CPU(中央處理器)是計算機系統的核心和大腦,也是國家大宗戰略物資,系統復雜研發難度高。我國CPU 研發起步較早,但發展較為坎坷,步入正軌是在“十二五”之后。在國家集成電路產業政策和大基金投資等多重措施支持下,一大批國產CPU 設計單位成長起來,產品覆蓋了高性能計算、桌面、移動和嵌入式等主要應用場景。

一、 國產CPU 發展現狀

1、“十二五”開始逐步踏上正軌

▲計算機結構簡圖

我國處理器研發起步相對較早,但發展歷程比較坎坷,隨著國內信息化的加速以及電子信息制造業的快速發展,“缺芯”的問題又再次受到國家重視。“十五”期間要不要、能不能開發國產CPU 的爭論開始爆發,此后科技部將信息產業部啟動了發展國產CPU 的“泰山計劃”。雖然該計劃未能實現既定目標,但為國產CPU 的發展點燃了“星星之火”,這些火種演變成了現在國產CPU 設計的三支國家隊——飛騰、申威和龍芯。

除了“泰山計劃”外,科技部也在通過“863 計劃”對國產CPU 進行支持。

2、 部分國產CPU 廠商具備完全自主發展能力,但多數仍依托國際合作

CPU 發展到今天,其內部架構和邏輯關系已經變得錯綜復雜,設計企業如果從頭開始進入,成功難度很大。目前,活躍在市場上的國產CPU 絕大多數都是采用同國外合作的方式,主要途徑包括購買指令集授權、技術合作等。

▲處理器結構演變過程

目前,全球CPU 指令集架構有兩類——復雜指令集(X86)和精簡指令集(以ARM、MIPS、POWER等為代表)。

這兩類架構競爭十分激烈。上世紀90 年代,復雜指令集和精簡指令集陣營展開了激烈廝殺。復雜指令集一方,英特爾憑借著與微軟的事實上的結盟(Wintel 體系),同時也在新的微內核中融合了一些精簡指令集的技術優勢,在中低檔服務器、PC、筆記本等主流領域占據了絕大多數份額;精簡指令集一方,雖然指令集本身有優勢,但是群龍無首且各自為戰,最終被Wintel 體系打敗,且擠壓到嵌入式市場,后來在智能手機興起之后才覓得新的市場空間。尤其是ARM,通過與Android 的合作,在智能手機處理器市場占據了絕大多數份額。在ARM 的64 位產品(ARM V8)推出之后,其市場也不再局限于嵌入式和移動領域,高性能計算、服務器和桌面也都成為其重要方向。

▲2018 年全球服務器CPU 市場份額

▲2019 年10 月全球X86 桌面CPU 市場份額

復雜指令集和精簡指令集架構在國內均有授權或者技術合作。X86 授權的有兆芯、海光,兆芯是通過威盛獲得的X86 授權,海光則是中科曙光和AMD 合作的產物。精簡指令集授權的有龍芯(MIPS)、飛騰(兼容ARM V8 架構)、申威(Alpha)、海思(ARM)等。可以看到,ARM 架構在國內市場上的影響力較大。

▲復雜指令集與精簡指令集對比

▲全球主要CPU 架構及授權情況

目前,CPU 授權主流的方式有三種:架構授權、軟核授權和硬核授權,對于使用授權的企業來說,CPU 的完成度依次上升,設計難度依次下降,但自主程度也在降低。

1、架構授權。

2、軟核授權。

3、硬核授權。

▲典型的授權結構

3、 國產CPU 生態短板逐步補齊

從拿到授權到設計出產品,需要大量的資金、人員投入,以及國家產業政策的持續支持。

總結

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