浅谈国产CPU的三种路线：X86、ARM、自主架构

浅谈国产CPU的三种路线：X86、ARM、自主架构发展自主可控的CPU是一件重要的事。作者：六千2022年8月12日，海光信息技术股份有限公司（简称：“海光”或“海光信息”）在科创板上市。发行价36元/股，最高价格达到73.8元/股，最终收涨66.94%报60.1元/股，总市值达到1396.93亿元。上市当日，海光的市值排名科创板第三，市值高于中芯国际（827.9亿），成为当日芯片第一股。芯片界再出高市值，此次海光的上市让人们将目光对准了国产CPU赛道。海光市值超千亿的关键词：生态海光是基于X86架构的国产CPU代表厂商，也是商用化较好的国产CPU代表。海光上市后，高涨的市值得益于海光的CPU产品在商业化应用中的性能表现。海光已经研发出的第一代、第二代CPU和第一代DCU产品的性能均达到了国际上同类型主流高端处理器的水平。提到上市的CPU企业，今年中科龙芯也同样登陆了科创板，8月12日，中科龙芯股价为90.22元/股，总市值为361.78亿。2021年两家CPU公司经营情况对比，单位万元从两者的业绩规模来看。无论是营收还是利润，海光的规模都相对更大。两者收入差距的重要原因之一是龙芯的高度自主。众所周知，龙芯的CPU产品的最大突破就是采用龙芯自主指令系统LoongArch。目前龙芯系统的处理器和配套芯片已经可以适应一部分系统内核、编译器、Java、视频播放等领域实现了支持。但高度自主让龙芯的CPU在运行那些尚未适配的二进制应用程序时，不得不使用LoongArch+二进制翻译的方式。这就为龙芯的CPU产品带来了两个挑战：使用门槛高、使用成本高。相对之下，海光采用了生态相对成熟的X86架构。到目前为止服务器市场仍是被X86架构垄断。根据IDC数据，2021年中国服务器市场销售额达到250.9亿美元，同比增长12.7%，增速全球领先。中国市场出货量达到391.1万台，同比增长8.4%，其中x86服务器出货量为375.1万台，占比达95.9%。因为兼容x86指令集以及国际上主流操作系统和应用软件，海光的CPU已经广泛应用于国内的电信、金融、互联网、教育、交通等重要行业或领域。此前中国移动服务器集采中报公告发布，国产化标包分别为海光芯片、鲲鹏芯片服务器。X86成熟的生态给了海光更多红利，相对龙芯，海光可以适配更多的软件。但X86对于海光来说更像是一把双刃剑，因为海光的CPU需要从AMD获得技术授权及相关技术制程，在海光被列入“实体清单”后，AMD不再提供相关服务，这意味着海光在X86的产品进展受阻，其内核的性能与AMDZen1相仿。国产CPU的三种路线：X86、ARM、自主架构在这样的背景下，除了海光、龙芯，还有其他的国产CPU也走上了台前，从架构来看，国产CPU分成了三种路线：X86、ARM以及自研架构。整体来看，X86仍是服务器市场的大玩家，主要被英特尔垄断，随着AMD的发展，X86服务器市场的格局略有变动。中国的X86厂商除了8月12日上市的海光，还有上海兆芯。兆芯是成立于2013年的国资控股公司，不同于海光专注于服务器，兆芯的产品也包含台式机的产品。前文已经说过，X86架构是被英特尔垄断的指令集，即使是AMD的X86也需要英特尔的授权。兆芯的X86架构则是来自于中国台湾厂商威盛。在AMD和英特尔退出俄罗斯后，俄罗斯开始寻找相关的电子替代品。据外媒报道，基于兆芯片上系统的新主板，成为了两大厂产品的替代品。借助X86架构的生态，兆芯和海光的应用都已有成果。但X86架构的终究“握在别人手中”，因此有一部分CPU厂商选择了相对更开放的ARM架构。相对于垄断的X86架构，无论是国内还是国外的新处理器厂商都更青睐ARM架构，尤其是在云计算领域。2022年第一季度Arm公司出货了74亿颗基于ARM架构的芯片，同比增长7%，Arm发言人表示：“包括服务器市场在内的基础设施是Arm的一个关键增长领域。当我们谈论Arm的基础设施时，它广泛涵盖5G网络基础设施、云计算和HPC（高性能计算）。谷歌云和微软都采用基于ARM架构的Neoverse。”英伟达也推出了基于ARM架构的服务器CPUGrace。基于英伟达对于服务器GPU的垄断，英伟达通过与自家GPU搭配可以让英伟达的自研CPU更快地进入服务器市场。飞腾是国内采用ARM的CPU厂商。飞腾是由中国电子信息产业集团、天津市滨海新区政府和天津先进技术研究院于2014年联合支持成立。虽然ARM架构没有X86的生态成熟，但近年来发展迅速。既然在生态上落后，那么发而飞腾也十分重视生态建设，截至2022年6月底，飞腾的生态伙伴数量已经突破4400家，包括集成商合作伙伴300余家、硬件合作伙伴930家、软件合作伙伴3100余家。飞腾已联合千余家国内软硬件厂商，支撑了2400多款飞腾平台设备上市，已经和正在适配的软件和外设超过8300款，分布在操作系统、应用软件、安全、云产品、数据库、中间件等各个领域，与8200多款开源软件产品完成了适配，兼容200万级移动APP应用。ARM领域还有新起之秀遇贤微。今年7月，由广州开发区产业基金投资集团发起设立，聚焦大湾区集成电路产业投资的广开芯泉基金、原展讯联合创始人陈大同先生、深耕硬科技的DeepTechVC创新工场等一众投资人，联合投资了聚焦研发高性能云计算用CPU的芯片研发高新技术企业——遇贤微电子。陈大同还是元禾华创执行合伙人、投资决策委员会主席。陈大同在1995年作为联合创始人创办了豪威科技，2001年作为联合创始人、首席技术官创办了展讯通信，均获得极大成功。除了强大的投资背景，遇贤微的创始人罗勇也同样“硬核”。其创始人罗勇曾任职于英特尔美国总部，是Intel产品领域的技术专家。并且也是前兆芯副总经理，拥有30年芯片从业经验。遇贤微电子核心团队，由来自英特尔、ARM以及国内顶尖芯片企业，拥有二十多年经验的芯片研发专家联合组成，曾端到端负责十数颗世界顶尖高性能CPU产品的开发及量产落地。公司聚焦研发面向云计算场景的高性能服务器CPU，目前已在深圳、上海和西安三地设立研发中心，公司第一代产品即对标世界先进水平。中国集成电路创新联盟秘书长叶甜春先生曾评价遇贤微：“在国家科技重大专项、国家产业基金、相关政策的支持下，集成电路开始建立起技术创新体系以及产业体系。遇贤微电子作为对标世界先进水平，瞄准下一代先进架构通用处理器（CPU）研发及商业应用的集成电路创新企业，其团队具有极其丰富CPU大芯片研发和交付经验。”此外，一些国内的云厂商也基于ARM架构发布了云处理器，例如，华为也基于ARM架构发布了鲲鹏系列CPU；阿里平头哥的倚天在SPEC2017整数性能测试中跑赢了AMD的EPYC777X处理器，目前在SPEC2017_int中位列第一。除了X86、ARM两个阵营，也有如龙芯一样选择自主指令集的CPU公司。申威的核心技术则是来源于DEC的Alpha21164。申威最著名的成果之一是搭载了40960块“申威26010”高性能处理器的超算中心“神威·太湖之光”是世界上首台运算速度超过十亿亿次的超级计算机。国产服务器CPU的意义数字经济的发展，云计算、大数据、人工智能等技术的应用，让承载着算力增长的服务器市场稳健增长。英伟达、英特尔和AMD都表示个人电脑的需求急剧下降，但也都肯定了服务器市场的增长。从服务器市场上看，中国已经建成了全球规模最大、技术领先的网络基础设施，截至今年6月底，中国在用数据中心机架总规模超过590万标准机架，服务器规模约2000万台，算力总规模排名全球第二。此外国内的政策也在推动服务器市场的发展。东数西算启动，国家发改委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发通知，同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地启动建设国家算力枢纽节点，并规划了10个国家数据中心集群。国家信息中心信息化和产业发展部主任单志广表示，全国国家数据中心集群建设中，2022年新开工项目25个，投资超过1900亿元。在消费电子市场下行期间，数据中心与汽车领域成为少有增长依旧的领域。国产服务器CPU芯片也让中国服务器制造商拥有更多的话语权。中国是巨大的市场，没有厂商会选择放弃这个市场。但如果没有国产服务器CPU的出现，中国的服务器市场的议价权将很大程度地受制于人。从自主可控来说，服务器最大的应用市场之一是信创领域。这一领域对芯片的安全性要求更高，这也是国产CPU更深层次的意义。俄乌冲突中，包括英特尔、AMD在内的多家科技公司都对俄罗斯采取了制裁。随着美国对中国科技明目张胆地压制，中国CPU的发展已是必走之路。中国电信发布2021-2022年服务器集中采购项目集中资格预审公告，其中I系列（搭载英特尔芯