國產(chǎn)CPU發(fā)展的底層邏輯是什么？

指令集是CPU核心中的核心，當前的指令集主要分為復雜指令集（CISC）和精簡指令集兩種（RISC）兩大類，x86就是經(jīng)典的復雜指令集（CISC），而常見的ARM、RISC-V、MIPS則是精簡指令集（RISC）。

嚴格意義上來講，兩大指令集并沒有高下之分，主要是在不同領域與方向有著不同的優(yōu)勢。CISC的優(yōu)勢在于指令豐富，功能強大，尋址靈活，缺點則是指令使用頻率不均衡，不利于VLSI（超大規(guī)模集成電路）實現(xiàn)。RISC的優(yōu)勢在于指令精簡、使用頻率均衡，結構簡單易設計、程序執(zhí)行效率高，但指令數(shù)較少，尋址不靈活。

在CPU領域，X86和ARM兩種架構占據(jù)主流市場，其中X86以其強大的性能，在PC與服務器領域占據(jù)絕對市場，ARM架構的優(yōu)勢在于移動端，由于蘋果M1芯片的問世，滲透率才在PC領域有所增長。

回歸到國產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)中來看，當前國產(chǎn)CPU主要有三大路線：

一條是基于x86內(nèi)核授權，代表廠商是兆芯和海光；

第二條是基于ARM指令集授權，代表廠商有飛騰和華為；

第三條則是自研指令集，代表廠商有龍芯中科和申威。

長期以來，基于X86架構的CPU市場一直被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計能力，另一方面也得益于X86陣營長期以來與微軟組成的Wintel聯(lián)盟，Intel自1980s就開始與微軟合作，長達四十年的時間里形成了全球個人電腦產(chǎn)業(yè)中雙寡頭壟斷格局。

目前國內(nèi)的兩家基于X86內(nèi)核授權的企業(yè)，其授權方式都是通過合作形式獲得，其中兆芯是由上海聯(lián)投和中國臺灣威盛電子合資成立，當時前者持有80%股份，后者持股20%。兆芯獲得了X86的授權。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架構授權，并在此基礎上開發(fā)和設計了第一代產(chǎn)品。

獲得X86授權就意味著國產(chǎn)CPU企業(yè)可以直接加入Wintel陣營，能夠設計出性能卓越的CPU，并順利進入消費市場。但也存在被斷供的風險。

根據(jù)海光信息在招股書中所述，2019年6月，海光信息被美國商務部工業(yè)與安全局將公司列入到美國《出口管制條例》 “實體清單”中，公司采購、銷售含有美國受限技術比例較高的“管制物品”將會受到限制。這意味著被列入“實體清單”之后，AMD無法提供后續(xù)的技術服務，海光也無法得到AMD后續(xù)架構的升級。

與X86類似，飛騰與華為的CPU也是由ARM授權而來，雖然授權能快速設計出合格甚至優(yōu)秀的CPU產(chǎn)品，但也會面臨如同華為一樣，被限制使用后續(xù)架構。

海光信息之外，華為、申威與飛騰也在過去幾年里，相繼被美國列入“實體清單”、無法獲得相關設備與技術等，這對國產(chǎn)CPU來說十分不利，尤其是華為被美國限制之后，海思的麒麟芯片無法繼續(xù)迭代更新，面向服務器的鯤鵬處理器也同樣被迫按下暫停鍵。

在當前國際關系越發(fā)復雜的大環(huán)境下，供應鏈變得愈發(fā)脆弱，自主可控也成為全球主要半導體國家和地區(qū)的核心。

目前國產(chǎn)CPU的發(fā)展，一方面基于X86與ARM架構體系的推動，另一方面也在積極扶持本土CPU產(chǎn)業(yè)自主可控。根據(jù)相關人士透露，在政府與銀行等的相關部門，目前國產(chǎn)CPU正在替換國外CPU，這種浪潮已從兩年前開始，預計未來幾年在政企辦公電腦領域，國產(chǎn)CPU滲透率會持續(xù)增加。

從今年上半年國家稅務總局的電腦的采購名單中，也可以側面印證該說法。根據(jù)全球半導體觀察的統(tǒng)計，國家稅務總局采購的電腦中，CPU供應方有飛騰、海光信息、兆芯等四家，供應商全部為國產(chǎn)CPU企業(yè)。

另一方面，服務器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對于國產(chǎn)CPU企業(yè)來說也是一個機會，尤其是在東數(shù)西算的大背景下，國產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)在服務器領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）科學城先進數(shù)據(jù)中心，天府和重慶數(shù)據(jù)中心集群，是全國一體化算力網(wǎng)絡國家八大樞紐節(jié)點之一，成為東數(shù)西算重要的服務商將有益于海光信息后續(xù)的發(fā)展。

從政策與機遇上而言，國產(chǎn)CPU正在迎來一個良好的發(fā)展環(huán)境，但一些挑戰(zhàn)也需要正視。

其一，無論是指令集還是微架構的設計能力，都需要長期的技術積累，以及濃厚的工程師文化，硅谷龍頭們在這方面有很長的歷史沉淀與技術氛圍。整體而言，國產(chǎn)CPU在技術積累與龍頭們依然存在不小差距。

另一方面，對于自研指令集的企業(yè)來說，生態(tài)體系的建立非一時之功，除技術原因之外，用戶是否接納，是否有更多的開發(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。有相關人士表示，國產(chǎn)操作系統(tǒng)目前與windows等有巨大差距，時常會出現(xiàn)一周之內(nèi)頻繁更新升級的現(xiàn)象，影響用戶體驗。

此外，從營收情況來看，國產(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，能夠降低單顆芯片的研發(fā)與制造成本，CPU作為一種面向消費市場的商品，在拼性能與服務的同時，也拼價格，這是國產(chǎn)CPU企業(yè)需要努力的方向。

從海光信息與龍芯中科過去的營收來看，2021年海光信息營收23.10億元，龍芯中科營收約為12億元，與之相對的是Intel的營收為790.24億美元，AMD營收為164.34億美元，國內(nèi)企業(yè)與國際龍頭之間營收差距依然巨大。

總體而言，與此前相比，國產(chǎn)CPU正在快速發(fā)展，路線既有基于授權研發(fā)，也有自研指令集，但在全球半導體供應鏈越來越脆弱的今天，獨立自主是國產(chǎn)CPU發(fā)展的底層邏輯。