國(guó)產(chǎn)CPU發(fā)展的底層邏輯是什么？

指令集是CPU核心中的核心，當(dāng)前的指令集主要分為復(fù)雜指令集（CISC）和精簡(jiǎn)指令集兩種（RISC）兩大類(lèi)，x86就是經(jīng)典的復(fù)雜指令集（CISC），而常見(jiàn)的ARM、RISC-V、MIPS則是精簡(jiǎn)指令集（RISC）。

嚴(yán)格意義上來(lái)講，兩大指令集并沒(méi)有高下之分，主要是在不同領(lǐng)域與方向有著不同的優(yōu)勢(shì)。CISC的優(yōu)勢(shì)在于指令豐富，功能強(qiáng)大，尋址靈活，缺點(diǎn)則是指令使用頻率不均衡，不利于VLSI（超大規(guī)模集成電路）實(shí)現(xiàn)。RISC的優(yōu)勢(shì)在于指令精簡(jiǎn)、使用頻率均衡，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易設(shè)計(jì)、程序執(zhí)行效率高，但指令數(shù)較少，尋址不靈活。

在CPU領(lǐng)域，X86和ARM兩種架構(gòu)占據(jù)主流市場(chǎng)，其中X86以其強(qiáng)大的性能，在PC與服務(wù)器領(lǐng)域占據(jù)絕對(duì)市場(chǎng)，ARM架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于移動(dòng)端，由于蘋(píng)果M1芯片的問(wèn)世，滲透率才在PC領(lǐng)域有所增長(zhǎng)。

回歸到國(guó)產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)中來(lái)看，當(dāng)前國(guó)產(chǎn)CPU主要有三大路線(xiàn)：

一條是基于x86內(nèi)核授權(quán)，代表廠(chǎng)商是兆芯和海光；

第二條是基于A(yíng)RM指令集授權(quán)，代表廠(chǎng)商有飛騰和華為；

第三條則是自研指令集，代表廠(chǎng)商有龍芯中科和申威。

長(zhǎng)期以來(lái)，基于X86架構(gòu)的CPU市場(chǎng)一直被Intel與AMD所占據(jù)，支撐兩家企業(yè)壟斷的原因，一方面是其出色的芯片設(shè)計(jì)能力，另一方面也得益于X86陣營(yíng)長(zhǎng)期以來(lái)與微軟組成的Wintel聯(lián)盟，Intel自1980s就開(kāi)始與微軟合作，長(zhǎng)達(dá)四十年的時(shí)間里形成了全球個(gè)人電腦產(chǎn)業(yè)中雙寡頭壟斷格局。

目前國(guó)內(nèi)的兩家基于X86內(nèi)核授權(quán)的企業(yè)，其授權(quán)方式都是通過(guò)合作形式獲得，其中兆芯是由上海聯(lián)投和中國(guó)臺(tái)灣威盛電子合資成立，當(dāng)時(shí)前者持有80%股份，后者持股20%。兆芯獲得了X86的授權(quán)。海光信息則是在2016年與AMD成立兩家合資公司，獲得AMD高端處理器Zen1架構(gòu)授權(quán)，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)了第一代產(chǎn)品。

獲得X86授權(quán)就意味著國(guó)產(chǎn)CPU企業(yè)可以直接加入Wintel陣營(yíng)，能夠設(shè)計(jì)出性能卓越的CPU，并順利進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng)。但也存在被斷供的風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)海光信息在招股書(shū)中所述，2019年6月，海光信息被美國(guó)商務(wù)部工業(yè)與安全局將公司列入到美國(guó)《出口管制條例》 “實(shí)體清單”中，公司采購(gòu)、銷(xiāo)售含有美國(guó)受限技術(shù)比例較高的“管制物品”將會(huì)受到限制。這意味著被列入“實(shí)體清單”之后，AMD無(wú)法提供后續(xù)的技術(shù)服務(wù)，海光也無(wú)法得到AMD后續(xù)架構(gòu)的升級(jí)。

與X86類(lèi)似，飛騰與華為的CPU也是由ARM授權(quán)而來(lái)，雖然授權(quán)能快速設(shè)計(jì)出合格甚至優(yōu)秀的CPU產(chǎn)品，但也會(huì)面臨如同華為一樣，被限制使用后續(xù)架構(gòu)。

海光信息之外，華為、申威與飛騰也在過(guò)去幾年里，相繼被美國(guó)列入“實(shí)體清單”、無(wú)法獲得相關(guān)設(shè)備與技術(shù)等，這對(duì)國(guó)產(chǎn)CPU來(lái)說(shuō)十分不利，尤其是華為被美國(guó)限制之后，海思的麒麟芯片無(wú)法繼續(xù)迭代更新，面向服務(wù)器的鯤鵬處理器也同樣被迫按下暫停鍵。

在當(dāng)前國(guó)際關(guān)系越發(fā)復(fù)雜的大環(huán)境下，供應(yīng)鏈變得愈發(fā)脆弱，自主可控也成為全球主要半導(dǎo)體國(guó)家和地區(qū)的核心。

目前國(guó)產(chǎn)CPU的發(fā)展，一方面基于X86與ARM架構(gòu)體系的推動(dòng)，另一方面也在積極扶持本土CPU產(chǎn)業(yè)自主可控。根據(jù)相關(guān)人士透露，在政府與銀行等的相關(guān)部門(mén)，目前國(guó)產(chǎn)CPU正在替換國(guó)外CPU，這種浪潮已從兩年前開(kāi)始，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年在政企辦公電腦領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)CPU滲透率會(huì)持續(xù)增加。

從今年上半年國(guó)家稅務(wù)總局的電腦的采購(gòu)名單中，也可以側(cè)面印證該說(shuō)法。根據(jù)全球半導(dǎo)體觀(guān)察的統(tǒng)計(jì)，國(guó)家稅務(wù)總局采購(gòu)的電腦中，CPU供應(yīng)方有飛騰、海光信息、兆芯等四家，供應(yīng)商全部為國(guó)產(chǎn)CPU企業(yè)。

另一方面，服務(wù)器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)于國(guó)產(chǎn)CPU企業(yè)來(lái)說(shuō)也是一個(gè)機(jī)會(huì)，尤其是在東數(shù)西算的大背景下，國(guó)產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)在服務(wù)器領(lǐng)域可以獲得更大的發(fā)展空間。以近期上市的海光信息為例，其大股東中科曙光承建西部（重慶）科學(xué)城先進(jìn)數(shù)據(jù)中心，天府和重慶數(shù)據(jù)中心集群，是全國(guó)一體化算力網(wǎng)絡(luò)國(guó)家八大樞紐節(jié)點(diǎn)之一，成為東數(shù)西算重要的服務(wù)商將有益于海光信息后續(xù)的發(fā)展。

從政策與機(jī)遇上而言，國(guó)產(chǎn)CPU正在迎來(lái)一個(gè)良好的發(fā)展環(huán)境，但一些挑戰(zhàn)也需要正視。

其一，無(wú)論是指令集還是微架構(gòu)的設(shè)計(jì)能力，都需要長(zhǎng)期的技術(shù)積累，以及濃厚的工程師文化，硅谷龍頭們?cè)谶@方面有很長(zhǎng)的歷史沉淀與技術(shù)氛圍。整體而言，國(guó)產(chǎn)CPU在技術(shù)積累與龍頭們依然存在不小差距。

另一方面，對(duì)于自研指令集的企業(yè)來(lái)說(shuō)，生態(tài)體系的建立非一時(shí)之功，除技術(shù)原因之外，用戶(hù)是否接納，是否有更多的開(kāi)發(fā)者參與其中，共同完成生態(tài)系統(tǒng)的迭代出新，才是重中之重。有相關(guān)人士表示，國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)目前與windows等有巨大差距，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)一周之內(nèi)頻繁更新升級(jí)的現(xiàn)象，影響用戶(hù)體驗(yàn)。

此外，從營(yíng)收情況來(lái)看，國(guó)產(chǎn)CPU企業(yè)與龍頭之間的體量懸殊。出貨量巨大的龍頭更具有規(guī)模優(yōu)勢(shì)，能夠降低單顆芯片的研發(fā)與制造成本，CPU作為一種面向消費(fèi)市場(chǎng)的商品，在拼性能與服務(wù)的同時(shí)，也拼價(jià)格，這是國(guó)產(chǎn)CPU企業(yè)需要努力的方向。

從海光信息與龍芯中科過(guò)去的營(yíng)收來(lái)看，2021年海光信息營(yíng)收23.10億元，龍芯中科營(yíng)收約為12億元，與之相對(duì)的是Intel的營(yíng)收為790.24億美元，AMD營(yíng)收為164.34億美元，國(guó)內(nèi)企業(yè)與國(guó)際龍頭之間營(yíng)收差距依然巨大。

總體而言，與此前相比，國(guó)產(chǎn)CPU正在快速發(fā)展，路線(xiàn)既有基于授權(quán)研發(fā)，也有自研指令集，但在全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈越來(lái)越脆弱的今天，獨(dú)立自主是國(guó)產(chǎn)CPU發(fā)展的底層邏輯。