龍芯3A5000是龍芯中科自主設(shè)計的最新型號桌面CPU，比上一代3A4000提升了50%的性能。本人通過真機實測，印證了3A5000無論是單核性能還是多核性能，確實都有50%的提升。上一代3A4000較更早的3A3000性能翻倍時，仿佛都不如現(xiàn)在這50%的提升更令人激動，因為3A5000不但性能終于貼近了主流桌面CPU的性能區(qū)間，還使用了完全自主設(shè)計的LoongArch指令集，代表著一個全新時代的開端。
龍芯3A5000的主頻為2.5GHz，使用SPEC CPU2006 測試的 int_base（整數(shù)計算基本性能）單核成績?yōu)?6分以上，int_peak（整數(shù)計算峰值性能）單核成績?yōu)?0分以上。這樣的性能如果與Intel/AMD的產(chǎn)品相比，僅僅是在主流的邊緣，但卻不應(yīng)妄自菲薄，因為現(xiàn)在還能制約龍芯CPU性能的，幾乎只剩下了CPU運行頻率。
不同CPU在相同頻率下的性能，代表著CPU的核心設(shè)計水平，通常用IPC這個單位來衡量CPU核心的潛力。IPC的本意是指CPU每個時鐘周期執(zhí)行的指令數(shù)量，但現(xiàn)在大家把它引申為每GHz的性能，也很合適。通過專業(yè)的CPU測試軟件對性能加以量化，把測試成績換算到1GHz，這樣CPU單核性能也就約等于 IPC * (頻率/Ghz)，可以比較準(zhǔn)確地估算出相同核心的CPU在不同頻率下的性能。
我把Intel i5-4460、i9-10850K都固定于2.5GHz的頻率，使用相近的GCC版本和編譯優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行SPEC CPU2006 int_base測試，把成績與3A5000的實測結(jié)果作比較，在相同的頻率下，它們的單核性能已經(jīng)非常接近。
龍芯官宣的int_base單核成績?yōu)?6分以上，int_peak單核成績?yōu)?0分以上。我的int_base測試成績?yōu)?6.6，已經(jīng)超過官宣成績。我的編譯優(yōu)化配置非常簡單，一是所知有限，二是因為我懶。因此我覺得如果細(xì)致調(diào)整編譯參數(shù)，int_base的測試成績還能有一些提升空間。但是測試SPEC CPU2006太耗精力和時間，因此我只求達(dá)標(biāo)，不求最高。int_peak我就覺得不用測試了，就以官方說的30分為準(zhǔn)，畢竟為每一個測試子項單獨調(diào)配優(yōu)化參數(shù)實在太費時間。
Intel的測試成績就比較奇妙了，從酷睿4代到10代，IPC提升微小，甚至內(nèi)存從DDR3 1600變成了DDR4 3200也沒有讓IPC大幅上升。Intel恃著壟斷地位不思進(jìn)取，每代新品幾乎只是依靠工藝改進(jìn)，小幅度提高頻率和降低功耗，CPU核心設(shè)計進(jìn)步乏善可陳。擠牙膏收智商稅，確信！在Intel擠牙膏這段時間，龍芯已經(jīng)逐漸把IPC追近，CPU頻率也在不斷向著主流水平前進(jìn)，十年前因單核性能低而暫停的眾核計劃，現(xiàn)在也終于可以繼續(xù)實行。
然而，由于現(xiàn)在的主流桌面CPU大多有4GHz以上的睿頻，一般能夠長時間穩(wěn)定運行的頻率也超過3Ghz，3A5000與主流CPU差距仍然很大。其實現(xiàn)在所有的國產(chǎn)CPU運行頻率都還不高，即使是使用7nm工藝的鯤鵬CPU離3GHz的運行頻率也還有距離，這是國產(chǎn)CPU共有的問題。一般來說，CPU核心設(shè)計越復(fù)雜，IPC就越高，但也越是難以達(dá)到較高的運行頻率。要想以較小的代價提高CPU運行頻率，那就得使用更先進(jìn)的工藝，否則就需要大量的投入反復(fù)流片，尋找工藝和物理設(shè)計的短板，加以改進(jìn)和規(guī)避。當(dāng)CPU核心設(shè)計有較大改變，又需要重復(fù)這一燒錢的過程，雖然經(jīng)驗可以積累，但論經(jīng)驗又有誰能與Intel和AMD相比呢？
國產(chǎn)CPU當(dāng)前最欠缺的是單核性能，提高單核性能既要重視頻率提升，更要重視IPC提升，必須雙管齊下。提高頻率需要與生產(chǎn)工藝大量磨合，需要很高的成本。而且最新的生產(chǎn)工藝目前處于被卡脖子的狀態(tài)，我們還無法完全掌控。而增強CPU核心設(shè)計的能力，提高CPU同等頻率下的性能，則不需要依賴太多外部條件，是我們能夠自主掌握的最核心的本領(lǐng)。只有鉆研，再鉆研，積累，再積累，才能三年不鳴而一飛沖天！只有單核性能高了，多核才能有競爭力，否則一百只螳螂也擋不住頑童腳尖的嬉戲。
為何如此強調(diào)單核性能呢？經(jīng)常見到一些游戲用戶抱怨，Intel幾十個核心的服務(wù)器CPU玩有的游戲時還不如4個核心的i5順暢。這是因為桌面應(yīng)用的特性決定了“一核有難，多核圍觀”是常態(tài)。Web服務(wù)器可以把數(shù)千并發(fā)訪問平均分配給所有核心，但瀏覽器對網(wǎng)頁版面重排卻只能從頭到尾順序進(jìn)行。正因為桌面應(yīng)用的特性，Intel在酷睿8代之前，就沒有超過4核的桌面CPU產(chǎn)品。即使是服務(wù)器，也有許多任務(wù)無法多核并行處理，如資源爭用、等待前置條件、算法無法拆解等等都會使程序被迫串行運行。因此如果一款32核CPU的單核性能是另一款64核CPU的兩倍，那么32個核心能發(fā)揮的實際效率也就高于64個核心。
龍芯3A5000的單核性能和多核性能都要比3A4000高50%，而整機價格相當(dāng)，那么3A4000似乎就成了明日黃花，很快就會無人問津了。3A4000的命運果真注定了嗎？可能并不如此！
當(dāng)前所有的國產(chǎn)桌面、服務(wù)器CPU都還不能與消費市場的主流產(chǎn)品抗衡，無論是性價比，還是單純的性能，都有很大差距。維持它們生存并加速它們進(jìn)步的，主要是特別注重安全的信創(chuàng)市場。在這個限定的市場，各家國產(chǎn)CPU企業(yè)既要展現(xiàn)產(chǎn)品的先進(jìn)性，也要體現(xiàn)路線的正確性。只有優(yōu)秀的產(chǎn)品才能獲得顧客的青睞，只有正確的路線才有無窮的潛力，錯誤的路線終究是涸澤而漁。信創(chuàng)市場的容量有限，國產(chǎn)CPU必須抓緊時機，快速進(jìn)步，才能在一兩年之后徹底進(jìn)入普通消費市場時，仍有生存和競爭的能力。
也就是說，3A4000其實不需要與3A5000競爭，它只要與其它國產(chǎn)CPU相比有些許優(yōu)勢，就仍然有生存的空間。正好最近我買了一套飛騰D2000的主板，飛騰D2000與上一款FT-2000/4相比，核心數(shù)量從4個擴展到了8個，但頻率從2.6GHz降到了2.3GHz。它們使用的CPU核心完全相同，其它規(guī)格也基本一致。若論CPU的整體性能，D2000的8個核心肯定超過上一款FT-2000/4的4個核心，但論實際體驗，有時可能會覺得更慢。D2000與3A4000比較的話，8核對4核，多核性能3A4000沒有勝算，3A5000尚能一戰(zhàn)。因此我是想把D2000的單核性能換算到2.6GHz，讓它代替FT-2000/4來與3A4000比較一番。
以前我調(diào)試Linux for ARM的程序，用的是樹莓派4B，性能低得實在難以忍受，咬咬牙就買了飛騰的最新桌面CPU產(chǎn)品。實際使用感受確實比樹莓派4B快多了，但對于CPU性能的量化，只能使用專業(yè)的測試工具軟件來測試性能。測試CPU性能首選工具SPEC CPU，我暫時使用2006版，新版SPEC CPU2017我還沒有很多問題沒弄明白，以后有時間再測。
SPEC CPU2006是一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的性能測試工具，測試重點是CPU、內(nèi)存、編譯器。通常CPU本身和編譯器及編譯優(yōu)化參數(shù)對測試結(jié)果的影響較大，而內(nèi)存性能的影響相對較小，因此當(dāng)內(nèi)存性能和編譯器版本差異不大時，就可以認(rèn)為SEPC CPU2006的測試成績代表了CPU性能。實際上由于軟件的運行離不開操作系統(tǒng)環(huán)境，Linux核心和各種基礎(chǔ)庫的優(yōu)化程度對CPU的性能發(fā)揮也有很大的影響，也會影響SPEC CPU2006的測試成績。
龍芯官宣3A4000在2.0GHz時的int_base單核成績?yōu)?9.1，實際大量出貨的是1.8GHz的版本，把2.0GHz時的19.1換算到1.8GHz，得分應(yīng)該是17.2。飛騰從來沒有在網(wǎng)上的報道中公開過其CPU的單核測試成績，但一直流傳著來源未明的的“官方”說法，稱FT-2000/4在2.6GHz時單核int_base成績17.2，與1.8GHz的3A4000相同。但是這兩個成績都有疑問，曾有一些網(wǎng)友聲稱實測龍芯3A4000單核int_base僅13.x，也有一些網(wǎng)友聲稱用FT-2000/4實測出了超過21分的int_base成績，都與宣方成績沖突，又都沒有能令人信服的證明。真實情況到底如何，我們也來測測看。
在測試SPEC CPU2006之前，先測試一下它們各自的內(nèi)存訪問性能，這也和CPU的性能表現(xiàn)，以及各種軟件的運行效率相關(guān)。使用Stream開源程序來測試，比較簡單，就讓3A5000也參與一下吧！
Stream是測試的內(nèi)存訪問性能的一個開源程序，可以在“863高性能計算機評測中心”的網(wǎng)頁上找到簡要介紹和源碼下載地址。內(nèi)存訪問對CPU的計算能力要求不高，主要是考驗CPU的內(nèi)存控制器以及內(nèi)存本身的性能。測試分為單線程內(nèi)存訪問和多線程內(nèi)存訪問，下圖是單線程測試結(jié)果：
單線程的內(nèi)存訪問3A4000不敵3A5000可以理解，因為內(nèi)存頻率有差距，且3A5000在訪存方面也有改進(jìn)。但D2000被3A4000完敗，速度甚至不到3A5000的一半，就有點匪夷所思，飛騰CPU的訪存性能這么弱嗎？這么弱的訪存性能還做64核心的服務(wù)器CPU，不是趕鴨子上架嗎？不過這只是單核測試的結(jié)果，下面再看看多線程內(nèi)存訪問的情況，D2000有8核，多線程測試是否可以翻盤呢？
從測試結(jié)果來看，D2000的內(nèi)存訪問性能比較令人失望，多線程測試仍然墊底。本來是想用D2000代替FT-2000/4來與3A4000進(jìn)行對比，結(jié)果它自己都如此萎靡！如果飛騰的CPU能把內(nèi)存訪問性能增強，相信測試CPU性能成績能提高一點。但不也不能寄予太大希望，看看本文開始處幾款CPU在相同頻率下的性能對比，i5-4460的內(nèi)存是DDR3 1600，i9-10850k的內(nèi)存是DDR4 3200，內(nèi)存性能差距一倍，但測試成績并沒有提高多少。
內(nèi)存性能更影響的是實際應(yīng)用程序的運行效率，而不像SPEC CPU測試這樣，主要是測試各種計算能力，并沒有很大的數(shù)據(jù)樣本。
龍芯3A4000的測試很簡單，我前幾天嘗試在3A5000上測試SPEC CPU2006時，把幾個常用的編譯優(yōu)化參數(shù)簡單拼湊了一下，就得到了26.6的int_base單核成績，與龍芯官宣的26分（以上）相比，還富裕了不少。那么就繼續(xù)使用這幾個簡單的參數(shù)來測試3A4000就好了，只是由于3A4000與3A5000架構(gòu)不同，編譯參數(shù)有一些適應(yīng)性的改動。
龍芯3A4000(1.8GHz) SPEC CPU2006 int_base單核實測結(jié)果為17.5分，如果折算到2.0GHz就是19.44分，與龍芯官宣的19.1相比仍然超出了不少。因原始測試報告比較冗長，為避免影響閱讀，這里只截圖其中最重要的部分。
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3A4000 （1.8GHz）int_base編譯參數(shù)：
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3A4000 （1.8GHz）int_base單核測試成績：17.5。
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3A4000 （1.8GHz）int_base多核（4線程）測試成績：55.1。
測試飛騰D2000更加麻煩一些，我開始時使用與我測試3A5000/4000相似的編譯器優(yōu)化配置參數(shù)，但成績不太理想，在2.3GHz的飛騰D2000上int_base單核得分僅15分。D2000的頻率是2.3GHz，如果把成績折算到FT-2000+/4的2.6GHz才16.96，離網(wǎng)傳的17.2分還有差距，和某些網(wǎng)友說的21以上差得更遠(yuǎn)。然后我單獨使用-O2和-Ofast參數(shù)進(jìn)行測試，測試成績僅分別為13.6和14.4，證明我使用的編譯優(yōu)化參數(shù)確實有效，但效果又不明顯。
然后我請求聲稱實測超過21分的幾位網(wǎng)友給予幫助，希望他們提供優(yōu)化參數(shù)，但他們要么緘口不言，要么答非所問，要么把我拉黑，于是此事擱淺！后來有網(wǎng)友給我提供了一份疑是“飛騰官方泄露”的測試SPEC CPU2006用的CFG配置文件。我看到這個配置文件的第一眼，就幾乎立即相信了這是官方的CFG文件。從下面的局部截圖可以看到，這個文件用于64核的FT-2000+，因為FT-2000+和4核的桌面版本FT-2000+/4以及8核的D2000都是相同的CPU核心，因些這個配置肯定是對D2000有效的。
同時我也發(fā)現(xiàn)這個配置文件中，對FP（浮點性能測試）可能啟用了一些特殊優(yōu)化的庫文件。在base/peak編譯配置的共用部分，一些測試浮點性能的子項單獨配置了庫文件的搜索路徑，這些配置也加入了編譯參數(shù)中。我不知道這些文件夾下有些什么庫文件，也沒有渠道得到它們，因此如果測試浮點性能，那么我的測試結(jié)果可能會比較差。不過本次我只打算測試整數(shù)性能，那么無論這些定向優(yōu)化的庫文件是否存在，都不會影響測試。
上面就是存放某些定向優(yōu)化的庫文件的路徑（部分），好在從配置文件來看，這此庫文件與整數(shù)性能測試無關(guān)。
這個CFG文件中對peak（峰值）測試的優(yōu)化配置參數(shù)十分復(fù)雜，我只能感嘆編寫者對GCC的熟悉，以及對測試出高分的執(zhí)著，而不敢對那些參數(shù)設(shè)置改動半分。不過幸好base（基本）測試的編譯配置還在我能理解的范圍內(nèi)，不至于太傷我的自尊。
使用這個CFG文件測試出的飛騰D2000的int_base單核成績是15.2，比我自己拼湊的優(yōu)化參數(shù)稍高一些。把成績折算到2.6GHz就是17.2分，也就與傳言中的FT-2000/4官方成績相同，也與知乎上“原來如此”對FT-2000/4的實測成績相同，只是他測出的龍芯3A4000的成績和我實測的差距非常大。3A4000僅13.x的單核成績絕對是負(fù)優(yōu)化的成果，不可能如他文中所說和測試FT-2000/4時使用的優(yōu)化配置一樣。
本文發(fā)出之前，有網(wǎng)友在與我測試D2000時相同的環(huán)境下，用FT-2000/4實測SPEC CPU2006，分別使用“-O2 -static”和“-O3”參數(shù)測試int_base，測試成績都為16.x，與我測得的D2000成績換算到2.6GHz后的得分相當(dāng)。
雖然我測試D2000的單核成績已經(jīng)達(dá)標(biāo)，但我并不滿意。因為龍芯3A5000/4000官宣成績都留下了一些冗余，并且是用很簡單的優(yōu)化參數(shù)就超過了官宣成績，那么飛騰D2000的官方優(yōu)化配置是否也有冗余呢？
經(jīng)過我的反復(fù)嘗試，只要對原有參數(shù)刪、改，測試成績就一定會降低，哪怕把-O3改成-Ofast也會影響原有參數(shù)的平衡性，使總成績降低。增加參數(shù)有的不影響，有的會使成績降低！對于這種渾然一體、無懈可擊的優(yōu)化配置，我只能感嘆自己能力不足，無法測試得到更好的成績。最后只好聊勝于無地把“-march=arm8……”改成了“-march-arm8.1……”，再換了兩根時序更好的內(nèi)存條，以此表達(dá)我最后的倔強！測試結(jié)果大概……也許……可能對小數(shù)點兩位之后的成績有影響，四舍五入后到十分位還是一樣，仍然只有15.2，折算到2.6GHz還是只有17.2。
飛騰D2000 (2.3GHz) int_base編譯參數(shù)：
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飛騰D2000 (2.3GHz) int_peak編譯參數(shù)：
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飛騰D2000 (2.3GHz) int_base和int_peak單核測試成績：15.2和15.7。
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飛騰D2000 (2.3GHz) int_base和int_peak多核（8線程）測試成績：
雖然飛騰D2000的頻率和龍芯3A5000差距很小，但實測單核性能比1.8GHz的3A4000還要低，而FT-2000/4雖然頻率比3A5000更高一些，但用D2000測試結(jié)果換算得到的FT-2000/4的成績也仍然低于1.8GHz的3A4000。D2000測得的15.2的測試成績換算到2.6GHz之后為17.2，與網(wǎng)傳的飛騰官方成績以及知乎網(wǎng)友“原來如此”的測試成績完全一樣。D2000的bese和peak測試成績非常接近，從編譯參數(shù)的復(fù)雜度就能看得出，已經(jīng)盡力了，就是這個樣子！為了便于比較，下面把它們的成績放到一起看一看。其中FT-2000/4的多核成績，如果用D2000的8核int_base成績除2后再折算就只有48，可能比實際成績低，因此這里直接用官方公布的55分的成績。不知道這個55分是base還是peak，我就把它當(dāng)成base來用吧。另外3A5000的多核成績也直接使用官方公布的80分成績，因為我自己測試的int_base多核成績才79.x，還有一點點差距。按照3A4000的單核與多核性能比例來算，3A5000多核int_base應(yīng)該有83以上才對，可能龍芯LoongArch的系統(tǒng)優(yōu)化還沒有完全放出來吧！
FT-2000/4與3A4000同樣是4個核心，無論單核性能還是多核性能，3A4000都完勝。FT-2000/4的主頻是2.6GHz，3A4000的主頻僅1.8GHz。飛騰最新的D2000頻率不升反降，單核性能更是完敗于3A4000。3A5000主頻率僅比D2000高了0.2Ghz，單核性能卻高了75%。多核性能方面，3A5000的4個核心與D2000的8個核心僅有6%的性能差距。由于單核性能遠(yuǎn)勝，3A5000在桌面應(yīng)用中實際表現(xiàn)也會超過D2000。這是龍芯多年致力于提高CPU核心設(shè)計水平，增強單核同頻性能帶來的勝利。
最有意思的還是每GHz的測試成績，飛騰2015年發(fā)布的首款A(yù)RM架構(gòu)的CPU是FT-1500A，這款CPU實測的每GHz的測試成績也是6.x。現(xiàn)在已經(jīng)6年了，飛騰的CPU除了工藝和頻率不斷變化之外，CPU核心幾乎沒有長進(jìn)。而龍芯呢，這6年把每GHz的性能翻了一倍，3A5000的CPU核心雖然只是在3A4000的基礎(chǔ)上小幅改進(jìn)，但也有10%的IPC提升。下一代3A6000將會啟用新的CPU核心，IPC將會更高，且龍芯的CPU頻率也在穩(wěn)定提升，將會進(jìn)一步縮小與主流CPU產(chǎn)品的差距。
總之，同樣4核的飛騰FT-2000/4和龍芯3A4000相比，2.6GHz的FT-2000/4性能完敗于1.8GHz的3A4000。這還不算FT-2000/4是16nm工藝，而3A4000是28nm工藝，工藝水平差了整整十年。而飛騰D2000因為單核性能不升反降，以至于8個核心的整體性能差一點點被4個核心的龍芯3A5000逼平！
龍芯3A4000生存無憂矣?。?！
如果說龍芯3A5000的單核性能只有桌面高端CPU產(chǎn)品的50%，那么飛騰D2000就只有30%的樣子，龍芯只要能把CPU頻率繼續(xù)提高，就能與主流產(chǎn)品匹敵。而飛騰要是再不努力提高IPC，CPU頻率也不升反降，用64核的CPU戰(zhàn)平Intel 2014年的14核產(chǎn)品標(biāo)榜，搞飛騰“電競主機”這類宣傳噱頭，不知道將來拿什么去面對消費市場挑剔的顧客！
真心希望飛騰不要繼續(xù)在同一款核心上反復(fù)折騰，從核心代號來看都已經(jīng)更新幾代了，但I(xiàn)PC還依然如故。2015年在Hot Chips大會上向全世界同行宣傳的9.6/Ghz的IPC至今沒有實現(xiàn)。應(yīng)該正視與國際主流的差距，安安心心提升自己的設(shè)計水平，僅依靠先進(jìn)工藝和多核心現(xiàn)在就已經(jīng)進(jìn)入了性能瓶頸。
對于國產(chǎn)CPU的CPU性能，無論是浮夸宣傳，還是惡意貶低，只能瞞一時，無法瞞一世，造謠者也不要以為國產(chǎn)CPU只有信創(chuàng)用戶，在一個封閉的圈子里就可以肆無忌憚，只要普通用戶有了實測的條件，立馬就能戳穿這些謊言！
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