2022国产服务器CPU研究框架

国产服务器CPU框架研究目 录一、服务器及CPU综述1.11.2服务器的定义及分类一、服务器及CPU综述1.11.2服务器的定义及分类CPU的定义及分类二、全球CPU市场格局三、服务器视角看CPU发展趋势四、国产CPU——行业篇五、国产CPU——厂商篇2本章导读根据IDC根据IDCCPU32%；AI服务器，50%-83%。Q1：CPU占服务器的成本比重？按指令集架构分类，主要可分为按指令集架构分类，主要可分为复杂指令集（CISC）服务器和精简指令集（RISC）服务器。通用场景下性能具有优势。以x86架构为代表，主要用于桌面PC及服务器领域，配套软硬件丰富完善。RISC：一条指令完成一个基本动作，多条指令组合完成一个复杂的基本功能。指令集架构在不断完善，译码效率高，偏向低功耗领域优化。以ARM架构为代表，还包括MIPS、Power、Risc-V等，过去主要用于手机、平板等移动终端，软硬件生态逐步建设完善。Q2：服务器CPU的分类？31.1服务器——信息化时代的基石产品服务器的定义服务器的定义服务器的功能服务器的功能）服务器的性能服务器的构成由处理器（CPU）、内存、磁盘、网卡、监视器、电源、机箱系统总线等软硬件构成。其中最重要的部分是CPU和内存，CPU用于实现判断和计算功能，内存用于暂时存放CPU的运算数据，以及与硬盘、外部存储交换数据。服务器的性能服务器的构成、长时间的可靠运行、强大的I/O外部数据吞吐能力以及更好的扩展性。1.1全球服务器发展历程

第一代电子管计算机时代1946年，第一台电子计算机ENIAC研制成功；1951年，IBM生产出第一台用于科学计算的大型机IBM701；1953年，IBM推出了第一台用于数据处理的大型机IBM702和第一台小型机IBM650，为第一代商用计算机描绘出了一个丰满而生动的形象。

晶体管造就第二代计算机1954年，第一台使用晶体管的第二代计算机TRADIC诞生于美国贝尔实验室,采用了浮点运算，实现计算能力的飞跃；1958年，大型科学计算机IBM7090诞生，实现了晶体化；1961年，第一台流水线计算机IBM7030研制成功，其成为了超级计算机的雏形

集成电路使第三代计算机脱胎换骨1964年，第一台通用计算机IBM/360研制成功，其采用了集成电路技术，实现了通用性（集科学计算、数据处理和实时控制功能于一身）、系列化（区分了小型机、大型机和超级计算机，统一了指令格式、数据格式、字符编码、I\O接口和中断系统，实现了不同型号兼容）和可扩展性（具有开发价值），成为了计算机发展史上的一个重要里程碑；第四代计算机时代第四代计算机时代年，IBMS/370问世，单晶硅电路技术、虚拟存储器技术、多处理技术相继应用其中，到年，S/370已发展成为具有17种型号的庞大家族。年，S/370系列的地址线年至今 位数被增加到了位，大大增强了其寻址能，并且在存储方面还增加了扩展存储，与主存分离，改善了系统性能。代年上半叶以前，服务器主要是面向高端用。80年代下半叶，大型机系统体系机构更新步伐加快。1986年，IBM9370系列发布，标志着S/370开始向低端方向延伸，目标是服务于中小型企业。1.1服务器的构成1.1服务器的构成服务器的主要组成部分服务器的主要组成部分服务器的逻辑架构仍然遵循冯·诺依曼架构，主要包含：处理器（CPU、GPU、DPU等）、存储器、I/O接口，以及SSD、BMC、PCIe插槽、主板、电源、风扇和相关软件等。处理器是服务器的大脑，根据IDC，以经典x86服务器E5高配为例，CPU成本在基础型服务器中约占32%，在更高高性能的服务器中，处理器相关成本占比高达50%-83%。服务器内部结构图各类服务器成本构成三大核心零部件（处理器、内存、硬盘）成本占服务器总成本比例约为服务器总硬件成本的80%。服务器内部结构图各类服务器成本构成1.1服务器的分类1.1服务器的分类按服务器形态分类刀片式服务器：优点：价格低缺点：体积较大客户优点：空间密度较高务器按服务器形态分类刀片式服务器：优点：价格低缺点：体积较大客户优点：空间密度较高务器性能计算机、云计算等机柜式服务器：面向新一代数据中心的形态，功能模块和支撑模块分离，容易实现统一集中管理和业务自动部署。电能重要求严苛使用场景：大型数据中心标准高度的机架式机箱内可插装多个卡式的服务器单元，实现高可用和高密度。每一块“刀片”实际上就是一块独立的服务器。塔式服务器：正面类似PC机，但侧面较长，无统一标准，一般无需和机柜搭配外形类似交换机，有1U(1U=1.75英寸)、2U、4U等标准规格。1.2CPU——服务器的大脑1.2CPU——服务器的大脑处理器作为服务器的核心组成部分，对于服务器的整体性能发挥有着决定性的作用。此处列举中央处理器CPUCPU中央处理器（CPU），是电子计算机的主要设备之一，电脑中的核心配件。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU主要包括两个部分，即控制器、运算器，其中还包括高速实现缓冲处理器之间联系的数据、控制的总线。其功效主要为处理指令、执行操作、控制时间、处理数据。在计算机体系结构中，CPU是对计算机的所有硬件资源（如存储器、输入输出单元）进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元。CPU是计算机的运算和控制核心。计算机系统中所有软件层的操作，最终都将通过指令集映射为CPU的操作。器（CPU），图形处理器（GPU）以及深度学习处理器（DPU）这三大对于现今服务器行业有着长远影响的处理器。GPU图形处理器（GPU），又称显示核心、视觉处理器、显示芯片，是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上做图像和图形相关运算工作的微处理器。GPU使显卡减少了对CPU的依赖，并进行部分原本CPU的工作，尤其是在3D图形处理时GPU所采用的核心技术有硬件T&L（几何转换和光照处理）、立方环境材质贴图和顶点混合、纹理压缩和凹凸映射贴图、双重纹理四像素256位渲染引擎等。GPU的构成相对简单，有数量众多的计算单元和超长的流水线，特别适合处理大量的类型统一的数据。但GPU无法单独工作，必须由CPU进行控制调用才能工作。GPU

数据处理器（DPU）最早由国内深鉴科技提出，基于Xilinx可重构特性的FPGA芯片，设计专用的深度学习处理单元，且抽象出定制化的指令集和编译器，从而实现快速的开发与产品迭代。DPU集三个关键要素于一身，分别为：DPU①行业标准的、高性能及软件可编程的多核CPUDPU，通常基于已应用广泛的Arm架构，与其的SOC组件密切配合。②高性能网络接口，能以线速或网络中的可用速度解析、处理数据，并高效地将数据传输到GPU和CPU。③各种灵活和可编程的加速引擎，可以卸载AI、机器学习、安全、电信和存储等应用，并提升性能。 1.2CPU的分类——指令集1.2CPU的分类——指令集InstructionComputer）：以，主要用于桌面PCCISCRISC指令系统复杂、庞大精简指令数目一般大于200条一般小于200条指令字长不固定定长可访存指令CISCRISC指令系统复杂、庞大精简指令数目一般大于200条一般小于200条指令字长不固定定长可访存指令不限制只有Load/store指令通用寄存器数较少多各种指令使用频率相差较大都比较常用控制方式绝大多数为微程序控制绝大多数为组合逻辑控制指令流水线可通过一定方式实现必须实现代表架构x86ARM、MIPS、RISC-V等特点高性能、生态完善低功耗、生态逐步完善应用场景桌面PC、服务器移动终端、服务器两种指令集设计思路处理器性能：=两种指令集设计思路处理器性能：=××两种指令集差异优化每个程序的指令数量牺牲每个指令的时钟周期

牺牲每个程序的指令数量减少每个指令的时钟周期CISCRISCx86 ARM、MIPS、、CISCRISCRISC-V等1.2CPU的分类——x861.2CPU的分类——x86按CPU体系架构分类架构（The按CPU体系架构分类架构（Thearchitecture）Intel第一块位CPU(i8086指令，后续就将i80386、直到今天的P4指令集。X86X86架构应用场景：适用于高主频、高功耗，覆盖高性能和通用计算场景，主要运用于PC和自动化设备，也有应用在手机和平板电脑上。X86运行的主要为DOS，非ARM版Windows，旧版MacOS等操作系统，起步早，基于Wintel联盟，生态完善。X86架构应用场景：适用于高主频、高功耗，覆盖高性能和通用计算场景，主要运用于PC和自动化设备，也有应用在手机和平板电脑上。X86运行的主要为DOS，非ARM版Windows，旧版MacOS等操作系统，起步早，基于Wintel联盟，生态完善。1.2CPU的分类——ARM1.2CPU的分类——ARMRISCMachineMarvellARM架构简介按CPU体系架构分类ARM架构应用场景ARM架构简介按CPU体系架构分类ARM架构应用场景类别领域应用嵌入式家用电器、HVAC系统、智能测量平台、触摸屏控制器、远程医疗、安全/监视、航空电子ARM将嵌入式归类为利用微控制器作在家用电器、系统、智能测量平台、触摸Cortex-M系列处理器是理想解决方案的核心。ARMCortex-A系列处理器在远程医疗、安全/监视、航空电子领域的应用同样属于类别。企业闪存卡和UFD、家庭网络ARM将企业应用程序定义为提供网络连接和或存储功能的完整系统或子系统。这包括家庭和公司网关、企业路由器、以太网交换机、无线访问点、基站、多服务配置平台、硬盘驱动器、网络连接存储和固态磁盘。随着更高性能的多核处理器核心和经过优化的性能改进物理逻辑IP的问世，可通过ARM技术满足需求的上述应用领域得到了拓展。家庭蓝光和DVD、计算数字机顶盒、静态数码相机、数字电视、游戏ARM为用户在所有屏幕类型上随时随地地访问和享受媒体内容，并与这些内容交互提供了技术平台。移动智能手机、功能手机连接和调制解调Trustzone和移动支付ARM在提供支持一系列移动设备的处理器和其他关键模块方面占据着市场领先地位，这些设备可在提供卓越性能的同时延长电池寿命。将PC性能、优异的多媒体性能和卓越连接融入到移动设备的功率范围中耗费了ARM和芯片合作伙伴的大量设计精力。1.2CPU的分类——MIPS1.2CPU的分类——MIPSMIPS架构应用场景MIPS架构应用场景MIPS多年前R按CPU体系架构分类MIPS架构简介MIPS架构简介领域应用领域应用联网基于MIPS的FourGee-3100芯片组用于多款Chromebook笔记本电脑，例如惠普Chromebook11和华硕Chromebook13.3。基于MIPS34K多线程的被广泛用于众多知名品牌的家用无线路由器中，例如华硕、友讯（D-Link）、领势和合勤（ZyXEL）。消费类多媒体松下、LG等品牌的数字电视搭载了晨星半导体（MStar）的SoC，而34KMIPSCPU则广泛用于这些SoC中。企业存储博安思通信（PMC-Sierra）利用多线程功能为其企业服务器专用maxRAID架构提供极具竞争力的性能。汽车因受到的青睐而在汽车行业占据了举足轻重的地位。Mobileye是ADAS（高级驾驶辅助系统）领域的全球领导者，目前大部分ADAS都采用了Mobileye的技术。物联网CreatorCi40物联网中心开发板使用了运行频率550MHz的多线程MIPSinterAptivCPU。目 录一、服务器及CPU综述一、服务器及CPU综述二、全球CPU市场格局CPU产业链CPU市场规模全球市场格局三、服务器视角看四、国产CPU——行业篇14本章导读x86仍是主力，ARMx86仍是主力，ARM奋起直追。2018年前，x86架构的服务器占据全球服务器99%以上市场份额；2020年，采用架构服务器的市场份额快速提升至在x86领域里，Intel仍是王者，AMD挑战势头正盛。Intel在全球服务器市场的份额一直保持在90%以上，AMD自从推出基于Zen架构的EYPC系列服务器后开始不断侵蚀Intel的地盘，截至年H1，AMD服务器出货量占比超过Q3：服务器市场格局？基于架构的王者Intel与挑战者AMD；基于架构的挑战者。本章亦详细梳理了三家厂商在UMA（UnifiedMemoryArchitecture，统一内存架构）方向的尝试与布局，探讨CPU未来演进的方向——众核、异构、集成。Q4：CPU的主要玩家？15CPU产业链上游——中游——包括CPU设计企业、ARM授权及嵌入式处理器三部分。全球龙头包括英特尔（IDM模式）、AMD，国内厂商包括中科曙光、中国长城、华为海思等。下游——上游——中游——包括CPU设计企业、ARM授权及嵌入式处理器三部分。全球龙头包括英特尔（IDM模式）、AMD，国内厂商包括中科曙光、中国长城、华为海思等。下游——包括PC、服务器、消费电子、物联网等。下游产业在国内外都拥有巨大市场，整体利润率高，但垄断情况相对较低。上游中游下游晶体代工设备封装测试内核授权CPU处理器授权 嵌入式处理器PC、服务器物联网消费电子集成电路市场规模全球集成电路行业稳步增长，重心由欧美转向亚太（年有所增长。预计全球集成电路行业市场规模及增速（亿美元）年全球前十大集成电路厂商销售收入（亿美元）全球集成电路行业销售额增速8004500400035003000250020001500

2470 2382

2773 2745 2766251710.25.7

34320.8

393324.1

330414.6

40 700702.4562252.7221702.4562252.7221179.1157130.7110.1102.111150020 400300200010000

-3.6

-1.0

-16.0-20

10002011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 20192.2CPU市场规模CPU市场规模稳健回升，国内市场增长空间巨大CPUCPUCPU数量年-2018年开始，年全球桌面出货量较前5年有较大增长。服务器领域，根据IDC数据，2020年全球服务器出货量达1,220万台，同比增长3.9%。2015-2020年全球服务器出货量（亿台）亿台/年。国内服务器领域，根据IDC20203509.8%。2015-2020年全球服务器出货量（亿台）2015-2020年全球及中国桌面出货量（亿台）2015-2020年全球及中国桌面出货量（亿台）32

2.6 2.6 2.60.0%

2.7

3.1%

3.0

13.5%5%0%

0.140.120.10.080.06

0.10.10.1

6.6%

15.8%0.10.1174 0.1

6%10.50

0.6

-4.2%-0.6-0.6

-3.9%0.50.5

-2.5%0.50.5

-2.7%0.50.5

-5%-10%

0.040.020

-1.6%

-0.4%

3.9%1%-4%0.12015 2016 2017 2018 2019 20200.1全球出货量 中国出货量 全球增长率 中国增长

2015 2016 2017 2018 2019 2020出货量 增长率2.3CPU全球竞争格局2.3CPU全球竞争格局X86领域：Intel和AMD占领市场X86架构目前占据服务器、桌面及移动PC的主要市场份额,非X86架构产品不断发起进攻。2018-2019年，在X86领域，AMD市场规模增长了1.0%，Intel市场份额小幅度下滑，但仍然呈现出主导态势。在服务器领域，Intel市占率仍然高达96%以上，同时AMD公司正在努力提升自己的市场份额，从2018年的1.8%增长到2019年的3.9%，同比增长117.0%。在笔记本电脑领域，AMD市占率大幅上升，从2018年的10%增长到2019年的14.6%，Intel则下降了5.1%。在桌上型电脑领域中，AMD市占率持续上升，兆芯也占据了一定市场份额。全部X86Intel 全部X86Intel AMDIntel AMD服务器笔记本电脑Intel AMD桌上型电脑IntelAMD0.2兆芯桌上型电脑IntelAMD0.2兆芯13.490.098.214.0Intel AMD

Intel AMD

Intel

Intel AMD 兆芯3.996.115.085.00.120193.996.115.085.00.1非X86领域：ARM占据绝对优势在非主要应用在网关、机顶盒等网络设备中，市占率达到9%；Power所代表的小型机是企业IT基础设施的核心，但在相关市场的占有率仅1%左右；Alpha指令集基本已退出国际主流应用；SPARC早先被Sun公司开源，后被Oracle在移动终端方面，ARM占据绝对优势，通过授权占据移动设备端90%以上的市场，构成市场上的标准架构；在服务器方面，非X86目前参与者有华为、飞腾、高通、亚马逊等，华为的鲲鹏服务器是ARM服务器的重要参与者，而国产龙芯是基于MIPS的服务器重要厂商；在桌面PC市场，ARM正逐渐被跟多企业应用，2011年微软开始采用ARM的Windows系统，ARM开始进入X86的传统优势领域非X86架构CPU重要参与厂商几种非X86架构对比，如今苹果MacOS、新版Windows等均采用了ARM。非X86架构CPU重要参与厂商几种非X86架构对比公司名称架构公司名称架构主要产品苹果ARMA12x、A14、M1等芯片广泛应用于苹果iPad，Mac等热门产品中三星电子ARMExynos系列芯片高通ARM经典高通骁龙系列芯片在手机市场应用广泛联发科ARM天玑系列芯片在手机上应用广泛龙芯MIPS网络相关硬件、激光打印机、视频游戏等具有优势应用地位。龙芯3B4000属于龙芯服务器CPU产品线MIPSAlphaPowerSPARC代表公司龙芯申威IBMOracle主要应用领域党政办公超算高性能计算超算国产龙芯服务器和桌面领域，在高性能计--2020年底准申威初步建立了包括算领域有重可控性CPU、操作系统、数据库、办公软件等在内术的可兼容的国产生态，实现"从性可与指令集不可用到基本可用的Intel一较初突破"高下市占率党政办公领域占一定比例超算领域占一定比例1左右将近消失2.4CPU厂商-2.4CPU厂商-产品布局：X86：英特尔在服务器CPU领域的布局，自首款产品Pro推出来，已经有25年之久。近12来，特尔务CPU的平台包括、Grantley、Purley和司预计年发全新的Eagle。些服器的演化几乎采了和面相同钟）战，即“Tick”升级CPU制程而升级架构。年以来英特将服器的有的、、产品线由到低分为Platinum（金）Gold（）、银）、铜满从低的中企业到高的人智能不同性能求。年月，特尔布了新的平台Cooper 服务使制程支持道内和PCIE3.0协议。为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件资源，所以很长一段时间内Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用X86指令集。产品布局产品布局：：年架构的V年2月，以。RISC-V基金会白金成员RISC-V基金会白金成员桌面市场的第一颗真八核处理器桌面市场的第一颗真八核处理器是Intel在2014年推出的Corei7-5960X，属于22nm的Haswell-E架构，基础频率3GHz，最高睿频3.5GHz，拥有20MBL3缓存，属于HEDT的X99平台。2014年Core2Quad。而首款桌面级的四核处理器诞生于2006年11月2日，首发产品为Core2ExtremeEditionQX6700。2006年Core2Quad。而首款桌面级的四核处理器诞生于2006年11月2日，首发产品为Core2ExtremeEditionQX6700。2006年他们还用当年炮制首款双核处理器的手法造出了首款四核处理器Core2Due处理器，而且推出了带超线程技术的PentiumExtremeEdition840处理器，双核四线程，FSB也提升到了1066MHz，频率也更高。年工艺核心，每核心拥有1MB 缓存，均是的FSB，随后还月，Intel推出史上第一个双核处理器PentiumD系列，采用存，共享12MB存，共享12MB缓存，主频是。2013年Gulftown，它基于Westmere架构，处理器每核心拥有256KBL2缓i7-980X是首款6核处理器，核心代号3月16日推出的CoreSkylake-X与Kabylake-X两种不同架构的处理器，Skylake-年Skylake-X与Kabylake-X两种不同架构的处理器，Skylake-年X处理器多了12核、14核、16核、18核的产品，并且用Core取代Core成为Intel消费级市场上最强处理器的代名词。6Intel推出了第七代CoreX系列处理器，包括Intel在5月发布的Corei7-6950X是首款桌面的十核处理器，它所用的Broadwell-E架构其实就是Haswell-E的制程升级版，生产工艺从2016年22nm升级到14nm，核心数量从上代Corei7-5960X的8核增加到10核，晶体管数量也从26亿增加到32亿，但因为更先进的制程工艺，芯片面积从355.52mm2缩减到246mm2。叠工艺的产品，也是首款采用混合架构的x86五核处理器。从此Intel叠工艺的产品，也是首款采用混合架构的x86五核处理器。从此Intel开启混合架构新时代。2020年这款产品的实验性质很重，它是首款采用IntelFoveros3D堆Intel的Lakefield项目于2019年正式公开，2020年正式上市，UMA（UnifiedUMA（UnifiedMemory和GPUSoC、FPGAIntel的UMA尝试Intel的互联架构集成了IntelGen9核显。CPU核心、cache)、GPU和之间通过SoCInterconnect相连，而且每个连接对象都有专门的本地接口。所有来自或者去往CPU核心，以及来自或者去往IntelGPU实施，通过以及统一内存控制器。该也与GPU共享。对于CPU核心与GPU着力于降低访问系统IntelLLC都是可以访问的，和CPU也就是说，就开始尝试架构。2.4CPU厂商-2.4CPU厂商-产品布局产品布局：X86：AMD96的核在发布CloudMicrosoftAzure与CPU2022年AMD的旗舰产品将是EPYCGenoa服务器芯片2022年AMD的旗舰产品将是EPYCGenoa服务器芯片双核 三核、四核 八核、12核、16核 32核、64核双核三核、四核八核、12核、16核32核、64核AMAMD的双核处理器2005年5月。但与IntelPentium不同，AMD的Athlon64X2是在同一块芯片内整合了两个K8心，两个核心之间可透过Queue实现数据互通，因此执行效率远高于竞争对手产品。2007年K10架构的四核于月日发布，它确实是首款原生四核处理器，并且首次把L3缓存引入到消费级市场，但整体效能不如对手的Core2Quad。通过改进还推出了首款三核处理器PhenomX3512KB缓存，所有核心共享2MBL3缓存。2011年的Bulldozer推土机是首款八核处理器。因备受争议，没有进入主流市场。主流平台的八核处理器，是2017年Zen架构的第一代Ryzen7系列处理器，它正式引发了Intel与AMD在处理器市场的核心数量大战。同年，首个12核和16核处理器锐龙Threadripper1920X和1950X上市。2018年发布的第二代锐龙Threadripper，最大核心数量已达到32核。到了锐龙Threadripper3000，CPU被拆分成CCD计算核心和IOD输入输出核心，解决了每个核心之间访问内存和问题，于是年，64核的锐龙Threadrippe3990X从此诞生。AMD的UMA尝试——APU的提出的AMD在很早就发现在以游戏为代表的多媒体体验上，比起CPU，更强GPU才是大势所趋。考虑到IntelAMD另辟蹊以GPU作为突破口的AMD在2006年收购了拥全球领先图形IC厂商。随后提出了著名的AMD+ATI芯片组+ATI显卡的“3A”平台概念，一时间声名鹊起。随后，AMD又提出APU概念——“AcceleratedProcessingUnits”，中文名字叫加速处理器，是AMD基于Fusion融聚理念且已酝酿年之久的战略级产品。APU最大的特色就是将AMD的CPU、DX11级别的GPU和北桥芯片整合在一个单元中，首次将AMD引以为豪的3A平台“融聚”到了一颗APU上。AMD的UMA尝试——七代APU产品第一代：Llano允许系列独立显卡可通过PCI-E与APU内置的图形核心组成双显切换、混合使用。（2011年）

第二代：Trinity支持TurboCORE3.0动态超频技术，将Barts架构引入APU，加深GPU与CPU的联系，实现显示输出与通用计算性能的同步提升。（2012年）

第三代：Richland/KabiniRichland最高主频3.5GHz，集成RadeonHD8650G显卡，和独显组成交叉火力后可以实现更强大的3D性能。Kabini是三代的低功耗版。（2013年）

第四代：Kaveri首次实现了HSA架构特性，让GPU与CPU同时从而使处理任务的效率得到大幅提升，达到2的效果。（2014年）第五代：BeemaKabini的升级版，在近乎一半的TDP下带来50％的频率提升。（2014年）

第六代：Carrizo在架构、操作系统、加速计算等方面做到CPU/GPU的真正融合与异构计算。（2014年）

Ridge/Stoney有所改进。（2016年）AMD的UMA尝试——高开低走的APUAPU逐渐边缘化的原因在年以前，虽然AMDAPU和英特尔酷睿都经历了七次更新迭代，但能被消费者口熟能详的却大都为酷睿家族，作为首创Fusion融聚理念的APU却逐渐被边缘化。AMD的APU产品如今集成的GPU核显，在性能上并未能如十多年前刚诞生之时预期的那样，显著优于竞争对手。APU逐渐边缘化的原因强劲的竞争对手：在AMD筹备第一代LlanoAPU之际，Intel抢先一步推出了第一代酷睿处理器（Westmere架构），将CPU和GPU打包封装，在物理结构上实现了“二合一”。2011年，第二代酷睿处理器（SandyBridge）进一步实现了CPU和GPU的融合。虽然AMD的融合理念提出的最早，但在落实方面却还是落在了Intel后面。随APU在GPU。落后的工艺：生产工艺是制约处理器性能发挥的最核心指标，AMD的上游晶圆公司厂Globalfounderies的生产效率难以跟上，使第一代LlanoAPU就因GF量产遇阻而从2010年延期到了2011年。给Intel抢先一步融合CPU和GPU的机会。落伍的核心架构：AMDAPU从诞生之初，核心架构经历了K10→Bulldozer（推土机）→Piledriver（打桩机）→Steamroller（压路机）→Excavator（挖掘机），就AMD自身来看的确是越来越先进，但与同期的英特尔酷睿家族相比，AMD的核心架构却早已落伍。受制于工艺和TDP的限制，APU在3D性能上几乎没什么提升。近些年AMD移动显卡和NVIDIA同期产品相比性能也是明显落后的，这就导致AMD笔记本在高端游戏市场的集体失利。AMD的UMA尝试——HSA的成立与没落年6月，AMD联合、Imagination、联发科、德州仪器共同组建了非营利组织“异构系统架构基金会”(HSAFoundation)，随后吸引了三星电子、高通以及大批行业公司、科研机构的加盟。异构系统架构（HSA）)实现节能，提高性能；)提高异构处理器的可编程性；)增加处理器和平台之间代码的可移植性；HSA的结局：除了游戏主机这个主场完整践行了APU思路，在PC领域APU完全体的HSA联盟和生态基本处于荒废状态。如今应用于PC的APU更像是单纯将CPU、GPU放在同一颗上的普通处理器;而且AMD的APU产品如今集成的GPUHSA失败的原因：1）AMD对这个方向不再看好，对生态疏于维护；2）在PC领域，HSA需要开发者响应，鉴于AMD在PC市场上的号召力不足，HSA难以真正实现；3）AMD如今的Zen架构处理器，在性能和效率上与推土机大相迳庭，也实现了对Intel酷睿处理器的超越，不再需要运用APU概念进行竞争。2.4CPU厂商-产品布局产品布局：ARM：年MacM1的M1拥有、5CPU，提供了世界上最好的CPU2.4CPU厂商-Apple的UMA尝试的诞生：AppleM1是由苹果公司研发的处理器芯片，基于UMA统一内存架构。于年11月11日在苹果新品发布会上发布，适用于部分Mac、iPad设备。为什么研发M1：1）拥有核心技术是苹果的重要战略；2）Intel的制造能力相对落后不仅能延长电池寿命，还有可能提升性能Apple研发苹果公司采用垂直整合的封闭系统，不受兼容性需求的限制；2）苹果在过去系列处理器自行定义独特功能，使苹果累计了雄厚的软件资产，布局了相对成熟的生态系统；3）苹果的强劲的技术实力和自主研发能力；4）苹果在移动领域和PC领域的号召力。这些优势使得苹果虽然晚于其他市场竞争的基本思想：将GPU需要更多的系统内存，则可以提高使用率，而SoC的其他部分则可以降低。另外，GPU，CPU和处理器的其他部分可以在相同的内存地址访问相同的数据。无需为SoC的未来展望：苹果在月日的发布会上推出自研的Ultra芯片，通过UltraFusion架构将两个M1Max芯片拼在一起，使芯片的各项硬件指标翻倍，性能也得到大幅提升。苹果的UltraFusion技术充分结合封装互目 录CPU综述市场格局后摩尔时代的展望服务器视角展望——边缘服务器服务器视角展望——公有云服务器服务器视角展望——AI服务器四、国产CPU——行业篇五、国产CPU——厂商篇34Q5：处理器演进的方向？

本章导读背景：1）后摩尔定律时代，单靠制程工艺的提升带来的性能受益已经十分有限，Dennard规律约束，芯片功耗急剧上升，晶体管成本不降反升；单核的性能已经趋近极限，多核架构的性能提升亦在放缓。2）AIoT方向：从通用到专用：XPU、FPGA、、ASIC应运而生。从底层到顶层：软件、算法、硬件架构。架构的优化能够极大程度提升处理器性能，例如AMDZen3将分离的两块16MBL3Cache合并成一块32MBL3Cacheunit等，便使其单核心性能较Zen2提升异构与集成：M1Ultra芯片的推出带来启迪，利用逐步成熟的封装、片间互联等技术，使多芯片有主流芯片厂商已开始全面布局：intel已拥有CPU、FPGA、IPU产品线，正加大投入GPU产品线，推出最新的FalconShores架构，打磨异构封装技术；NvDIA则接连发布多芯片模组（MCM,Multi-ChipModule）Grace系列产品，预计即将投入量产；AMD则于近日完成对塞灵思的收购，预计未来走向CPU+FPGA的异构整合。此外，英特尔、AMD、、高通、台积电、三星、日月光、Google云、Meta、微软等十大行业主要参与者联合成立了Chiplet标准联盟，正式推出通用Chiplet的高速互联标准“UniversalChipletInterconnect”(通用小芯片互连，简称“UCIe”)。在UCIe各类不同工艺、不同功能的Chiplet芯片，有望通过2D、2.5D、3D353.1CPU优化历程回顾3.1CPU优化历程回顾以多核提升性能功耗比以多核提升性能功耗比多核处理器把CPU/频率、负载优化分布等，可有效降低功耗，提升性能。以多线程提升总体性能从单核到多核从单线程到多线程从单核到多核从单线程到多线程数据来源：EEWORLD，南证整理 根据摩尔定律，集成电路芯片上、所集成的电路数目每隔根据摩尔定律，集成电路芯片上、所集成的电路数目每隔CPU的制程工艺越小，意味着单个晶体管的尺寸越小，同样的内核面积可以放下更多的晶体管，同样的空间内可以增加更多内核；同时制程工艺越小，元件的电容就越小，电流在晶体管中的传输距离越短，CPU的主频可微架构的改进同的微架构设计，对的提升发挥着直观重要的作用。全球头部晶圆制造厂商的制程工艺演进英特尔的制程及微架构演进数据来源：wikipedia，西南证券整理37摩尔定律放缓摩尔定律于上世纪年代提出，直至要因素。“Tick-Tock”模式失效自（Tick）在14nm转10nm接连推迟后，英特尔自改为处理器升级的三步战略：制程工艺（Process）-架构更新（Architecture）-优化（Optimization）。摩尔定律放缓 从到3.2后摩尔时代的展望——从底层到顶层3.2后摩尔时代的展望——从底层到顶层后摩尔时代，顶层优化或更为重要新的「底层」，技术目前仍处于起步阶段，但后续有望突破现有想象空间。。通用指令集为了覆盖更多应用，往往需要支持上千条指令，导致流水线前端设计（取指、译码、分支预测等变得十分复杂），对性能功耗会产生负面影响。领域专用指令集可大大减少指令数量，并且能够增大操作粒度，融合访存优化，实现数量级专用指令集可大幅提升性能功耗比提高性能功耗比。专用指令集可大幅提升性能功耗比算力提升或更依赖顶层优化算力提升或更依赖顶层优化3.2后摩尔时代的展望——从通用到专用3.2后摩尔时代的展望——从通用到专用新兴场景出现，CPU从通用向专用发展·，新网络连接、新用户接口，新使用方式且更廉价），形成新的产业。Makimoto）牧村波动处理器从通用到专用底层驱动PC正AIoT牧村波动处理器从通用到专用底层驱动性能单位成本灵活性性能单位成本灵活性通用与性能，难以兼得CPU是最通用的处理器引擎，指令最为基础，具有最好的灵活性。Coprocessor，是基于CPU的扩展指令集的运行引擎，如ARM的NEON、Intel的、AMX扩展指令集和相应的协处理器。GPU，本质上是很多小CPU核的并行，因此NP、Graphcore的IPU等都和GPU处于同一层次的处理器类型。FPGA，从架构上来说，可以用来实现定制的ASIC引擎，但因为硬件可编程的能力，可以切换到其他ASIC引擎，具有一定的弹性可编程能力。DSA，是接近于ASIC的设计，但具有一定程度上的可编程。覆盖的领域和场景比ASIC要大，但依然存在太多的领域需要特定的去覆盖。几类处理引擎比较几类处理器适用领域co-processorDSA几类处理引擎比较几类处理器适用领域co-processorDSA3.2后摩尔时代的展望——异构与集成3.2后摩尔时代的展望——异构与集成后摩尔定律时代，从苹果M1（Ultra）展望CPU未来发展之路不可逆转的集成：将完整计算机所有不同的功能块一次直M1并不是传统意义上的采用了核心，包括4个高性能核心和4个高能效核心。每个高性能核心都提供出色的单线程任务处理性能，并在允许的范围内将能耗降至最低。、SoC中的所有模块都可以访问相能和电源效率。此外，最新一代的M1Ultra本质上是两个M1MAX的有效组合，通过UltraFusion的8倍。苹果M1处理器完成了一次从多芯片走向一体化的过程，这也是苹果打造完整PC之路，让我们看见了M1Ultra与苹果Chiplet专利M1芯片架构M1Ultra与苹果Chiplet专利后摩尔时代，异构与集成海外芯片巨头积极布局异构计算：CPU、、、GPU布AlderLake、Shores等新架构；英伟达接连发布多芯片模组（MCM,Multi-Chip晶圆厂和封装厂亦积极投入异构集成：异构计算需要有先进的集成封装技术，得益于近十年来SiPI-Cube，3D封装成为各Foveros技术，三星已完成异构集成有望成为延长尔定的第波技浪潮 封装从2D逐渐发展至来升性能后摩尔时代，异构与集成已广泛应用，但仍有优化空间。传统的异构计算架构存在IO路径较长，输入输出资Chiplet年月、、三星、日月光、GoogleMetaChiplet推出了通用ChipletUniversalChipletChiplet、2.5D、UCIe标准推出

Intel在超异构的布局3.3服务器视角展望——边缘服务器3.3服务器视角展望——边缘服务器边缘计算服务器是解决AIoT时代“算力荒”的必备产物IDC亿美元，较2020年增长23.9%，预计年20.2%。定制服务器快速增加。87.1%和IDC制服务器将保持76.7202540%。边缘服务器示意图 边缘计算服务器市场规模根据业务场景多样定制，集成化是趋势（），边缘计算服务器亦呈现集成化趋势（RSA）分别部署了CPU、GPU、硬件加速、RAM、存储和网络容量。边缘计算服务器亦呈现集成化趋势边缘服务器CPU示意图边缘服务器CPU示意图3.4服务器视角展望-公有云服务器3.4服务器视角展望-公有云服务器云服务器正在全球范围内取代传统服务器云服务器正在全球范围内取代传统服务器，预计未来仍将保持这一趋势。1、核CPU核以上的CPU华为云服务器架构 腾讯云提供多种服务器租用华为云服务器架构腾讯云提供多种服务器租用数据来源：华为云官网腾讯官网西南券整理 47CPU+ASIC，云服务器异构趋势明显CPU+ASIC，云服务器异构趋势明显CPU运行，导致CPU架构不仅性能强大，而且特别灵活，可以基于一些常用的Hypervisor（如，vmware）运行虚拟机，甚至可以直接裸跑操作系统，可节省30%CPU资源。AWSNitro架构AWSNitro架构ARM或成重要挑战者，英伟达推出首款数据中心专属CPUGRACEARMAICPU——NvDIAGrace，由两个CPU芯片通过最新一代NVLink-C2C技术互联组成。Grace基于最新的ARMv9架构，单个socket拥有个CPU核心，利用纠错码（ECC）等机制提供当今领先服务器芯片两倍的内存带宽和能效，兼容性亦十分突出，可运行NvDIA、HPC、等。英伟达推出数据中心专属CPUGRACE英伟达推出数据中心专属CPUGRACE从CPU到CPU+DPUDPU，即数据处理单元（DataProcessingUnit），主要作为的卸载引擎，主要处理网络数据和IO数据，并提供带宽压缩、安全加密、网络功能虚拟化等功能，以释放CPU的算力到上层应用。2013研发的的和阿里云研发的均可看作前身；英伟达在年DPU”的产品，将其定义为CPU和GPU之后的第三颗主力芯片，DPU的是CPU和GPU的良好补充，据英伟达预测，每台服务器可能没有DPU，用带宽性能增速比失调，DPU应运而生NvDIABlueField-3DPU于数据中心的DPU的量将达到和数据中心服务器等量的级别。带宽性能增速比失调，DPU应运而生NvDIABlueField-3DPU3.5服务器视角展望-AI服务器3.5服务器视角展望-AI服务器AI算力已成为驱动人工智能发展的核心动力ITAIAIAI2021H1全球AI服务器市场份额20.2其他32.6富士通戴尔13.81.0Oracle思科2.6新华三3.9IBM华为2021H1全球AI服务器市场份额20.2其他32.6富士通戴尔13.81.0Oracle思科2.6新华三3.9IBM华为联想3.94.86.1HPE9.8AI服务器产品示意图从CPU到CPU+XPUCPU的优化难以满足其性能需求。因此，AICPU＋GPU、CPU＋FPGA、CPU＋TPU、CPU＋ASIC或CPU＋多种加速卡。现在市面上的服务器普遍采用的形式GPUCPUCPU和GPU英伟达GraceHopper芯片英伟达GraceHopper芯片谷歌第一代TPU架构进行深度学习时性能远优于GPU谷歌第一代TPU架构进行深度学习时性能远优于GPU从CPU到CPU+TPU从CPU到CPU+TPUTPUProcessingUnit），采用专用CISC指令集，自定义改良逻辑、线路、运算单元、内存系统架构、片上互联等，并针对Tensorflow等开源框架进行优化。年起，谷歌发布TPUv1，应用于AlphaGo等特定内部项目年，谷歌发布TPUv3，年，谷歌发布TPU提升倍；256块仅用1.82NvdiaGPU则需要3.36分钟。目 录一、服务器及CPU综述二、全球CPU市场格局一、服务器及CPU综述二、全球CPU市场格局三、服务器视角看CPU发展趋势四、国产CPU——行业篇四、国产CPU——行业篇4.14.24.3国产CPU发展历程及市场概况国产CPU核心驱动一：需求旺盛，空间扩容国产CPU核心驱动二：形势所迫，信创如火如荼五、国产CPU——厂商篇54本章导读服务器市场规模与出货量增速远快于全球。服务器市场规模与出货量增速远快于全球。年中国x86服务器市场出货量为343.9万台，同比增长（全球增速为1.8%）；市场规模达到218.7亿美元，同比增长16.5%（全球增速为3.3%）。市场规模：根据服务器路数分布情况测算，预计年中国x86服务器芯片可达1066.2万颗，相应市场规模约为亿美元。国产服务器CPU市场规模：假设年国产化率到达%，预计2025年国产x86芯片出货量超700万颗，市场规模约为亿美元。Q6：国内服务器CPU市场概况？增量部分：数字经济、新基建作为国家战略，持续推进，下游智能汽车、企业上云等需求并起，赛道维持高景气度。国产替代部分：行业信创正处爆发元年，确定性强：1）党政信创进入深化阶段，过去党政信创的CPU替换主要集中在桌面PC端，现逐步转移至服务器、行业信创正处爆发阶段，服务器采购量大，金融、电信率先开启规模化落地，2020年、2021年已有逻辑验证，未来1-2年每年要求的国产化率仍呈翻倍态势提升。3）国内厂商新一代CPU性能差距逐步缩小，生态适配不断完善，有迎接市场化挑战的潜力。Q7：为何看好服务器CPU的国产替代？55国内服务器市场主要厂商市占率变化4.1服务器CPU未来趋势-国产化潜力巨大国内服务器市场主要厂商市占率变化CPU政府相关部门对该领域的支持力度逐步加大，政策日趋完善，为产业后续实现跨越式发展创造了良好的外部环境。未来在科技领域竞争加剧的背景下，CPU需求旺盛。首先，中国计算机用户基数十分庞大，迭代更新创造较大的需求。其次，CPU市场将业控制领域嵌入式CPU需求广阔，CPU作为智能化2021年CPU专利申请数量韩国 74美国16陆58国际供应链断裂2021年CPU专利申请数量韩国 74美国16陆58CPU发展步伐加快。我国对进口通用处理器的过度依赖是我国信息产业发展的一大软肋。近年来，受国际供应链不确定性的负面影响，部分企业的CPU供应也成为问题。CPU产CPU市场确定性最强的领域，相关行业的关键信CPU国内于完善，国内技术人才积累也日趋丰富，CPU产业进入后摩尔定律时期升级速度趋缓，国产性能4.1国产CPU发展历程4.1国产CPU发展历程国产CPU之路：几经波折，终迎腾飞起步阶段（1950s-1970s）：1956年，半导体科技被列为国家新技术四大紧急措施之一。厂、半导体所先后成立，半导体器件相继取得突破。年，我迎来低谷CPU重新启航CPU龙（第加速腾飞）：CPU领军企业在设计能力上已逐步接近全起步阶段政策助力，109机、156机、013机等相继自主研发成功，与国际先进水平相差不大。

迎来低谷受制于政策力度下滑、彼时国内的经济发展水平、国际技术封锁等原因，与海外差距拉大

重新启航泰山计划、863计划、核高基专项等推出，国产CPU开始补课追赶，陆续诞生一批领军企业

加速腾飞设计能力逐步追上，生态不断完善，下游需求扩容，叠加国际形势所迫，国产CPU迎来爆发1950s-1970s 1980s-1990s 2000s-2010s 2010s-至今4.1国产CPU市场概况4.1国产CPU市场概况集成电路产业整体：高速发展，重心向高端设计制造转移17.01%，2013-2020年CAGR达到19.7%，倍。分解来看：2020年，我国集成电路设计产业销售收入亿元，同比增长23.3%，所占比重从年的2509.5所占比重从年的43.8中国集成电路产业市场模 中国集成电路产业细分域规（亿）1000090008000700060005000

3088482588482575622020202165315411433636103015250916172580206015

1099 1256

1564 1890 2194 2350 25101448 1818 2149 2560400030002000

40105

901 11271644 2074 2519 3064 37781000

809 1047 13250 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

02013

2014

2015

2016

2017

2018 2019 2020中国集电路业规（左，亿） 同比增（右） 集成电路设计 芯片制造 封装测试芯片设计企业：不断增加，但话语权仍然较弱自年为中国大陆集成电路设计企业数量全球集成电路设计企业格局5521公司7%，中国台湾地区公司6%，日本公司65%，虽是全中国大陆集成电路设计企业数量全球集成电路设计企业格局250020001500

1362

1698

1780

22181000

1419162023632 681 1419162023500

12135 4 3 1213

1 8

2896%5%6%5%6%7%55%21%2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019

美国 韩国 欧洲 中国台湾 日本 中国大陆中国大陆集成电路设计企业数量（家） 其中：销售额过亿企业数量（家）服务器整机：x86仍是主流，增速远快于全球x86处理器的服9097%。根据IDC，2020年中国x86服务器市场出货量为343.9万台，同比增长8.1%（全球增速为1.8%）；市场规模达到218.7。预计2025年中国服务器出货量达到525.2350。全球服务器出货结构中国x86服务器出货量及预测全球服务器出货结构中国x86服务器出货量及预测100

0.57% 0.56% 0.57% 0.56% 0.61%0.07%0.33%1.32%2 %99.43% 99.44% 99.39% 99.93% 99.67%98.68%9 %7.30.70

20.621.0

26.1375.1330.4318.1343.99.910.8

408.4

445

483.8

30525.225201510

177.9

215.2

262.1236.6

-3.7

8.1

9.1

8.9

9.0

8.7

8.650-5802014 2015 2016 2017 2018 2019 x86服务器销量 非x86服务器销量

020142015201620172018201920202021E2022E2023E2024E2025E中国服务器出量（轴，台） 同比增（右

-10CPU芯片：预计2025年国内芯片出货量超千万颗，国产替代空间广阔x86801%。年中国x86CPU芯片出货量为698.1万颗。芯片占服务器成本约为假设2021-2025年路数分布情况与年保持一致，预计2025年中国x86服务器芯片可达1066.2226。给率要在年达到70%（当前不到20%），预计2025年国产x86700万颗，市场规模约为158。中国x86服务器路数分布情况中国x86服务器路数分布情况00.3%0.3%0.2%0.2%0.1%4.5%0000.3%0.3%0.2%0.2%0.1%4.5%000011.3%08.4%7.4%7.6%6.6%87.7%4.5%87.0%5.3%84.7%6.7%80.0%8.4%

中国x86服务器芯片出货量及预测

301066.2100088006

24.4674.7644.5

698.1

761.5

829.1

903.4

982.1 252015600440022000

542.510.6490.5

-4.5

8.3

9.1

8.9

9.0

8.7

108.650-5-102016 2017 2018 2019 单路 双路 4路 8路及以上

2016 2017 2018 2019 2020 2021E2022E2023E2024E2025E中国芯片出货（左，万） 同比增（右）4.2核心驱动（一）：需求旺盛，空间扩容4.2核心驱动（一）：需求旺盛，空间扩容数字经济战略定调，底层新基建率先受益2020年，国家多次部署“新基建”相关任务，确定基站、大数据中心、人工智能、工业互联网等七大领域；2022年，《“十IT则是核心之一；根据75。伴随云平台建设硬件成本分布中国云计算市场规模云平台建设硬件成本分布中国云计算市场规模软件其他设备3 其6 网络设备8

服务器75

350030002500200015001000

514.9

34.3691.6

39.2962.8

38.61334.5

33.51781.8

2308.229.5

452951.5 40353027.92520151050 02016 2017 2018 2019 2020 2021E 2022E中国云算市规模左轴亿元） 同比增（右）东数西算工程启动，看好后续市场扩容东数西算工程启动，看好后续市场扩容数据处理需求爆发，我国机架数持续增长。根据中国信通院，我国年数据中心机架达到超过东数西算规划年地启动建设国家算力枢纽节点，并规划了东数西算布局中国数据中心机架数东数西算布局中国数据中心机架数500400315500400315226237166167124834902016 2017 2018 2019 2020 2021总机架数量（万架） 大型规模以上机架数量（万架）3倍。枢纽地区十三五期间目标十四五期间目标枢纽地区十三五期间目标十四五期间目标长三角上海：2020年底，互联网数据中心103个，机柜总量14万架；江苏：2020年全省在用数据中心机架数35万架；浙江：2020年底建成数据中心193个，数据中心机架达17.3万架。上海：2025年互联网数据中心机架28万架，算力≥14000PFLOPS江苏：2020年数据中心标准机架数达70万架浙江：2025年底数据中心标准机架数达45万架京津冀河北：2019年底在线运营服务器规模突破120万台河北：2025年大数据服务器运营规模达300万台粤港澳广东：2019年底在用机架数7.2万架，规划再见18.5万架，服务器86.4万台广东：2025年标准机架数约100万个，平均上架率75%平均PUE值小于1.25成渝重庆：2020年底数据中心标准机架数11.9万架四川：2020年在用机架数超10.5万个重庆：2025年数据中心标准机架数50万架四川：2025年数据中心机架数达50万架贵州2020年全省数据中心规划安装服务器290万台2025年全省数据中心规划安装服务器400万台，建成P级算力中心内蒙古2020年底大数据中心建设稳步推进，服务器达到120万台以乌兰察布、和林格尔为重点布局大数据中心，2025年大数据装机突破300万台甘肃2020年机架规模达到11.05万架2021、2023、2025年总算力分别超过3.5、5.5、6.5EFLOPS宁夏数据中心标准机架数达到3万架，服务器总装机能力达到50万台目标建成国家枢纽宁夏中卫节点，标准装机数达72万架，4.3核心驱动（二）——形势所迫，信创如火如荼4.3核心驱动（二）——形势所迫，信创如火如荼长期以来，我国对海外长期以来，我国对海外Intel、OracleCiscoIT自棱镜门事件

三次信创浪潮20136月，美国“棱镜计划”被披露，美国国安局对电话、即时消息等进行秘密监控，范围涉及谷歌、微软、苹果等多家跨国互联网公司，掀起了“去IOE”浪潮。2008 2013

Intel芯片漏洞2018年，英特尔芯片被爆存在技术缺陷导致重大安全漏洞，黑客可利用该漏洞读取设备内存，获得密码、密钥等敏感信息2018微软黑屏事件200810月，微软中国为警示盗版用户，对盗版专业版采取60分钟黑屏一次的做法，对盗版Office采取对话框提醒，此次事件引起了国内对信息安全的思考。苹果后门事件2013年12月，苹果IOS操作系统被爆发现多个未经披露的“后门”程序，这些后门可以绕开IOS的加密功能，窃取用户的私人信息。实体清单2018年，美国商务部宣布7年内禁止美国企业向中兴通讯销售零部件，直接导致中兴通讯当年亏损69.8亿元。随后，美国陆续将华为等上百家中国公司列入实体清单，采取出口管制措施。以中美贸易战为导火索，美国加大对中国的制裁，国内开始意识到攻克“卡脖子”技术的紧迫性。1993-2007

信创的历史沿革2008-2016 2017-2019

2020-至今预研起步1993年，中软推出第一代基于UNIX为底层的国产Linux操作系统COSIX1.0操作系统横空出世。1993发SMP2000系列服务器。2000年，红旗Linux发布。2006年，《中国中长期科学和技术发展规划（2006-2020）“核高基”列为16个重大科技专项之一。

加速发展2008部I技术全面进行自主和可控研发。20102013提出国产化安全要求，浪潮天梭K1小型机系统上市，标志着中国掌握新一代主机技术。2015成立，《国家信息化发展战略纲要》提出，2025年形成安全可控的信息技术产业体系。

试点实践2017年，核高基重大转向第二批工程启动会召开。2018行业纳入国家战略，2+8”发展体系。2019年，国产CPU来收获期，兆芯、飞腾、鲲鹏等新一代处理器接连两项，性能大幅提升。2019行与中软合作开发的国产化办公自动化系统在境内外分支机构全面部署上线。

融合落地2020中国移动集采指定国产化标包，各省份信创项目逐渐启动招标。2020技部、工信部等联合发布《指导意见》，要求加快关键芯片、关键软件等核心技术攻关，大力推动重点工程及项目建设，积极扩大有效投资。2021用卡核心系统全栈信创体系通过验收，性能提升10%。芯片、操作系统等关键技术领域出现实验性结果。自主创新思维觉醒，从实验室科研起步，但道阻且长。民用实践下，国产软硬件产品可用性提升。国家政策顶层设计，信创工委会统筹组织，为信创产业打造良好发展芯片、操作系统等关键技术领域出现实验性结果。自主创新思维觉醒，从实验室科研起步，但道阻且长。民用实践下，国产软硬件产品可用性提升。国家政策顶层设计，信创工委会统筹组织，为信创产业打造良好发展环境。国产自主化产品性能提升，从可用转向好用，产业生态日益丰富。党政军率先开启自主可控项目，重点行业积极推动酝酿。金融、电信、电力、交通等重点行业逐步开始信创产品和项目的融合落地。从小范围试点开始大面积铺开。国家政策持续牵引，地方政策跟进落地国家政策持续牵引，地方政策跟进落地 近年来信创相关政策 时间具体文件关键内容国家政策2020年9月《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》2021年3月《“十四五”发展规划和2035年远景目标纲要》2021年12月《“十四五”国家信息化规划》2022年3月政府工作报告推进科技创新，促进产业优化升级，突破供给约束堵点，依靠创新提高发展质量，培育壮大集成电路、人工智能等数字产业，提升关键软硬件技术创新和供给能力。地方政策2020年5月《关于培训鲲鹏计算产业促进数字厦门创新发展的指导意见》建成全国性的基于鲲鹏全生态的产业集群，聚集一批国内知名的鲲鹏产业链上下游优秀企业，形成千亿级鲲鹏产业集群。2020年10月细分行业发展政策意见（试行）的通知》打造全国信创产业示范基地，打造‘电子信息关键材料-芯片设计和封测-系统整机集成-智能终端应用’产业体系。2021年2月深圳市《中国特色社会主义先行示范区科技创新行动方案》集中突破集成电路等领域关键核心技术攻关。2021年3月《武汉市加快推进武汉云建设实施方案的通知》4.3核心驱动（二）——形势所迫，信创如火如荼信创的推进节奏信创的推进节奏年左右基本完成公文系统的改造；当前医疗领域起步较晚，但已逐步开始筹划推进；N+行业预计于2023年后开始启动。2013-20182019-202020212022-20252025-以后2013-20182019-202020212022-20252025-以后2 党政8

金融、电信、电力石油、交通、航空航天 教育、医疗教育、医疗N试点起步-规模化落地-深化成熟

政策驱动

市场驱动汽车、物流、建筑……数据来源：公开资料，欧智，西证券理 68汽车、物流、建筑……4.3核心驱动（二）——形势所迫，信创如火如荼金融、电信、电力三大领域信创需求各有侧重信创招投标常见选型指标指令集授权情况产品要求性能产品各方面符合国家、行业及采购人规定的质量和性能要求，保证产品高可用性安全性产品各方面符合国家标准，通过国家级安全测评机构检测稳定性产品具备高稳定性，保证使用期间的稳定可靠运行兼容性供应商应对产品的软件、硬件兼容能力进行描述，针对常用软硬件进行双向认证，提供详细的官方的兼容性说明服务要求日常运维供应商提供日产运维支持，包括但不限于电话、邮件、现场支持、例行运维、专项驻场等故障恢复供应商应及时解决产品故障，提供应急保障方案任务类供应商需提供迁移、扩容等技术支持服务培训类供应商需提供现场及集中技术培训，具备成熟的培训课程和团队案例要求过往相似案例经验供应商应在某个时限内具备若干个相似项目的实施经验，需提供相关佐证材料数据来源：亿欧智库，南证整理 4.3核心驱动（二）——形势所迫，信创如火如荼党政信创深化，行业信创爆发年。1）三大电信运营商自年起便在招标中指定国产化标包，根据中国移动目前公布的《年28.8%；根据产业调研，年的20；2）金融信创紧随其后，年金融行业服务器采购国产化率达到。中国移动服务器集采公示 中国银行“国芯服务器型”示数据来源：中国移动采与招网，国银官网产业研，南证整理 70办公软件版式软件OA其他ERP云应用软件数据库操作系统中间件4.3核心驱动（二）——形势所迫，信创如火如荼办公软件版式软件OA其他ERP云应用软件数据库操作系统中间件基础硬件基础软件信息安全存储存储芯片数据来源：公开资料，瑞咨，西证券理基础硬件基础软件信息安全存储存储芯片目 录一、服务器及CPU综述二、全球CPU市场格局一、服务器及CPU综述二、全球CPU市场格局2三、服务器视角看CPU发展趋势四、国产CPU——行业篇四、国产CPU——行业篇五、国产CPU——厂商篇五、国产CPU——厂商篇5.15.2六大国产服务器CPU厂商详解中科曙光——核心受益标的572本章导读Q8：国内服务器CPU市场的主要玩家？按指令集分类：基于x86架构的兆芯、海光：性能起点较高，生态迁移难度小，替换空间大。基于架构的飞腾、鲲鹏：架构迭代空间广阔，性能提升较快，生态适配较好。基于自研指令集架构的龙芯、申威：全栈自研，自主可控程度极高，在当前紧迫性和必要性进一步提升的背景下，有望加速迭代迎来重大发展机遇。Q9：市场格局演进？项目经验，最为受益；飞腾于2021年发布新产品，性能表现突出，预计后续将实现订单增长。长维度看：客观来看，当下国产服务器CPU当前海光、兆芯、飞腾、鲲鹏、龙芯、申威六大国产当前海光、兆芯、飞腾、鲲鹏、龙芯、申威六大国产CPU厂商均为上市，其中海光信息、龙芯中科已提交招股说明书；上市主体中，建议关注海光信息的第一大股东——中科曙光。CPU，数字经济战略背景下，ICT叠加曙光在手订单充裕，后续利润有望进一步释放。Q10：建议关注标的？73六大领军企业，三条路径发展

六大国产CPUx86指令集架构授权：以海光为代表，获得x86指令集授权；以鲲鹏和飞腾为代表，获得架构级指令集架构授权+自研：以龙芯和申威为代表，分别获得MIPS和Alpha架构授权，并在此基础上指令集授权情况团队背景代工厂优势劣势兆芯x86VIA授权，架构较老上海市国资委、威盛电子台积电性能起点较高，生态迁移成本小自主化程度较低，技术创新受限制海光x86AMDZen指令集授权中科曙光格芯、三星飞腾ARMv8架构层级永久授权CEC、中国长城台积电ARM架构潜在空间广，产品线丰富兼容性和生态需进一步打造鲲鹏ARMv8架构层级永久授权华为台积电龙芯LoongArch基于MIPS，逐步全面切换中科院计算所意法半导体自主可控程度极高性能相对较弱，生态应用匮乏申威SW_64基于完全自主可控江南计算所中芯国际弱IP内核授权自主化程度弱IP内核授权自主化程度指令集架构授权强授权+自研公司成立于（公司成立于（）CPU、x86生态优势，为党政、金融、教育、工业、、4K兆芯股权结构上海市国资委兆芯股权结构上海市国资委100%上海联合投资有限公司51.56%3.40%45.04%上海兆芯集成电路有限公司其他威盛电子

兆芯代表产品解决方案数据来源：兆芯官网，查查西南券整理 75兆芯代表产品解决方案CPUPCCPUPC到公司主力产品为年发布的开先-KX6000和开胜KH-30000，制程达到16nm，是首款主频达到3.0GHz的国产通用处理器，支持双通道内存，采用SoC设计，包含CPU、GPU和倍，单芯片性能接近代i5水平，SPECINT成绩为分。

型号工艺发布日期最高主频内存（设计功耗）PC/嵌入式处理器开先KX-6000系列16nmQ2’193.0GHz型号工艺发布日期最高主频内存（设计功耗）PC/嵌入式处理器开先KX-6000系列16nmQ2’193.0GHz8核/4核开先KX-5000系列28nmQ4’172.0GHz8核/4核开先ZX-C+系列28nmQ3’162.0GHz4核开先ZX-C系列28nmQ2’152.0GHz4核服务器处理器开胜KH-30000系列16nmQ2’193.0GHz8核开胜KH-20000系列28nmQ4’172.0GHz8核开胜ZX-C+系列28nmQ2’162.0GHz8核IO扩展芯片/芯片组ZX-200IO扩展芯片40nmQ4’17-6WZX-100S芯片组40nmQ3’16-15.5W（集显）/13W CPU探路者x86CPU架构，其版权已于去的产品性能相较同期竞品仍有所差距；但随着威盛电子将其IP分后续x86和产品系列。采用全新微架构，不仅支持，还将演进到PCIe4.060倍Lane、。兆芯下一代产品值得期待兆芯CPU与同类竞品比较兆芯下一代产品值得期待测试项目i5-9400FI5-7400兆芯KX-U6780与i5-7400对比CPU-Z单线程481391181-53.7%CPU-Z多线程268514871401-5.8%3DMark物理分数1779173546557-10.6%性能百分比(单线程）122%100%44%-56%性能百分比(多线程）185%100%82%-18%性能百分比（浮点）187%100%72%-28%性能百分比（整数）178%100%106%+6%数据来源：芯智讯，西证券理 32.1%AMD51%30%49%70%32.1%AMD51%30%49%70%海光集成海光微电子海光信息中科曙光海光代表产品解决方案海光股权结构公司成立于公司成立于2016x86Zen（DPU）两大类别，能够适配主流的x86、Linux操作系统，支持多个版本的数据库、中间件、AI算数据来源：海光官网，股说书，南证整理 78海光——性能领先的实干者海光产品命名方式CPU方面，面向不同的市场需求，公司已形成高中低端的全方位覆盖，分别对应、、三大规划一代”稳步推进，海光一号和海光二号两代产品光四号处于研发阶段。海光产品命名方式DPU方面，公司产品兼容“类”环境，软硬件生态丰富，迁移成本低，典型应用场景下性能达到国际同类高端水平。海光CPU主要参数720052003200功耗175-225W90-135W45-105W计算能力SPECrate2017_int_base：348SPECrate2017_fp_base：308SPECrate2017_int_base：158SPECrate2017_fp_base：148SPECrate2017_int_base：40.7SPECrate2017_fp_base：