在第18屆中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)上，上海兆芯公司的ZX-C處理器獲得了金獎(jiǎng)。在2017年3月，更是接連榮獲“2017年度大中華IC設(shè)計(jì)成就獎(jiǎng)”（見(jiàn)圖22）、“第十一屆（2016年度）中國(guó)半導(dǎo)體創(chuàng)新產(chǎn)品和技術(shù)獎(jiǎng)”。在國(guó)家十二五科技創(chuàng)新成就展中兆芯的宣傳材料顯示，“兆芯國(guó)產(chǎn)X86通用處理器的成功自主研發(fā)和量產(chǎn)，令國(guó)產(chǎn)處理器在性能方面完成了一次跨越式的提升，從十二五初期的不足國(guó)際整體水準(zhǔn)的10%提升到了目前的80%”。
眾所周知，Intel對(duì)X86的授權(quán)有著極為嚴(yán)格的限制，那么上海兆芯的X86芯片技術(shù)到底從何而來(lái)？ZX-C目前的短板在哪里？在性能上和Intel相差多遠(yuǎn)呢？
兆芯C4600 cpuinfo的信息顯示：設(shè)計(jì)廠商為美國(guó)Centaur，微結(jié)構(gòu)是VIA的以賽亞
在Linux系統(tǒng)中命令cat /proc/cpuinfo可以讀出芯片的一些信息和特性。其命令和Windows系統(tǒng)中cpu-z軟件獲得的信息類似。芯片cpuinfo的信息是通過(guò)CPUID指令讀出來(lái)的。例如eax=1時(shí)，讀出的是處理器的信息以及特征位(CPUID指令的使用，見(jiàn)en.wikipedia.org/wiki/CPUID)。
從圖1兆芯C4600芯片cpuinfo的信息可以看出，這個(gè)芯片的廠商（vendor_id）為CentaurHauls，即Centaur公司。其中cpu family表示那一代芯片，其中的family 6表示VIA的Nano系列。其中的model表示型號(hào)，也就是采用哪種微結(jié)構(gòu)，15表示以賽亞。model name為處理器的型號(hào)，圖中為C-QuadCore C4600@2.0GHz。表示4核芯片C4600，主頻為2GHz。
圖1兆芯C4600芯片cpuinfo的信息
圖2威盛Nano U3500芯片cpuinfo的信息
圖2給出了威盛公司的Nano U3500芯片cpuinfo的信息，其model name為VIA Nano U3500@1000MHz。對(duì)比vendor_id的信息可以看出都是VIA的Centaur公司，對(duì)比cpu family和model的信息，也可以看出都是family 6和model 15，即都是 “以賽亞”架構(gòu)。
圖3 威盛Nano U3500芯片的信息
從圖3可以看出U3500芯片屬于VIA Nano系列。其中的微架構(gòu)為Isaiah（以賽亞）。支持的指令集到SSE4.1為止，并且支持x86-64指令集。
從C4600芯片cpuinfo的信息可以看出，C4600的設(shè)計(jì)廠商（vendor_id）還是VIA的Centaur公司，而沒(méi)有改為ZX的標(biāo)志。
美國(guó)Centaur公司和Glenn Henry根據(jù)維基的資料顯示：Centaur（半馬人）科技公司，創(chuàng)立于1995年，創(chuàng)建者為Glenn Henry, Terry Parks, Darius Gaskins和Al Sato，其獲得的投資來(lái)自于IDT公司。其公司的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)兼容的x86處理器，目標(biāo)定位為開(kāi)發(fā)比Intel公司的x86芯片價(jià)格更低，功耗更小的芯片。早期的產(chǎn)品稱為WinChip，1999年9月，Centaur被IDT公司出售給VIA公司，其后續(xù)的產(chǎn)品為VIA C3和VIA C7，以及VIA Nano。Centaur公司的芯片主要面向嵌入式市場(chǎng)，包括移動(dòng)市場(chǎng)，也就是面積更小、價(jià)格更便宜，功耗更低的x86芯片市場(chǎng)。Centaur的設(shè)計(jì)理念是對(duì)于面向特定市場(chǎng)需求“夠用就好”。VIA Nano Isaiah（以賽亞），是Centaur第一款超標(biāo)量、亂序執(zhí)行的CPU，第一款64位的CPU，Nano芯片這時(shí)更為強(qiáng)調(diào)性能，而不再是追隨性能功耗比的等式，但是其維持和C7相同的功耗（TDP）。
根據(jù)Centaur（半馬人）公司的網(wǎng)站的介紹，Centaur（半馬人）科技公司，位于德克薩斯-奧斯丁。主要設(shè)計(jì)高性能、低功耗的x86兼容的微處理器，號(hào)稱具有最快的設(shè)計(jì)流程，設(shè)計(jì)周期是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手廠商的三分之一。該公司沒(méi)有管理者，所有的工程師直接向Centaur公司的創(chuàng)建者和總裁Glenn Henry匯報(bào)，Glenn Henry是前DELL公司的CTO和IBM的工程系列的Fellow（20年的Fellow）。1999年8月，Centaur公司被VIA公司收購(gòu)。但是這次收購(gòu)沒(méi)有改變Centaur的文化，也就是Centaur作為VIA公司的子公司獨(dú)立地運(yùn)營(yíng)，而不會(huì)受到VIA的影響。在Cyrix解散后，VIA公司的x86芯片的設(shè)計(jì)都是來(lái)自于Centaur公司，而VIA QuadCore C4650芯片也是出自Centaur公司的Glenn Henry之手。
圖4 Glenn Henry
這里介紹以下Glenn Henry。Glenn Henry于1967年加入IBM，在IBM干了21年，擔(dān)任首席架構(gòu)師，是RISC工作站、AIX操作系統(tǒng)和AS/400等創(chuàng)新產(chǎn)品的主要研發(fā)管理者，于1985年獲得IBM fellow的稱號(hào)，1988年離開(kāi)IBM加入DELL公司，為DELL公司負(fù)責(zé)研發(fā)的副總和CTO，1994年離開(kāi)DELL公司，擔(dān)任MIPS公司的咨詢顧問(wèn)，試圖把x86和MIPS架構(gòu)結(jié)合在一起，1995年Henry獲得了來(lái)自IDT公司的投資，創(chuàng)建了Centaur公司，設(shè)計(jì)低功耗、低成本的x86處理器。
揭開(kāi)以賽亞神秘的面紗正如Intel在研發(fā)出酷睿2后一舉翻身，AMD在開(kāi)發(fā)出Zen之后終于做出能與Intel相比較的產(chǎn)品，一款CPU最關(guān)鍵的就在于其微結(jié)構(gòu)，那么QuadCore C4650芯片的微結(jié)構(gòu)究竟怎么樣呢？
圖5 The VIA Isaiah Architecture
Centaur公司的靈魂人物和總裁和Glenn Henry撰寫的一篇文章“The VIA Isaiah Architecture”（圖5），文章中分析了為什么采用3發(fā)射、亂序執(zhí)行結(jié)構(gòu)，和Intel的Core比較起來(lái)有什么優(yōu)勢(shì)，為了降低功耗，采用了什么樣的權(quán)衡。文章介紹的非常詳細(xì)，有興趣的網(wǎng)友可以找原文品讀。
從圖6中可以看出，以賽亞采用類似于Core架構(gòu)的設(shè)計(jì)，7個(gè)部件，2個(gè)定點(diǎn)I1和I2，2個(gè)浮點(diǎn)MA和MB，1個(gè)取數(shù)LD，1個(gè)存數(shù)ST和1個(gè)SA地址計(jì)算。也就是2個(gè)定點(diǎn)、2個(gè)浮點(diǎn)、2個(gè)訪存。屬于中規(guī)中矩的設(shè)計(jì)。
圖6 以賽亞微結(jié)構(gòu)框圖
Cache的設(shè)計(jì)為64KB+64KB L1 cache，16路組相聯(lián)，2MB的uninclusive的L2 cache。保留站的項(xiàng)數(shù)為76項(xiàng)（micro-ops，其micro-ops類似Intel處理器的uops，每條X86指令對(duì)應(yīng)1-3條uops），規(guī)模和Intel的Core以及AMD的K10基本相當(dāng)。其也采用了大量的低功耗技術(shù)，例如為了降低功耗，分支預(yù)測(cè)器的表項(xiàng)只有4K項(xiàng)，取指令時(shí)只取16字節(jié)大小等。
從文章中介紹和測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，該處理器結(jié)構(gòu)在2008年而言是非常棒的微架構(gòu)，兼顧了低功耗和適度性能。從性能上可以打贏當(dāng)時(shí)的按序發(fā)射的Intel Atom，但是由于技術(shù)團(tuán)隊(duì)人數(shù)有限，在功耗控制實(shí)現(xiàn)上不是那么完美，所以導(dǎo)致其市場(chǎng)定位高不成低不就。在高性能上沒(méi)法和Intel的Core和AMD的K10抗衡，在低功耗上又不能做到無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，沒(méi)法和Atom以及近年來(lái)崛起的ARM相比。導(dǎo)致Nano的芯片主要用于上網(wǎng)本等市場(chǎng)，但是由于出貨量較少，每片的成本相對(duì)較高，隨著上網(wǎng)本市場(chǎng)的消亡，Nano芯片基本也退出了主流市場(chǎng)。
Glenn Henry曾在2008年接受記者Dave Altavilla的采訪，在采訪中Glenn Henry對(duì)低功耗的以賽亞架構(gòu)處理器的一些解釋（“VIA's Glenn Henry Speaks On New Low Power Isaiah Processor，by Dave Altavilla, January, 2008”）。以下為采訪鏈接：
圖7 Glenn Henry介紹“以賽亞”架構(gòu)
圖8 “以賽亞”架構(gòu)Nano處理器版圖
ZX-C QuadCore C4600和VIA QuadCore C4650關(guān)系密切，根據(jù)媒體報(bào)道：
《真正走向市場(chǎng)化，揭秘中國(guó)兆芯X86處理器》
《國(guó)貨新貴 兆芯X86處理器來(lái)了!--開(kāi)先ZX-C C4600處理器體驗(yàn)》
《兆芯傅城:國(guó)產(chǎn)X86通用處理器已接近國(guó)際水平》
這三篇報(bào)道算是比較全面的介紹兆芯的X86處理器。文章中介紹了是兆芯公司打造了中國(guó)X86 CPU，也介紹了兆芯ZX-C四核心處理器，ZX-C處理器是國(guó)家“十二五”核高基重大科技專項(xiàng)創(chuàng)新成果，采用28nm工藝等內(nèi)容。
不過(guò)，這些報(bào)道中的一些內(nèi)容經(jīng)不起對(duì)敲，比如文章中稱：兆芯ZX-C四核處理器的推出，讓國(guó)產(chǎn)處理器的性能完成了從“十二五”初期不足國(guó)際主流水準(zhǔn)10%到目前80%的跨越性提升。
其實(shí)，這段話并非媒體妄言，而是出自兆芯（VIA Alliance Semiconductor）在“十二五”科技成果展上的宣傳資料。不過(guò)，兆芯官方宣傳資料中達(dá)到國(guó)際主流水準(zhǔn)的80%是不客觀的。
但經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，即便是兆芯ZX-C四核處理器中主頻達(dá)到2.0G的C4600，與Intel G1840和I5 4460相比較。從圖10可以看出，就定點(diǎn)而言，I5 4460是ZX-C的3.3倍，G1840是ZX-C的2.4倍。就浮點(diǎn)而言，I5 4460是ZX-C的4.4倍，G1840是ZX-C的2.8倍。在這種情況下，宣稱ZX-C達(dá)到國(guó)際主流80%，存在虛假宣傳行為。
（圖10）
言歸正傳，一起先來(lái)探究以下ZX-C處理器和VIA QuadCore C4650的關(guān)系。
根據(jù)2014年的報(bào)道“Report: VIA’s quad-core, 64-bit Isaiah II chip coming this summer -- 07/07/2014 by Brad Linder”。2014年的VIA的2GHz的Isaiah II QuadCore處理器的性能基本和AMD Kabini的Athlon 5350和Intel Atom的Z3770相當(dāng)，詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)圖11。
（圖11）
以下為鏈接：根據(jù)2015年的一篇文章，“VIA’s New 28nm C4650 QuadCore x86 Processor Spotted – Gaming and General Purpose Benchmarks Surface, Impressive Low-End Performance”。從中可以推測(cè)在至少在2015年，VIA已經(jīng)有了VIA QuadCore C4650。
以下為鏈接：在2016年，兆芯宣布開(kāi)始將量產(chǎn)100萬(wàn)套ZX-C四核X86處理器。這里先介紹下C4600和ZX-C的關(guān)系。根據(jù)兆芯官網(wǎng)資料，ZX-C可分為C4200/4210、C4400/4410、C4600/C4610三個(gè)類別，之間的差別在于主頻，C4600是ZX-C系列處理器的2.0G主頻版本，兆芯官方截圖見(jiàn)圖12和圖13。
（圖12）
（圖13）
而且之前已經(jīng)介紹了，從C4600芯片cpuinfo的信息可以看出，C4600的設(shè)計(jì)廠商（vendor_id）還是VIA的Centaur公司，而沒(méi)有改為ZX的標(biāo)志。
兆芯的C4600與VIA公司的QuadCore C4650有非常緊密的聯(lián)系。這種聯(lián)系存在兩種可能：
第一種可能是，Centaur公司已經(jīng)由威盛公司完全出售給了兆芯公司了，所以直接使用Centaur公司的標(biāo)志，Centaur公司的技術(shù)成果也就順理成章的成為國(guó)家“十二五”核高基重大科技專項(xiàng)創(chuàng)新成果。
第二種可能是，通過(guò)VIA的關(guān)系，兆芯直接把QuadCore C4650的設(shè)計(jì)或版圖買過(guò)來(lái)，或者直接拿過(guò)來(lái)，重新在臺(tái)積電流片，然后改頭換面變成了國(guó)家“十二五”核高基重大科技專項(xiàng)創(chuàng)新成果。
以賽亞和以賽亞2到底有多少差異
根據(jù)資料顯示：兆芯ZX-A處理器，如C4350AL的微結(jié)構(gòu)是“以賽亞”，而ZX-C系列處理器，比如C4600的微結(jié)構(gòu)是“以賽亞2”。那么，以賽亞和以賽亞2到底有多少差異呢?
下面對(duì)VIA Nano X2 C4350AL和兆芯C4600在進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)中為了盡可能較少不同的因素，將C4600和C4350al的頻率都降到1.33GHz。不過(guò)，受條件有限的原因，還是有一些區(qū)別的——C4600使用內(nèi)存為DDR3-1600，C4350al使用的內(nèi)存為DDR3-1333，C4600編譯選項(xiàng)最高采用SSE4.2，而C4350al編譯選項(xiàng)最高支持到SSE4.1，另外，兩個(gè)平臺(tái)的前端總線（FSB）頻率也不同，C4600為1333MHz，C4350al為1066MHz。
（圖14）
從圖14的對(duì)比可以看出，在相同主頻下，C4600和C4350al的SEPC2006的分值基本相當(dāng)，也就是兩者在相同頻率下的性能基本相同。拋開(kāi)主頻的影響和編譯器的影響，處理器性能的差別在于微結(jié)構(gòu)的差別。
由于即便是同一款處理器跑兩次SEPC2006的分值也有有少許上下浮動(dòng)。因而可以推斷出兆芯的C款處理器C4600和兆芯的A款處理器VIA Nano C4350AL采用了相同的微架構(gòu)，或者說(shuō)以賽亞和以賽亞2的差異微乎其微，以至于在性能上處于原地踏步狀態(tài)。
除了前端總線的頻率和工藝的差別，各種微結(jié)構(gòu)的參數(shù)都沒(méi)有任何變化，也就是說(shuō)“以賽亞2”和“以賽亞”其實(shí)是同一個(gè)東西，或者說(shuō)修改的地方微乎其微，以至于在性能上處于原地踏步狀態(tài)，修改可以忽略不計(jì)。
必須說(shuō)明是是實(shí)驗(yàn)中，C4600的定點(diǎn)性能比C4350al略高一些，主要原因是C4600的前端總線的頻率提高了，C4600浮點(diǎn)性能反而略有下降，主要原因是由于其采用的SSE4.2指令集沒(méi)有硬件的邏輯實(shí)現(xiàn)，并且DDR3-1600帶寬的提升反而彌補(bǔ)不了延遲的略微增加，以至于浮點(diǎn)性能下降。
兆芯C4600和VIA以賽亞的短板
Centaur公司設(shè)計(jì)的以賽亞在當(dāng)時(shí)是立足差異化競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)物，以賽亞也是一個(gè)輕量級(jí)的架子，雖然在2009年的時(shí)候這個(gè)設(shè)計(jì)還是挺不錯(cuò)的。但隨著技術(shù)的進(jìn)步，以賽亞在今天就有點(diǎn)不夠看了，面對(duì)ARM Cortex A57/A72/A73就難以招架了。下面簡(jiǎn)單介紹一下兆芯C4600和VIA以賽亞的短板：
短板一：沒(méi)有對(duì)最新的指令系統(tǒng)在微結(jié)構(gòu)和硬件上進(jìn)行改動(dòng)
根據(jù)VIA官方資料，VIA Nano只支持到SSE4.1指令集系統(tǒng)，至于原因只要回溯Intel指令集系統(tǒng)的發(fā)展歷史就明了了：MMX（1996）, SSE（1999）, SSE2（2001）, SSE3（2004），SSSE3（2006）, SSE4.1（2006）SSE4.2（2007）, AES, AVX（2011）, F16C（2009）, ACE, PCLMUL（2010）, VMX, BMI1, BMI2, AVX2（2013）。
正是因?yàn)闅v史原因以及Intel對(duì)外的X86授權(quán)因素，當(dāng)時(shí)的VIA公司沒(méi)有拿到Intel最新指令集系統(tǒng)的授權(quán)，所以2009年的Nano處理器最高支持到SSE4.1。
相比之下，VIA QuadCore C4650和兆芯C4600處理器支持后續(xù)的SSE4.2和最新的AVX和AVX2等指令集系統(tǒng)。
對(duì)于VIA QuadCore C4650和兆芯C4600支持最新的AVX和AVX2等指令集系統(tǒng)，可能的原因是VIA已經(jīng)買到了Intel公司最新指令集系統(tǒng)的授權(quán)。不過(guò)VIA如何將指令集授權(quán)轉(zhuǎn)讓給兆芯，這個(gè)問(wèn)題無(wú)論是Intel，還是VIA、兆芯都沒(méi)有任何公開(kāi)聲明。
誠(chéng)然，這個(gè)不是本文關(guān)注的重點(diǎn)。本文關(guān)注的是緣何增加了AVX和AVX2等指令集系統(tǒng)C4600的性能反而下降了。
Intel和AMD的CPU在使用了最新的256位的AVX/AVX2向量指令集后，性能有所提高——Intel和AMD處理器采用向量指令（128位和256位），INT2006的性能平均可以提高5%，F(xiàn)P2006的性能平均可以提高16-18%。而從128位的SSE，增加到256位的AVX/AVX2指令，INT2006的性能可以提高2-3%，F(xiàn)P2006的性能可以提高6-8%。
必須說(shuō)明的是，采用向量指令提高性能的前提是處理器的訪存通路能供應(yīng)上足夠?qū)挼臄?shù)據(jù)，如Haswell為了支持256位的AVX/AVX，采用了3個(gè)訪存的端口，同時(shí)支持2個(gè)256位的load操作和1個(gè)256位的store操作。
與Intel和AMD的CPU相反，C4600處理器兼容了Intel最新的256位向量指令A(yù)VX/AVX2等（不支持乘加FMA指令）。在編譯時(shí)打開(kāi)了AVX2, AVX, bmi等最新指令集編譯選項(xiàng)，但編譯出來(lái)的程序?qū)崪y(cè)性能反而下降。具體成績(jī)?yōu)閳D15。
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（圖15）
從圖15中可以看出，采用最新的指令集系統(tǒng)，對(duì)于大部分CPU2006的程序，其性能反而下降了。對(duì)于INT2006，幾何平均的性能下降了1.76%，如401.bzip2下降了5.01%，456.hmmer下降了3.74%，462.libquantum下降了13.04%；對(duì)于FP2006，幾何平均的性能下降了4.82%。416.games下降了7.52%，433.milc下降了8.93%，435.gromacs下降了8.12%，454.calculix下降了11.18%，454.calculix下降了14.06%，459.GemsFDTD下降了6.98%，482.sphinx3下降了16.41%。而這些程序正好是易于被向量化的程序，其采用了256位的AVX指令。例如459.GemsFDTD中256位的Packed Double動(dòng)態(tài)指令數(shù)占到16.53%。
為什么采用新型的指令集系統(tǒng)，SPEC CPU2006程序性能反而有所下降呢？很可能是兆芯C4600處理器保留了Centaur公司的原始設(shè)計(jì)，沒(méi)有對(duì)最新的指令系統(tǒng)在微結(jié)構(gòu)和硬件上進(jìn)行改動(dòng)，也就是在微結(jié)構(gòu)上除了指令譯碼部分，在數(shù)據(jù)通路和訪存通路上沒(méi)有變化。而這也作證了之前提到的：以賽亞2和以賽亞其實(shí)是同一個(gè)東西，或者說(shuō)修改的地方微乎其微。
首先來(lái)看處理器在指令譯碼部分怎么支持最新的指令集系統(tǒng)，在當(dāng)前的CISC指令集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)都是將外部CISC指令翻譯為內(nèi)部的類RISC，即uops，通常一條CISC指令可以在內(nèi)部被翻譯為1-3條內(nèi)部的uops指令。uops指令在“以賽亞”被稱為micro-ops，見(jiàn)VIA Isaiah Architectural文章中“microcode subsystem”，“以賽亞”架構(gòu)中的微碼子系統(tǒng)（microcode subsystem）包括24K微指令加上一個(gè)強(qiáng)大的打補(bǔ)丁（patch）的功能，使得微碼能被更新，每個(gè)ROM中的微碼指令被翻譯為最多3條融合的微操作（fused micro-ops）?？梢钥闯觥耙再悂啞奔軜?gòu)仍然在沿用X86處理器早期的部分復(fù)雜X86指令微碼實(shí)現(xiàn)的方式，如果要支持新的如AVX的指令，就可以通過(guò)更新微碼的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，再通過(guò)微碼指令轉(zhuǎn)換為內(nèi)部的微操作指令實(shí)現(xiàn)。
第二，256位寄存器的實(shí)現(xiàn)，既然要支持AVX指令，需要實(shí)現(xiàn)256位的體系結(jié)構(gòu)可見(jiàn)的寄存器和256位的重命名物理寄存器，我們猜測(cè)其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)為僅實(shí)現(xiàn)了體系結(jié)構(gòu)可見(jiàn)的寄存器，而沒(méi)有實(shí)現(xiàn)256位的重命名物理寄存器，這不會(huì)增加太多的開(kāi)銷。在數(shù)據(jù)通路和訪存通路的實(shí)現(xiàn)上，在內(nèi)部很可能是將256位的向量指令拆分為多條128位的類SSE指令實(shí)現(xiàn)的，這種方法在第一代AMD的推土機(jī)實(shí)現(xiàn)256位的AVX指令和第一代的K8實(shí)現(xiàn)128位的SSE指令也是這么做的，通過(guò)內(nèi)部拆分在數(shù)據(jù)通路上支持新的指令集系統(tǒng)，但是這樣做的結(jié)果是，新的指令系統(tǒng)對(duì)性能不但沒(méi)有好處，反而會(huì)有性能的下降，因?yàn)閿?shù)據(jù)通路和訪存通路根本就沒(méi)有實(shí)現(xiàn)更寬的設(shè)計(jì)，就好比本身很窄的馬路，可以通過(guò)2個(gè)車道，這時(shí)候同時(shí)來(lái)4輛車，這4輛車就得排成兩排，順序通過(guò)。另外，更寬的向量操作導(dǎo)致其架構(gòu)的訪存和供數(shù)能力跟不上，這也造成了新指令集有時(shí)性能下降的原因。
短板二：前端總線設(shè)計(jì)和帶寬
限制兆芯C4600芯片的一大瓶頸是Centaur公司延續(xù)了其前端總線（VIA V4 bus）的設(shè)計(jì)，而且沒(méi)有將內(nèi)存控制器集成到處理器上。
前端總線（front-side bus，F(xiàn)SB）是早期Intel芯片的計(jì)算機(jī)通信的接口，和AMD公司的EV6類似，其連接CPU和北橋芯片，內(nèi)存控制器通常集成在北橋中。PCI，AGP等各種設(shè)備以及內(nèi)存都是通過(guò)北橋和CPU進(jìn)行通訊。
前端總線出現(xiàn)在1995-2006，用于Intel的Atom，Celeron，Pentium，Core2芯片以及早期的Xeon芯片，其很快被現(xiàn)代處理器中AMD的HT（HyperTransport）和Intel的QPI（QuickPath Interconnect）以及DMI（Direct Media Interface）所取代。
前端總線為64位，8個(gè)字節(jié)，每拍能傳輸4次。前端總線的速度是當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一個(gè)重要的衡量指標(biāo)，當(dāng)前，前端總線最高的頻率為333~400MHz，每個(gè)周期能進(jìn)行4次傳輸。由于設(shè)計(jì)的缺陷，前端總線的頻率沒(méi)法得到進(jìn)一步提升。假設(shè)前端總線的實(shí)際頻率為333MHz，也就是通常廠家說(shuō)的1333MHz，其峰值理論帶寬為10.65GB/s，即8 bytes/transfer × 333 MHz × 4 transfers/cycle = 10656MB/s。
前端總線的設(shè)計(jì)，使得CPU需要等待來(lái)自內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，對(duì)于每個(gè)元素需要的大量復(fù)雜計(jì)算的應(yīng)用，這樣的應(yīng)用訪存不是那么的密集，前端總線能跟上CPU的速度。而對(duì)于圖像、音頻、視頻、游戲、FPGA綜合以及科學(xué)應(yīng)用等應(yīng)用，通常是對(duì)于大工作集的少部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行操作，這樣前端總線就成為一個(gè)主要的性能瓶頸。
圖16比較了2.0GHz的兆芯C4600、1.5GHz的龍芯3A3000、1.5GHz的AMD K10三款處理器訪存帶寬測(cè)試程序STREAM的帶寬分值，從中可以看出，單線程STREAM的測(cè)試，C4600的STREAM帶寬基本為4-5GB/s，而3A3000為8+GB/s，K10為6-7GB/s。多線程STREAM的測(cè)試，C4600的STREAM帶寬基本為3+GB/s，而3A3000為12-13GB/s，K10位6+GB/s。
（圖16）
國(guó)際主流CPU都在十年前把內(nèi)存控制器集成在CPU芯片中，而兆芯C4600繼續(xù)把內(nèi)存控制器集成在橋片上，訪存帶寬受限于前端總線。VIA 以賽亞系列處理器從2009年開(kāi)始一直采用VIA V4 BUS的前端總線設(shè)計(jì)，而沒(méi)有將內(nèi)存控制器集成到芯片上，即使是2014年對(duì)Nano X2的改版也不愿意去動(dòng)其結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。只是從40nm工藝提高到28nm TSMC的工藝，同時(shí)把V4總線的頻率從800MHZ提高到1333MHz，也就是其前端總線的理論帶寬為10.6GB/s。所以其內(nèi)存帶寬不高原因也就可以解釋。
另外，多線程的情況下，多個(gè)CPU核以及I/O等會(huì)競(jìng)爭(zhēng)前端總線，前端總線和內(nèi)存控制器的預(yù)期機(jī)制截然不同，造成訪存序的紊亂。所以在多個(gè)線程尤其是訪存壓力很大的情況下，其性能會(huì)急劇下降。這也是C4600多線程帶寬反而不如單線程帶寬的原因。
對(duì)于C4600，1-2個(gè)核基本上就吃滿了訪存帶寬，對(duì)于龍芯3A3000而言，訪存帶寬具備顯著的優(yōu)勢(shì)，其能滿足4-8個(gè)處理器核的需求。所以，在單線程性能差距不大的情形下，龍芯3A3000的SPEC CPU2006多線程rate的性能，明顯超過(guò)了C4600的rate性能。具體參數(shù)見(jiàn)圖17
（圖17）
結(jié)語(yǔ)：雖然在一系列兆芯官方宣傳和中文宣傳資料上，兆芯一直宣傳自主安全可控（見(jiàn)圖18），在其官方網(wǎng)站上也標(biāo)明自主可控（見(jiàn)圖19）。但與兆芯相關(guān)的英文材料卻標(biāo)明：Based on Centaur Technologie’s microarchitecture designs （見(jiàn)圖20）。
（圖18）
（圖19）
（圖20）
在微結(jié)構(gòu)源自Centaur公司，指令集授權(quán)也模糊不清的情況下，就宣布兆芯自主安全可控，未免有點(diǎn)超之過(guò)急——即便是走技術(shù)引進(jìn)道路，也要在憑借自己的能力完成消化吸收再創(chuàng)新之后，才能稱得上自主可控安全。比如在充分消化Centaur公司設(shè)計(jì)的以賽亞之后，憑借境內(nèi)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出可以匹敵Intel SNB或者AMD Zen的產(chǎn)品，這才真的稱得上再創(chuàng)新。拿Centaur公司設(shè)計(jì)的以賽亞，改制程堆核心數(shù)提升總線頻率做出一款CPU就宣傳自主可控，無(wú)非是自欺欺人而已。
（圖21）
（圖22）
（圖23）
