谈谈兆芯芯片技术

在信息技术飞速发展的当下，芯片作为各类电子设备的核心组件，其技术水平直接影响着产业的竞争力与国家安全。兆芯作为国内芯片领域的重要参与者，凭借在x86架构芯片技术上的深耕，逐渐在市场中崭露头角。本报告将深入剖析兆芯历代芯片和技术，全面解析其技术亮点、技术线路图、核心技术，并详细阐述最新产品的应用与实践。

一、兆芯历代芯片与技术总结

（一）早期探索与基础构建（2013 - 2016年）

兆芯成立于2013年，由上海国资委旗下联和投资与台湾威盛电子合资组建，持有x86架构永久授权，成为国内唯一具备x86全技术链研发能力的企业。在这一阶段，兆芯推出了ZX-C系列处理器，采用28nm工艺 ，实现了桌面级SoC集成，初步搭建起国产x86芯片的技术框架，为后续产品的研发奠定了基础。虽然该系列产品在性能上与国际主流产品存在差距，但在推动国产芯片自主研发进程中具有重要意义，标志着国内开始涉足x86架构芯片的自主设计与生产。

（二）技术迭代与性能提升（2017 - 2020年）

KX-5000系列处理器于2017年推出，同样基于28nm工艺，主频达到2.0GHz，支持双通道DDR4内存，在I/O方面支持PCIe 3.0/USB 3.1 Gen2（Type-C）等。这一系列产品在内存支持和接口规格上的升级，使其性能相较于早期产品有了显著提升，能够更好地满足日常办公和一些轻度应用的需求，进一步拓展了兆芯芯片在市场中的应用范围。

随后在2019年发布的KX-6000系列，采用16nm工艺 ，IPC（每时钟周期执行的指令数）提升25%，主频最高达到3.0GHz，支持DDR4内存 ，在性能上实现了进一步跨越，逐渐缩小与国际竞品在性能上的差距，在国产芯片市场中占据了更有利的地位。

开先系列（KX系列）桌面/嵌入式CPU

• 最新型号：KX-7000系列（2023年发布）
• 架构：自主设计的“永丰”微架构（x86-64兼容）。
• 制程工艺：7nm（由台积电代工）。
• 核心/线程：最高8核16线程。
• 主频：基础频率2.7GHz，加速频率可达3.7GHz。
• 缓存：L2缓存4MB，L3缓存32MB。
• 内存支持：DDR4-3200，最大容量128GB。
• 集成显卡：支持DX12、OpenCL 1.2，性能接近入门级独显。
• TDP：35W-75W（不同型号）。
• 扩展接口：PCIe 4.0、USB 4.0、SATA 3.0。
• 前代型号：KX-6000系列（16nm工艺，最高8核，主频3.0GHz）。

（三）架构创新与全面突破（2021年至今）

KX-7000系列的推出是兆芯发展历程中的重要里程碑。该系列采用全新自研微架构，基于12nm工艺 ，最高8核3.7GHz主频，支持DDR5、PCIe 4.0等国际主流高速IO，集成高性能显卡，计算性能和图形性能分别提升2倍和4倍 。KX-7000系列在架构、制程工艺以及性能表现上的全面突破，使其能够更好地应对复杂的应用场景，如信创AI PC台式机、高性能桌面终端等，为兆芯在高端芯片市场竞争提供了有力武器。

同时，开胜KH-40000系列服务器处理器也在这一时期推出，单处理器最高32核，支持8通道DDR4 ECC内存，提供128 lane PCIe，支持双路互连，具备服务器级RAS和BMC管理功能增强，有效满足了企业级应用、云计算、存储、超融合等领域的需求。

开胜系列（KH系列）服务器CPU

• 最新型号：KH-40000系列（2023年）
• 核心数量：最高32核64线程。
• 制程工艺：7nm。
• 内存支持：DDR4-3200，八通道，最大容量2TB。
• 扩展性：支持多路互联（NUMA架构）、PCIe 4.0。
• TDP：120W-180W。
• 应用场景：云计算、虚拟化、数据库等企业级负载。

图形处理器（GPU）

• 型号：ZX C1080
• 架构：支持DirectX 12、OpenGL 4.6。
• 显存：4GB GDDR6。
• 性能：适用于1080p中低画质游戏及多媒体处理

二、技术亮点剖析

（一）自主微架构设计

自主研发陆家嘴、永丰、世纪大道等高性能内核微架构。以世纪大道微架构为例，应用于KX-7000系列，大幅提升了处理器性能。通过优化流水线设计、增加缓存容量以及改进分支预测算法等，使处理器在执行指令时效率更高，能够更快速地处理复杂计算任务。在多线程处理能力上，该微架构也有出色表现，通过合理的线程调度和资源分配，有效提升了多任务处理的效率。

（二）高速IO支持

支持DDR5内存和PCIe 4.0总线，在数据传输速率上实现质的飞跃。DDR5内存相较于DDR4，拥有更高的带宽和更低的功耗，使得处理器与内存之间的数据交互更加迅速，能够快速读取和存储大量数据，提升了系统的整体响应速度。PCIe 4.0总线则提供了更高的带宽，满足了高速设备（如高性能显卡、高速固态硬盘）与处理器之间的数据传输需求，在图形处理和大数据存储读写场景中，能够充分发挥设备性能，避免因数据传输瓶颈而影响系统性能。

（三）安全技术集成

自主定制扩展x86指令集，支持国密算法加速指令、安全计算框架。在当前信息安全至关重要的背景下，这一技术亮点具有重要意义。通过集成国密算法加速指令，能够在硬件层面加速国密算法的运行，提高数据加密和解密的速度，保障数据的安全性。安全计算框架则从系统层面提供了更全面的安全防护，防止恶意软件和攻击对系统造成损害，在政务、金融等对信息安全要求极高的领域，为用户提供了可靠的安全保障。

三、核心技术解析

（一）x86指令集授权与自主扩展

凭借永久授权的x86指令集，兆芯在其基础上进行自主定制扩展。一方面，确保了与现有x86架构软件生态的兼容性，使得基于兆芯芯片的设备能够运行大量现有的软件，无需大规模的软件适配工作，降低了用户使用门槛和成本；另一方面，自主扩展的指令集能够针对特定应用场景进行优化，如国密算法加速指令，提升了芯片在特定领域的性能表现，增强了产品的竞争力。

（二）Chiplet互连架构应用

在KX-7000系列中采用先进的Chiplet互连架构。这种架构将不同功能的小芯片（芯粒）通过高速互连技术组合在一起，形成一个完整的芯片系统。相较于传统的单片集成芯片，Chiplet互连架构具有更高的设计灵活性，能够将不同制程工艺的芯粒进行组合，降低研发成本和风险；同时，通过优化互连技术，能够有效提高芯粒之间的数据传输速度，提升芯片整体性能，为兆芯芯片的高性能发展提供了有力支撑。

（三）高性能IP自主设计

兆芯自主设计高性能IP，涵盖多种高速IO IP，其种类丰富且规格同步国际主流。这些自主设计的IP能够更好地与处理器内核协同工作，在保证性能的同时，提高了芯片的集成度和稳定性。在设计过程中，充分考虑了不同应用场景的需求，对IP进行针对性优化，使其在数据传输、信号处理等方面表现出色，为芯片实现高性能、高速IO支持等特性提供了关键保障。

四、最新产品应用与实践

（一）信创领域

在信创PC市场，联想开天M740Z国产整机搭载兆芯KX-6640MA（8核/2.7GHz） ，适配统信UOS/麒麟系统，成为党政机关采购主力机型。其稳定的性能和良好的兼容性，满足了政务办公对信息安全和办公效率的需求。N8 Pro信创笔记本搭载新一代开先KX-7000系列处理器，最高工作频率3.5GHz ，首发DDR5内存搭配PCIe 4.0 NVMe SSD ，在轻薄便携的同时，具备强大的计算能力，能够满足移动办公场景下的多任务处理需求，如文档编辑、视频会议、数据查询等。

（二）教育行业

在教育领域，基于兆芯处理器平台的各类计算解决方案已在全国31个省、自治区、直辖市的各级各类学校中广泛应用，累计出货超过50万套。联想开天打造的P90z G1t信创首款AIPC，搭载兆芯开先KX-7000处理器和后摩漫界M30自研NPU芯片，可灵活支持DeepSeek R1 - 1.5B至14B参数规模的本地大模型部署，为师生提供高效的自然语言对话、本地知识库、内容处理、代码生成、公文写作等智能应用体验，助力教学办公创新。联和东海基于开胜KH-40000处理器的AI推理服务器和工作站解决方案，可搭载多张AI加速卡，支持多种AI大模型，为人工智能相关课程教学提供有力支撑。

（三）企业级应用

浪潮英信服务器CN3160支持双路兆芯KH-40000系列（16核/2.2GHz） ，在企业级应用中发挥重要作用。在企业的数据中心，该服务器能够承担起数据存储、处理和分析的任务，为企业的业务运营提供稳定的计算支持。在云计算场景下，能够实现资源的灵活分配和高效利用，满足企业不同业务对计算资源的动态需求；在企业的办公自动化系统中，保障了系统的稳定运行，提高了办公效率。

五、结论

兆芯在x86架构芯片技术领域取得了显著成就，通过历代芯片的技术迭代和创新，逐步提升产品性能，拓展应用领域。其技术亮点突出，技术线路图规划清晰，核心技术为产品发展提供了坚实支撑，最新产品在多个领域的应用也取得了良好的实践成果。

然而，兆芯也面临着国际巨头的竞争和技术挑战，需要在未来持续加大研发投入，加强技术创新和生态建设，不断提升产品性能和竞争力，以实现更高的发展目标，为我国芯片产业的发展做出更大贡献。

 

参考文献链接

兆芯芯片技术分析报告