國(guó)產(chǎn)CPU大閱兵
發(fā)布時(shí)間：2020-06-19 07:39:54
CPU作為ICT設(shè)備的運(yùn)算和控制核心，負(fù)責(zé)指令讀取、譯碼與執(zhí)行，因研發(fā)門(mén)檻高、生態(tài)構(gòu)建難，被認(rèn)為是集成電路產(chǎn)業(yè)中的“珠穆朗瑪峰”。
縱觀(guān)全球，Intel、AMD兩大巨頭領(lǐng)跑通用CPU（桌面與服務(wù)器CPU）市場(chǎng)；國(guó)內(nèi)，國(guó)產(chǎn)CPU正處于奮力追趕的關(guān)鍵時(shí)期，以鯤鵬、海光、龍芯、飛騰、兆芯、申威等為代表的廠(chǎng)商正全力打造“中國(guó)芯”。
本文將重點(diǎn)圍繞國(guó)產(chǎn)CPU的發(fā)展歷程與當(dāng)前產(chǎn)業(yè)鏈各領(lǐng)軍企業(yè)的布局情況作詳盡解讀，具體如下：
1、國(guó)產(chǎn)CPU發(fā)展歷程回溯
2、鯤鵬：快速崛起的領(lǐng)導(dǎo)者
3、海光：性能領(lǐng)先的實(shí)干者
4、龍芯：完全自主的引領(lǐng)者
5、飛騰：PK生態(tài)的主導(dǎo)者
6、兆芯：合資CPU的探路者
7、申威：為超算而生的強(qiáng)者
國(guó)產(chǎn)CPU發(fā)展歷程回溯
回溯中國(guó)的國(guó)產(chǎn)CPU發(fā)展歷程，可分為三個(gè)階段：
起步：上世紀(jì)50-70年代
1956年，半導(dǎo)體科技被列為國(guó)家新技術(shù)四大緊急措施之一。此后，中科院計(jì)算所、109廠(chǎng)、半導(dǎo)體所先后成立，鍺晶體管、硅平面晶體管、集成電路等半導(dǎo)體器件相繼實(shí)現(xiàn)突破，為109乙機(jī)、109丙機(jī)、156機(jī)的誕生分別提供了基礎(chǔ)。
1975年，伴隨大規(guī)模集成電路技術(shù)的興起，我國(guó)第一臺(tái)集成電路百萬(wàn)次計(jì)算機(jī)013機(jī)研制成功。這一時(shí)期獨(dú)立自主的產(chǎn)業(yè)發(fā)展為我國(guó)CPU事業(yè)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
轉(zhuǎn)折：上世紀(jì)80-90年代
1985年，中科院計(jì)算所、半導(dǎo)體所有關(guān)研制大規(guī)模集成電路的單位和109廠(chǎng)合并，成立中科院微電子中心。但這一時(shí)期，由于政策支持力度有所減弱等原因，產(chǎn)業(yè)完全市場(chǎng)化但自主性不足。
提速：21世紀(jì)初至今
從“十五”開(kāi)始，國(guó)產(chǎn)CPU自主性的問(wèn)題再度提上議程，產(chǎn)業(yè)政策不斷加碼。泰山計(jì)劃、863計(jì)劃等催生了一批國(guó)產(chǎn)CPU品牌，2002年，我國(guó)首款通用CPU——龍芯1號(hào)（代號(hào)X1A50）流片成功。
2006年，“核高基”重大專(zhuān)項(xiàng)推出，“高”即為高端通用CPU。2014年，我國(guó)發(fā)布《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推動(dòng)綱要》，國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金（簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)家大基金）第1期成立，主要投資集成電路制造企業(yè)。2019年，國(guó)家大基金第2期成立，主要投資應(yīng)用端。
在經(jīng)歷數(shù)十年的艱辛探索后，目前，國(guó)產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，涌現(xiàn)出一批領(lǐng)軍企業(yè)。
我們根據(jù)CPU指令集體系進(jìn)行分類(lèi)：
1）復(fù)雜指令集（CISC）下，以X86架構(gòu)為主，國(guó)內(nèi)代表廠(chǎng)商包括海光、兆芯；
2）精簡(jiǎn)指令集（RISC）下，涉及ARM架構(gòu)、MIPS架構(gòu)、Alpha架構(gòu)等，國(guó)內(nèi)代表廠(chǎng)商包括鯤鵬（ARM）、飛騰（ARM）、龍芯（MIPS）、申威（Alpha）等。
鯤鵬：快速崛起的領(lǐng)導(dǎo)者
鯤鵬是華為計(jì)算產(chǎn)業(yè)的主力芯片之一。為滿(mǎn)足新算力需求，華為圍繞“鯤鵬+昇騰”構(gòu)筑雙算力引擎，打造算、存、傳、管、智五個(gè)子系統(tǒng)的芯片族，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算芯片的全面自研。
鯤鵬系列包括服務(wù)器和PC處理器。近年來(lái)，華為先后推出Hi1610、Hi1612、Hi1616等服務(wù)器CPU產(chǎn)品，不斷實(shí)現(xiàn)主頻與核數(shù)的提升，并最終開(kāi)發(fā)出當(dāng)下的旗艦產(chǎn)品鯤鵬920與鯤鵬920s，分別用于服務(wù)器和PC機(jī)。
鯤鵬具備“端邊云算力同構(gòu)”的優(yōu)勢(shì)。鯤鵬CPU基于A(yíng)RM V8架構(gòu)，處理器核、微架構(gòu)和芯片均由華為自主研發(fā)設(shè)計(jì)。
市場(chǎng)上目前存在超過(guò)500萬(wàn)基于A(yíng)RM指令集的安卓應(yīng)用，與ARM服務(wù)器天然兼容，無(wú)需移植即可直接運(yùn)行，且運(yùn)行過(guò)程中無(wú)指令翻譯環(huán)節(jié)，性能無(wú)損失，相比X86異構(gòu)最高能夠提升3倍性能。
2019年1月，華為宣布推出鯤鵬920，以及基于鯤鵬920的TaiShan服務(wù)器和華為云服務(wù)。
鯤鵬920采用7nm制造工藝。規(guī)格方面，支持64內(nèi)核，主頻可達(dá)2.6GHz，集成8通道DDR4，支持PCIe4.0及CCIX接口，可提供640Gbps總帶寬。
鯤鵬920主打低功耗、強(qiáng)性能，在典型主頻下，SPECint Benchmark評(píng)分超過(guò)930，超出業(yè)界標(biāo)桿25%；同時(shí)，能效比優(yōu)于業(yè)界標(biāo)桿30%。
鯤鵬生態(tài)蓬勃發(fā)展。華為堅(jiān)持硬件開(kāi)放、軟件開(kāi)源，使能合作伙伴，推動(dòng)鯤鵬計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
目前，已有超過(guò)12家整機(jī)廠(chǎng)商基于鯤鵬主板推出自有品牌的服務(wù)器及PC產(chǎn)品，華為還與產(chǎn)業(yè)伙伴聯(lián)合成立了至少15個(gè)鯤鵬生態(tài)創(chuàng)新中心。
作為鯤鵬計(jì)算產(chǎn)業(yè)底座的鯤鵬處理器，華為將秉承量產(chǎn)一代、研發(fā)一代、規(guī)劃一代的演進(jìn)節(jié)奏，落實(shí)長(zhǎng)期投入、全面布局，后向兼容和持續(xù)演進(jìn)的戰(zhàn)略，高效滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。
海光：性能領(lǐng)先的實(shí)干者
海光芯片性能領(lǐng)先，中科曙光為重要股東。海光信息技術(shù)有限公司是國(guó)內(nèi)高性能計(jì)算機(jī)龍頭中科曙光的參股子公司。
2014年，在天津注冊(cè)成立；后歷經(jīng)數(shù)次股權(quán)變更，2018年10月，中科曙光以5.5元/股受讓海光信息1.948億股股權(quán)，受讓后合計(jì)持有海光信息36.44%股權(quán)，為海光信息第一大股東。
2016年，海光信息同AMD達(dá)成合作，共同合資成立兩家子公司，引入X86架構(gòu)授權(quán)。其中，成都海光微電子技術(shù)有限公司擁有授權(quán)IP所有權(quán)，并負(fù)責(zé)芯片生產(chǎn)，成都海光集成電路設(shè)計(jì)有限公司負(fù)責(zé)芯片設(shè)計(jì)及銷(xiāo)售工作。
基于A(yíng)MD提供的Zen1架構(gòu)，海光開(kāi)發(fā)出8核心桌面版CPU Dhyana、32核心服務(wù)器版CPU Dhyana Plus。
海光信息扭虧為盈，協(xié)同效應(yīng)明顯。2018年下半年，海光CPU實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并陸續(xù)投入商用，主要客戶(hù)為國(guó)內(nèi)服務(wù)器整機(jī)廠(chǎng)商。
2019年，海光實(shí)現(xiàn)營(yíng)收3.90億元，凈利潤(rùn)為0.60億元，首次扭虧為盈，體現(xiàn)出與中科曙光等廠(chǎng)商的協(xié)同效應(yīng)明顯。
一方面，中科曙光擁有優(yōu)質(zhì)客戶(hù)資源、良好銷(xiāo)售渠道；
另一方面，海光CPU滿(mǎn)足國(guó)產(chǎn)化需求，將受益于以“中國(guó)芯”為底座的IT產(chǎn)業(yè)崛起。
近期，中國(guó)電信發(fā)布服務(wù)器（2020年）集中采購(gòu)項(xiàng)目貨物招標(biāo)集中資格預(yù)審公告，公告顯示，H系列服務(wù)器共集采11185臺(tái)，CPU類(lèi)型為鯤鵬 920系列處理器或海光Dhyana系列處理器，標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)CPU已在技術(shù)復(fù)雜度較高的運(yùn)營(yíng)商市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)落地。
龍芯：完全自主的引領(lǐng)者
龍芯是我國(guó)最早研制的高性能通用CPU系列。
2001年，龍芯起步于中科院計(jì)算所，曾得到863、973、核高基等項(xiàng)目的支持，先后成功流片我國(guó)首款通用CPU龍芯1號(hào)、首款64位通用CPU龍芯2B、首款主頻超過(guò)1GHz的通用CPU龍芯2E、首款四核CPU龍芯3A等，完成底層核心技術(shù)的積累。
2010年，中科院、北京市政府共同牽頭出資，龍芯中科技術(shù)有限公司正式成立，開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作。
龍芯堅(jiān)持走自主創(chuàng)新與生態(tài)建設(shè)之路。龍芯走市場(chǎng)帶動(dòng)技術(shù)的道路，通過(guò)體制內(nèi)市場(chǎng)引導(dǎo)，帶動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，再參與體制外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
基于MIPS架構(gòu)，龍芯形成了自主指令集LoongISA，處理器核心的微結(jié)構(gòu)和物理設(shè)計(jì)全部自主研發(fā)，并取得了500多項(xiàng)專(zhuān)利。
龍芯學(xué)習(xí)Intel+Google+Apple的商業(yè)和技術(shù)模式，打造從端到云開(kāi)放的全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)體系，實(shí)現(xiàn)OS的跨平臺(tái)兼容。
目前，龍芯共有三個(gè)產(chǎn)品系列定位。
3號(hào)大CPU面向桌面/服務(wù)器類(lèi)應(yīng)用，定位Intel酷睿/至強(qiáng)系列；
2號(hào)中CPU面向工控和終端類(lèi)應(yīng)用，定位Intel阿童木系列；
1號(hào)小CPU面向特定應(yīng)用與需求，曾用于北斗衛(wèi)星、石油勘探、智能設(shè)備（門(mén)鎖、水表、電表）等方面，實(shí)現(xiàn)“上天入地，守衛(wèi)國(guó)門(mén)，保護(hù)家門(mén)”。
龍芯通用CPU在迭代中發(fā)展：
第一代，基本可用。3A1000、3B1500單核性能較低，SPEC CPU2006測(cè)試分值僅2-3分，打開(kāi)20M文檔需要33秒，用戶(hù)體驗(yàn)一般。
第二代，可用。3A/B3000四核處理器采用28nm工藝，主頻1.35-1.5GHz，單核性能達(dá)到10-11分，超過(guò)凌動(dòng)系列，打開(kāi)20M文檔僅需6秒。具有安全自主程度高、整機(jī)廠(chǎng)商品類(lèi)多、國(guó)產(chǎn)化橋片方案等特點(diǎn)。目前，累計(jì)出貨超過(guò)30萬(wàn)顆，是此前信創(chuàng)工程上份額最大的通用CPU。
第三代，好用。2019年12月發(fā)布的3A/B4000四核處理器實(shí)現(xiàn)相同工藝下性能提升一倍，主頻1.8-2.0GHz，單核性能達(dá)到20-30分，達(dá)到AMD 28nm工藝最后產(chǎn)品“挖掘機(jī)”的水平，可秒開(kāi)20M文檔。
未來(lái)，提高主頻和核數(shù)。3A5000四核桌面CPU將采用12nm工藝，單核性能爭(zhēng)取達(dá)25-30分，與3A4000兼容，可原位替換，預(yù)計(jì)2020年二季度流片；3C5000十六核服務(wù)器CPU同樣采用12nm工藝，支持4-16路服務(wù)器，預(yù)計(jì)2020年三季度流片。
飛騰：PK生態(tài)的主導(dǎo)者
飛騰CPU由國(guó)防科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造，起步于1999年，曾先后嘗試X86、Epic、SPARC、ARM四個(gè)指令集，并以SPARC開(kāi)源代碼為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了FT-1000、FT-1000A、FT-1500等CPU。
之后出于生態(tài)考慮，獲得了ARM指令集授權(quán)，集成全自主處理器內(nèi)核，形成了覆蓋桌面、服務(wù)器和嵌入式等領(lǐng)域的完整產(chǎn)品線(xiàn)。
服務(wù)器CPU：FT-2000+/64于2017年發(fā)布，集成64個(gè)FTC662處理器內(nèi)核，16nm工藝，主頻2.0-2.3GHz，主要應(yīng)用于高性能服務(wù)器領(lǐng)域，性能與Intel Xeon E5-2695V3系列相當(dāng)。
在A(yíng)RM v8指令集兼容的產(chǎn)品中，F(xiàn)T-2000+/64在單核計(jì)算能力、單芯片并行性能、單芯片cache一致性規(guī)模等指標(biāo)上處于先進(jìn)水平。
2019年5月，基于FT-2000+/64的服務(wù)器產(chǎn)品群在福州數(shù)字中國(guó)峰會(huì)上發(fā)布。
桌面CPU：2019年，飛騰發(fā)布FT-2000/4，整體性能與Intel Core I5系列相當(dāng)。FT-2000/4集成4個(gè)FTC663處理器核，16nm制程，主頻2.6-3.0GHz。
在SPEC 2006測(cè)試中，全芯片實(shí)測(cè)整數(shù)計(jì)算得分61.1，浮點(diǎn)計(jì)算得分62.5，相比上一代的FT-1500A/4提升近1倍，訪(fǎng)存帶寬提升3倍。
目前，F(xiàn)T-2000/4已和國(guó)產(chǎn)銀河麒麟操作系統(tǒng)完成適配工作，包括聯(lián)想、長(zhǎng)城等整機(jī)廠(chǎng)商正在開(kāi)展終端和板卡研制。
PK體系賦能信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新。飛騰CPU積極參與CEC（中國(guó)電子集團(tuán)）主導(dǎo)的PK（即飛騰Phytium CPU和麒麟Kylin操作系統(tǒng)）體系建設(shè)，打造安全可靠的中國(guó)計(jì)算機(jī)軟硬件基礎(chǔ)體系國(guó)家隊(duì)。
兆芯：合資CPU的探路者
兆芯系列CPU由上海兆芯集成電路有限公司推出。公司成立于2013年，由上海市國(guó)資委下屬企業(yè)和臺(tái)灣威盛電子合資成立。
公司基于X86架構(gòu)，成功研發(fā)并量產(chǎn)多代通用CPU，形成“開(kāi)先”、“開(kāi)勝”兩大產(chǎn)品系列，實(shí)現(xiàn)了“從雙核心到八核心”、“從1.6GHz到3.0GHz”、“從處理器+芯片組方案到SoC單芯片方案”等多方面的發(fā)展與創(chuàng)新，具備自主演進(jìn)發(fā)展的能力和條件。
主力產(chǎn)品性能較好。2019年6月，兆芯在上海正式發(fā)布新一代16nm X86處理器產(chǎn)品——開(kāi)先KX-6000和開(kāi)勝KH-30000。
新一代兆芯處理器是首款主頻達(dá)到3.0GHz的國(guó)產(chǎn)通用處理器，支持雙通道DDR4-3200內(nèi)存，采用SoC設(shè)計(jì)，包含CPU、GPU和芯片組，芯片集成度進(jìn)一步增強(qiáng)，性能功耗比上一代產(chǎn)品提升3倍。
KX-6000適配win7、win10等主流操作系統(tǒng)，SPEC 2006 INT RATE成績(jī)?yōu)?70分，單芯片性能已經(jīng)達(dá)到7代i5的同等水平，應(yīng)用體驗(yàn)大幅提升。
積極開(kāi)展前瞻研究。兆芯計(jì)劃于2021年推出開(kāi)勝KH-40000系列CPU，基于16nm工藝，32核心且支持雙路互聯(lián)，專(zhuān)門(mén)面向高性能服務(wù)器產(chǎn)品市場(chǎng)。
此外，兆芯已著手7nm以下工藝產(chǎn)品的定義和研發(fā)工作，作為開(kāi)先KX-7000系列，延續(xù)SoC設(shè)計(jì)方案，在內(nèi)存、USB、PCIe等規(guī)范方面將瞄準(zhǔn)國(guó)際同期主流水準(zhǔn)。
兆芯生態(tài)具有優(yōu)勢(shì)。兆芯在實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品進(jìn)步的同時(shí)，始終保持開(kāi)放合作，最大化兼容X86生態(tài)的優(yōu)勢(shì)。
兆芯CPU廣泛應(yīng)用于電腦整機(jī)、筆記本、一體機(jī)、服務(wù)器和嵌入式計(jì)算平臺(tái)等，能夠?yàn)辄h政辦公、金融、教育、交通、網(wǎng)絡(luò)安全、能源等行業(yè)提供可靠的解決方案。
申威：為超算而生的強(qiáng)者
申威CPU由上海高性能集成電路中心研制，基于DEC公司的Alpha架構(gòu)，并進(jìn)行了指令集擴(kuò)展和微結(jié)構(gòu)自主創(chuàng)新，成功應(yīng)用在國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)中。
在探索中迭代發(fā)展。2006年，申威1單核CPU研制成功，130nm工藝，主頻900MHz。2008年，申威2雙核CPU推出，同為130nm工藝，主頻1.4GHz。2010年，申威1600十六核CPU推出，65nm工藝，運(yùn)用于神威藍(lán)光超算。
2012年，申威1610、410相繼推出，均為40nm工藝、1.6GHz主頻，分別用于服務(wù)器和PC。申威現(xiàn)已形成高性能計(jì)算CPU、服務(wù)器/桌面CPU、嵌入式CPU三個(gè)系列產(chǎn)品線(xiàn)。
申威432、443、3232在研。申威432、443均為4核CPU，分別采用第四代、第五代申威核心，主頻將分別達(dá)2.2-2.5GHz和2.8-3.0GHz，綜合性能將分別達(dá)到同期國(guó)際主流桌面CPU的60%和80%。
申威3232為32核CPU，主要面向云計(jì)算、大數(shù)據(jù)領(lǐng)域，綜合性能預(yù)計(jì)為同期英特爾主流服務(wù)器CPU的60%-70%。
申威信息安全產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟應(yīng)運(yùn)而生。目前已有包括上海高性能集成電路中心、中國(guó)儀器進(jìn)出口（集團(tuán)）公司、中電科技（北京）有限公司等在內(nèi)的50多家成員，覆蓋芯片設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)軟件、工業(yè)控制、整機(jī)及方案、定制服務(wù)等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。
2020年3月，統(tǒng)信UOS也已完成對(duì)申威421系列、1621系列機(jī)型的適配。
結(jié)語(yǔ)：
CPU國(guó)產(chǎn)化大潮起，群雄正逐鹿中原。CPU作為ICT產(chǎn)業(yè)的核心基礎(chǔ)元器件，是國(guó)家發(fā)展的一大“命門(mén)”。
目前，在國(guó)際環(huán)境、產(chǎn)業(yè)政策、市場(chǎng)需求的聯(lián)合驅(qū)動(dòng)下，一大批國(guó)產(chǎn)CPU廠(chǎng)商奮楫前行，在工藝、性能、生態(tài)建設(shè)等多個(gè)方面不斷取得突破，為CPU的自主可控、安全可信做出了貢獻(xiàn)，并在“好用”的市場(chǎng)化道路上越走越遠(yuǎn)。
未來(lái)，“中國(guó)芯”事業(yè)天高任鳥(niǎo)飛，海闊憑魚(yú)躍，空間潛力巨大，中國(guó)科技企業(yè)由追趕者到并行者，再到引領(lǐng)者，值得期待！