國(guó)產(chǎn)芯片要擁抱國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的原因？

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2022-09-07 18:37:13 1

近日，看到兩條新聞：阿里的倚天710服務(wù)器芯片通過PCIe5.0標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，龍芯LoongArch進(jìn)入U(xiǎn)EFI和ACPI規(guī)范。

阿里宣布倚天710服務(wù)器芯片通過PCIe5.0標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證（圖源：”阿里云基礎(chǔ)設(shè)施“微信公眾號(hào)截圖）

龍芯LoongArch進(jìn)入U(xiǎn)FFI和ACPI規(guī)范（圖源：UEFI社區(qū)微信公眾號(hào)截圖）

有人提出一些問題——為何國(guó)產(chǎn)芯片要去通過這些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證？為何像LoongArch這樣的自研指令集也要兼容英特爾主導(dǎo)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)？（英特爾在PCIe和UEFI規(guī)范的發(fā)展過程中都起到了主導(dǎo)作用，UEFI本身就是英特爾在1998 年啟動(dòng)的“Intel Boot Initiative(IBI)”項(xiàng)目的副產(chǎn)品）

這些問題正好和孫凝暉院士主持的一個(gè)關(guān)于處理器生態(tài)軟課題研究?jī)?nèi)容相關(guān)。這里我就借用該課題的一些結(jié)論對(duì)上述問題進(jìn)行剖析與解讀，不當(dāng)之處請(qǐng)大家多指正。

一、阿里與龍芯為何要兼容國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范？

一臺(tái)計(jì)算機(jī)如何運(yùn)行，是由一組標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范所定義。例如，在手機(jī)上觸摸屏幕訪問一個(gè)網(wǎng)站的操作，會(huì)涉及到上百個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，包括硬件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（如ISA、DDR、PCIe、 AXI、WiFi等）、軟件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（如ABI、Syscall、API、TCP/IP、SQL等）和數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)（如IEEE 754、JPEG、H.264、HTML、XML、JSON等）。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范緊密耦合、交互協(xié)同，有機(jī)組成一個(gè)文本概念層面的技術(shù)體系網(wǎng)絡(luò)。

只有通過工程開發(fā)將這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范具體實(shí)現(xiàn)為各種源代碼或物理載體，并相互適配形成一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)層面的技術(shù)體系網(wǎng)絡(luò)，才能構(gòu)成真正工作的物理計(jì)算機(jī)。

處理器生態(tài)示意圖（圖源：包云崗）

二、指令集在處理器生態(tài)起什么作用？

處理器指令集（ISA）是一種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，一般以文本手冊(cè)形式呈現(xiàn)。從標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范角度來看，指令集就是整個(gè)技術(shù)體系網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它必須要和其他節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作。

因此，處理器芯片生態(tài)的核心技術(shù)要素在于通過高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)將指令集標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)變?yōu)樘幚砥魑⒓軜?gòu)設(shè)計(jì)與RTL源代碼，并與其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的源代碼適配，實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。

根據(jù)梅特卡夫定律，當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)越多，則該網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值也越大。對(duì)于一個(gè)處理器指令集，其對(duì)應(yīng)RTL源代碼能兼容的標(biāo)準(zhǔn)越多（點(diǎn)越多），實(shí)現(xiàn)的質(zhì)量越高（邊權(quán)重越大），則性能越好、用戶體驗(yàn)越好，處理器生態(tài)也將會(huì)越好。

三、X86和ARM為何成為主流處理器生態(tài)？

如今X86和ARM成為兩大主流處理器生態(tài)，關(guān)鍵原因并不是Intel、AMD、ARM這些國(guó)際處理器頭部企業(yè)掌控著X86和ARM指令集規(guī)范的制定權(quán)（反例：IBM掌控PowerPC指令集、SUN掌控SPARC指令集、DEC掌控Alpha指令集），更為關(guān)鍵的是它們投入大力研發(fā)經(jīng)費(fèi)在其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的源代碼實(shí)現(xiàn)上，使其更好地兼容X86和ARM處理器，例如Intel在PCIe、Ethernet、SATA等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和Linux等開源軟件上有大量投入。

四、生態(tài)的商業(yè)壁壘如何形成？

如前所述，處理器生態(tài)可視為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并且網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)之間通過大量的認(rèn)證形成了商業(yè)壁壘。今天，一項(xiàng)技術(shù)要進(jìn)入主流市場(chǎng)，需要通過這些認(rèn)證。

即使是一些開源技術(shù)也同樣需要面對(duì)這個(gè)問題。例如，在Linux開源社區(qū)，Red Hat和SUSE這兩家商業(yè)上很成功，很重要的一點(diǎn)是這兩家企業(yè)已經(jīng)積累了上萬個(gè)認(rèn)證——SUSE/RedHat 通過與上下游企業(yè)交叉認(rèn)證，包括聯(lián)想、浪潮等硬件廠商，以及Oracle等各類應(yīng)用廠商。這些認(rèn)證形成了很高的準(zhǔn)入門檻。

例如Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)只對(duì)SUSE/RedHat的Linux發(fā)行版進(jìn)行認(rèn)證，這也意味著每個(gè)Oracle產(chǎn)品新版本，他們會(huì)在這兩個(gè)Linux上進(jìn)行評(píng)測(cè)，出現(xiàn)問題會(huì)主動(dòng)修改。但是他們不會(huì)在Ubuntu上測(cè)試，這就會(huì)導(dǎo)致Oracle在Ubuntu上的穩(wěn)定性不如SUSE和RedHat。

每個(gè)Oracle產(chǎn)品新版本都會(huì)在Red Hat和SUSE的Linux上進(jìn)行評(píng)測(cè)（圖源：包云崗）

綜上，我們可以總結(jié)處理器生態(tài)的幾個(gè)關(guān)鍵詞——標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)、技術(shù)體系網(wǎng)絡(luò)、認(rèn)證。

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