徵途，國產CPU發展之路

徵途，國產CPU發展之路

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硬體上，電腦和手機的靈魂在CPU。

CPU是靠指令來計算和控制系統的，這些指令被稱為指令集。

當今世界，指令集主要有兩套，一套是X86，在英特爾手裡。

另外一套是ARM，原先在英國企業ARM公司手裡，如今在軟銀手裡。

電腦和伺服器CPU一般用X86架構，手機和消費電子一般用耗能更小的ARM架構。

以上兩套指令集幾乎統治著CPU市場，如果你想做CPU，那麼得獲得擁有這兩套架構的CPU公司授權。

可是在2019年，因為某些眾所周知的原因，相關公司都停了兩大架構對我國企業的授權。

X86和ARM架構都停了，會造成什麼樣的後果？

今天我們就來捋一捋。

1

一個不爭的事實是英特爾壟斷了全球絕大部分CPU市場。

在PC市場，英特爾絕對領先，在伺服器CPU市場，因特爾市場份額高達90%。

因特爾見證了矽谷的成長歷史，而這一切離不開一個叫做肖克利的人。

威廉·肖克利因為對半導體的研究，在1956年拿了諾貝爾物理學獎。

正是肖克利發明的電晶體為計算機加了一把火。

肖克利在貝爾實驗室發明電晶體之後，馬上來到矽谷成立肖克利實驗室股份有限公司，準備將研發成果商業化。

肖克利招了8位半導體天才，其中一位叫做摩爾，就是提出摩爾定律的哪位，也是後來因特爾的創始人。

肖克利搞理論、做實驗確實是把好手，但卻不善於商業經營。

由於經營不善，辛苦找來的這8位天才也分崩離析，但後來都成了矽谷的歷史性大人物。

1968年，諾伊斯和摩爾在加州維爾山成立了「摩爾——諾伊斯電子公司」，這就是後來的英特爾。

1971年，英特爾推出世界上第一個CPU「4004」，這個處理器很簡單，也就集成了2250個電晶體，而且製造工藝還是微米級。

與今天動不動就是5納米製程的晶片相比，4004在今天看來簡直不值一提，可是改進後的8080就不一樣了。

8080是在1974年推出的，這次集成了6000隻電晶體，同樣在今天看來也還是小兒科。

問題的關鍵在推出8080的同時還推出了X86架構，而這一架構幾乎統一了電腦CPU這個江湖，並且一直持續至今。

先來說說什麼是X86。

X86就是計算機的指令集，定義晶片的使用規則。

X86已經成為當今世界CPU運行的標準，大到超級計算機，小到筆記本電腦，都離不開X86構架。

如果你想造CPU，採用X86構架。

對不起，交錢，需要獲得X86授權才行。

在電腦CPU這塊，因特爾絕對領先。

因此，在技術保密方面做得也是非常徹底。

在當今晶片垂直分工已經成為主流的情況下，英特爾還在採用IDM模式，也即是晶片的設計、製造和封裝測試自己全乾，不讓外人沾邊。

想想可可可樂為什麼要把配方死死鎖在亞特蘭大銀行的保險庫裡，道理都一樣。

英特爾對外銷售的CPU晶片一律不透露技術細節，客戶也看不到原始碼。

對於科技公司來說，技術就是飯碗，抓得越緊越安全。

正是因為英特爾嚴格的技術保密，公司長期維持了優秀的業績。

客戶們能理解，而且對於客戶來說只要能賺錢，不了解底層技術也沒什麼大不了。

但要是在國防，那情況就不一樣了，不了解原始碼，不了解底層技術，怎敢隨便用。

因此，軍用CPU必須國產。

就在擔心英特爾CPU安全性時，2019年M方停了對我國X86架構新的授權。

一時間，國產計算機指令集新架構研發的呼聲從未如此強烈。

但是指令集研發並非是一時半會兒就能成功的，這時大家就會想到另外一套精簡指令集ARM。

2

除了X86指令集，市場上另外一個主流指令集是ARM架構。

英國ARM只做晶片設計，然後再通過對外授權來賺錢。

ARM架構採用的是精簡指令系統，因此耗能低，適合用在手機這樣的行動裝置上。

如今ARM架構用在全世界95%的手機和平板，也即是說，造手機基本繞不開ARM架構。

2016年，軟銀以310億美元收購ARM。

兩個CPU指令集架構，一個在美國，一個過去在英國，現在是日本。

計算機普遍用X86架構，手機基本用ARM架構。

如今西方M國到處拉黑名單，X86自然是不能放過的武器。

2019年6月，M國商務部將國產CPU領先企業海光拉入黑名單。

AMD立刻宣布不再向海光進行新X86 IP，既然X86這條大腿斷了，那ARM架構M國總該管不了吧!

而事實是ARM的限制措施來得比X86還早。

不知是威逼還是利誘。

緊跟M國，2019年5月ARM停了與華為的業務。

依照M國禁令，位於美國本土之外的公司，如果有25%以上的技術或者原材料來至於美國，那麼就應該按照禁令執行。

不難理解，不依令而行，這25%就是大棒。

ARM在德克薩斯州和加利福尼亞州都有研發中心，也即是說部分技術還是源於M國。

X86和RAM架構都斷了，新架構也不是一時半兒能做出來的，這招確實夠狠。

但這是不是意味著關了水龍頭，中國消費電子都沒水喝了？

當然也不是，無論是X86還是RAM在外圍都是開源的，儘管得不到新的授權，但還是可以在原有的架構上進行進一步的開發，所以倒也不至於因為一紙禁令而導致國產手機沒晶片用。

只不過，國產替代的意識真應該認真起來了。

3

2013年稜鏡事件之後，又想到英特爾CPU底層技術細節不清楚，發展國產CPU刻不容緩。

國內完全走自主架構的CPU主要有兩款，分別是龍芯和申威。

在中科院的支持下，龍芯CPU於2002年研製成功，目前主要由龍芯中科和神州龍芯兩家進行生產。

如今很多國家重器和北鬥衛星，用的就是龍芯CPU。

除了龍芯，申威CPU更是取得了不俗成績，申威系列微處理器的開發起源於軍事領域。

2003年，在科技部和上海市的支持下，研製出了申威CPU，同時確立了申威64架構和自主指令系統。

由於完全自主，斷供、制裁、或停止授權都影響不到申威。

申威CPU安全性能極強，現行木馬和病毒無法攻擊。

目前申威CPU主要應用於超級計算機和伺服器產品，例如神威·太湖之光超級計算機用的就是申威CPU。

神威·太湖之光搭載了40960 塊「申威26010」高性能處理器。

不過由於申威在軍工領域具有優勢，由於市場化不高，所以市場份額整體較小。

4

完全自主的CPU主要用於軍事領域，在商業領域，國內也有生產CPU，但往往也會採用國外的指令集架構。

例如海光CPU採用的就是X86架構。

海光信息成立於2014年，目前中科曙光持有海光信息36.4%的股份，是公司第一大股東。

為了能夠獲得穩妥的X86授權，海光信息決定將利益與AMD綁在一起。

2016年，海光信息通過與AMD成立合資公司獲得了X86的授權，如果日後AMD拒絕授權，那也會是殺敵一千，自損八百，於己也不利。

但始終胳膊擰不過大腿，2019年6月，M國商務部將中科曙光以及其3家子公司天津海光、成都海光集成電路、成都海光微電子技術列入實體名單。

接著，AMD宣布不再向其中國合資公司授權新的x86產品。

這意味著接下來海光CPU將停在Zen架構上，不能繼續得到新的Zen 2架構，至少邏輯上來說是這樣。

在CPU這一塊，一直都是我國的短板，即使像海光這樣的領先企業，相比於英特爾來說還是螞蟻級別，既需要保護，同時抗風險能力也比較差。

例如在2019年，海光信息的營收儘管同比實現翻倍增長，但也僅為2.3億元，淨利潤更是僅為0.6億。

雖然如今海光的業務規模還並不大，但是發展後勁還是比較足的。

例如在2019年，海光信息總資產為50億元，淨資產為28億元，規模算比較大。

另外，海光信息算是中科曙光旗下的公司，而中科曙光主要產品包括高性能計算機、伺服器和存儲產品，這也就意味著在中科曙光的扶持下，海光信息CPU之路走得會更加平穩。

因為海光CPU就可以用在中科曙光的超級計算機和伺服器上，而中科曙光也是一顆值得依靠的大樹。

中科曙光2019年營業收入為95.3億元，其中來至於高端計算機的銷售額高達75億元。

中科曙光高端計算機的產量為21.44萬臺，銷量為21.18萬臺。

除了海光CPU採用X86，國內的兆芯CPU也採用了這一架構。

上海兆芯成立於2013年，公司CPU主要用於電腦和伺服器，當然這類CPU基本也是選擇X86架構。

上海兆芯大股東是國資委上海市聯合投資以及威盛電子。

威盛電子是一家臺灣的集成電路設計公司，產品就包括CPU。

在上世紀90年代末，威盛電子收購美國Cyrix公司，從而獲得了部分X86專利授權。

居於X86架構的晶片設計路線，漸漸形成了Intel、AMD和威盛電子三足鼎立的局面。

在2013年，上海國資委與威盛電子聯合成立上海兆芯，兆芯因此獲得了部分X86專利授權，從而進入發展CPU的快車道。

如今，兆芯系列晶片已經能夠支持國內外主流作業系統，兼容絕大多數應用軟體及外設產品。

除了以上公司，瀾起科技業務也涉及CPU，不過主要是伺服器CPU，用的也是X86架構。

瀾起科技成立於2004年，專注於為雲計算和人工智慧領域提供以晶片為基礎的解決方案，目前主要產品包括內存接口晶片。

瀾起科技與清華大學及Intel三方聯合合作研發津逮® 伺服器CPU。

而津逮®系列CPU則是在英特爾® x86至強處理器的基礎上集成了清華大學的DSC技術。

此外，津逮®系列CPU可為未來人工智慧和大數據應用提供強大的綜合數據處理和計算力支撐。

在國內伺服器排名第一的當屬浪潮信息，而且世界排名第三。

既然伺服器我國本身就很強，那麼在伺服器CPU方面，還有很大需求支撐的。

5

電腦晶片找X86，而手機晶片關鍵則是ARM架構。

國內居於ARM架構生產CPU的企業包括包括飛騰和華芯通。

天津飛騰成立於2014年。

2015年，中國電子發布了FT-1500A系列CPU處理器。該系列晶片是由飛騰公司研發設計的64位通用CPU。

「天河三號」原型機採用自主研發的飛騰處理器，實現了晶片的國產化。

2019年，中國電子將天津飛騰21.46%股權轉讓給中國長城，之後中國長城持股增加至35%，成為天津飛騰第一大股東。

其後，天津飛騰引入員工持股計劃，中國長城公司持股比例由原35%下降至31.5%。

飛騰的CPU晶片架構和國際主流ARM指令集接軌，而內部則是完全自主研發的「飛騰內核」。

飛騰CPU架構和國際主流接軌，保證了晶片接口的通用性，而自主研發內核，則保障了晶片的自主性和可控性。

天津飛騰2019年總資產為17.3億元，淨資產為6.3億元，營業收入2.07億，淨利潤0.05億元。

從規模上來講，天津飛騰的規模相對還要，在CPU這條路上還是是「路漫漫其修遠兮」。

對於精簡指令集架構下的CPU又怎麼少的了華為，早在很多年前，華為就做出了極限生存的假設：預計有一天，所有M的先進晶片和技術將不可獲得，而華為仍將持續為客戶服務。

堅持走自主路線的華為，又是國內手機第一，手機處理器這一塊怎麼能缺失。

華為鯤鵬同樣採用的是ARM架構CPU。

而且鯤鵬處理器獲得Armv8架構永久授權。

在CPU在這一塊，我國還是短板，例如相關公司的資產規模和收入規模目前都還並不是很大。

但是好在已經在英特爾的夾縫中前行，並且已經取得不錯的成果。

至於X86和ARM禁令，看起來嚇人，但其實問題不大。

嚇人是因為造CPU離不開這兩個架構的指令集，問題不大是因為這兩個指令集其實是開源的。

儘管不能獲得新的授權，但依然可以在原有產品上進行進一步的開發。

另外，如果CPU沒問題，但是作業系統依然很關鍵。

而國產作業系統方面，中國軟體就有較強優勢。