2024年信創(chuàng)CPU的發(fā)展及其能源行業(yè)應(yīng)用報告-中國科學(xué)院（張福新）

在能源行業(yè)的應(yīng)用張福新中國解學(xué)院計算技術(shù)研究所INSTITUTEOFCOMPUTINTECHNOLOGY,CHNESEACADEMY內(nèi)容提要信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況24年電力信息通信24年電力信息通信我國信息技術(shù)創(chuàng)新的三個30年第一個30年(1950-1980)第二個30年(1980-2010)在市場化條件下實現(xiàn)自主第三個30年(2010-)02024年電力信息通信新技術(shù)大會我國信息產(chǎn)業(yè)面臨改革開放以來最大變局>國際貿(mào)易的不確定性倒逼國內(nèi)行業(yè)和企業(yè)使用自主研發(fā)的CPU和操作系統(tǒng)自主化應(yīng)用帶動我國自主信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展發(fā)展階段類似于九十年代的硅谷年電力信息通信中國斜學(xué)院計算技術(shù)研究所自主指令集鯤鵬自主指令集鯤鵬飛騰海光兆芯ARM授權(quán)X86合資INSTTTUTEOFC0MPUTING1ECHNOLOGY,(HIN諸多領(lǐng)域國產(chǎn)化率迅速提升桌面電腦·黨政辦公采購信創(chuàng)產(chǎn)品已經(jīng)成為主流·央企國企集采國產(chǎn)化率不斷提升封裝測試·占全球市場超過20%·滿足大部分高端封測需求半導(dǎo)體設(shè)備·2020年初國產(chǎn)化率7.4%提升到2022年底36%新技術(shù)大份額67.5%創(chuàng)歷史新高!中國電信厚植國產(chǎn)算力產(chǎn)業(yè)生態(tài)C114道豈程水中3下才啟動，公告性示，本次年來日13個標(biāo)包，份性深明四為15.6萬臺。開且迅好50%中國電信服務(wù)器(2024-2025年)集采(臺)標(biāo)包1通用型服務(wù)器(A系列)圖1:全球、大陸半導(dǎo)體設(shè)備銷售額及占比(億關(guān)元，%)08中國斜空院計算技術(shù)研究所INSTITUTEOF00NPUTINGTECHNOL0GY,CHINESEACADEMYOFS信創(chuàng)發(fā)展過程中主要矛盾的演變·2013-2015年龍芯第一代多核CPU(3A1000等),性能只有市場主流產(chǎn)品的1/10·2016-2018年龍芯第二代產(chǎn)品(3A3000等),3A3000性能是3A1000的4倍>2019-2021:操作系統(tǒng)是主要矛盾>2022年以后：應(yīng)用生態(tài)是主要矛盾力力INSTITUTEOFCOMPU1內(nèi)容提要龍芯發(fā)展歷程用2024年2024年2017年INSTImUTEOFC0NPUTINGTECHNOLOGY.(H龍芯三大產(chǎn)品系列龍芯3號大CPU桌面、服務(wù)器應(yīng)用龍芯1號小CPU面向特定應(yīng)用定制L51A0300LS1B0200LS1C0300LS1DMCULS3A/384000LS3A/3C5000L53A/3C6000LS3A/384000LS3A/3C5000L53A/3C6000LS2K1000cor8LS1A0500新技術(shù)大會中國斜學(xué)院計算技術(shù)研究所INSTInTEOFCOMPUTINGTECHN與國內(nèi)多數(shù)芯片設(shè)計企業(yè)主要依靠境外先進工藝提升性能不同：基于自主工藝將將自主進行到,底,應(yīng)用(辦公、電商、微信、游戲……)指令系統(tǒng)(X86、ARM、LoongArch等)、其它標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)工業(yè)(工藝材料如光刻膠等、工藝設(shè)備如光刻機等)·蘋果和三星占全球手機利潤：2012年97%,2016年94%,2017年前三季度96%2024年電力信息通信新技術(shù)大會2024年電力信息通信新技術(shù)大會龍芯的技術(shù)路線選擇·一顆CPU由很多模塊組成，很多模塊市場上可以買到現(xiàn)成的，行話叫做IP核搭積木一樣攢自己的芯片·龍芯認(rèn)為，要做高性能低成本的GPU,關(guān)鍵IP都要自主設(shè)計、自主掌握基于自主指令集·指令集是CPU提供給軟件的指令集合，不同架構(gòu)的CPU用不同的指令集，就像不同族群的人說不同語言基于自主材料·龍芯優(yōu)先采用境內(nèi)工藝設(shè)計芯片，通過優(yōu)化設(shè)計彌補境內(nèi)工藝性能不足·用境內(nèi)12nm工藝設(shè)計的龍芯3A6000,性能超越了許多7nm工藝設(shè)計的國內(nèi)外芯片2024年電力信息通信2024年電力信息通信新技術(shù)大會CPU:LS864,LS664,LS46片上互連：AXI,AHB,APB;片上互連：AXI,AHB,APB;XBAR、RING、BUS2024年電力信息通信2024年電力信息通信INSTITUTEOFCOMPUTINGTECHNOLOGY,(IIMESEACADEMY龍芯建立了基于自主指令集的繁榮生態(tài)基于龍芯LoongArch指令集的軟件生態(tài)已經(jīng)能夠滿足大部分應(yīng)用領(lǐng)域需求Linux的騰訊會議版本LoongArchLoongArch榮構(gòu)版ARM64ARM64架構(gòu)版云計算云計算大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫&中間件數(shù)據(jù)庫&中間件貢獻行數(shù)大量龍芯員工擔(dān)任開源社區(qū)Maintainer中國解空院計算技術(shù)研究所INSTnTEOFCOMPUTINGTECHNOLOGY.CIIMESEACAD成效：發(fā)展成與X86、ARM并列的頂層開源生態(tài)架構(gòu)OPtNATOMOPtNATOMroUNDATiONdockerdockerLoongArch架構(gòu)在開源軟件世界擁有獨立的身份編號，各大開源軟件基金會軟件項目全面支持LoongArch架構(gòu)與指令集密切相關(guān)的基礎(chǔ)軟件社區(qū)都發(fā)布了LoongArch架構(gòu)版本，基于開源社區(qū)的軟件版本可以直接開發(fā)構(gòu)建出LoongArch架構(gòu)的操作系統(tǒng)發(fā)行版標(biāo)志三：發(fā)展起初步完整的操作系統(tǒng)與應(yīng)用生態(tài)等應(yīng)用廠商都發(fā)布了基于LoongArch的產(chǎn)品，云計算、大數(shù)據(jù)、音視頻等軟件在LoongArch平臺成效：龍架構(gòu)生態(tài)產(chǎn)品在各行各業(yè)得到大規(guī)模應(yīng)用龍芯在電子政務(wù)(內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)等)、能源(電力控制、工業(yè)PLC、石油勘探、設(shè)備監(jiān)控等)、交通(軌道信號控制、ETC車道、交通環(huán)境檢測系統(tǒng)、信號燈等)、金融(金融機具、辦公系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)等)、教育(教學(xué)平臺、信息化教室等)、電信(營業(yè)廳、數(shù)據(jù)中心等)、安全應(yīng)用等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。龍芯設(shè)備在全國各地大量應(yīng)用(應(yīng)用/運維/遷移適配),龍芯提供覆蓋全國的技術(shù)支持服務(wù)體系2024年電力信息通信中國斜學(xué)院計算技術(shù)研究所工藝受限下龍芯CPU核心性能持續(xù)快速增長11年性能提升超過20倍其中主頻提升Year電力中國斜學(xué)院計算技術(shù)研究所新技術(shù)大50龍芯騰兆芯飛騰龍芯盤古海光海光0(線程數(shù))性能龍芯3A600048英特爾i3-1010048海光-3250888麒麟99088盤古M90088飛騰FT-D2000882024年電力信息通信新技術(shù)大會中國解學(xué)院計算技術(shù)研究所龍芯3C6000/3D6000服務(wù)器CPU的性能16核三代至強CPU龍芯3C5000龍芯3C6000英特爾Xeon4314INT單線程FP單線程FP多線程單線程多線程INT單線程FP單線程INT多線程FP多線程單線程多線程32核三代至強CPU龍芯3D5000龍芯3D6000英特爾Xeon6338新技術(shù)大會中國斜字院計算技術(shù)研究所·最高的性能·最低的成本·最好的生態(tài)新技術(shù)大新技術(shù)大內(nèi)容提要信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況龍芯在能源行業(yè)的應(yīng)用SCADASCADA服務(wù)器云PLC邊緣計算加密裝置邊緣計算加密裝置關(guān)鍵中間l2024年電力信息通信2024年電力信息通信實現(xiàn)自主化替換的智能變電站自主裝置，參與網(wǎng)安防護、繼電保護等安全設(shè)備研發(fā)500/750kv超高壓繼電保護裝置電力安全網(wǎng)關(guān)電力防火墻電力安全網(wǎng)關(guān)電力防火墻2024年電力信息通信2024年電力信息通信INSTImUTEOF00NPUTINGTECHNOLOGY,CH十CANopen/4路485基于2K2000CANopen/4路485基于3A5000/3C5000路串口存儲2024年電力信息運中國斜學(xué)院計算技術(shù)研究所2024年電力信息運一、機控--風(fēng)機主控系統(tǒng)控制器■基于2K1000(兼容2K1500)硬件+軟件(loongnix+RT(周期性抖(loongnix+RT+IEC61499)+風(fēng)電INSTITLTEOFC0NPUTINGTECH龍芯2K控制器+3A服務(wù)器的智能除冰系統(tǒng)■基于國產(chǎn)龍芯3A5000服3套以上成功案例，華能■挽回發(fā)電量15%以上■機器學(xué)習(xí)除冰算法結(jié)冰頭雁領(lǐng)航預(yù)警■智能化除冰■小成本大效果圖7開啟鼓風(fēng)機后150min熱像圖INSTITLTEOFC0NPUTINGTECHNOL0GY,CHI冗余SCADA系統(tǒng)X86/ARM服務(wù)器龍芯3A5000/X86/ARM服務(wù)器INSWTOFCOMPUTNGT風(fēng)電自主化應(yīng)用千1償征1國語1些1基生1生11#風(fēng)機主控系統(tǒng)2024年電力信息通信新技術(shù)大會22#風(fēng)機主控系統(tǒng)二0二二年七月●產(chǎn)品覆蓋20個省-大