然，系统性能跟上也只是一小步，后面还有广袤的生态环境需要建设，以现有的程度，综合来看，想要替换掉至强甚至POWER，还属于非常初级的阶段，从这个角度来说，还是无法媲美的。

火星与地球，一起加油，让中国的CPU真正飞腾起来吧！