在第18屆中國國際工業(yè)博覽會上，上海兆芯公司的ZX-C處理器獲得了金獎。在2017年3月，更是接連榮獲“2017年度大中華IC設(shè)計成就獎”（見圖22）、“第十一屆（2016年度）中國半導(dǎo)體創(chuàng)新產(chǎn)品和技術(shù)獎”。在國家十二五科技創(chuàng)新成就展中兆芯的宣傳材料顯示，“兆芯國產(chǎn)X86通用處理器的成功自主研發(fā)和量產(chǎn)，令國產(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際整體水準(zhǔn)的10%提升到了目前的80%”。

眾所周知，Intel對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？ZX-C目前的短板在哪里？在性能上和Intel相差多遠呢？

兆芯C4600 cpuinfo的信息顯示：設(shè)計廠商為美國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CPUID指令讀出來的。例如eax=1時，讀出的是處理器的信息以及特征位(CPUID指令的使用，見en.wikipedia.org/wiki/CPUID)。

從圖1兆芯C4600芯片cpuinfo的信息可以看出，這個芯片的廠商（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，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，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。對比vendor_id的信息可以看出都是VIA的Centaur公司，對比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)計廠商（vendor_id）還是VIA的Centaur公司，而沒有改為ZX的標(biāo)志。

美國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，其獲得的投資來自于IDT公司。其公司的目標(biāo)是開發(fā)兼容的x86處理器，目標(biāo)定位為開發(fā)比Intel公司的x86芯片價格更低，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，包括移動市場，也就是面積更小、價格更便宜，功耗更低的x86芯片市場。Centaur的設(shè)計理念是對于面向特定市場需求“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芯片這時更為強調(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)計高性能、低功耗的x86兼容的微處理器，號稱具有最快的設(shè)計流程，設(shè)計周期是競爭對手廠商的三分之一。該公司沒有管理者，所有的工程師直接向Centaur公司的創(chuàng)建者和總裁Glenn Henry匯報，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。但是這次收購沒有改變Centaur的文化，也就是Centaur作為VIA公司的子公司獨立地運營，而不會受到VIA的影響。在Cyrix解散后，VIA公司的x86芯片的設(shè)計都是來自于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，1988年離開IBM加入DELL公司，為DELL公司負責(zé)研發(fā)的副總和CTO，1994年離開DELL公司，擔(dān)任MIPS公司的咨詢顧問，試圖把x86和MIPS架構(gòu)結(jié)合在一起，1995年Henry獲得了來自IDT公司的投資，創(chuàng)建了Centaur公司，設(shè)計低功耗、低成本的x86處理器。

揭開以賽亞神秘的面紗

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比較起來有什么優(yōu)勢，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，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，7個部件，2個定點I1和I2，2個浮點MA和MB，1個取數(shù)LD，1個存數(shù)ST和1個SA地址計算。也就是2個定點、2個浮點、2個訪存。屬于中規(guī)中矩的設(shè)計。

圖6 以賽亞微結(jié)構(gòu)框圖

Cache的設(shè)計為64KB+64KB L1 cache，16路組相聯(lián)，2MB的uninclusive的L2 cache。保留站的項數(shù)為76項（micro-ops，其micro-ops類似Intel處理器的uops，每條X86指令對應(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)測器的表項只有4K項，取指令時只取16字節(jié)大小等。

從文章中介紹和測試數(shù)據(jù)來看，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)時的按序發(fā)射的Intel Atom，但是由于技術(shù)團隊人數(shù)有限，在功耗控制實現(xiàn)上不是那么完美，所以導(dǎo)致其市場定位高不成低不就。在高性能上沒法和Intel的Core和AMD的K10抗衡，在低功耗上又不能做到無風(fēng)扇設(shè)計，沒法和Atom以及近年來崛起的ARM相比。導(dǎo)致Nano的芯片主要用于上網(wǎng)本等市場，但是由于出貨量較少，每片的成本相對較高，隨著上網(wǎng)本市場的消亡，Nano芯片基本也退出了主流市場。

Glenn Henry曾在2008年接受記者Dave Altavilla的采訪，在采訪中Glenn Henry對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