海光1000系列發佈，端側市場為何需要另一顆CPU？

近日，海光信息發佈了1000系列CPU，首次推出專門面向工業控制等端側場景設計的處理器。這顆芯片是海光迄今封裝尺寸最小的一顆CPU，海光信息總裁助理、創新產品部副總經理李成在發佈會上表示，這可能也是公司做過的最複雜的單SoC芯片。從服務器、工作站走向更廣泛的工業設備，海光需要為新的使用場景重新定義產品。端側CPU不能照搬服務器的設計工業設備對處理器的要求，與服務器和普通消費終端存在明顯差異。服務器通常部署在機房，工業設備則可能安裝在產線、控制櫃或戶外終端中。不同設備留給主板的空間、供電和散熱條件各異，還需要連接顯示、網絡、傳感器及其他輸入輸出設備。

部分設備需要多年連續運行，產品一旦完成設計和驗證，處理器及外圍器件的更換甚至會涉及軟硬件重新適配。因此，計算性能固然重要，卻也只是工業設備選型時考慮的因素之一；增加核心數可能推高功耗和成本，增加片上功能又會佔用芯片面積。處理器廠商需要根據設備的實際用途，在計算、接口、功耗及長期供應之間確定最適合的產品規格。圍繞這些需求，端側處理器市場已經形成了一套較為成熟的產品設計方式。廠商通常通過低功耗設計、集成圖形能力、豐富的外圍接口和長期供貨承諾，適應不同工業設備的使用要求。而在這其中，海光在1000系列芯片上選用了更新的技術方案，做出了海光首款集成GPU的CPU。

海光信息總裁助理、創新產品部副總經理李成介紹，部分國際同類處理器已取消8線程配置，但1000系列依然保留了4核心8線程的設計。這一配置讓1000系列相比同規格的4核4線程處理器，在部分多任務、多線程負載下能夠提供更高的吞吐量。在圖形處理方面，1000系列集成了一款具備三維圖形處理能力的GPU，支持4K60顯示及主流視頻編解碼。李成介紹，CPU與GPU還能夠提供基礎AI算力，滿足端側設備的圖像、視頻處理等需求。在接口代際方面，李成表示，目前工業控制等端側市場，部分處理器仍採用PCIe 3.0甚至PCIe 2.0；而海光選擇了PCIe 4.

0，併兼容DDR4和DDR5內存，為外圍設備擴展及後續升級保留空間。另一方面，工業設備的長期運行也對芯片安全性提出了要求。對於這一要素，李成特別強調，1000系列將服務器芯片的安全設計移植至端側。具體而言，1000系列集成了獨立的硬件安全模塊，支持可信計算、真隨機數及SM2、SM3、SM4等國密算法。李成在發佈會上將上述產品設計概括為“後發優勢”。對於海光而言，此次專門面向工控市場開發1000系列，也提供了一次重新規劃芯片架構、接口及功能配置的機會。此外，1000系列支持-40至105攝氏度的寬溫運行，以適應部分工業設備較為複雜的使用環境。

1000系列的產品設計，也對應著海光從雲端向邊緣和端側拓展的業務方向。海光信息總裁沙超群在致辭中表示，公司此前主要圍繞服務器CPU和麵向人工智能市場的DCU開展業務。隨著AI逐步進入工廠、能源場站、軌道交通等場景，計算任務也在向邊緣和端側延伸。為此，海光兩年多前組建創新產品線，開始研發終端、工作站及端側智能芯片。封裝縮小，外圍設計仍要兼顧落實到具體產品設計上，海光首先需要解決的，是如何在縮小封裝尺寸的同時，保留工業設備所需的外圍接口。李成表示，1000系列研發過程中重新開發、導入及集成30多個IP，涉及PCIe、DDR、USB等模塊，並經歷70多輪設計迭代，從立項到最終流片，芯片面積優化15.

7%。最終，1000系列封裝尺寸為25×25mm，相比海光此前最小的處理器，封裝面積縮小42.6%。但在縮小封裝的同時，海光仍需要為工業設備保留GPIO、USB、PCIe和網絡等接口，這也讓引腳數量成為設計中的一項限制。海光采用引腳複用設計，讓同一組引腳根據配置承擔不同功能，減少了不同接口對獨立引腳的需求。這樣的設計也增加了芯片和主板的設計複雜度。不同設備需要的接口組合並不相同，主板設計人員必須明確每組引腳的用途，處理不同功能之間的配置關係。李成在發佈會上也坦白，引腳複用增加了海光自身和客戶的設計難度。為此，海光開發了一套可視化配置工具，幫助客戶完成引腳功能配置。

除了封裝和接口，海光還需要考慮這顆CPU未來多年的使用需求。在嵌入式市場，長期供貨已經是成熟廠商的重要產品策略。設備完成主板設計、軟硬件適配和驗證後，通常需要維持多年生產和使用，但內存標準、價格及外圍器件的供應情況可能在此期間發生變化。1000系列的內存規格就在研發過程中發生過調整。海光信息總裁助理、創新產品部總經理黃維，在會後回答提問時表示，海光最開始只計劃支持DDR4，後來考慮到產品供貨週期較長，未來設備可能提出更高的性能要求，因此在研發過程中加入DDR5支持。黃維進一步提到，內存是當前外部供應鏈波動影響較大的環節之一。

同時支持DDR4和DDR5，也是海光從技術端應對內存供貨及價格變化的方式。保留DDR4可以兼顧現有內存方案，新增DDR5則為後續設備開發提供了另一種選擇。李成在發佈會上表示，海光已為1000系列及後續產品提出十年供貨承諾，並在芯片設計中增加冗餘量，以支持長期穩定運行。不過，十年供貨本身已是部分工業控制等端側處理器廠商提供的產品條件。對於海光這樣的新進入者，相關承諾還需要通過長期供應鏈管理及客戶產品交付來兌現。芯片還在流片，客戶已經開始畫板處理器完成研發後，整機廠商還需要圍繞芯片開發主板、適配軟件，並完成整機調試和驗證。

這一開發過程是嵌入式市場長期存在的行業問題，工控機、邊緣網關和工業控制器即便採用同一顆CPU，對接口、外圍器件和軟件環境的要求也可能不同。整機廠商需要針對具體產品重新開展開發工作，芯片廠商則需要提供配套文檔、參考設計和技術支持。圍繞這一問題，行業已經採用模塊化設計和提前導入客戶開發等方式。例如，SMARC等標準化計算模塊將通用計算平臺與應用相關的載板設計分開，讓整機廠商根據設備需求配置接口及外圍功能。李成介紹，1000系列流片期間，海光便向合作客戶提供技術文檔，讓整機廠商同步開展主板設計；芯片回片後，又向客戶釋放樣片，使客戶板卡與海光平臺同步點亮，這也是海光首次採用的客戶推進方式。

為了支持整機開發，海光還開發了SMARC核心板、Mini-ITX等參考板卡，提供電源優化、高密度佈線等參考方案，並計劃通過AVL測試，為合作伙伴提供外圍器件的選型參考。海光表示，端側軟件生態碎片化、缺乏一站式開發環境，是其進入這一市場面臨的挑戰之一。公司因此組建嵌入式軟件團隊，開發面向端側的開發環境、SDK及相關工具，並針對工業控制應用提供運動控制、工業控制等軟件庫。這些軟硬件支持與客戶提前開發主板相互配合，目的在於縮短芯片發佈後整機廠商的開發時間。目前，海光已支持110家合作伙伴，相關項目涉及66個應用場景。

海光的合作方賦華慧創介紹，其已基於1000系列開發的產品，涉及邊緣控制、網絡安全、電力和工廠自動化等方向；信步科技同步啟動了6個相關研發項目。李成在發佈會上將1000系列當前所處的階段稱為“前置推廣和同步設計”，並表示下一步是形成客戶銷售。目前，海光已圍繞1000系列啟動133個合作項目，其中部分項目已經完成主板設計和點亮。但這些研發進展距離持續出貨和形成收入，仍有後續的整機驗證及客戶導入工作。對於海光而言，1000系列已經補上了面向工業控制等端側方面的專門產品線。接下來，還需要與現有工控市場在產品供應、軟件適配和整機開發支持等方面展開競爭。