国产 CPU 的发展现状论述

2022-09-28 09:16:28 admin 21

国产 CPU 的发展现状论述

中国自 2001 年开始启动处理器设计项目n,至今将近 20 年,产生了以中科龙芯、天津飞腾、海光信息、上海申威、上海兆芯等为代表的国产 CPU,并且产品的性能逐年提高,应用领域不断扩展,使中国长期以来无“芯”可用的局面得到了极大扭转,为构建安全、自主、可控的国产化计算平台奠定了基础。目前,国产主要 CPU厂家有六家。

n 对指令集的掌控程度决定了国产化的程度。对指令集的消化吸收和创新程度决定了 CPU 的创新可信的程度,通常自主研发国产 CPU 可以通过授权或者完全自研的方式,授权方式主要有两种:指令集架构授权、IP 内核授权。

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 国产芯片种类繁多n,基于 ARM 架构授权的芯片厂商最有可能形成自主可控指令集。由于指令集的复杂性和重要性,自主研发一套全新的指令集难度较大且效益不高。国产 CPU厂家大多选择购买国外授权,以实现不同程度的自主可控。目前,国产 CPU架构大体可以分为三类:第一类,是以龙芯为代表的 MIPS 指令集架构和以申威为代表的 Alpha 架构,申威已基本实现完全自主可控(申威 64 已经完全形成了自己的架构),龙芯部分关键技术需付专利费。第二类,是以飞腾和华为鲲鹏为代表基于 ARM 指令集授权的国产芯片。ARM 主要有三种授权等级:使用层级授权、内核层级授权和架构/指令集层级授权,其中指令集层级授权等级最高,企业可以对ARM 指令集进行改造以实现自行设计处理器,如苹果在 ARM v7-A 架构基础上开发出苹果 Swift 架构,其他如高通 Krait、Marvell 等都是基于 ARM指令集或微架构进行的改造。因此,已经获得 ARM V8 永久授权的海思、飞腾等厂家凭借自身的研发能力,亦有可能发展出一套自己的指令集架构。第三类,是以海光、兆芯为代表的获得 x86 的授权(仅内核层级的授权),未来扩充指令集形成自主可控指令集难度较大。因此,可以看出,在自主可控程度上申威、龙芯>飞腾、鲲鹏>海光、兆芯,但未来鲲鹏和飞腾如果基于 ARM V8 发展出自己的指令集,则创新可信程度将显著提升。同时在未来 ARM V9 V10 等新架构拿不到授权的情况下,依然可以维持先进性。

 综合对比六大国产 CPU 厂商n,我们认为目前市场竞争格局进一步明晰,飞腾有望在党政信创和行业端市场均提升份额。

n 在党政信创领域,申威由于过去主要市场在军队,且其产品偏向底层应用及超算领域,Alpha 生态应用较少,预计其可获得的市场份额有限。海光、兆芯受制于 x86 内核层级授权,自主性较弱,且海光仅获得 AMD 服务器授权,暂未获得桌面应用授权,兆芯由于使用台湾威盛电子的 x86 早期授权,产品性能相对落后,且兆芯早期市场开拓不佳。因此,在党政信创市场,我们预计飞腾、鲲鹏和龙芯三家将成为主导。龙芯研发起步最早,党政市场原始份额较大(约占 70%以上),国产整机及应用适配厂商较多,但 MIPS 整体生态、性能是劣势,商用前景较一般,随着鲲鹏进入市场及飞腾逐步成熟,ARM 体系的生态和性能优势逐步体现,另一方面,在党政信创市场,通过投资给当地带来税收及就业机会是获得份额的一大途径,鲲鹏和中国长城均在多地成立了子公司,预计龙芯未来在党政信创领域的市占率会有所下降。鲲鹏当前因为海思受到美国制裁,未来存在一定不确定性,预计其在党政信创市场拓展会有所取舍。综合而言,我们判断飞腾在党政信创市场将逐步获得最大份额。

 对行业市场而言n,一方面行业市场规模是党政信创市场的数倍,另一方面行业市场对 CPU 性能、生态等的要求也远高于信创市场。因此在此前行业国产招标中,基本只有鲲鹏、海光两家获得订单,鲲鹏作为华为海思旗下产品,性能已达到国际先进水平,而 ARM 生态亦在不断成熟,若不考虑美国制裁带来的负面影响,其前景最为光明;海光因获得四年前 AMD 最先进产品授权,且经过不断改良加之 X86 架构的天然生态优势,在行业市场亦获得较多订单。除此以外,此前其他几款芯片在性能或市场能力上均有一定差距,不易获得行业端市场订单。以飞腾为例,此前飞腾仅可提供单路服务器芯片,性能与鲲鹏有较大差距,因而难以拓展行业市场,而目前,飞腾已退出最新一代多路服务器芯片产品腾云 S2500,使得多路服务器产品性能提升数倍,预计 Q4 可规模化推向市场,飞腾在行业端拓展市场亦成为可能。

 综上n,我们看好飞腾在信创和行业端市场份额提升,未来发展可期。看好飞腾原因有三:

其一¡,飞腾基于 ARM 架构层级授权自主化程度高、ARM 应用生态不断丰富,市场空间广阔。飞腾已获得 ARM v8 架构层级永久授权,其技术授权的确定性和可持续性较强,目前在移动终端市场,AA(ARM-Andriod)体系占据统治地位,虽然主机和服务器端与移动端授权有所差异,但不需要研发自己的编译器,可兼容 AA 体系的软件生态,大幅降低研发的技术门槛、时间和资金成本。同时,国际厂商不断挑战Intel、AMD 等 x86 厂商在 CPU市场的垄断地位,如苹果将在 2021 年初发布第一款基于 ARM 的 Mac,完成向基于 ARM 的计算芯片的过渡。飞腾走了一条创新可信与国际化开放生态相互兼容的路线,未来市场空间广阔。

¡其二,飞腾产品谱系不断完善,产品性能大幅提升。目前,飞腾产品谱系已全面覆盖高性能服务器、高效能桌面和高端嵌入式等领域,7 月发布的腾云 s2500 芯片补全了其在高端多路服务器领域的短板,基于腾云 2500S 的 8 路服务器是目前最高性能的国产服务器系统,多条产品线能为从端到云的各类设备提供核心算力支撑。

¡其三,合作厂商不断扩展,中国长城信创产业基地全国布局。目前,飞腾合作伙伴数量超过 1000 家、累计研制了 6 大类 900 余种整机产品,已经适配和正在适配的软件和外设超过 2400 种,并发布了四大类、80 多个行业联合解决方案,覆盖信创、电信、金融、能源、交通、医疗、数字城市、工业制造等行业。同时,2019 年以来,中国长城与各地方政府展开合作,共建信创产业生态基地。据不完全统计,截至2020 年 8 月,中国长城自主创新基地已先后在长沙、太原、温州、南通、泸州、烟台、合肥、郑州、重庆、哈尔滨、大理、拉萨、韩城、遵义等共 14 个城市落地。信创产业生态基地基于“飞腾+麒麟+安全”产业链全面构建从研发、生产、供应链及售前服务、售后服务的完整信创生态体系,助力飞腾快速发展。7 月 23 日,飞腾表示,预计2020 年全年芯片出货量将达 100 万片,营收达 10 亿元。