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                国货当自强--一文看懂国产CPU!“造不如买”时代终结,自主可控前景可∴期 | 容亿分享
                来源: | 作者:siyar2017 | 发布时间: 2019-11-12 | 1815 次浏览 | 分享到:
                一文看懂国产CPU!“造不如买”时代终结,替代进口曙光来№临           
                 

                CPU(中央处理器)是计算机系统的核心和大脑,也是国家大宗战略物资,系统复杂研发难度高。我国 CPU 研发起步较早,但发展较为〖坎坷,步入〇正轨是在“十二五”之后。在国家集成电路产业政策和大基金投资等多重╱措施支持下,一大批国产 CPU 设计单位╱成长起来,产品覆盖了高性能『计算、桌面、移动和嵌入式等主要应用场景。

                本期的智能内参,我们推荐平安证∞券的研究报告《国产 CPU 正从可用向好用转变,自主可控①前景可期》,重点梳理国产 CPU 发展现状、未来机遇。

                原标题:


                《国产 CPU 正从可用向好用转变,自主可控前▅景可期》

                作者: 闫磊 陈苏

                一、 国产 CPU 发展现状 1、“十二五”开始逐步△踏上正轨

                CPU 是计算机的大脑和心脏,是国家大宗战略产品,也是一个巨复杂系统。计算机主要由三部分构成:CPU、内存、外部设备(存储、显示器、输入输出等)。CPU 负责指挥外部设备和内存进行协同的工作,处在→指挥和控制地位,是核心之所在。CPU 也是国家大宗战略产品,尤其是进入信息化、智能化时代,它就和工业化¤阶段中的钢铁一样,是整个产业的基础,应用面广,支撑作用强,是国家战略安全、产业安全的重要保障。CPU 还是☆一个巨复杂系统,它同其他芯片器件不同,它需要全能,不但←强调逻辑控制,还』需要有强劲的计算速度,技术实现难度非常之高,全』球能够独立研发高性能 CPU 的国家少之又少。

                ▲计算机结构简图

                我国处理器研发起步相对较早,但发展历程比较坎坷。上世纪六十年代,基于超大规模集成电路的微处理器还未出现,计算机系统就是一个大型的中央处理器,体积大,计算速度慢。当时,我国使用的计♀算机系统都是自主设计,且◣同国际水平差距不大,标志性产品包括晶体管 109 机(1965 年 6月研制)、小〖规模集成电路 106 机(1968 年研制)等。上世纪 70 年代以后,美国大规模集成电路尤其是超大规模集〖成电路快速发展起来,以英特尔 4004 为标志,美国真正意义上的微处理器面世,CPU 正式进入商用时代,此后按照摩尔定律持续快︽速演进,英特尔此后也一直统治着全球桌面和高性能计算市场。

                相反我国受限于国内经济条件、国际技术封锁等原因,期◥间虽然研制出了基于大规模集成电路的第三代计算机系统——专用 77 型微机,但丧失了第四代计算机系统(基于超大规模集成电路)的研究能力。从“七五”开始,一直到“九五”,国家对国♀产 CPU 的支♀持力度明显下降,主要科研支持计划都未将其列入。直接的∏后果是,上世纪 90 年代中期,国【内大量处理器研究单位关闭,人员大批流失,大】学也很少设置硬件专业,计算机公司变成组装厂,CPU 设计能力基本丧失。

                但是,随着国内信息化的加速以及电子信息制造业的快速发展,“缺芯”的问题又再次受到国家重视。“十五”期间要不要、能不能开发国产 CPU 的争论开始爆发,此后科技部将信息产业部启动了发展国产 CPU 的“泰山计划”。虽然该计划√未能实现既定目标,但为国产 CPU 的发展点燃了“星星之火”,这些火种演变成了现在国产 CPU 设计的三支国家队——飞腾、申威和龙芯。

                除了“泰山计划”外,科技部也在通过“863 计划”对国产 CPU 进行支持。从“十一五”开始,国家通过核高基重大科技专项对国产 CPU 重点企业进行了扶持。“十二五”以来,国家通过集成电路产业优惠政策、产业基金等措施扶持国产 CPU 产业,国内培育出了一批国产 CPU 设计单位和研ㄨ究机构,发展走向正轨。其中,传统的设计机构如龙芯、飞腾、申威、海思、紫光展锐等竞争力正在提升,君正、兆芯、海光等新秀也在快速成长,科研机构包括中科院计算所、北大众志、国防科大、江南【计算所、北京大学、浙江大学等都在积极参与,形成了百◥花齐放的局面。

                2、 部分国产 CPU 厂商具备完全自主发展能力↓,但多数仍依托国际合作

                CPU 发展到今天↓,其内部架构和√逻辑关系已经变得错综复杂,设计企业如果从头开始进入,成功难度很大。国内有部分完全自主架构,如北大众志完全自主开发的指令集产品 UniCore,苏州国芯、杭州中天、浙江大学共同设计的国产嵌入式 CPU——C-Core 等。但是我们也看到,虽然这些产品在指令集架构上,实现了完全№的自主,安全性最高,但是缺点也十分明显,包括缺乏操作系统等基础软硬件支持、开发工具少(编译器、调试器等)、应用程序开发困难、移植难度大等,所以一直以来在产业化上受到较大制约。目前,活跃在市场上的国产№ CPU 绝大多数都是采用同国外合作的方式,主要途径包括购买指令集授权、技术合作等№。

                提到指令集架构,则要从计⊙算机的发展史开始说起。早期的计算机系统,软件的编写都是直接面向硬件系统的,即使是同一厂商的不同计算机产品,他们的软件和硬件都是不能通用的,软件和硬件紧紧耦合在一起,不可分离。后来,IBM 为了使自己的╱一系列计算机能够使用相同的软件,免去重复编写的痛苦㊣,于是在它的计算机系统卐中引入指令集架构(ISA,Instruction Set Architecture)的概念,将软件编程所需要的硬件信息抽象出来,形成一个抽象的机器架构,编程人员在这个抽象机器上进行编程,进而实现了与硬件的解耦。至此,处理器则从原来与系统不能分离,演变成为指令集架构、微结构、底层的物理实现三层结构,并一直延续到现在。指令集架构中,最为基础的就是指令集,它是用来引导 CPU 进行加减运算和控制】计算机操作系统的一系列指令集合。

                ▲处理器结构演变过程

                目前,全球 CPU 指令集架构有两类——复杂指令集(X86)和精简指ω 令集(以 ARM、MIPS、POWER等为代表)。其中,复杂指令集(CISC)通过增加可实现复杂功能的指令和多种灵活的编址方式,来提高程序的↑运行速度。但直接后果就是需要对不等长的指令进行分割处理,造成一些不必要的等@ 待,效率较低,对硬件集成度、工艺、功耗均非常高。

                相反,精简指令集(RISC)采用的等长的指令,可以将一条指令分割□ 成若干个进程或者线程,交给不同的处理器并行处∏理,效率高,硬件集成度要求不高,工艺简⌒单而且成本低。英特尔在早期研发 CPU 时,精简指令集还未出现,而在精简指令集△出现之后,英特尔也看到了精简指令集存在的明显优势,但为了实现后向兼容,也不得不一条路走到黑,继续推动 X86 复杂指令集的发展。

                这两类架构竞争十分激烈。上世纪 90 年代,复杂指令集和精简指令集阵营展开了激烈厮杀。复杂指令集一方,英特尔凭借着与微软的事实上的结盟(Wintel 体系),同时也在〗新的微内核中融合了一些精简指◎令集的技术优势,在中低档服务器、PC、笔记本等主流领域占据了绝大多数份额;精简指◎令集一方,虽然指令集本身有优势,但是群龙无首且各自为战,最终被 Wintel 体系打败,且挤压到嵌入式市场,后来在智能手机兴起之后才觅得新的市场空间。尤其是 ARM,通过与 Android 的合作,在智能手机处理器市场占据了绝大多数份额。在 ARM 的 64 位产品(ARM V8)推出之后,其市场也不再局限于嵌入式和移动领域,高性能计算、服务器和桌面也都成为其重要方向。

                ▲2018 年全球服务器 CPU 市场份额

                ▲2019 年 10 月全球 X86 桌面 CPU 市场份额

                复杂指令集和精简指令集架构在国内均有授权或者技术合作。X86 授权的有兆芯、海光,兆芯是通过威盛获得的 X86 授权,海光@ 则是中科曙光和 AMD 合作的产物。精简指令集授权的有龙芯(MIPS)、飞腾(兼容 ARM V8 架构)、申威(Alpha)、海思(ARM)等。可以看到,ARM 架构在国内市场上的影响力⊙较大。

                ▲复杂指令@集与精简指令集对比

                ▲全球主要 CPU 架构及授权情况

                目前,CPU 授权主流的方式有三种:架构授权、软核授权和硬核授权,对于使用授权的企业来说,CPU 的完成度依次上升,设计难度依次下降,但自主程度也在降低。

                1、架构授权。该级别授▲权允许被授权方研发芯片,兼容授权方发展出来的指令集架构,主要好处在于可以分享授权方◣建立起来的软件生态红利。但由于架构只是处理器的抽象描述、设计理念,类似于大楼的渲染々图,对被授权方的研发能力要求非常高,设计中出现任何错误,都将造成投资失败。目前国内购买架构授权的企业均是芯片研发能力领先的企业。如天津ㄨ飞腾、龙芯和申威等,被授权方拿到的都是标准▂文档(包含指令的定义,通用寄存器的数量等),而大量的寄存器传输级模型和布线都需要设计,对自主设计要求非常高,也正↑是因为如此,上述企业也被认为是当前自主可控程度最高的≡设计厂商。

                2、软核授权。软核通♀常是用 HDL 文本形式提交给用户,它经过 RTL 级设计优化♀和功能验证,但其中不含有任何具体的物理信息。据此,用户可以综合出正确的门电路级设计网表,并可以进行后续的结构设计,具有很大的灵活性,借助于 EDA 综合工具可以很容易地与其他外部逻辑电路合成一体,根据各种不同半导体工艺,设计成具有不同性能的器件,设计难度和自由度低于架构々授权。

                3、硬核授权。硬核是基于半导〇体工艺的物理设计,已有固定的拓扑布局和具体工艺,并已经过工艺验证,具有可保证的性能。其提供给用户的形式是电︽路物理结构掩模版图和全套工艺文件,是可以拿来就用的全套技术,用户拿∴到授权之后就可以生产。硬核的设计和工艺已经完成而不能更改,授权厂ぷ商对其实行全权控制,对知识产权的保护相对简单。因此,采用此类授权模式的厂商,自主可控能力最弱,但商业化成功的可能性最高。

                以处→理器授权公司 ARM 为例,该公司的 IP 也是大体按照上述的三种模式进行授权的,但也发展出一些更为具体的授权类别。比如←学术授权,是免费面向高校和科研☆机构的;DesignStart,是为了方便半导体企业低成本、低风险、快速了解 ARM IP 的一▂种授权模式;这两种模式下设计出来的芯片不能销售,只能用于内部研究。另外,它还〗设计出了多用途授权、单用途授权。多用途授权模式还细分为普通多用途授权和终身多用途授权,以时间为授权效力划分,均较为昂贵,相对来说比较适合大型企业。而单用途授权以用途划分授权效力范围,这种授权◆模式之下,需要交一笔前期授权费,此后@按照每颗芯片收取约 2%的版税,这种№授权相对来说比较适合创业公司,或者目标明确的特定设计项目。

                ▲典型的授权结构

                3、 国产 CPU 生态№短板逐步补齐

                从拿到授权到设计出产品,需要大量的资金、人员投入,以及国家产业政策的持⌒ 续支持。在 2006年启动的核高基专项,以及后续大基金持续支⌒ 持下,政府和企业均在发力,无论是大 CPU(高性能计算、服务器)、还是中 CPU(桌面级)以及小 CPU(移动和嵌入式)都取得了较大♀进展,已有的产品通过不断的优化升级,实现了从“可用”到“好用”,一些量大面广的领域,也实现了“零”的突破。从整体上看,国产 CPU 芯片同国际差距扩大的态↓势逐步在逆转。

                高性⌒能计算方面,国内天津飞腾、海光、申威等处理器产品已经在 E 级(每秒百亿亿次)超算原型机■上得到应用,申威的处理器、加速器均实现了完全国产化。服务器芯片方面,飞腾、龙芯、海光、华为海思均有新品发布,其中飞腾 2000+/64 核产品性能已经与英特尔主流 E5 部分产品性能相当。海光由于采用的是 AMD 的 Zen 架构授权,该芯片除了性价比优势较为明显之外,还具备同 X86 生√态的良好兼容性。华为海思在 2019 年 1 月份推♀出鲲鹏 920 处理器,兼容 ARM V8 架构,64 核,7nm工艺,主频达到 2.6GHz,在中档服务器 CPU 市场上具备较强的竞争力。

                桌面处理器♀方面,飞腾、龙芯、兆芯等均有产品推出,且近年来产品性能提升明显。飞腾传统的桌面产品是 FT1500/4A 产品,工作主〗频在 1.5GHz-2.0GHz 之间,最大功耗 15W,主频相当于奔腾 4的早期〗产品,但同主流酷睿处理器差距较大,民用市场竞争力相◢对较弱。2019 年 9 月,公司推出了FT2000+/4A 桌面处∮理器产品,工作主频为 2.6GHz-3.0GHz,16nm 工艺,主频指标已经与英特尔酷睿 i5 部分产品的性能相当,明显好于国内其他桌★面产品。该芯片能耗 10W,显著低于英特尔同类产品 35W-45W 的ω 能耗水平。此外,龙芯推出的 3A/3B3000 产品,商□ 业级产品主频在 1.5GHz 左右,相较前一代产品,主频提升近 50%,改善明显。

                国内移动 CPU 设计能力快速成长,已经处于全球领先地位。相比传统的 PC 和服务器市场,我国移动芯片同国际差距已并不明显,华为海思和台湾联发科在移动处理器设计领域都处在全球∞领先地位。2019 年 9 月,华为海思发布麒麟 990 和麒麟 990 5G 产品,这两款芯片使用台积※电二代的 7nm 工艺制造,整体性能∮较前一代产品——麒麟 980 提升 10%左右。从公开的跑分数→据来看,麒麟 990 多线程跑分均∮高于高通最新推出的骁龙 855 和骁龙 855+,单线程高于骁龙 855,略低于骁龙 855+。

                ▲飞ぷ腾最新桌面芯片与英特尔处理器对比

                ▲主流移动芯片 GB5 跑分数据对比

                处▂理器产品除了自身技术因素外,更多依托的是生态。所谓生态,就是产业链条上的企业形成的一种紧密的分工协作关系,类似于准№同盟。生态的作用在 CPU 市场上表现的十分突出。在传统 PC 市场上,英特尔和微软构成的≡“Wintel”体系一直☉牢不可破,英特尔引领着 CPU 的发展并领导着一批PC 硬件和制造企业为】其适配,而微软及合作伙伴在操作系统和应用软件方】面同 X86 芯片进行紧密协作。一般而言,微软新操作系统的发布之后,会拉动一波新的 PC 更换,进而带动新 CPU 的需求,循环往复,微软和英特尔等软硬件厂商都在其中受益。在移动市场上同样存在类似的生态,ARM 和Android 的组合(业内称 AA 体系或者 ARM-Android 体系)同样具备强大的影响力。ARM 占Ψ据了全球 95%的移动芯片授权市场,而 Android 在移动操作系统市场上╱的份额也高达 85%。而在中低」档服务器市场上,基本上是 X86 的天下,ARM 正在以挑战者的角色进入◥。

                在典型的 CPU 生态『结构中,一般需要一个或者两个核心企▲业,引领整个行业发展。但是在国内,各处理器设计企业在指◤令集选择上,山头林立,各自为战,但都没能做大,对生态的领导能◥力较弱。而一般的软件企业只会对一两种微结构进行编译,如果一种指令集在市场生态上处↘于弱势,软件企业就不愿意选择该指令集进行优化,这种指令集也很难获得市场成功。恰恰在国内⊙市场上,处理器采用的指令集可谓是五花八门,但市场销售量⊙都不大,每款产品出货量很低▓,这就给操作系统、中间件、数据库以及█应用软件企业造成非常大的困扰,无所适从,操作系统、软件企业与处理器芯片适配积极性不是很高,因此很多还█是在依托国家研发专项在推动,还没能形成内生的配套机制。

                ▲Wintel 体系生态构成

                ▲ARM-Android 生态系统构成

                但近两年来,国内企业也在通过各种途径建设生态,已经取得了一定的效果。

                一方面,芯片和操作系统厂商联合打造的生态“雏形”已经显现。参考 Wintel 和 ARM-Android 模式,电子信息央企——中国电子开始「加强对“PK 体系”的建设,目前该体系已经推进到 2.0 版本。P、K 分别是天津飞腾(Phytium)和银〒河麒麟(Kylin)的英文名称首字母,银河麒麟是〒我国重要的自主操作系统研发厂商,长期与飞腾芯片进行优化适配。除了软件适配的整合,硬件方面ㄨ的领导力建设也在加强,2019 年中国电子对旗下业务进行重大调整,旗下整机≡厂商中国长城收购天津飞腾,整机业务全面转向 PK 体系,国产 CPU 缺乏硬件支持的◣短板正在补齐。同时,处理器和操作系统厂商也在加强开源社区、认证培训、支持学术研究等方式引导相关软〓件开发、应用推广。

                另一方面,国家也在加快推动基于国产 CPU 的整机品牌在党政军、重点行业的应用,通过应@ 用带动生态建设。目前,相关项目推动顺利,服务器、笔记本、台式机、移动及↘嵌入式终端、外设企业多数都在参与国□ 产 CPU 的适配工作,基于国产 CPU 的操作系统∮、通用软件及应用软件的开发推广工作都在有序进行,国产化软硬件平台体系建设逐步完善。

                从目前生态建设效果来看,链条越短的领域,生态建设的越完♀善。在整个计算机产业链中,高新性能计算和服务器是产业♀链最短的,涉及的ζ软件应用最少,正因为如此,国内整机、外设企业分布◣较为密集,每家国产 CPU 设计企业周围都有大量的厂商集聚。相反,台式机和笔记本市◣场由于对通用、应用软件要求较◆高,目前的整机种类相对少一些,但是主流的整机制造厂还均有产品推出。

                ▲国产 CPU 配套软硬件●厂商

                二、 国产 CPU 发展机遇及前景展望 1、国际∞供应链断裂和信息安全风险加剧,倒逼国内 CPU 加快自主可●控步伐

                我国 CPU 市场规模和潜力非常大,庞大的整机制造能力意味着巨∞量的 CPU 采购。据国家统计局数据统计,2018 年国内智能手机产量高达 13.69 亿台,计算机整机产量也↘达到 3.2 亿台。虽然近些年,计算机整机和智能手机产量增↘长都出现瓶颈,由于这两类产品体量庞大,CPU 的需求量大且单品价值非常高,市场规模依然非常可观。同时,服务器 CPU 伴随着整机出货¤的快速成长,需求量增长也较为迅速。

                IDC 数据显示,2018 年国内服务器╳出货量达到 330.4 万台,同比增长 26%,其中互联网、电信、金融和服务业等行业的出货量增速也均超过 20%。另外,国内在物联网、车联网、人工智能等新兴计算领域,对 CPU 也存在海量的需求。

                国内 CPU 绝大多数都是进口或者采购国外企业在华产品。移动 CPU 除了华为能够通过海思自给』之外,其余都需要从国外或台资企业(如高通、联发科等)采购;桌面 CPU 则更是严↑重依赖 X86 架构,台式机、笔记本 CPU 主要√为英特尔、AMD 占领;服务器市场则主要为英特尔垄断。2019 年前7 个月,我国√芯片累计进口额为 1645.71 亿美元,继续超过原油居国Ψ 内进口产品首位。其中,处理器及控制器芯片(主要为 CPU)进口额 749.71 亿美元,占到芯片进口额的 46%。

                ▲2016-2018 年我国♀智能手机产量及增速

                ▲2014-2018 年我国电子计算机整机产量及增速

                ▲2019 年 1-7 月我国♀集成电路进口额结构

                ▲2019 年 1-7 月我国处理器进口额来源地排序

                美国企业(英特尔、AMD、高通等)是我国 CPU 产品的主要供应商,其中直接从美※国本土进口的CPU 芯片々体量也比较大。2019 年前 7 个月,我国累计从美国进口处理器 64.87 亿元,占到我▃国从美国芯片进口额的 84%,占比非常之高。对美国▃处理器的过度依赖,成为我国信息产业发展的一大软肋,在当前∞贸易战持续的大背景下,影响▓已经十分明显。

                特朗普政府上台之后,美国对我国超算、服务器、智能手机、通信系统设备等整机制造核心企业的制裁持续在升级,CPU 的供应也成为问题。2018 年以来,中兴、华为、中科曙光、江南计算所等企业都已经被美国列入限制性清单,最近海康、大华、科大▲讯飞等人工智能企业也被美国实施禁运,这些企业的生产经营受到不同程度的影响。

                更▲为严峻的是,全球核心技术和关键产品武器化趋势明显。除美国外,重点材料、元器件供应国——日卐本和韩国,也开始々将关键产品禁运作为政治筹码,相互倾轧,断供问题至今尚未完全解决,曾经国内甚嚣尘上的可以完▽全依靠“国际供应链”的神话被彻底打破。我国作为电子信息终端制造大国,一旦其他国家在 CPU 这种关键器件上卡脖子,我国却缺乏有效的应对和准备,将会对整个电子信息行业甚至是国民经济㊣ 社会发展产生极具破坏性的影响。

                ▲2019 年 1-7 月我国从美国的芯片进口额结构

                ▲近年来中美电子信息领域摩擦情况

                采用国外的 CPU 产品,国内用户对其内部逻辑、软件代码缺乏控制,存在逻辑炸弹、软件后门等安全性问题。同时,在一些关键基础↑设施、武器装备㊣等领域,由于使用周期非常长,相当长时间内可㊣能都不需要对信息系统(包括 CPU 等元器件)进行升级换代,这和消费级产品存在着根本性的差异,其对供应链安全的要求远远大于性能要求。如果采用国外的 CPU 产品,一般会按照摩尔定律快速演进,国内相关基础设施、武器系统所采用的工艺或技术相对落后的『元器件,就非△常可能遭遇生产线关闭的情况,对于一些系⌒统级装备,都需要进】行重新设计,增加不必要的成本。

                相反,如果是采△用国内供应商,涉及到武器和关键基础设施◇的零部件,企业会保留相关产能和售后服务团队。另外,CPU 作为基础性、先导性№的产品,是信息产业重要的发展方向,需要大量的创新要素包括人力、财力、产业政策等←方面的投入,大量采购进口芯片,抑制了国〓产 CPU 产品的生态培育和成长。

                也正是如此,党中央、国务院以及地方政府对该领域的支持力度逐步加大,政策日趋完善,为产业后续实现跨越式发展创造了良好的外部环境。尤其是未来中美∑ 在科技领域竞争加剧⊙的大背景下,国内对国产 CPU 的支⊙持力度还会保持在高强度。(1)对 CPU 相关的元硬件研发引导、资金支持以及财税优惠政策有所倾斜;(2)支持企业通过兼并重组、国际合作等方式做大做强,提〓高国产化替代能力;(3)加强应用端扶持,推动国产化采购工作,将基于国产芯片的整机产【品列入政府采购清单,鼓励软件、周★边设备对国产 CPU 进行优化和适配∩;(4)加强人才培养,2019 年 10 月工信部发布消息称∩,将与教育部合作加强集成电路人才队伍建设,将集成电路设置为一】级学科,这将引导更多的高校、科研♂院所教师参与到集成电路研究当中,相应的研究生和本科生集成电路人才♂培养也会起来。

                ▲近年来我国 CPU 相关政策

                2、 未来国产 CPU 进口替代潜力巨大

                国内仍将长∴期是全球最大的 CPU 消费市场。从主要下游行业来看∞:首先,智能手机将面临着大量的换机需求,针对 5G 场景和应用的 CPU 处理器也将得到较快推广。目前,国内 5G 手◣机已经进入预热状态,市场普遍预计到 2020 年年底,国内 5G 手机有望进入实质性增长阶段。

                据中国信通院数★据显示,2019 年 10 月份,国内市场 5G 手机销量达到 78.7 万部。2019 年国庆之前,三大运营商也启☆动了 5G 套餐的预约,10 天内预约量就超过 1000 万人。其次,PC 虽然未来相对疲软,但用户基数非常庞大;服务器芯片市场将继续╱在云计算、企业数字化转型中受益,尤其是在国内╲市场上,云计卐算市场规模增速未来几年将持续保持在 30%以上。

                最后,工业控制领域的嵌入式 CPU 需求广阔,我国作为制造♀业大国,目前正在◣向制造强国转型,智能化改造是重要方向,CPU 作为智能化的核心部件,将广泛应用于工控系统当中ζ。

                CPU 市场主要分为三类:党政军及重点行业、企业以及消费〓级市场,需求特点各异。党政军及重点行〓业市场,市场化程度相对较低,对安全性和定制化的要求远高于消费级市场,同时对生态的要求相对较低,这同国产 CPU 当前的发Ψ展现状非常契合,因此这一板块一直是国产√ CPU 的传统和核心市场;企业级市场主要是高性能计算和嵌入式 CPU,这个领域对生态→的要求,高于党政军但弱于消费级市场,这个板块是∴国产 CPU 未来重要的增量市场;消费级市场则是国产 CPU 长期要突破的目标,尤其是桌面 CPU 性能、生态等方面还有巨大的差距,还需要重点▅弥补。

                其中,党政军及重点行业是国产 CPU 确定性最强的领域。在当前贸易战的大背景下,国内关键 IT基础设施、涉密、电子公文等领域正在推动自主可控试点,基于国产 CPU 的信息产卐品已经得到应用,除了中央机关已经明确大规模采购之外,地方政府部【门也将开始相关国产化替代工作;对信息安全△、供应链安全高度敏感的军队,一直是国产 CPU 的传※统市场,将来伴随着国防信息化的加速,服务器、PC、嵌入式和移动 CPU 需求量均将增加;金融、电信、能源等重点行业领域也在加大基于国产 CPU的服务器产品采购,未来使用范▲围将逐步从非生产领域进入核心领域,目前飞腾、兆芯、海光等产品〖在金融、电力等市场都有公开的应用案例。

                3、 未来国产 CPU 在传统领域存在追赶机¤会,AI、开源架构带来换道超车可能

                传统 CPU 技术差距虽然巨大,但依然存在追赶上的可能 。

                首先,国内关于 CPU 的知识↙储备趋于完善。主要设计企业无论是通过自研还是国际合作,都已经在架※构方面积累了较为丰富的经验,包括架构的升级●、内核的设计等,已形成了较多的参考案●例,有望在现有平台上实现跃升。

                其次,国内技术ω 人才的积累也在日趋丰富。随着国内芯片设计市场的不断扩大,已经在行业内沉淀了一批技术人才,龙头设计企业如飞腾、龙芯、申威、海思等都具备了稳定的核心设计团队。值得注意的是,教育部和科技部已经将集成电路列为一级学科,未来高校细分专业设置的空间将☆更大,相关人才的培养@也将加速。

                最后,CPU 进入后摩尔定律时期升级速度趋缓,国产 CPU 离天花板ξ较远,缩小差距存在可能」。目前,英特尔的最新工艺水平已经到了 14nm,后续再提升难度非常大,性能提升速度将〓显著趋缓,尤其是英特尔在 10nm 上存在不小的障碍,新品迟迟未能推出。即使是工艺已经升级到 7nm 的台积电,后续离硅加工极○限(3nm)已非常ω接近,空间非常小。而国内企业制程和性能水平相对较低,所处的阶段反而更会像英特尔发展的早期,如果能够保证持续的研发◤投入,我们认为在传统通用 CPU 可以实现按照摩尔定律进行追赶,进而缩小ξ 差距。

                ▲英特尔桌面 CPU 加工工艺升级进展

                随着人工ξ 智能、5G、边缘计算、区块链等技术的发展和成熟,将对传统计算需求形成巨大︾挑战,并创造出新的计算技术需求,国内 CPU 企业如能在此期间不断拓展产品谱系,将大有可为。同时,除了 X86 和国内广泛使用的 ARM 架构之外,开源架构未来也将↓成为重要选择,中小企业也可以利用其免费特〗点,摆脱 Wintel 和 ARM-Android 体系的历史包袱,实现换道ω 超车。

                目前,国际上主要的开ω源架构为 RISC-V、Open-RISC、SPARC 等,其中 RISC-V 架构正在受到市场的认可,该架『构篇幅简洁,指令集模ω块化、指令集数量少,不但能够实现向后兼容,还解◇决了类似 X86、ARM 架构在升级过程中出现的问题,没有◇历史包袱。对于 RISC-V 生态,目前国内企业如阿里,已经有所¤行动,全资收购的中天微已经发布 RISC-V 第三代◆指令系统架构处理器 CK902,平头哥也在 2019 年发布了全球性能最强的 RISC-V 的 MCU 产品,具备发展 CPU 的潜力。另外,华为之前也表示,对 RISC-V 开发①很有兴趣,公司也是这个基金会的成员。

                ▲RISC-V 与 X86、ARM 指令◎集比较

                ▲开源架构 RISC-V 生态

                智东▓西认为,CPU被称为“工业粮草”,是国家电子信息技术水平的体现。虽然中▓国信息产业近些年一直飞速发展,但一直没有走出“缺芯”的局面。十几年来,芯片进口远超石油成为中国最大宗进口产品,特别是其中市场化程度最高的CPU,基本依靠全进口。但是,在政府的大力支持、 国际供应链断裂和信息安全风险加剧的大背景下,国产CPU在经☉历了许多坎坷后,逐步实◣现了“从无到有”、“可用到好用”的转变,“造不如买”的国际】产业链逻辑已被打破。但是,虽然有国家政策的全力支持,但芯片行业更需要市场的磨砺与洗礼,经过市场的充分竞争与》淘汰,希望能很快看到一批走出国门,屹立世界的国产CPU企业。