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【Lynn写点週报】中美超级电脑战争:AMD技术转移是中国崛

2020-06-12

【Lynn写点週报】中美超级电脑战争:AMD技术转移是中国崛

 「超级电脑」是指具有高速计算能力的巨型电脑,运算效能远高于一般家用电脑与企业的资料中心,自从 1980 年年代开始,超级电脑的性能朝着大规模平行运算发展,藉由连接数万个节点处理器来达到超高的运算能力,普遍用于军事试验、天文计算、物理推估、气候研究等等需要大量运算的工作。

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目前全球最快的超级电脑是美国的 Summit

G20 的峰会前, 2019 年 6 月 21 日,美国商务部将中国相关的 5 间超级电脑业者,列入禁令的实体名单,禁止美国企业科技出货给这些企业,其中三家是超微半导体与中国合作的相关企业,包含天津海光、成都海光与中科曙光。

随后华尔街日报对外发布了一篇惊人的爆料报导,命名为:「美国晶片製造商如何给予中国通往王国的钥匙」,该文作者来自北京,指控 AMD 于 2016 年透过複杂的公司架构绕过美国与 Intel 的交叉授权禁令,将 x86处理器与系统单晶片架构转移给中国及其合作伙伴用于製造先进的处理晶片,才得以让中国的超级电脑产业迅速发展。

文内作者更指出 AMD 从中获得了 2.93 亿美元的授权金以此摆脱财务困境,成为 AMD 在三年内迅速窜起对 Intel 造成重大威胁的转捩点,但这项举动也引起美国国家安全相关官员的注意。

「事实上美国的禁令已经太迟了,中国 AMD 版本的 x86 处理器晶片已经开始量产, AMD 技术正在协助中国打造次世代的超级电脑设备,未来将用于中美双方角力、民用发展与军事竞赛上。」

AMD 从新一代的 Zen 架构开始,其电脑中央处理器的效能快速追上龙头英特尔,而且价格只有一半,特别是迈入新一代的 Zen 2 架构,採用台积电最新的 7nm 製程后更是对 Intel 造成很大的威胁,逼得 Intel 频频对 AMD 放话,但都比不上这位记者的说故事能力:用煽动的叙事方式放大 AMD 在中国市场的销售行为,扣上偷偷转移美国技术的大帽子,如果是配合美国商务部所发布的禁令,搭上风潮以吸引读者注意,这个策略确实取得了很大的成功。

中国超级电脑产业近年的崛起原因有很多,但现在中国速度最快的超级电脑「神威太湖之光」甚至不是採用 x86 架构堆叠而成,究竟 AMD 有没有把重要的 x86 製造技术交给中国? 以下是根据各项公开资讯以及个人背景知识所作出的推测,仅供各位参考,无法代表任何真实情况。

什幺是 x86 处理器架构?

所谓的 x86 架构是指我们日常使用的电脑处理器所採用的硬体架构,採用複杂指令集来执行操作,目前市场绝大多数的软硬体都是以 x86 架构为基础,例如家用电脑、笔电、 Mac 还是企业伺服器,大多都採用 x86 架构的处理器,建造出了相当完善的生态系,一旦中国取得了 x86 处理器的研发能力,将能在短时间内快速追赶美国的科技,这也是美国商务部提出国安疑虑的主要原因。

目前全球仅有三家晶片製造商拥有 x86 架构的处理器研发能力,分别是 Intel 、 AMD 以及 VIA ,市场主流以 Intel 最为主流, AMD 则随着 Zen 架构窜起,急追 Intel ,威盛则是早已淡出市场,转做嵌入式主机板与音效晶片。

对于中国而言,自主研发处理器被认为是国家战略等级的目标,智慧型手机普遍使用的 ARM 以及开源的 RISC-V 架构也都投入大量的资本发展研发技术,但 x86 架构仍然是目前高效能运算的主流架构。为了避免 x86 技术外流,Intel 与 AMD 于 2009 年签署了交叉协议,禁止协力厂商对外转让 x86 架构授权。

AMD 如何授权 x86 架构给中国合资公司?

AMD 与中国合作的处理器产品已经对外正式公布,是一款号称中科海光自主生产的「禅定」 x86 处理器,根据 Linux 内部核心开发者透露,该款处理器与第一世代的 AMD EPYC 处理器几乎一模一样,差异只在换掉加密引擎,还有厂牌及序号的不同。

外观方面,除了外壳改成红色之外,如果把 EPYC 的更新软体放上去 Dhyana 同样可以运行,证实两款处理器几乎是同一颗,但换了一个外壳跟名称,并且只有小幅的设计改动。

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Sources: ANANDTECH

由于美国与 Intel 对 x86 处理器的授权有严格的限制, AMD 先是成立一家由 AMD 持股 51% 的中国天津海光合资公司,其余 49% 由负责中国自主晶片研发的天津海光控股持有,接着透过合资公司再设立一间成都海光集成电路的私人子公司: AMD 持股 30% ,天津海光持有 70% 。

双方合作架构之中, x86 架构晶片 IP 授权与製造都是由 AMD 控制的中国天津海光持有与负责,但天津海光将晶片设计委託成都海光完成,成都海光再将设计回售给天津海光,并由天津海光委託晶圆代工厂製造,天津海光收到晶片成品后,回头出货给成都海光进行中国境内市场的销售。

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Sources: 写点科普,请给指教

而中科曙光作为伺服器与超级电脑的建设商,就是背后的大客户,他们声称已经开始建设採用禅定处理器的资料中心。

虽然麻烦,但上述的架构声称能绕过x86 架构处理器的交叉协议限制,简单说 IP 授权、製造及出货都掌握在 AMD 控制的子公司天津海光手里,没有控制权的成都海光只负责部分设计修改及通路销售。根据合约, AMD 可以从处理器销售中获得授权金收入。

中国并没有取得 x86 的 IP 授权与研发能力

从处理器成品看来,除了拔掉硬体加密引擎,成都海光几乎没有对晶片进行任何修改,间接说明中国没有取得 x86 的授权与自主研发能力,否则成品的差异会更大,华尔街日报的指控太过夸大── AMD 授权给中国的只是第一代 Zen处理器架构,而且成都海光仅能作部分设计调整,例如针对当地市场特性拿掉硬体加密引擎,其余关键设计的部分依然相同,核心的设计技术仍然掌握在 AMD 手中。

除了晶片设计之外,处理器晶片最重要的部分是代工製造的过程,其中「禅定处理器」跟 EPYC 的规格相同,连封装脚位一样都是 AM4 ,两颗几乎全部相同,因此 AMD 很可能同样委託格芯进行代工生产以降低成本。

也就是说,除了细部的设计调整,剩余的核心设计、製造、封装到出货仍停留在 AMD 的体系中,AMD 仅是透过中国合资公司针对当地市场要求进行些许修改,藉此取得在中国境内 AMD 处理器的销售通路与客户。

如果要阻止中国继续取得 AMD EPYC 晶片的话,只需要停止美国企业提供 EDA 软体晶片设计工具,并且禁止晶圆代工业者提供製造服务给天津海光即可── 也就是美国商务部近期发布的禁止出货实体清单。

AMD 单方面也可以对这项合作案喊停,毕竟授权与製造仍掌握在 AMD 持股达 51% 的天津海光手中,晶片的製造也是走 AMD 的供应链,中国要取得 x86 完整的製造技术根本不可能,成都海光只能算是 AMD 的合资经销商。

根据 Tom’s hardware 于今年 6 月 Computex 2019 对 AMD CEO Lisa Su 的访谈,她表示第二代的 Zen 2 架构将不会授权给天津海光,双方的合作只会停留在第一代的架构,也就是说中国将无法取得更进一步的架构授权,在美国商务部禁令生效后,天津海光委託的晶圆代工厂也无法使用美国科技生产这款晶片。

中国超级电脑发展迅速,但是效能得靠资金推叠

那为何 AMD 要透过合资的架构进行销售呢? 2013 年中国天河二号採用 Intel 的 Xeon 处理器之后,截至 2016 年都是全球速度最快的超级电脑,有鉴于此, 2015 年美国商务部向 Intel 发布行政命令,禁止 Intel 输出超级电脑相关技术给中国四家组织,直白一点就是禁止出货 Xeon 系列处理器给中国超级电脑的业者。推测 AMD 有可能是为了美国商务部的出口许可,才转用层层架构以取得美国商务部的同意。

禁止中国取得 Intel x86 架构处理器之后,中国于 2015 年启用「神威太湖之光」超级电脑,成为 2018 年 8月以前最快的世界电脑,值得注意的是,他并没有採用 Intel x86 架构,还能取得当时速度最快的称号,关键就在于堆叠了达 40,960 颗的 DEC Alpha 架构处理器,并联起来拥有一共10,649,600 个 CPU 核心。

虽然单核的性能疲弱,远低于 Intel CPU 的效能,但是超级电脑主要执行大规模的平行运算,只要并联的处理器数量够多,整体还是能够拥有惊人的运算能力,例如一群小孩子集合起来围殴仍然能打败大人。

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中国目前最快的神威太湖之光超级电脑

然而採用自主架构背后的投资成本也非常高昂,必须重新开发额外的专用软体与主机板,导致投资效率非常低,所以中国自己也持续寻找其他的架构替代,例如 ARM 、开源的 RISC-V 以及另一家拥有 x86 架构处理器的上海兆芯积体电路公司。

如果中国真的取得了 AMD 的 x86 处理器核心技术,那幺上述半导体公司的投资通通可以裁撤或缩减,专心集中资源发展这项技术即可。

AMD 仅是借用合资公司名义打入中国市场

总而言之,华尔街日报这次的指控过于耸动夸大, AMD 确实授权了一代 ZEN 架构给中国的 IC 设计公司,但中国只能调整部分的设计,最重要的核心架构并没有转移,最多是使用同样的架构设计委託外部的晶圆代工厂生产,就像 ARM 授权华为进行海思处理器生产一样,并不会给予中国自行研发 x86 处理器的能力,只能算是 AMD 辗转销售 CPU 处理器给中国市场。

从实质的合作模式来看,成都海光更像是 AMD 在中国的经销商,扮演负责询问客户需求以及销售给中科曙光的角色,一旦 AMD 停止授权,天津海光的产品将停留在第一代的 Zen 架构,而且仅能进行非核心部分的修改。

如果要使用原有的架构进行生产,也受限关键晶片设计软体工具被美国掌控的限制,根本称不上是中国自主研发,顶多是中国特规版的 EPYC 处理器── 但打着自主生产的名号有不少好处,例如可以协助厂商更快速打进中国市场或是取得大笔的政府预算案资金。


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