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国产CPU的转运之时已经到来?

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极不平静的2020年将要结束的时候,京东商城上悄然上架了一款纯国产笔记本,来自长城的UF717 14 英寸轻薄笔记本。这款产品很快就吸引了很多的关注,因为无论是CPU、内存、显卡和操作系统,全部来自国内厂商,是真正意义上的纯国产产品。

这款笔记本的核心是飞腾 FT-2000/4 处理器,是飞腾公司专门为桌面打造的CPU,基于ARM架构,具有4核心,主频可达2.6-3.0GHz。

这已经不是国产CPU第一次出现在笔记本上,进入2020年以来,无论是资历最老的龙芯,还是主攻X86的兆芯,都有CPU被用在笔记本上。此外,搭载国产CPU的服务器也频频进入国内集采的名单中。

国产CPU的转运之时是否已经到来?

新机遇 新空间

经过艰难跋涉的国产CPU已今非昔比,现在已形成6大厂商并存的局面,除去人们最为熟悉的龙芯之外,其他5家分别是天津飞腾、华为海思、兆芯集成、申威科技及海光信息。

成立最早的龙芯曾经孤军奋战多年,经过产业化的洗礼之后,终于见到了曙光,即将在科创板上市。并且,龙芯生态合作伙伴已达上千家,自主生态已初具规模。今年7月份,龙芯牵头成立了 “龙芯适配联盟”,吸引了 50 余家IT头部企业加入。

国产CPU的转运之时已经到来?

在衡量公司硬实力的出货量方面,龙芯近几年也表现不俗,用安全应用的芯片销量超过10万颗,民用信息化方面的出货量超过100万颗,在网络安全、能源、交通、光电等方面,基于龙芯的IP授权,出货量超过1000万颗。

同在出货量上取得突破的还有天津飞腾,尽管产业化的时间不长,却在2020年交出了亮眼的成绩单:全年出货达150万颗,营收超13个亿。其他几家虽没有公布出货数据,按照业内人士的说法,也都有了相当大幅的增长。

相比于2019年,2020年的国产CPU有了爆发式的增长,原因是多年的积累在市场环境的改变中终于得以释放。

中美贸易战的爆发引发了国产替代大潮的兴起,让国产CPU有了被接纳的动因,而新基建带来的万物互联、人工智能、5G通信、数字城市等应用的兴起,以及基于底层核心算力、覆盖从端到云的信息产业协同发展和安全可信的体系建设,则给予国产CPU巨大的成长空间。

观察三大运营商2020年的通用服务器的集采状况,可以看出国产CPU所获得的新“待遇”。在中国联通的集采结果中,多样性计算标段中共有华为、紫光华山、神州数码等7家企业中标,所采用的CPU为华为鲲鹏和海光Dhyana。中国电信发布的2020年服务器集中采购项目货物招标集中资格预审公告显示,采购11185台H系列的国产服务器(包括基于鲲鹏920系列的服务器或基于海光系列的服务器),占集采总数的19.9%。中国移动2020年PC服务器集采项目中,华为、中移系统集成、中科可控等公司入围,基于鲲鹏处理器的服务器中标达19563台。

国产服务器的中标也被视为行业信创市场开启的信号,迎接国产CPU的将是一个广阔的空间。据华泰证券预计,整个信创行业的桌面CPU潜在市场空间为600亿元,服务器CPU潜在空间约为240亿 元,共计达 840 亿元。

技术路线 谁执牛耳

CPU的演化路径中,最重要的就是指令集。指令集相当于一个桥梁,连接了CPU和外部系统,对生态形成至关重要。

6大家国内CPU公司,分属于4大指令集架构。其中,海思和飞腾采用了ARM指令集,龙芯采用了MIPS指令集,海光和兆芯采用了X86指令集,申威则采用了ALPHA指令集。

每种指令集都有其特色,很难说清孰优孰劣,但是每种指令集背后的生态却有着不同的表现。整体来看,ARM 架构的芯片占据了移动芯片领域90%以上的市场份额,X86则在桌面和服务器几乎形成垄断,MIPS已经退出了第一梯队,却也有部分厂商在使用。

因为指令集背后都需要一条生态链做支撑,如果自行研发一个指令集,技术上可行,推广则非常困难。所以国产CPU在早期开发时,都选用了现有的成熟指令集。

指令集之间的差异会造成授权方式的不同,使得实现自主可控的程度产生差别,进而影响到生态的构建。从国产CPU诞生之日起,就因为指令集的选择而引发了广泛的争议,至今也未能平息。

获得指令集的授权通常有两种方式:架构授权和IP内核授权。

架构授权:最高级别的授权方式。允许被授权方研发芯片,兼容授权方发展出来的指令集架构,主要好处在于可以分享授权方建立起来的软件生态红利。不过由于架构只是处理器的抽象描述、设计理念,对被授权方的研发能力要求非常高,设计中出现任何错误,都将造成投资失败。

IP内核授权:分为软核授权和硬核授权。软核授权允许被授权方进行后续的架构设计,可以适配各种工艺,灵活性较大。硬核授权已有固定的拓扑布局和具体工艺,并已经过工艺验证,可以拿来立刻使用,缺点就是授权厂商对其实行全权控制,对知识产权的保护相对简单。

IP核授权多见于国内的MCU厂商,国产CPU大部分都采用了架构授权的方式,如龙芯获得了MIPS的授权,海思和飞腾获取了ARM V8指令集的永久授权。

在美国对中国科技实行打压的情况下,国产CPU的自主可控成为一个敏感的话题。质疑的声音认为获得架构授权并不是完全的自主,但从产业的发展历史来看,这是一条既能自我掌控又能享受生态红利的方式。

飞腾公司副总经理张承义博士就表示:“在ARM处理器指令集永久授权的下面,我们坚持走自主设计的道路,这样既解决了自主的问题,又解决了可控的问题,我们认为这是一条能够解决CPU国产化的可行道路。”

飞腾与海思这几年能够异军突起,这与依托ARM生态有很大的关系。ARM处理器的高能效比特性,加之灵活的授权方式,使其已经渗透到各种电子设备中。在移动端和嵌入式领域占据优势以后,ARM正在向桌面和服务器市场扩展,这对使用ARM架构的国内厂商不啻是一大利好。“只要ARM桌面和服务器生态搭建起来,就将带动开发人才、软件生态和用户往ARM方面发展,与此同时也将带动国内ARM架构CPU更大规模的应用。”一位业内人士表示。

不过,国内CPU指令集分散的局面也存在弊病。有分析师就指出,国产CPU的单品出货量都不算大,这就给操作系统、中间件、数据库以及应用软件企业造成非常大的困扰,让操作系统、软件企业与处理器芯片的适配不太容易,内生的配套机制还没有完全形成。

携手操作系统

要生成配套机制,首先需要国产操作系统的有力支撑。国产CPU以前的孤军奋战,也与没有和国产操作系统形成强强联合很大关系。

不过,这种局面已经发生了改变。2020年,由中国电子全力打造的PK体系已经发布了 2.0 版本,这个由飞腾CPU(Phytium)+麒麟操作系统(Kylin)组成的具有完全自主知识产权的中国架构有望成为中国的Wintel联盟。

两者的结合已经在技术层面形成了协同效应,根据全球权威第三方评测机构SPEC的CPU测试成绩,基于国产飞腾Arm 64服务器和银河麒麟V10操作系统的产品测试成绩在434个测试结果中排名第11位,是今年非x86 CPU的最好成绩。

一位业内人士表示,经过8年多发展, PK体系走过了能用、好用、到管用的阶段。目前PK体系在很多领域,尤其是关系国计民生、对安全性要求比较严格的行业,例如电信、广电、能源、金融、公路水路交通、铁路、民航、邮政、水利、应急、卫健、社会保障等行业,已得到广泛应用。以麒麟操作系统为例,在目前相关领域的市场占有率超过90%。

同时,PK体系也向其他国产CPU敞开了大门,麒麟V10可以做到同源开放支持4种技术路线的6大国产CPU平台,应用商店的软件包括QQ、微信等通讯工具,WPS、永中Office等办公应用。

其他国产操作系统也同样加大对国产CPU的支持,比如UOS就在近期完成了与龙芯、兆芯的适配。目前,UOS已支持全部国产CPU品牌,并与国内各主流整机厂商以及数百家软件厂商展开了全方位的兼容性适配工作。

当前,国产CPU 市场主要分为三类:党政军及重点行业、企业和消费级市场,需求特点各异。在国产操作系统的加持下,国产CPU已经初步稳固了党政军市场,并向重点行业市场拓展。

在中美贸易战的大背景下,国内关键IT基础设施、涉密、电子公文等领域正在推动自主可控试点,基于国产 CPU 的信息产品已经得到应用。同时,金融、电信、能源等重点行业领域也在加大基于国产 CPU 的服务器产品采购,使用范围正逐步进入核心领域,目前飞腾、兆芯、海光等产品在金融、电力等市场都有公开的应用案例。

企业级市场主要是高性能计算和嵌入式 CPU,将是国产CPU未来重要的增量市场,而消费级市场则是国产 CPU 长期要突破的目标,尤其是桌面CPU性能、生态等方面还需要进一步加强。

然而,罗马并非一日而成。业内人士表示,以国产CPU为核心的自主可控软硬件平台最主要的问题就是生态问题,它不但需要国家从上而下的推动,并且需要整个产业进行垂直协调,还要抵御国际生态的夹击。所以,国产CPU的全面腾飞还需要时间。
        责任编辑:tzh

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