CPU 100% chinas: la gran batalla de China contra Intel y AMD ha comenzado. ¿Quién ganará la guerra?

Actualizado a: 22 de enero de 2024

La guerra geopolítica que mantiene Estados Unidos contra China es bien conocida por todos, y especialmente en el mundo de la tecnología por los numerosos bloqueos que se han llevado a cabo desde el país americano para impedir que China pueda usar cierta tecnología. Sin embargo, el gigante asiático no se ha quedado de brazos cruzados, y está creando CPU 100% chinas para no depender de la tecnología de EE.UU., algunas son bien conocidas por todos, otras no tanto. Por eso en este artículo vamos a darle un repaso a todas ellas…

Loongson

Loongson Technology (en un inicio conocida como Godson) es una empresa china cuyo nombre proviene del chino, y literalmente significa «núcleo del dragón». Esta compañía se ha dedicado a diseñar una serie de procesadores desde su fundación.

Junto con Sunway y UnionTech, se creó una alianza para promover el uso del sistema operativo Deepin Linux en China, en vez de Microsoft Windows.

Sus orígenes están en el ICT, es decir, el Instituto de Tecnología de la Comunicación de la Academia China de Ciencias. Comenzaron sus andaduras en 2001, inicialmente para crear microprocesadores basados en la ISA MIPS. Y finalmente se establecería como una entidad independiente público-privada con sede en Beijing.

Como es una fabless, sus chips son fabricados por otras empresas, como es el caso de la europea STMicroelectronics, que ha fabricado muchos de sus chips.

Aunque, como he comentado anteriormente, sus primeros microprocesadores se basaban en MIPS, Loongson fue evolucionando hacia su propia ISA:

• Los primeros chips fueron MIPS32/MIPS64, con una microarquitectura desarrollada por ellos mismos.
• Luego llegaría LoongISA, que básicamente era una extensión de las instrucciones MIPS64r2 de la ISA americana. Agregaban nuevas instrucciones como las 148 instrucciones LoongEXT para acelerar cargas de propósito general, 5 instrucciones LoongVZ para virtualización, 213 instrucciones LoongBT para traducción binaria (para compatibilidad x86 y ARM), y 1014 instrucciones LoongSIMD o LoongMMI de 128-bit para procesamiento vectorial.
• LoongArch fue el siguiente y último paso por el momento. En este caso era una ISA creada por ellos desde cero, de tipo RISC y con capacidad para 32-bit con LA32R (reducida) o LA32S (estándar), y 64-bit con la LA64. De esta forma evitaban depender de licencias de empresas extranjeras para usar una ISA. Por lo que parece, parece un fork de la MIPS64r6, y con cierta inspiración en la RISC-V. Además, incluye extensiones como la anterior, como es el caso de las LSX y LASX SIMD de 128 y 256-bit, LVZ para virtualización, LBT para traducción binaria, etc.

Si quieres conocer acerca de sus CPUs, decir que se han lanzado varias series:

• Godson-1: procesador para aplicaciones embebidas y de electrónica de consumo, basada en MIPS32 y con velocidades de hasta 266 Mhz, e incluso hubo una versión llamada Loongson X (radiation hardened) para aplicaciones en el espacio).
• Godson-2: en este caso se trataba de una CPU de un solo núcleo para aplicaciones embebidas y ordenadores de bajo rendimiento. El Loongson 2 se basó en MIPS64, y con compatibilidad con la familia MIPS III. Además, usaron un bus HyperTransport para la comunicación entre la CPU y el northbridge.
• Godson-3: son versiones multicore para ordenadores de alto rendimiento, servidores y HPC. Loongson 3 también se basó en LongISA, dejando atrás la MIPS64 pura, y agregando esas extensiones, optimizados para traducción x86. Se crearon varias series derivadas, como la 1000, como el 3B1000, la 1500 y 2000 Series, con procesadores como el 3A1500 y 3B200, así como la 3000 y 4000 Series, con productos como el 3A3000, 3B4000, etc.
• Loongson 3 (LoongArch): a los Loongson 3 llegó la ISA propia, continuando lo anterior con nuevas series:
  • 5000 Series: como la quad-core 3A5000 para PC, o el 3C5000L para servidores, con 16 núcleos usando 4x 3A5000 en un empaquetado MCM o chiplet, y el 3D5000 para centros de datos. El procesador de PC de 2021, según Phoronix, que pudo acceder a una unidad para probarla, estaba ya a la par de un Core i3 de 8º Gen.
  • 6000 Series: anunciados en 2022, con una microarquitectura actualizada para conseguir un rendimiento single-core similar al AMD Zen 3 o al Intel Tiger Lake, lo que es un rendimiento más que destacable. Y, como es probable que se lancen con mayor cantidad de núcleos LA664, es posible conseguir rendimientos multi-core bastante decentes.

Alibaba

Alibaba Group, el propietario de Alibaba y Aliexpress, también ha seguido los pasos de Amazon al introducirse en el mercado de la nube y de la tecnología, desarrollando sus propios microprocesadores. La empresa fundada en 1998 por Jack Ma ha crecido enormemente, y está haciendo cosas increíbles en sectores como la IA, así que, los americanos tienen que estar algo preocupados…

Además de desarrollar sistemas operativos basados en Linux como AliOS, también conocido como Yun OS y Aliyun OS, para dispositivos móviles, está haciendo un gran esfuerzo para ser competitiva en la nube y en la IA. Para ello, ha creado sus propios procesadores:

• XuanTie-910: basado en la ISA RISC-V, con microarquitectura propia, es un potente chip de 16 núcleos, a 2.5 Ghz, y fabricado con tecnología de 12nm. Este chip diseñado por T-Head (Pingtouge), subsidiaria de Alibaba, conseguía ser más rápido que un Cortex-A72 de Arm, lo que es realmente impresionante. Además, conseguía una marca de 7.2 Coremark/Mhz, que también es más que destacable, así que, cuidado…
• Yitian 710: se trata de un procesador de 128 núcleos, también diseñado por T-Head, pero en este caso basado en Arm y para competir contra Intel y AMD en los centros de datos o servidores. El chip se ha fabricado con 60.000 millones de transistores, y con un nodo de 5nm de TSMC. Tiene una velocidad de 2.75-3.20 Ghz y soporta memoria DDR5, 96 carriles PCIe 5.0, 1 MB de cache L2, y 128 MB de L3. Pero lo realmente impresionante es su rendimiento, ya que consigue ser un 15% más rápido que un AMD EPYC 7773X de 64 núcleos, cierto que cuenta con el doble de núcleos, pero esto es un paso gigante…

Zhaoxin

Por otro lado, también tenemos Zhaoxin (significa en chino millón de núcleos), una fabless dedicada a diseñar microprocesadores para PC compatibles con x86, y que se creó en 2013 como una joint venture de VIA Technologies y Shanghai Municipal Government.

Gracias al acuerdo con VIA, que tiene licencia para usar la ISA x86 legalmente, tanto la IA32 como la AMD64, Zhaoxin puede crear microarquitecturas compatibles con x86 de 32 y 64-bit, compitiendo directamente con Intel y AMD sin necesidad de traductores de instrucciones ni nada parecido.

El objetivo de la empresa es continuar la andadura de los procesadores VIA/Centaur Technology x86-64 que compitieron en el pasado contra los Intel y AMD. Inicialmente se basó en diseños de estas empresas, como el Isaiah, usados en el VIA Nano X2, el Eden X4, etc.

Sin embargo, luego pusieron sus miras en Europa y América con el lanzamiento del ZX-D, con microarquitectura Wudaokou, un rediseño total del VIA Isaiah para extraer más rendimiento. Así consiguieron crear este nuevo SoC con iGPU integrada, basada en la S3 Graphics de VIA. En este momento se hizo un labado de cara a las designaciones, dejando ZX para adoptar KX (KaiXian) para procesadores de PCs y KH (KaisHeng) para servidores.

La empresa elegida para la producción de estos chips fue TSMC, con nodos avanzados como los últimos de 7nm empleados en la serie 7000, que también cuenta con soporte DDR5, y soporte para carriles PCIe 4.0.

Pero seguro que te estás preguntando por el rendimiento, si de verdad son una amenaza para los Intel y AMD, y lo cierto es que, los medios que han podido probar algunas unidades llegadas desde china, han visto que el ZX-C+ 4701 lanzado en 2020 tenía un rendimiento peor que un AMD Athlon 3000G o un Intel Core i5-2500K, lo que no es muy positivo. El ZX-D vagamente alcanzaba a un Intel Silvermont (Atom o Avoton) de 2013, lo que tampoco dejó en muy buen puesto a la compañía china.

Sin embargo, el ZX-E y KX-6000 tenía un rendimiento un 50% superior a su antecesor KX-5000, lo que es comparable al rendimiento de un Intel Core i5-7400 de 2016. El ZX-F se espera que tenga un rendimiento a la par del AMD Ryzen basado en Zen+, así que, poco a poco los están alcanzando…

FeiTeng/Tianjin Phytium Technology

FeiTeng/Phytium Tecnology también es otra compañía China dedicada a producir microprocesadores para el uso en HPC, es decir, para supercomputación. Estos procesadores han sido desarrollados por Tianjin Phytium Technology. El equipo de desarrollo está encabezado por el procesor Xing Zuocheng del NUDT.

La idea inicial fue crear procesadores compatibles a nivel binario con el Intel Itanium 2 (ISA IA-64), sin embargo, dado el fracaso de estos chips usados en máquinas HP, la siguiente versión FT64 fue un SoC de 64-bit tipo stream processor, usados para supercomputadoras. Y con el tiempo fueron cambiando los diseños, según se requería…

Por ejemplo, tenemos algunas CPUs de ejemplo como:

• FeiTeng-1000: esta tercera generación de la familia de CPUs estaba construida con un nodo de 65nm, y constaba de 350.000 puertas lógicas, con una frecuencia entre 800 Mhz y 1 Ghz. Se basaba en la ISA SPARCv9, con 8 núcleos, y capaz de ejecutar 64 threads, es decir, con un SMT 4-way, lo que significa que cada núcleo físico se desdobla en 4 núcleos lógicos para procesar 4 hilos simultáneamente. Además, cuenta con un bus HyperTransport 3x, soporte para DDR3 QuadChannel, y 8 carriles PCIe 2.0. Fue usado en el supercomputador chino Tianhe-1A, con 2048 procesadores de este tipo, junto con 7168 tarjetas NVIDIA Tesla M2050 y 14336 Intel Xeon X5670, para conseguir un rendimiento total de 4,7 PFLOPS.
• Galaxy FT-1500: estas unidades mejoradas fueron usadas en el Tianhe-2, en un número de 4096, cada uno con 16 núcleos y basados en OpenSPARC. Se fabricaron en un nodo de 40nm, podían alcanzar 1.8 Ghz, y un TDP de 65W. Además, estas unidades podían procesar 8 threads por cada núcleo, y soportaban extensiones vectoriales SIMD de 256-bit. Poseía 16 KB de cache L1i, 16 KB de L1d, 512 KB de L2 por núcleo, y una L3 de 4MB compartida.
• FT-1500A: aquí se daría un vuelco, pasado de los compatibles con Itanium originarios, y también de SPARC para dar el salto a la ISA ARM64. Estos chips incluyen 16 núcleos ARMv8, con 32 carriles PCIe, y está fabricado en 28nm.
• Otros: después llegarían los FT-2000 Series, o los S2500 con 64 núcleos y nodo de 16nm, los D2000 series con 8 núcleos personalizados basados en ARMv8 y 14nm, el D3000, etc.

En definitiva, puede parecer que son nodos de proceso más atrasados, pero lo cierto es que el rendimiento de estos procesadores es muy considerable. Según Phytium, su nuevo FTC870 de 3 Ghz, puede estar al nivel de un AMD EPYC 7443 a 4 Ghz en benchmarks CINT2017 y CFP2017, lo que no está nada mal para estar basado en ARM, e incluso superando al propio ARM Neoverse N2…

Sunway

Si pensabas que China termina con esos diseñadores de CPUs, te equivocas, también tenemos el Sunway o Shenwei. Se trata de un microprocesador desarrollado por Jiangnan Computing Lab, en Wuxi. Y están pensadas para supercomputadoras, estando entre los primeros puestos del Top500 durante algún tiempo, lo cual muestra su enorme potencia.

Las primeras series de la CPU Sunway se diseñaron para uso militar, y se cree, aunque no hay demasiados datos, que están inspiradas en los DEC Alpha (tipo RISC) extintos, concretamente en el Alpha 21164. No obstante, Jack Dongarra aseguró que el SW26010 usaba una ISA Shenwei-64 que no estaba relacionada con la Alpha, aunque tampoco aseguró que se trataba de una ISA nueva respecto a las generaciones previas. Así que tampoco conocemos muchos detalles…

Algunos ejemplos de CPUs son:

• Sunway SW-1: primera generación lanzada en 2006, con un solo núcleo y 900 Mhz. Estas CPUs estaban destinadas a uso militar, y optimizadas para esta tarea específica.
• Sunway SW-2: esta segunda generación llegó en 2008, con un diseño de doble núcleo, 1.4 Ghz de frecuencia de reloj, fabricado con nodo 130nm de SMIC, y con un TDP de entre 70-100W.
• Sunway SW-3 (SW1600): lanzado en 2010, es la tercera generación. Es una ISA RISC de 64-bit, con 16 núcleos, nodo de fabricación de 65 nm, hasta 1.2 Ghz de velocidad, soporte QuadChannel para DDR3, 8KB de L1 para datos y lo mismo para instrucciones, L2 de 96 KB, y capaz de desarrollar hasta 140,8 GFLOPS @ 1.1 Ghz.
• Sunway SW26010: la cuarta generación llegó en 2016, con un procesador evolucionado respecto al anterior. En este caso es un manycore, con 4 clusters, cada uno con 64 núcleos ligeros y una CPU adicional de gestión. Todos ellos enlazados con una red on-a-chip. Es decir, sin tener detalles, me recuerda un poco al diseño del STI Cell.

Núcleos IP

China no solo tiene compañías que diseñan sus propios núcleos, también tiene otros grandes que usan núcleos IP en la mayoría de los casos, como es el caso de:

HiSilicon

HiSilicon es una fabless china con bae en Shenzhen. Esta compañía es propiedad de Huawei, y creada precisamente para dotar a los dispositivos Huawei de SoCs basados en ARM, sin tener que depender de terceros. Concretamente, HiSilicon ha comprado licencias de ARM para distintos Cortex que son los empleados en sus chips, además de las licencias de las GPUs Mali de Arm. Por otro lado, también han adquirido licencias de la GPU GC4000 de Vivante Corporation para algunos de sus diseños.

Han elegido TSMC como el socio para fabricar los chips, hasta que se topó con los obstáculos impuestos por Estados Unidos en este fabricante taiwanés, pasando a fabricar en la foundry china SMIC. Y seguro que los conoces, ya que son los famosos Kirin. Unos SoCs bastante competitivos comparados con los Qualcomm Snapdragon, Mediatek Helio/Dimensity, Samsung Exynos, etc.

Un ejemplo de estos chips es el SoC para dispositivos móviles Kirin 9000s (Hi36A0), que está fabricado con nodo de 7nm SMIC, se basa en la ISA ARMv8.x, y tiene una microarquitectura basada en Cortex-A510 de Arm con algunas modificaciones, y en la microarquitectura Maleoon 910 MP para la GPU.

Sin embargo, también han iniciado el diseño de SoCs de alto rendimiento para servidores, como los Kunpeng 930, conocidos como HiSilicon Hi1630. Esta es la 8ª Gen para servidores, lanzada en 2021, y que se basa en ARM, con extensiones SVE SIMD, soporte SMT, 8 canales de DDR5, y con una memoria caché de 64 KB L1i + 64 KB L1d, 512 KB L2, y L3 de 1MB compartida. Para 2023 también se espera el lanzamiento del Kunpeng 950, con nueva arquitectura y un rendimiento incluso superior, lo que son ya palabras mayores…

Rockchip

Rockchip, o Fuzhou Rockchip Electronics Co. Ltd., es una fabless china que también se dedica a diseñar SoCs para productos como tablets, móviles, y PCs., además de TV boxes, IoT, etc. La empresa fue fundada en 2001, y ha sabido abrirse hueco en la venta de SoCs basados en ARM baratos.

Un ejemplo de uno de sus SoCs es el RK3399, un chip fabricado con nodo de 28nm HKMG, con CPUs con núcleos IP Arm Cortex A72 + Arm Cortex-A53 para su arquitectura big.LITTLE en cluster 2+4. Tiene una frecuencia de reloj de hasta 2 Ghz, con GPU integrada Mali-T860 MP4 a 600 Mhz, soporte para LPDDR4 de doble canal. Es decir, un SoC bastante competitivo para la entry-level de productos.

Además, también ha habido acuerdos entre Intel y Rockchip para producir SoCs basados en el Intel Atom, para disponer de chips x86 para dispositivos móviles. No obstante, no dejan de ser de bajo rendimiento…

Allwinner Technology

El siguiente de la lista es Allwinner Technology, otra fabless china que diseña SoCs para dispositivos móviles, TV boxes, etc., generalmente basados en Android. Como Rockchip, también se enfoca al entry-level, es decir, a chips para productos de gama más baja.

Allwinner ha diseñado varios SoCs basados en núcleos Arm licenciados. Algunos ejemplos de familias son:

• A1x: es una familia basada en Cortex-A8 que apareció en 2011.
• A2x/A3x: un año después llegaron estos otros productos, de doble o cuátriple núcleo, basados en Cortex-A7 MPCore. Además, también incluían GPU integrada Mali-400 MP2.
• A5x: en 2019 apareció esta otra versión de quad-core, con núcleos Arm Cortex-A7 fabricados con nodo de 28nm, GPU Mali-400 MP2 y velocidades de hasta 1.8 Ghz, con caché L2 de 512 KB.
• A6x: esta familia aparecería en 2017, con similitudes con la anterior, como usar la misma cantidad de núcleos, misma frecuencia de reloj, misma caché y el mismo nodo de fabricación. No obstante, se basaba en núcleos Cortex-A53, y GPU Mali-T760 MP2.
• A8x: estos otros SoCs eran octa-core, con núcleos ARM Cortex-A15 y núcleos Cortex-A7 en su configuración big.LITTLE. En este caso la frecuencia de reloj máxima es de 2 Ghz, y se optó por una GPU PowerVR de Imagination Technology, similar a las de los A-Series de Apple.
• A10x/A20x/A30x: llegaron en 2019, con una renovación de sus SoCs a los que se agregaba también aceleración para IA.
• F-Series/H-Series/R-Series/V-Series: estos chips son similares a los anteriores, pero enfocados específicamente para electrónica de consumo, miniPCs y gaming, Real Time y embebidos, y vídeo respectivamente.

UNISOC

Junto con Rockchip y HiSilicon, UNISOC es otra de las más grandes diseñadoras de SoCs en china. También es una fabless. Y no solo eso, a nivel mundial, también está entre los mayores diseñadores, junto con Mediatek, Qualcomm y Apple, con un 9% del mercado.

Entre los chips más destacados de UNISOC incluimos los chips T7520, un SoC bastante competitivo, que está entre los últimos lanzados por la compañía, y que cuenta con 8 núcleos de CPU, 4 de ellos Cortex-A74 de alto rendimiento y otros 4 Cortex-A55, GPU Arm Mali-G57, NPU propia para acelerar la IA, modem 5G integrado, ISP quadcore para cámaras de hasta 100 MP, y fabricados en 6nm.

Nufront

Nufront fue una empresa fabless china fundada en 2004, con base en Beijing, China. Su objetivo, crear chips para dispositivos móviles baratos. Un ejemplo de los últimos diseños es el TL7791, un SoC con hasta 1.5 Ghz, y con cuatro núcleos Arm Cortex-A7.

LeadCore Technology

La siguiente parada es Leadcore Technology, otra fabless china centrada en diseñar SoCs para dispositivos móviles. Según DigiTimes, en 2014, fue el 6 proveedor de procesadores para móviles en china, con un mercado del 3%, lo que representa más de 3 millones de unidades vendidas.

No obstante, no se trata de una tecnología preocupante para sus rivales, ya que uno de sus últimos chips es el LC1860C, que cuenta con CPUs Arm Cortex-A7 de cuatro núcleos, GPU Mali T628 MP2, y soporte para DDR3.

InfoTM

InfoTM Microelectronics es otra fabless china que se ha dedicado a crear procesadores para aplicaciones específicas. Por ejemplo, como su iMAPx912, que estaba fabricado en 28nm, con CPU Cortex-A9 de cuatro núcleos, GPU Mali-400 MP2, y soporte DDR3.

Actions Semiconductor

Es una compañía fabless de China fundada en 2000. Su cuartel general está en Zhuhai, y se llama Actions Semiconductor. La compañía tiene unos 600 empleados, y se encarga de diseñar SoCs para dipositivos móviles, reproductores multimedia, realidad virtual, etc.

Un ejemplod e uno de sus chips es el SoC V700, que incluye una CPU Cortex-A53 basado en ARMv8-A, soporte para DDR3, GPU Arm Mali-450 MP6, etc.

GigaDevice

GigaDevice Semiconductor es otra empresa dedicada a producir chips de memoria flash, y microcontroladores (MCU) basados en Arm Cortex-M, y en ocasiones compatibles pin a pin con los chips de STMicroelectronics. También tiene diseños que se han basado en la ISA RISC-V, también para la MCU. No obstante, he querido incluirla en la lista porque una MCU no es más que una CPU+Memoria+E/S…

Otros casos (no genuinos)

PowerLeader

PowerLeader anunció sus nuevas CPUs x86 para el mercado Chino. Hubo gran confusión, pero pronto se supo que los chips Powerstar no eran más que chips Intel Core de 10ª Gen renombrados por esta compañía. Es decir, no habían diseñado ni creado nada nuevo. Por eso lo meto aquí como un caso especial.

El PowerLeader PowerStar de 1ªGen, P3-01105, era un Intel Core i3-10105 renombrado, por lo que poseía idénticas características, como 4 núcleos, 8 threads, frecuencia de reloj de 1.7 Ghz, con modo Turbo hasta 4.4 Ghz, 6 MB de caché L3, y TDP de 65W, además, el rendimiento es el mismo.

Hygon Dhyana

Por último, y no menos interesante, tenemos los Hygon Dhyana, unos procesadores de alto rendimiento especialmente orientados a los centros de datos y fabricados por TSMC. Tampoco con chips genuinos, sino que básicamente son un AMD EPYC basado en la microarquitectura Zen 1.

Se trata de una empresa conjunta o Joint Venture llamada THATIC (Tianjin Haiguang Advanced Technology Investment Co. Ltd.). THATIC es propiedad de AMD y una combinación de empresas chinas, tanto públicas como privadas, incluida la Academia China de Ciencia. Concretamente las porciones son:

• AMD (Advanced Micro Devices) tiene el 51%
• HMC (Haiguang Microelectronics Co. Ltd.) tiene el 49%
• Hygon (Chengdu Haiguang Integrated Circuit Design Co. Ltd.) que a su vez es propietaria del 30% de las acciones de AMD, y por tanto, de un 70% de THATIC.

HMC también tiene derecho para agregar elementos de codiseño y empaquetado a sus chips, y luego los vende al sector HPC de China.

Es un poco enrevesado este entramado, pero básicamente AMD licencia su IP core Zen 1 (EPYC) a HMC con un diseño personalizado. Cuando llega la muestra, HMC revisa los cambios para hacer sugerencias a los ingenieros de AMD, que tendrán derecho para aprobar o vetar los cambios. Una vez el modelo está listo, se envía el diseño final a la foundry para fabricar los chips. HMC vende este chip a Hygon y ésta empresa empaqueta los chips y fabrica sus placas base para ellos. Finalmente, los vende como Hygon Dhyana en el mercado chino. Los destinados al HPC tienen 32 núcleos, y luego existen versiones de 8 núcleos para el sector educativo y administraciones gubernamentales chinas.