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飞腾处理器

微處理器

飞腾处理器（英语：FeiTeng），又称银河飞腾处理器，是由中国人民解放军国防科学技术大学研制的一系列嵌入式数字信号处理器（DSP）和中央处理器（CPU）芯片。[1]这个处理器系列的研发，是由国防科技大的邢座程教授[2]带领的团队负责研发。[3]其商业化推广则是由中国电子信息产业集团有限公司旗下的天津飞腾信息技术有限公司负责。[4]

早期产品

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第一代的飞腾制品，二进制指令集可兼容于英特尔的安腾2。第二代的处理器架构，称为FT64（飞腾-64），是一种系统单片机，内部集成了64位的中央处理器核心以及64位的流式处理器，该代产品用于银河系列超级计算机内，作为加速处理器使用。[5]

此外，还有银河飞腾数字信号处理器，于2004年12月17日在北京通过国家鉴定；YHFT-DSP/700芯片在0.13微米工艺下YHFT-QDSP的频率达到350MHz，性能大于11.2GOPS，功耗约2.99W。[6]

飞腾-1000

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飞腾-1000
设计团队中国国防科技大学
生产商
  • 台积电
微架构SPARCv9
制作工艺/制程65纳米
核心数量8
CPU主频范围800 MHz 至 1000 MHz
应用平台超级计算机

飞腾-1000（FT-1000）是银河飞腾系列的第三代产品，采用台积电的65纳米制程，共3.5亿个晶体管逻辑门，运作主频为0.8～1.0GHz。本代架构采用了当时OpenSPARC开放源码项目最新公开的UltraSPARC T2源码[7]，可兼容于SPARCv9指令集。[8]芯片内置8个CPU核心，每核心可运行4线程，共64线程；内置4通道DDR3存储器控制器（每通道位宽64位）；采用3路HyperTransport总线以及PCIe x8 2.0总线。[9]

在由中国国防科技大学和天津滨海新区共同研制的超级计算机天河一号A中，其中使用了2048颗国防科技大学研制的飞腾处理器（完整规格，八核64线程，主频1GHz）[10][11][12]。天河一号A理论性能峰值约4.701 petaflops（该值并未计入这批飞腾处理器的贡献）。[9][13]这批CPU用于机组的服务节点上。[1][9]

飞腾-1500

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飞腾-1500
设计团队中国国防科技大学
生产商
  • 台积电
微架构SPARCv9
制作工艺/制程40纳米
核心数量16
一级缓存每核心16KB资料缓存、16KB指令缓存
二级缓存每核心512KB
三级缓存所有核心共享4MB
CPU主频范围至 1800 MHz
应用平台超级计算机

飞腾-1500（FT-1500）处理器，仍然基于SPARCv9微架构，热设计功耗65瓦，采用台积电的40纳米制程，运行主频1.8GHz。[14]FT-1500的峰值性能为115～144 GFLOPS，拥有16个CPU核心，每核心拥有8线程的多线程处理能力，支持256比特宽幅SIMD运算，支持积和熔加运算指令（FMA）。缓存运作的主频比CPU核心的高，为2.0GHz，每核心拥有16KB的一级指令缓存、16KB的一级资料缓存以及512KB的二级缓存，三级缓存为所有核心共享，容量4MB，其中被分为4段，每段1MB，有4个CPU核心与之共32路组相联。缓存结构采用基于目录的缓存一致性协议。[15]此外FT-1500还支持以下特性：

在由中国国防科技大学等单位研制的超级计算机天河二号中，使用了4096颗FT-1500处理器作为计算节点前端处理器。[16]

飞腾-1500A

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飞腾-1500A
设计团队Phytium
微架构ARMv8
制作工艺/制程28纳米
核心数量4～16
CPU主频范围至 2000 MHz
应用平台瘦客户端、服务器

FT-1500A，是新一代的处理器产品，主打商用服务器市场，与FT-1500并无太多关系之处。该代处理器也是系统单片机（SoC）的设计，但采用ARM64微架构（AArch64），支持ARMv8指令集，由天津飞腾公司设计，采用28纳米制程制造。[17]芯片内置32通道PCIe通道，双千兆以太网络适配器，支持ITS的GICv3中断控制器，电源管理等。[18]目前有4核心型号以及16核心型号。[4]

  • 4核心型号主要用于客户端以及轻量级服务器上，内置双通道DDR3-1600存储器控制器，热设计功耗15W，主频2.0GHz；[4]
  • 16核心型号用于大型服务器上，支持硬件虚拟化，内置4通道DDR3-1600存储器控制器，热设计功耗35W，主频2GHz。[4]

飞腾-2000

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飞腾2000(FT-2000)于2017年作为天河三号的预先样机亮相于公开业界，属于ARM家族，其宣扬在单核性能上和Intel还存在一定差距，但在多核性能上，[19]已经达到Intel服务器CPU E5 主流产品的水平。

飞腾-2000/64

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飞腾-2000/64 / 2000Plus/64
设计团队Phytium
微架构ARMv8
制作工艺/制程28纳米/16纳米
核心数量64
一级缓存每核心 32KB资料缓存、32KB指令缓存
二级缓存集成32MB
三级缓存扩展支持 128MB
CPU主频范围至 1500~2400 MHz
应用平台云端服务器

在天河2A上，国防科大已经用自主研发的加速器矩阵2000取代Intel的Xeon Phi计算卡，预估天河三号性能指标是神威太湖之光的8倍。FT-2000Plus采用了台积电16nm制造工艺，主频为2.0GHz—2.4GHz并将DDR4内存控制器集成到了片内。

根据实际测试FT-2000在2GHz主频下，采用GCC4.8编译器，SPEC2006的测试成绩分别为

  • SPECint_rate2006 : 570分
  • SPECfp_rate2006 : 482分

与Intel Xeon E5-2695v3相当。但在单线程性能上SPECint_base2006的14分落后于Xeon的25分。目前已有一些商业公司推出飞腾2000Plus处理器的服务器和工作站产品。

飞腾-2000/4

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飞腾-2000/4
设计团队Phytium
微架构ARMv8
制作工艺/制程28纳米/16纳米
核心数量64
一级缓存每核心 32KB资料缓存、32KB指令缓存
二级缓存4MB
三级缓存4MB
CPU主频范围至 2200~2600 MHz
应用平台桌面

飞腾-2000/4是飞腾2000系列处理器的桌面版本，集成4个FTC663内核，主频为2.2GHz-2.6GHz。按照飞腾公司描述，是首个在CPU层面支持可信计算3.0标准的国产处理器。[20]

参见

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参考文献

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  1. ^ 1.0 1.1 Patrick Thibodeau. U.S. says China building 'entirely indigenous' supercomputer. Computerworld. 2010-11-04 [2016-06-17]. （原始内容存档于2012-10-11）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  2. ^ 室温下单电子晶体管3种临界尺寸的确定. 国防科技大学计算机学院. [2016-06-22]. （原始内容存档于2020-11-28）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  3. ^ HKUST - Department of Electronic & Computer Engineering. Ee.ust.hk. 2011-10-20 [2016-06-17]. （原始内容存档于2013-12-03）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 中国电子重量级芯片“智桥”、“飞腾”联袂亮相. cena.com.cn. [2016-06-22]. （原始内容存档于2017-05-11）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  5. ^ HKUST - Department of Electronic & Computer Engineering. ust.hk. [17 June 2016]. （原始内容存档于2013-05-22）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  6. ^ YHFT-DX高性能DSP芯片的功能验证. cnki.com.cn. [2016-06-22]. （原始内容存档于2016-08-11）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  7. ^ INFRA-2010-2.3.1 – First Implementation Phase of the European High Performance Computing (HPC) service PRACE (PDF). Prace-project.eu. [2016-06-17]. （原始内容存档 (PDF)于2016-09-27）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  8. ^ China introduces homegrown Feiteng CPU server - People's Daily Online. English.people.com.cn. 2011-03-25 [2016-06-17]. （原始内容存档于2013-12-03）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 The TianHe-1A Supercomputer: Its Hardware and Software by Xue-Jun Yang, Xiang-Ke Liao, et al in the Journal of Computer Science and Technology, Volume 26, Number 3, May 2011, pp. 344-351 存档副本. [2012-02-08]. （原始内容存档于2011-06-21）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  10. ^ FT-1000. [2011-01-06]. （原始内容存档于2020-04-20）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  11. ^ 國產飛騰CPU伺服器問世. [2011-09-04]. （原始内容存档于2016-08-11）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  12. ^ Top100爆冷门 天河一号力压星云再夺魁-IT168 服务器专区. Server.it168.com. 2010-10-28 [2016-06-17]. （原始内容存档于2016-05-26）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  13. ^ China builds world's fastest supercomputer. ZDNet UK. 29 October 2010 [2016-06-22]. （原始内容存档于2010-10-29）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  14. ^ Dongarra, Jack (3 June 2013). "Visit to the National University for Defense Technology Changsha, China" （页面存档备份，存于互联网档案馆） (PDF). Netlib. （英文） page 9
  15. ^ MilkyWay-2 supercomputer: system and application. Xiangke LIAO, Liquan XIAO, Canqun YANG, Yutong LU. Front. Comput. Sci., 2014, 8(3): 345–356 DOI:10.1007/s11704-014-3501-3 (September 6, 2013)
  16. ^ 超级计算机是探知未知世界的“神器”. 新华社. 长沙晚报. 2013年6月19日 [2016-06-22]. （原始内容存档于2021-01-13）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  17. ^ FT-1500A系列CPU关键技术国内领先- 天津飞腾造强力“中国芯”. arm.com. [2016-06-22]. （原始内容存档于2015-05-26）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  18. ^ '[PATCH 0/3] Add support for Phytium FT-1500A SoC' - MARC. marc.info. [17 June 2016]. （原始内容存档于2022-05-15）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  19. ^ 天河國產路. [2018-05-20]. （原始内容存档于2018-05-20）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  20. ^ FT-2000/4. [2021-07-16]. （原始内容存档于2021-07-16）.  （页面存档备份，存于互联网档案馆）
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