近日，海光信息发布了1000系列CPU，首次推出专门面向工业控制等端侧场景设计的处理器。
这颗芯片是海光迄今封装尺寸最小的一颗CPU，海光信息总裁助理、创新产品部副总经理李成在发布会上表示，这可能也是公司做过的最复杂的单SoC芯片。
从服务器、工作站走向更广泛的工业设备，海光需要为新的使用场景重新定义产品。
端侧CPU不能照搬服务器的设计
工业设备对处理器的要求，与服务器和普通消费终端存在明显差异。
服务器通常部署在机房，工业设备则可能安装在产线、控制柜或户外终端中。不同设备留给主板的空间、供电和散热条件各异，还需要连接显示、网络、传感器及其他输入输出设备。
部分设备需要多年连续运行，产品一旦完成设计和验证，处理器及外围器件的更换甚至会涉及软硬件重新适配。
因此，计算性能固然重要，却也只是工业设备选型时考虑的因素之一；增加核心数可能推高功耗和成本，增加片上功能又会占用芯片面积。处理器厂商需要根据设备的实际用途，在计算、接口、功耗及长期供应之间确定最适合的产品规格。
围绕这些需求，端侧处理器市场已经形成了一套较为成熟的产品设计方式。厂商通常通过低功耗设计、集成图形能力、丰富的外围接口和长期供货承诺，适应不同工业设备的使用要求。
而在这其中，海光在1000系列芯片上选用了更新的技术方案，做出了海光首款集成GPU的CPU。海光信息总裁助理、创新产品部副总经理李成介绍，部分国际同类处理器已取消8线程配置，但1000系列依然保留了4核心8线程的设计。
这一配置让1000系列相比同规格的4核4线程处理器，在部分多任务、多线程负载下能够提供更高的吞吐量。
在图形处理方面，1000系列集成了一款具备三维图形处理能力的GPU，支持4K60显示及主流视频编解码。李成介绍，CPU与GPU还能够提供基础AI算力，满足端侧设备的图像、视频处理等需求。
在接口代际方面，李成表示，目前工业控制等端侧市场，部分处理器仍采用PCIe 3.0甚至PCIe 2.0；而海光选择了PCIe 4.0，并兼容DDR4和DDR5内存，为外围设备扩展及后续升级保留空间。
另一方面，工业设备的长期运行也对芯片安全性提出了要求。对于这一要素，李成特别强调，1000系列将服务器芯片的安全设计移植至端侧。具体而言，1000系列集成了独立的硬件安全模块，支持可信计算、真随机数及SM2、SM3、SM4等国密算法。
李成在发布会上将上述产品设计概括为“后发优势”。对于海光而言，此次专门面向工控市场开发1000系列，也提供了一次重新规划芯片架构、接口及功能配置的机会。此外，1000系列支持-40至105摄氏度的宽温运行，以适应部分工业设备较为复杂的使用环境。
1000系列的产品设计，也对应着海光从云端向边缘和端侧拓展的业务方向。
海光信息总裁沙超群在致辞中表示，公司此前主要围绕服务器CPU和面向人工智能市场的DCU开展业务。随着AI逐步进入工厂、能源场站、轨道交通等场景，计算任务也在向边缘和端侧延伸。
为此，海光两年多前组建创新产品线，开始研发终端、工作站及端侧智能芯片。
封装缩小，外围设计仍要兼顾
落实到具体产品设计上，海光首先需要解决的，是如何在缩小封装尺寸的同时，保留工业设备所需的外围接口。
李成表示，1000系列研发过程中重新开发、导入及集成30多个IP，涉及PCIe、DDR、USB等模块，并经历70多轮设计迭代，从立项到最终流片，芯片面积优化15.7%。
最终，1000系列封装尺寸为25×25mm，相比海光此前最小的处理器，封装面积缩小42.6%。但在缩小封装的同时，海光仍需要为工业设备保留GPIO、USB、PCIe和网络等接口，这也让引脚数量成为设计中的一项限制。
海光采用引脚复用设计，让同一组引脚根据配置承担不同功能，减少了不同接口对独立引脚的需求。
这样的设计也增加了芯片和主板的设计复杂度。不同设备需要的接口组合并不相同，主板设计人员必须明确每组引脚的用途，处理不同功能之间的配置关系。
李成在发布会上也坦白，引脚复用增加了海光自身和客户的设计难度。为此，海光开发了一套可视化配置工具，帮助客户完成引脚功能配置。
除了封装和接口，海光还需要考虑这颗CPU未来多年的使用需求。
在嵌入式市场，长期供货已经是成熟厂商的重要产品策略。设备完成主板设计、软硬件适配和验证后，通常需要维持多年生产和使用，但内存标准、价格及外围器件的供应情况可能在此期间发生变化。
1000系列的内存规格就在研发过程中发生过调整。海光信息总裁助理、创新产品部总经理黄维，在会后回答雷峰网提问时表示，海光最开始只计划支持DDR4，后来考虑到产品供货周期较长，未来设备可能提出更高的性能要求，因此在研发过程中加入DDR5支持。
黄维进一步提到，内存是当前外部供应链波动影响较大的环节之一。同时支持DDR4和DDR5，也是海光从技术端应对内存供货及价格变化的方式。
保留DDR4可以兼顾现有内存方案，新增DDR5则为后续设备开发提供了另一种选择。李成在发布会上表示，海光已为1000系列及后续产品提出十年供货承诺，并在芯片设计中增加冗余量，以支持长期稳定运行。
不过，十年供货本身已是部分工业控制等端侧处理器厂商提供的产品条件。对于海光这样的新进入者，相关承诺还需要通过长期供应链管理及客户产品交付来兑现。
芯片还在流片，客户已经开始画板
处理器完成研发后，整机厂商还需要围绕芯片开发主板、适配软件，并完成整机调试和验证。
这一开发过程是嵌入式市场长期存在的行业问题，工控机、边缘网关和工业控制器即便采用同一颗CPU，对接口、外围器件和软件环境的要求也可能不同。整机厂商需要针对具体产品重新开展开发工作，芯片厂商则需要提供配套文档、参考设计和技术支持。
围绕这一问题，行业已经采用模块化设计和提前导入客户开发等方式。例如，SMARC等标准化计算模块将通用计算平台与应用相关的载板设计分开，让整机厂商根据设备需求配置接口及外围功能。
李成介绍，1000系列流片期间，海光便向合作客户提供技术文档，让整机厂商同步开展主板设计；芯片回片后，又向客户释放样片，使客户板卡与海光平台同步点亮，这也是海光首次采用的客户推进方式。
为了支持整机开发，海光还开发了SMARC核心板、Mini-ITX等参考板卡，提供电源优化、高密度布线等参考方案，并计划通过AVL测试，为合作伙伴提供外围器件的选型参考。
海光表示，端侧软件生态碎片化、缺乏一站式开发环境，是其进入这一市场面临的挑战之一。公司因此组建嵌入式软件团队，开发面向端侧的开发环境、SDK及相关工具，并针对工业控制应用提供运动控制、工业控制等软件库。
这些软硬件支持与客户提前开发主板相互配合，目的在于缩短芯片发布后整机厂商的开发时间。
目前，海光已支持110家合作伙伴，相关项目涉及66个应用场景。海光的合作方赋华慧创介绍，其已基于1000系列开发的产品，涉及边缘控制、网络安全、电力和工厂自动化等方向；信步科技同步启动了6个相关研发项目。
李成在发布会上将1000系列当前所处的阶段称为“前置推广和同步设计”，并表示下一步是形成客户销售。目前，海光已围绕1000系列启动133个合作项目，其中部分项目已经完成主板设计和点亮。但这些研发进展距离持续出货和形成收入，仍有后续的整机验证及客户导入工作。
对于海光而言，1000系列已经补上了面向工业控制等端侧方面的专门产品线。接下来，还需要与现有工控市场在产品供应、软件适配和整机开发支持等方面展开竞争。
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包永刚