從1999年開始舉辦的上海工業(yè)博覽會(huì)，在2007年正式更名為中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)，展會(huì)發(fā)展至今20年，不僅一直倍受全球各類頂尖企業(yè)的關(guān)注，而且還由國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)成為了唯一具有評(píng)獎(jiǎng)功能的工業(yè)類展會(huì)。中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)已經(jīng)成為企業(yè)公認(rèn)的向潛在客戶展示各類產(chǎn)品，體現(xiàn)企業(yè)最高實(shí)力的盛會(huì)。

毫無疑問，展會(huì)上有實(shí)力的企業(yè)可以說數(shù)不勝數(shù)，但在剛剛結(jié)束的第20屆中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)上，一款國(guó)產(chǎn)x86處理器卻殺出重圍，獲得了工博會(huì)的最高獎(jiǎng)項(xiàng)—金獎(jiǎng)。我們知道，x86處理器領(lǐng)域的市場(chǎng)、技術(shù)長(zhǎng)期被國(guó)外的企業(yè)壟斷，那么這款處理器到底有何實(shí)力，能夠擊敗眾多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，獲得整個(gè)行業(yè)的認(rèn)同呢？接下來就讓《微型計(jì)算機(jī)》來為您揭開這顆處理器的神秘面紗。

中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)是由國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、商務(wù)部、工業(yè)和信息化部、科學(xué)技術(shù)部、教育部、中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)工程院、中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)和上海市人民政府共同主辦，中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)協(xié)辦，上海世博(集團(tuán))有限公司承辦的中國(guó)最具影響力的國(guó)際工業(yè)品牌展。顯然這款處理器能獲得如此多專業(yè)、高層舉辦單位的認(rèn)可，就必定有它的不俗之處。而這款處理器就是由上海兆芯集成電路有限公司設(shè)計(jì)的最新一代開先KX-6000系列x86處理器。

事實(shí)上，《微型計(jì)算機(jī)》長(zhǎng)時(shí)間以來一直在跟蹤報(bào)道國(guó)產(chǎn)兆芯x86處理器。與采用精簡(jiǎn)指令集的龍芯、申威等國(guó)產(chǎn)處理器不同，兆芯研發(fā)的處理器兼容x86指令集，可以運(yùn)行Windows、Linux和多款國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)，并且能夠全面勝任日常辦公、影音播放、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、大眾娛樂等應(yīng)用。其產(chǎn)品在近幾年也實(shí)現(xiàn)了多代發(fā)展，從早期在市場(chǎng)上銷售的ZX-C處理器，到架構(gòu)設(shè)計(jì)上有大幅更新的開先KX-5000系列處理器，再到現(xiàn)在的KX-6000系列，兆芯x86處理器的技術(shù)水準(zhǔn)一直在不斷提升。

兆芯處理器的發(fā)展之路：從南北橋架構(gòu)到開先KX-5000系列

自2014年首次推出基于x86架構(gòu)的ZX-A雙核處理器后，兆芯接下來就完成了代號(hào)“張江”、4～8核心處理器ZX-C、ZX-C+處理器的設(shè)計(jì)與量產(chǎn)，并推向了市場(chǎng)，得到了廠商與政府部門的采用。ZX-C與ZX-C+兩類處理器均基于28nm CMOS工藝打造，主頻最高2.0GHz，兼容x86指令集，支持CPU虛擬化技術(shù)，ZX-C+處理器還支持SM3和SM4高速國(guó)密算法指令。

高速國(guó)密算法指令是由兆芯自主研發(fā)的一套算法指令集，不僅能大幅提升SM3和SM4兩種國(guó)密算法的運(yùn)算速度，還讓密碼學(xué)相關(guān)應(yīng)用的開發(fā)以及部署和推廣更為方便，這是市面上其他國(guó)外x86處理器所不具備的。

當(dāng)然從技術(shù)上看，ZX-C、ZX-C+同國(guó)外產(chǎn)品還有比較明顯的差距：整個(gè)平臺(tái)還采用的是較為早期的南北橋架構(gòu)設(shè)計(jì)，處理器只是一個(gè)單純的計(jì)算核心，需要通過北橋、前端總線與顯卡、內(nèi)存進(jìn)行通信，同時(shí)緩存的同步也需要先將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖睒?。所以系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的能力不僅會(huì)被前端總線狹小的帶寬所限制，訪問延遲也大為增加。

所以前端總線架構(gòu)的先天不足，在內(nèi)存、顯卡與緩存同步工作帶來的高延遲，以及前端總線帶寬限制都會(huì)對(duì)基于ZX-C+核心的多核處理器性能帶來較大的影響。因此上海兆芯集成電路有限公司再接再厲，在2017年底推出了采用SoC(System-on-Chip)設(shè)計(jì)、核心架構(gòu)名為“五道口”、代號(hào)ZX-D的新一代開先KX-5000系列處理器。

兆芯對(duì)開先KX-5000系列處理器內(nèi)核的流水線進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，其中開先KX-5000系列處理器的整數(shù)流水線相比ZX-C大幅減少了分支預(yù)測(cè)失敗的開銷，同頻性能更強(qiáng)，并保持工作頻率不變,而核心面積和功耗僅略微增加。

此外，CPU的L1及內(nèi)存訪問都實(shí)現(xiàn)了帶寬翻倍，并在末級(jí)緩存引入了先進(jìn)的替換算法，在相同緩存容量的情況下可大幅減少某些應(yīng)用程序的緩存缺失率。同時(shí)，開先KX-5000系列處理器緩存的性能與容量均有了很大提升。在開先KX-5000系列的8核心處理器中，每4顆核心共享4MB緩存，總計(jì)擁有8MB緩存。

更值得一提的是，基于“五道口”架構(gòu)的開先KX-5000系列處理器在架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了與北橋的完全融合，使得其緩存數(shù)據(jù)的一致性直接在處理器內(nèi)部就可以完成。這也就意味著處理器之間的交互不用再通過北橋，而是使用片內(nèi)高速點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直連網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，降低了延遲并提高了帶寬，為將來更多核心的互聯(lián)提供了基礎(chǔ)（有點(diǎn)類似AMD處理器的ZEN架構(gòu)）。

兆芯開先KX-5000系列采用BGA封裝，直接焊接在主板上，將原北橋部分的內(nèi)存控制器、PCIe控制器、集成圖形核心全部整合在處理器內(nèi)部。這款處理器采用28nm工藝生產(chǎn)，工作頻率在2.0GHz。

同時(shí)開先KX-5000系列處理器在內(nèi)部整合了PCIe控制器、DDR4內(nèi)存控制器，也使得它成為國(guó)產(chǎn)處理器中首款可以支持DDR4內(nèi)存的產(chǎn)品。處理器可通過內(nèi)部的高帶寬直連總線訪問內(nèi)存、顯卡。其中內(nèi)存訪問帶寬提升了1～2倍，能夠有效地發(fā)揮出DDR4內(nèi)存的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于處理器多核及多線程應(yīng)用有顯著的提升。

不過相對(duì)于國(guó)外產(chǎn)品，開先KX-5000系列處理器仍然存在不足，首要問題就是它仍采用較老的28nm工藝生產(chǎn)，因此這款處理器的工作頻率與ZX-C、ZX-C+系列處理器類似，最高頻率只能達(dá)到2.0GHz，與國(guó)外產(chǎn)品相比有明顯差距。其次也是由于工藝的影響，它的融合度并不高，僅僅只整合了原主板北橋功能部分，內(nèi)部并沒有集成如USB控制器、SATA控制器這些南橋功能模塊，所以就電腦平臺(tái)而言，它仍然需要搭配兆芯的ZX-200 IO擴(kuò)展芯片才能正常使用。

兆芯也設(shè)計(jì)了配套的ZX-200 IO擴(kuò)展芯片，可以提供多個(gè)PCIe、USB、SATA、M.2接口，既可作成主板上的芯片組，也可單獨(dú)設(shè)計(jì)成獨(dú)立擴(kuò)展卡，插在普通主板上，為用戶提供更多的接口。

各款早期兆芯處理器與主板芯片組—其中ZX-A是兆芯最早的x86處理器，ZX-B采用與ZX-A相同的微架構(gòu)，但在國(guó)內(nèi)代工流片。開先ZX-C與ZX-C+系列四核心處理器采用了新一代微架構(gòu)，是后期市場(chǎng)上的主力產(chǎn)品。型號(hào)為FC-1080的ZX-C+開勝處理器是一款面向服務(wù)器的八核心處理器，而ZX-100S則是為以上CPU設(shè)計(jì)的配套主板芯片組。

兆芯ZX-C處理器的內(nèi)部架構(gòu)圖，四顆核心清晰可見。

16nm降臨 3.0GHz+高融合度打造更強(qiáng)中國(guó)芯

上海兆芯集成電路有限公司沒有因?yàn)檠矍八@得的一點(diǎn)成績(jī)停滯不前，而是繼續(xù)開啟高速研發(fā)模式，并最終在2018年推出了采用“陸家嘴”架構(gòu)、代號(hào)ZX-E的開先KX-6000系列x86處理器。

與以往的兆芯處理器相比，開先KX-6000系列x86處理器最大的進(jìn)步就是采用了先進(jìn)的16nm生產(chǎn)工藝。更先進(jìn)的生產(chǎn)工藝不僅帶來更小的晶體管面積，也預(yù)示著晶體管間電阻的降低，處理器工作電壓、電流更低，從而使驅(qū)動(dòng)它們所需要的功率、產(chǎn)生的熱量也大幅減少，可以達(dá)到更高的工作頻率，并最終在開先KX-6000系列x86處理器上實(shí)現(xiàn)了3.0GHz的工作頻率，基本跟上了國(guó)外產(chǎn)品的步伐。

同時(shí)更小的晶體管面積也就意味著在相同空間下，處理器可以放入更多的功能模塊，因此在開先KX-6000系列x86處理器上，兆芯終于完成了“功能完全體”的設(shè)計(jì)。一顆處理器內(nèi)不僅集成了內(nèi)存控制器、PCIe 3.0控制器、DirectX 11顯示核心，還整合了USB、SATA控制器、HD AUDIO音頻芯片、視頻編解碼器、HDMI/DP視頻輸出模塊。

借助16nm生產(chǎn)工藝，開先KX-6000系列x86處理器不僅集成了內(nèi)存控制器、PCIe 3.0控制器、DirectX 11顯示核心，還整合了USB、SATA控制器、HD AUDIO音頻芯片、視頻編解碼器、HDMI/DP視頻輸出模塊,無需主板芯片組，是一個(gè)真正意義上的單芯片解決方案。

也就是說，根本無需主板芯片組，只要一顆處理器就可提供一臺(tái)電腦主要需要的各類接口、功能。這一步可以說已經(jīng)走在了英特爾、AMD兩大國(guó)外處理器廠商的前面，畢竟現(xiàn)在絕大部分英特爾、AMD桌面級(jí)處理器都不具備I/O功能，電腦還必須搭配主板芯片組才能正常工作。

兆芯可獨(dú)立完成處理器以及配套的圖形處理器、芯片組三大部分的研發(fā)設(shè)計(jì)。

具體規(guī)格方面，開先KX-6000系列x86處理器提供了16條PCIe 3.0通道，兩個(gè)SATA 3.0接口、2個(gè)USB 3.1 GEN1與4個(gè)USB 2.0接口，已經(jīng)可以保證電腦連接各類擴(kuò)展設(shè)備。當(dāng)然如果用戶需要更強(qiáng)大的擴(kuò)展能力，也可考慮搭配兆芯ZX-200 IO擴(kuò)展芯片，該芯片可以提供額外的PCIe通道、USB 3.1 GEN2接口，以及SATA 3.0、M.2等多個(gè)接口。

型號(hào)為ZX C960的內(nèi)置顯示核心雖然只支持到DirectX 11 API，但它具備4K視頻（H.264、H.265）解碼的能力，足以滿足一般辦公、影音播放。此外在前輩開先KX-5000系列處理器的基礎(chǔ)上，開先KX-6000系列x86處理器強(qiáng)化了內(nèi)存控制器的性能，最高可支持雙通道DDR4 3200內(nèi)存，從而為系統(tǒng)提供更高的內(nèi)存帶寬、更低的訪問延遲。

由于開先KX-6000系列x86處理器仍處在工程測(cè)試階段，因此現(xiàn)在暫時(shí)只曝光了一個(gè)型號(hào)——兆芯開先KX-U6880，其工作頻率就是3.0GHz。根據(jù)技術(shù)資料顯示，這一款處理器的性能已經(jīng)可以與第七代酷睿處理器，采用4核心4線程設(shè)計(jì)的Core i5-7400匹敵，那么事實(shí)是否如此呢？

兆芯開先KX-U6880處理器實(shí)際產(chǎn)品展示

由于開先KX-U6880處理器目前還處于工程測(cè)試階段，并未上市，因此上海兆芯集成電路有限公司只展示了一臺(tái)樣機(jī)，我們暫時(shí)還無法見到處理器的真身，不過從這臺(tái)樣機(jī)內(nèi)部的構(gòu)成，我們已經(jīng)可以基本證實(shí)兆芯開先KX-U6880處理器的一些主要特性。

首先可以看到這臺(tái)主機(jī)的主板就與其他主板明顯不同——盡管它提供了PCIe、PCI、M.2插槽，但主板上卻顯得非常“空曠”，主板上沒有芯片組，同樣也就沒有與之匹配的散熱模塊，這也就證明這些擴(kuò)展接口均是由兆芯開先KX-U6880處理器所提供。第二點(diǎn)目前兆芯開先KX-U6880處理器采用的是BGA封裝，處理器上只安裝了一個(gè)非常簡(jiǎn)易的鋁制風(fēng)冷散熱器，這顯示出處理器的發(fā)熱量并不高。

采用兆芯開先KX-U6880處理器的整機(jī)系統(tǒng)，打開側(cè)面板后，可以看到主板上沒有芯片組，顯得相當(dāng)“空曠”。

同時(shí)主板上的處理器供電電路也顯得非常簡(jiǎn)單，可以隱約看見散熱器下大概有三顆貼片電感，外部有幾顆一體式封裝的MOSFET，以及幾顆三洋SEPC固態(tài)電容，總之其處理器供電電路遠(yuǎn)比一般普通主板簡(jiǎn)潔，也凸顯出盡管目前兆芯還未公開開先KX-U6880處理器的TDP，但它的功耗肯定不會(huì)太高，所以對(duì)主板供電不會(huì)帶來太大的壓力，設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。

處理器供電電路的設(shè)計(jì)也較為簡(jiǎn)潔，凸顯出開先KX-U6880處理器的低功耗。

匹敵Core i5-7400，兆芯開先KX-U6880處理器性能實(shí)測(cè)

接下來作為中國(guó)最具影響力的大眾IT硬件媒體，《微型計(jì)算機(jī)》有幸獨(dú)家獲得了對(duì)兆芯開先KX-U6880處理器測(cè)試的機(jī)會(huì)，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)將它的性能與Core i5-7400進(jìn)行了對(duì)比。由于時(shí)間有限我們僅進(jìn)行了部分測(cè)試與體驗(yàn)。

首先從六項(xiàng)性能測(cè)試來看，相對(duì)Core i5-7400處理器，兆芯開先KX-U6880處理器在性能上顯然有明顯的優(yōu)勢(shì)—它不僅在《魯大師》處理器基準(zhǔn)性能測(cè)試中較Core i5-7400領(lǐng)先約12.5%，在實(shí)際的應(yīng)用性計(jì)算中也擁有明顯的優(yōu)勢(shì)。如在7-Zip壓縮與解壓縮性能測(cè)試上，兆芯開先KX-U6880處理器的速度比Core i5-7400快了7.7%，在使用相同4K片源將其轉(zhuǎn)碼為1080p H.264視頻時(shí)，兆芯開先KX-U6880的轉(zhuǎn)碼時(shí)間比Core i5-7400少用了多達(dá)13秒。

兆芯開先KX-U6880處理器的壓縮與解壓縮性能明顯領(lǐng)先Core i5-7400

值得注意的是，這段4K片源的片長(zhǎng)僅42秒，在處理如此短的視頻時(shí)就能節(jié)約13秒的時(shí)間，在處理更長(zhǎng)的視頻片源時(shí)，兆芯開先KX-U6880顯然還能帶為用戶節(jié)省更多的工作時(shí)間，從而有力提高工作效率。

值得注意的是，除了在Fritz Chess國(guó)際象棋算力測(cè)試這款體現(xiàn)處理器科學(xué)運(yùn)算性能的測(cè)試中，兆芯開先KX-U6880擁有9.4%的領(lǐng)先幅度外，在TrueCrypt加密軟件的基準(zhǔn)測(cè)試中，兆芯開先KX-U6880的AES算法加解密速度相對(duì)于Core i5-7400也領(lǐng)先了10.3%。在使用復(fù)雜的AES-Twofish-Serpent級(jí)聯(lián)加密算法時(shí)，其加解密速度領(lǐng)先幅度更提升到12.1%。這對(duì)于采用兆芯處理器的國(guó)內(nèi)企事業(yè)單位來說顯然是一個(gè)重大利好，畢竟在這些涉密單位，采用中國(guó)自己產(chǎn)的處理器對(duì)機(jī)密文件進(jìn)行加密、解密在安全性上更有保證。

兆芯開先KX-U6880處理器的各種算法加解密速度均超過Core i5-7400

而現(xiàn)在對(duì)比國(guó)外同級(jí)產(chǎn)品，我們自己的處理器還擁有更快的加解密速度，也就意味著國(guó)產(chǎn)x86處理器不僅能提供更好的安全性，還能帶來更高的工作效率。在這些應(yīng)用環(huán)境中，使用像兆芯開先KX-U6880這樣的處理器替代國(guó)外處理器完全是理所當(dāng)然。

稍有落后的是，可能因?yàn)槭枪こ贪嫣幚砥鞯脑?，在CINEBENCH R11.5處理器渲染性能測(cè)試中，兆芯開先KX-U6880的渲染速度還稍有落后，不過幅度不大，只有不到6%。

接下來我們還通過完美解碼播放器，體驗(yàn)了兆芯開先KX-U6880處理器的視頻播放能力。而從測(cè)試結(jié)果來看，目前這款工程版產(chǎn)品已經(jīng)具備非常不錯(cuò)的硬解能力，不管是播放VC1還是x264編碼的影片，不管碼率有多高，兆芯開先KX-U6880處理器都可以硬解播放這些影片，即便碼率已經(jīng)達(dá)到70Mb/s以上，其CPU占用率也只有2%～5%。

在利用內(nèi)置顯示核心播放高碼率視頻時(shí)，借助硬件解碼功能，處理器的占用率很低。

最后我們還在AIDA64系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試?yán)锿瑫r(shí)開啟處理器、FPU、CACHE烤機(jī)測(cè)試，測(cè)試采用兆芯開先KX-U6880處理器的平臺(tái)在最高負(fù)載下的功耗。測(cè)試表明，在處理器待機(jī)狀態(tài)下，整個(gè)平臺(tái)（不包括顯示器）的功耗在44W左右，處理器滿載后，平臺(tái)最大功耗在105W左右，從而可推算出盡管頻率提升到3.0GHz，但開先KX-U6880處理器的TDP很可能仍保持在65W，16nm生產(chǎn)工藝帶來的優(yōu)勢(shì)得以顯現(xiàn)。

兆芯開先KX-6000處理器支持多種操作系統(tǒng)，面向消費(fèi)級(jí)應(yīng)用。

同時(shí)對(duì)于注意運(yùn)營(yíng)成本的企事業(yè)單位來說，新一代的兆芯開先KX-U6880處理器顯然也交出了一份滿意的答案，即便在極端的滿負(fù)載環(huán)境下，它的功耗也只有100W出頭，就算是按105W這個(gè)滿載功耗計(jì)算，一臺(tái)電腦每天工作8小時(shí)、市電資費(fèi)0.8元/千瓦時(shí)的話，一臺(tái)電腦每天產(chǎn)生的電費(fèi)也就在0.67元左右，其運(yùn)營(yíng)成本是非常低的。

進(jìn)步神速 正式版更值得期待

雖然MC只在有限的時(shí)間對(duì)新一代兆芯處理器開先KX-U6880進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試產(chǎn)品也還是工程版產(chǎn)品，但從這款處理器的表現(xiàn)中，我們不難看出它能夠獲得中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)絕對(duì)是實(shí)至名歸的。畢竟盡管我國(guó)處理器在專業(yè)、超算領(lǐng)域都有亮眼的表現(xiàn)，但在專注消費(fèi)級(jí)應(yīng)用的x86處理器領(lǐng)域，長(zhǎng)時(shí)間以來都被國(guó)外兩家公司所壟斷。

僅僅只用幾年時(shí)間，兆芯就實(shí)現(xiàn)了在x86處理器技術(shù)上的大幅追趕。

除了上海兆芯集成電路有限公司外，幾乎沒有其他任何一家國(guó)內(nèi)公司推出過完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的x86處理器，原因無外乎就是難度太大，兩大對(duì)手的產(chǎn)品太強(qiáng)，企業(yè)難以很快在經(jīng)濟(jì)上見到成效。

但值得稱贊的是，兆芯并沒有因?yàn)檫@種種的困難而放棄，畢竟從國(guó)家的角度來看，有些事情我們不能因?yàn)槎唐趦?nèi)不能產(chǎn)生巨大的效益就不做，如果有一天國(guó)外廠商對(duì)x86處理器的出口也設(shè)立種種刁難條款，如果貿(mào)易戰(zhàn)波及IT硬件領(lǐng)域，x86處理器價(jià)格大幅上漲（實(shí)際上近期已經(jīng)發(fā)生，英特爾x86處理器價(jià)格猛漲的情況），更關(guān)鍵的是我們?nèi)绾伪ＷC在涉密單位，乃至整個(gè)國(guó)內(nèi)企業(yè)的電腦中盡量杜絕可能存在的后門、提升安全性，那么發(fā)展自己的x86處理器就是最佳的選擇。

而從新一代兆芯開先KX-U6880處理器初露頭角的表現(xiàn)來看，毫無疑問是令人滿意的。從2015年還是采用傳統(tǒng)南北橋架構(gòu)的ZX-C系列處理器，到現(xiàn)在可以匹敵Core i5-7400第七代酷睿、融合各類I/O功能、支持DDR4內(nèi)存的兆芯開先KX-U6880處理器，我們僅僅用了幾年就大幅縮短了在x86處理器上的技術(shù)差距。

當(dāng)然在單核處理器性能上我們肯定還存在差距，現(xiàn)在需要8打4才能與對(duì)手匹敵，但就兆芯現(xiàn)在如此高速的發(fā)展速度來看，我們完全可以充滿信心地期待在未來幾年，上海兆芯集成電路有限公司在處理器技術(shù)上能夠?qū)崿F(xiàn)更多的突破。最后需要提及的是，本次測(cè)試的兆芯開先KX-U6880處理器也只是工程版產(chǎn)品，明年將會(huì)正式發(fā)布量產(chǎn)，工程師還在不斷測(cè)試、調(diào)優(yōu)，并針對(duì)各類軟件進(jìn)行優(yōu)化，相信在最終量產(chǎn)時(shí)，這款處理器在性能上也會(huì)給我們帶來更多的驚喜。