兆芯X86CPU架构的演进与现状（国产CPU系列）

根据兆芯官网的介绍，兆芯成立于2013年，是一家国资控股公司，总部位于上海，在北京、西安、济南等地设有子公司，拥有一支由硕士、博士组成的高水平研发团队。兆芯掌握了中央处理器（CPU）、图形处理器（GPU）和芯片组三大核心技术，具备自主设计和研发相关IP的能力。兆芯坚持自主创新与兼容主流的发展路线，凭借成熟的软硬件生态，为用户提供性能卓越、兼容性优异且安全可靠的通用处理器和芯片组等产品，支撑国家产业信息安全，助力国家数字化转型的战略部署。

兆芯开发X86芯片的主要目的是为了保障国家产业信息安全，支持国家数字化转型的战略部署。这意味着如果美国企业如AMD、Intel停止授权，国内仍能使用自主研发的替代X86芯片。

兆芯的X86授权主要来自与VIA的合资。VIA（台湾威盛公司）在上世纪90年代收购了拥有X86专利的Cyrix和具有高性能x86微架构设计能力的Centaur两家公司，从而获得了高性能X86芯片的合法生产和设计能力。

2003年4月7日，英特尔公司和威盛科技（VIA）就一系列与芯片组和微处理器相关的未决专利诉讼达成和解协议。该协议涵盖了五个国家的11个未决案件，涉及27项专利。英特尔于2001年9月提起诉讼，声称威盛的微处理器和芯片组产品侵犯了英特尔专利。威盛反诉称，英特尔微处理器侵犯了威盛在收购IDT的Centaur子公司时获得的三项专利。因此，VIA获得了与英特尔签订的为期10年的交叉许可协议（Cross-licensing），该协议于2013年到期。

在专利法中，交叉许可协议是指两方或多方就使用各自拥有的专利技术相互授予许可。通常，此类协议发生在两方之间，以避免诉讼或解决侵权纠纷。很多时候，每一方拥有的专利涵盖了给定商业产品的不同基本方面。因此，通过交叉许可，每一方都可以自由地将商业产品推向市场，而不必担心专利侵权诉讼。当然，签订交叉许可协议的各方必须注意不要违反反垄断法律。

2010年，美国联邦贸易委员会（FTC）发布了针对英特尔垄断行为的和解协议，旨在促进计算机芯片业务的竞争。FTC于2009年12月起诉英特尔，指控其使用反竞争策略切断竞争对手的市场准入，并剥夺了消费者对计算机中央处理器（CPU）的微芯片的选择和创新的权利。

根据和解协议，英特尔将被禁止向计算机制造商提供条件收益，以换取他们承诺从英特尔独家购买芯片或拒绝从其他公司购买芯片。此外，英特尔还将被禁止通过扣留利益来报复与非英特尔供应商有业务往来的计算机制造商。和解协议还要求英特尔修改与AMD、Nvidia和VIA的知识产权协议，使这些公司有更多自由考虑与其他公司合并或合资，而不会因专利侵权被英特尔起诉。英特尔还被要求将VIA的x86许可协议延长五年，目前协议将于2013年到期。

2013年兆芯成立后，购买了大量原属于VIA的中央处理器、芯片组、图形处理器等的技术和知识产权，并获得了X86指令集授权，从而获得了生产x86芯片的法律支持。指令集本身没有专利，指令集的物理实现方式才具有专利保护。现代x86芯片将CISC指令翻译为RISC指令执行，uop（Intel的翻译后的RISC指令名称）和micro-ops（VIA/兆芯翻译后的RISC指令名称）的实现才是专利保护的范畴。因此，不侵犯知识产权的情况下，实现x86/x64在指令层面并没有难度，可以通过全硬件翻译或硬件+软件翻译来实现。

兆芯X86芯片家族包括多个系列，其中ZX-A、ZX-B、ZX-C等系列基于VIA的Isaiah架构进行了不同程度的修改。ZX-A是兆芯成立初期由原VIA中国分部团队基于VIA Nano X2 E-4350AL处理器复刻的版本。ZX-B是ZX-A的华力HLMC 40nm改版。ZX-C张江架构C4600系列则是基于VIA的美国子公司Centaur的Isaiah-2架构的轻微修改版本。

五道口架构是兆芯在2013年开始开发的全新设计，经过多次迭代，最终在2017年发布。五道口架构大幅修改了Isaiah架构，形成了一个全新的SoC设计。新设计具有8个集成x86核心，由两个集群组成，每个集群有四个核心，每个集群通过新的点对点高速互连，显著改善了内部带宽和延迟。新芯片还集成了内存控制器和片上北桥的其余部分，进一步改善了延迟、带宽和性能。新芯片还具有集成的图形处理器，支持DirectX 11.1和高达4K的分辨率。

五道口架构的缓存层次结构进行了重大改进，L1D和L1I均为32 KiB，8-way组关联，每核心独占。L2缓存为4/8 MiB，16/32-way组关联，每四核共享。系统内存支持双通道DDR4，数据速率高达2400 MT/s。新的点对点高速互连取代了先前CNR架构中的前端总线，新的crossbar减少了延迟并为控制流和缓存一致性提供了便利。

陆家嘴架构是五道口架构的后续版本，制程从28nm升级到了16nm，主要提升了CPU频率。陆家嘴将内存控制器升级到支持128GB，内存速率提升到3200 MT/s，集成显卡C-960支持了DX11.1和HDMI2.0。

永丰架构是兆芯最新的处理器架构，最早在2020年12月发现。永丰架构不支持AVX512，从这一点来看，它最差也是CNS的修改版。永丰架构的具体性能和优化情况还需等待实际测试结果。

总的来说，兆芯在国产X86 CPU领域取得了显著进展，但与国际领先水平仍有差距。未来，兆芯将继续优化和改进其处理器架构，以满足国家信息化建设的需求。