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近年來，國內的ic設計制造商相繼出現(xiàn)。 有龍芯、飛騰、申威等老字號設計公司，有兆芯、宏芯等新秀，也有商業(yè)上非常成功的海思、展信等arm陣營制造商。 但是，在性能方面，英特爾相對于各國產(chǎn)始終保持著較大的特點，國產(chǎn)芯片與英特爾的芯片差距在哪里呢？

如何評價各家的cpu性能？

作為客戶，想盡量使cpu便宜是理所當然的，性能可能會很高。 那么，什么樣的cpu性能高呢？ 從架構的角度來看，有每分鐘執(zhí)行幾條指令的mips這一指標，執(zhí)行指令的數(shù)量越多性能越好，但這其中在cpu指令集不同的情況下，比較mips沒有什么意義。 例如，a1指令可以是一個加法，b1指令可以制作1024點的FT。 特別是指令集不同的情況下，如何評價各家的cpu性能？

評價cpu性能需要考慮應用的多樣化。 例如，科學運算重視雙精浮點性能，但如果不能提供數(shù)據(jù)，則運算能力再高也沒用； 例如，pc的日常采用偏向整數(shù)性能； 例如，計算中心的多任務環(huán)境關注吞吐量。 ……這是單純用某個指標測量cpu的性能不科學，需要綜合考慮。

業(yè)界也推出了許多基準測試計劃，包括比較cpu的spec、比較嵌入式APP的eembc等。 spec測試是一個比較權威的測試程序，與有點黑匣子的測試程序不同，spec測試各程序的得分和得分方法都是公開透明的，而且覆蓋全網(wǎng)絡的spec2000有12個指點程序

什么是spec測試？

spec利用計分中歸一化的幾何平均方法進行綜合性能判斷，將不同cpu的執(zhí)行時間與參考對象進行比較，得到相對值。

sepc2000的參照對象是ultrasparc2事務所的主頻率為300mhz的cpu。 如果執(zhí)行測試程序1的時間是參照對象的十分之一，則測試為1000分，如果執(zhí)行測試程序2的時間是參照對象的八分之一，則為800分……之后計算幾何平均。 例如，如果sepc2000有12個定點測試，則將12個測試的成績相乘，得出12次方。 今后，測試將重視性能平衡。 因為一個測試如果有短板的話，會被大幅拉伸

但是，spec也不完美，存在i/o帶寬和運行時間容易受到編譯器的影響等問題。

例如，龍芯上一代的微結構在spec2000上還存在問題，但在spec2006上問題較少，在gs464e上處理訪問問題后，由于spec2000對i/o帶寬的要求較低，所以沒有這個問題。 關于編譯器，sun通過編譯器優(yōu)化將spec運行時間提高了50%。 龍芯上一代產(chǎn)品用lcc編譯器比采用gcc整數(shù)運行時提高了60%。 即使采用相同的gcc編譯器，由于版本不同，或者優(yōu)化程度不同，所以評價也不太準確。 ( gcc代碼的一部分由intel提供，對x86進行了優(yōu)化，arm市場份額大，優(yōu)化也很好，mips、Alpha的優(yōu)化很一般。 )。

spec測試和高考非常相似。 雖然存在很多缺陷，但具有廣泛覆蓋程序、公開透明性的優(yōu)點，是一個比較公平、能夠對cpu進行比較合理評價的測試程序。

不同指令集的cpu比較

筆者將x86、arm、mips、alpha指令集的cpu列于下表。

除了明確了編譯器是gcc4.8以外，未知數(shù)via的白皮書中沒有注明測試中的gcc版本，剩下的編譯器筆者推測可能是swcc的i3550，i54460可能是gcc5.1。 只是筆者的推測，所以嚴格來說編譯器選擇空白色。 ( icc是英特爾的編譯器，可以使用x86芯片； lcc是龍芯的編譯器； swcc是申威的編譯器。 英特爾和amd的芯片為參考)

(因為編譯器不統(tǒng)一，所以表僅供參考)

從表中可以看出，在采用gcc編譯器的情況下，兆核、申威、飛行sepc2000測試和intelhaswell仍然有很大差距，spec2000測試得分較高的gs464e也將自己的lcc編譯器 另一方面，在主頻方面，國內ic設計企業(yè)的高主頻僅為2g，與intel、amd3g以上的主頻差距明顯。

因此，國產(chǎn)cpu和intel的差別不僅僅在于主頻。 即使兆芯的zx-c達到3g以上的主頻率，微結構上的差異也僅為i54660性能的40%左右。 因為這個微結構很重要，所以cpu的安全性、性能、功耗很大程度上取決于微結構，可以說amd的cpu在同主頻上毫不遜色于intel，很大程度上取決于微結構上的差異。

客戶購買cpu時，往往只關注主頻率、核心數(shù)量、工藝等參數(shù)，而忽略細微結構。 另外，由于intel這幾年從snb開始攪拌牙膏，微細結構更新帶來的性能提升非常小，微細結構的重要性更被忽視了。

微細結構差異的原因

由于宏芯、兆芯、高品位、展會目前沒有自主設計的精細結構，因此用龍芯、飛騰新兩種產(chǎn)品與英特爾進行了比較。 用gs464e和ivy的差距來說，可以針對下表的參數(shù)，找出原因。

(僅限數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)收集、娛樂)

以gs464e和ivy為對象，可以看到制約gs464e性能的大短板是定點發(fā)射隊列和浮點發(fā)射隊列，對于ivy的54個定點和浮點發(fā)射隊列，gs464e只有16個定點發(fā)射隊列、24個浮點發(fā)射隊列。

龍芯也知道這一點，現(xiàn)在流媒體中的3a3000相比gs464e的瓶頸有所改善，定點發(fā)射隊列從16個項目提高到32個項目，浮點發(fā)射隊列從24個項目提高到32個項目，提高了緩存和主頻。 很明顯，龍芯宣布了tick-tock，但3a3000并不是簡單地相對于3a2000提高主頻，定點發(fā)射隊列和浮點發(fā)射隊列的提高必然會帶來ipc的提高。

根據(jù)飛騰公布的spec2006模擬器測試，整數(shù)為9.6/g。

9.6/g是什么水平呢？ 筆者參考intel，關閉自動并行時，haswell采用gcc5.1的spec 2006的成績?yōu)?2分( @3.2g主頻)。 也就是說，小米能接近haswell嗎？

這真是太可怕了。 如果真的能做到的話，那就是科學技術的大躍進。 spec2006整數(shù)9.6/g的理由是什么？ 根源在于autoparallel的打開/關閉。

打開autoparallel時，由于原本運行在單線程上的程序并行運行在多個解決方案上，因此會產(chǎn)生sepc2006整數(shù)分鐘的增益。 增益效果取決于編譯器、cpu的核心數(shù)等因素。 典型代碼中有相當一部分不支持自動并行。 因此，目前，autoparallel對spec的得分更有意義。 小米spec2006的整數(shù)高達9.6/g，很可能是測試中配方autoparallel的結果，有證據(jù)嗎？

(僅限數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)收集、娛樂)

從上表中小米和ivy的對應來看，小米和ivy還有不小的差距，另外和gs464e一樣，存在定點發(fā)射隊列和浮點發(fā)射隊列相對于ivy較少的現(xiàn)狀。 這是因為在資源有限的情況下，達到哈斯韋爾水平的概率非常低。

關于小米和gs464e，在假設兩者的流水線效率相等的情況下，小米有可能是與gs464e水平相同的精細結構，并且比armcortexa57更好。 當然，如果流水線效率不好，小米可能也不會遜色于gs464e。 小米32m的l2緩存很可能是對服務器和高性能計算進行比較的結果。

現(xiàn)在飛行的地球和龍芯3a3000正在放電影，期待著地球和3a3000的電影回來后的表現(xiàn)。