Die Chipindustrie ist seit Jahrzehnten von wenigen großen Akteuren wie Intel, AMD und ARM geprägt. Doch mit zunehmender Geopolitik und dem Wunsch nach technologischer Unabhängigkeit investiert China intensiv in den Aufbau eigener Chiparchitekturen. Ein prominentes Beispiel dieses Strebens ist die Zhaoxin KX-7000 CPU, die unter der gemeinsamen Entwicklung von VIA Technologies und der Stadtregierung Shanghai entsteht. Der KX-7000 zeigt, wie China seine Fähigkeiten im Bereich der x86-Prozessorarchitekturen vorantreibt, um langfristig im Wettbewerb mit westlichen Giganten bestehen zu können. Zhaoxin wurde als Joint Venture zwischen VIA Technologies und der Regierung von Shanghai gegründet. Diese Zusammenarbeit ermöglicht es, VIA’s x86-64 Lizenz zu nutzen und gleichzeitig von erheblichen staatlichen Förderungen zu profitieren.
Dieses Modell bietet eine starke Grundlage, um Prozessoren zu entwickeln, die in der x86-64 Softwarelandschaft kompatibel sind – einem entscheidenden Faktor, da x86 noch immer eine der meistgenutzten Architekturen für eine Vielzahl von Anwendungen ist. Die KX-7000 Prozessoren basieren auf der sogenannten „世纪大道“ Architektur – übersetzt „Century Avenue“, benannt nach der berühmten Straße in Shanghai. Diese Architektur stellt eine bedeutende Weiterentwicklung gegenüber dem Vorgänger LuJiaZui dar, der in der KX-6640MA zum Einsatz kam. Während LuJiaZui vor allem als low-power und verhältnismäßig leistungsschwach bekannt war und eher mit CPUs aus den 1990er Jahren verglichen wurde, setzt der KX-7000 mit Century Avenue auf modernere Konzepte und deutlich verbesserte Leistung. Im Kern verfügt der KX-7000 über acht Century Avenue-Kerne, die jeweils eine 4-Wege-Out-of-Order-Architektur besitzen – ein Sprung von den früheren 2-Wege-Kernen bei LuJiaZui.
Die Taktfrequenz liegt offiziell bei 3,2 GHz, auch wenn Spekulationen und Herstellerangaben von Spitzenfrequenzen bis zu 3,7 GHz sprechen. Das Chip-Design orientiert sich an AMDs Ryzen-Prozessoren mit Chiplets: Die acht CPU-Kerne sind auf einem Die angeordnet und teilen sich einen 32 Megabyte großen L3-Cache, während ein separater IO-Die für Speicher- und Peripherieanbindung sorgt. Die Frontend-Architektur des KX-7000 ist zwar klassisch konzipiert mit einem 64 KB, 16-fach assoziativen Instruktionscache und einem 4-Wege-Dekoder, zeigt aber auch Schwächen im Vergleich zu modernen Spitzenprozessoren. So fehlen beispielsweise Features wie eine Loop Buffer oder ein Op-Cache, die von Intel und AMD seit Jahren eingesetzt werden, um die Frontend-Durchsatzrate zu erhöhen. Insbesondere bei längerem oder AVX2-intensivem Code mit durchschnittlich über 4 Bytes pro Instruktion kann der Instruktionscache damit zum Flaschenhals werden.
Auch das Branch-Prediction-System ist zwar deutlich verbessert im Vergleich zur Vorgängerarchitektur, besitzt aber noch einen etwas altmodischen Branch Target Buffer (BTB) mit begrenztem Funktionsumfang und einer Pipeline-Verzögerung von zwei Zyklen nach einem Branch. Dieses Verhalten ähnelt älteren Designs wie der VIA Nano CPU und steht im Kontrast zu den hochentwickelten und ressourcenschonenden Vorhersagesystemen moderner Intel- und AMD-CPUs. Neben der Frontend-Leistung hat Zhaoxin auch im Backend nachgebessert. Das Register-Rename und Allocation-System wurde von einer ROB-basierten Architektur auf ein physikalisches Register-File-Modell umgestellt, was die Datenübertragung innerhalb des Kerns reduziert und die Skalierbarkeit erhöht. Der Reorder Buffer (ROB) mit 192 Einträgen ermöglicht eine Out-of-Order-Fenstergröße, die auf Augenhöhe mit CPUs wie Intel Haswell oder AMD Zen liegt, und damit deutlich leistungsfähiger und toleranter gegenüber Pipeline-Verzögerungen ist.
Die Ausführungseinheiten des KX-7000 zeigen Überraschungen im positiven Sinn, insbesondere was die Verarbeitung von AVX2 und Vektorberechnungen angeht. Der Kern verfügt über drei ALU-Pipelines für skalare Integer-Berechnungen, was ihn mit Designs wie Intels Sandy Bridge auf eine Ebene stellt. Interessanterweise sind zwei dieser ALU-Pipes mit Integer-Multiplizierern ausgestattet, was zu einer bemerkenswert kurzen Latenz bei 64-Bit Integer-Multiplikationen führt. Die Floating-Point- und Vektor-Einheiten unterstützen vier Pipelines mit einer maximalen Ausführungsrate von zwei FMA-Operationen pro Takt, was der Leistung von Intels Haswell auf diesem Gebiet entspricht. Trotz dieser Potenziale zeigt die Umsetzung der AVX2-32- und 256-Bit-Instruktionen, dass der KX-7000 noch nicht vollständig für hochperformantes SIMD-Computing optimiert wurde.
Der Prozessor zerlegt 256-Bit-Operationen in zwei 128-Bit-Mikrooperationen, welche den Ressourcenverbrauch erhöhen und die effiziente Nutzung der Reorder-Puffer und Scheduler-Einheiten einschränken. Dieses Vorgehen ist ein Kompromiss, der auf Kosteneffizienz und Kompatibilität abzielt, aber die Spitzenleistung und parallele Auslastung limitieren kann. Auch das Speichersubsystem zeigt Stärken und Schwächen gleichermaßen. Die L1-D-Daten-Caches sind mit 32 KB gut dimensioniert, allerdings ist der L2-Cache mit nur 256 KB pro Kern eher klein gemessen an aktuellen Top-Designs. Der L3-Cache ist mit 32 MB geteilt und entspricht damit einem deutlichen Ausbau gegenüber dem Vorgänger mit lediglich 4 MB, wodurch die Architektur eine Dreistufen-Cache-Hierarchie nutzt. Allerdings ist die L3-Latenz mit über 27 Nanosekunden vergleichsweise hoch und auch die Bandbreite fällt hinter etablierten Designs zurück.
Dies beeinträchtigt vor allem die Performance bei speicherintensiven Anwendungen, die von schnellen und breitbandigen Caches profitieren. Der Zugang zum Arbeitsspeicher bleibt ein markantes Problem. Die gemessene DRAM-Latenz übersteigt 200 Nanosekunden, was deutlich langsamer ist als bei vielen westlichen Konkurrenzprodukten. Zudem kann der Speichercontroller nur Speicherraten bis maximal DDR4-1600 MT/s nutzen, während die verbauten DIMMs theoretisch für höhere Taktraten vorgesehen sind. Die tatsächliche Speicherbandbreite ist demnach ebenfalls begrenzt, wobei Schreiboperationen das theoretische Maximum annähern, während Leseoperationen unter hoher Latenz leiden. Zusätzlich hat der KX-7000 Probleme mit der Fairness der Speicherzugriffe, etwa wenn einzelne Kerne bei hohem Speichertraffic unverhältnismäßig Verzögerungen erfahren – ein wichtiger Nachteil für Mehrkernperformance.
In Bezug auf Singlethread-Performance zeigt der KX-7000 gemäß SPEC CPU2017-Benchmarks einen deutlichen Fortschritt gegenüber dem Vorgänger LuJiaZui und erreicht ungefähr das Niveau von AMDs Bulldozer FX-8150, einer in die Jahre gekommenen Architektur aus dem Jahr 2011. Während die Floating-Point-Leistung teilweise besser ausfällt als beim Bulldozer, ist die Integer-Performance in einigen Anwendungen noch leicht unterlegen. Dieser Vergleich verdeutlicht, dass der KX-7000 zwar für aktuelle Standards konkurrenzfähiger geworden ist, aber nicht mit modernen Intel- oder AMD-Kernen mithalten kann. Auf Multithread-Leistung bezogen punktet der KX-7000 mit acht Kernen, doch die Ergebnisse fallen gemischt aus.
In AVX2-intensiven und gut skalierenden Anwendungen kann er durchschnittlich abschneiden, doch scalar-intensiver Code oder stark speicherabhängige Workloads führen oft zu einem Rückstand gegenüber älteren aber ausgewogenen Architekturen wie Bulldozer oder dem Intel Core i5-6600K der Skylake-Generation. Die Leistungsbilanz des Zhaoxin KX-7000 lässt sich als bedeutender Schritt definieren, der den Weg zu einer wettbewerbsfähigen chinesischen x86-Prozessorfamilie ebnet. Gleichzeitig zeigen sich strukturelle Schwächen, vor allem im Bereich der Speicherarchitekturen und Frontend-Komplexität, die den Kern von einer modernen Hochleistungs-CPU unterscheiden. Faktoren wie fehlende fortgeschrittene Frontend-Optimierungen wie Branch-Fusion, begrenzte Cache-Bandbreite und suboptimale Speicherlatenzen sind Bereiche, in denen weiteres Entwicklungspotential besteht.
Zhaoxin und die zuständigen Teams zeigen damit aber auch, wie vielschichtig und anspruchsvoll die Entwicklung eigener Hochleistungsprozessoren ist, wenn man mit der geballten Erfahrung und Ressourcen von Intel und AMD konkurrieren will. Die langjährige Fokussierung des VIA-Konzepts auf Low-Power und Sondermärkte wurde erheblich weiterentwickelt, doch noch ist der KX-7000 eher ein sinnvoller Zwischenschritt als eine Revolution. In der geopolitischen Dimension ist der KX-7000 jedoch kein Produkt für den unmittelbaren Massenmarkt im Westen, sondern Teil einer strategischen Absicherung Chinas für den Fall eines eingeschränkten Zugangs zu westlichen Technologien. Leistungsstarke, eigenständige CPUs stellen sicher, dass wichtige digitale Infrastruktur, industrielle Anwendungen und IT-Systeme auch ohne fremde Zulieferungen funktionsfähig bleiben.
In diesem Kontext ist die Performance des KX-7000 in Relation zu Bulldozer respektabel und ausreichend für viele professionelle Anwendungen, die nicht auf die allerhöchste Leistung angewiesen sind. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Zhaoxin KX-7000 eine beeindruckende Leistungsschau chinesischer Ingenieurskunst ist, die einen längst überfälligen Schritt weg von Nischenlösungen in Richtung echter Konkurrenten im Mainstream-Prozessorsegment markiert. Allerdings zeigen die Architekturentscheidungen auf, dass Optimierungen in Speicherhierarchien, Frontend-Komplexität und interner Mikroarchitektur notwendig sind, um mit internationalen Topdesigns Schritt zu halten. Dennoch bleibt der KX-7000 ein Meilenstein in einem ambitionierten Bestreben, Chinas digitale Souveränität und technologische Selbstständigkeit langfristig zu sichern.
