国产 CPU 的发展现状论述

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。

 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。