數(shù)字底座的“底座”——CPU，決定信創(chuàng)底層邏輯的關鍵。CPU 是信息產(chǎn)業(yè)中最基礎的核心部件，指令集是計算機程序執(zhí)行的基礎單元功能集，是 CPU 產(chǎn)品生態(tài)體系的基石，可以分為復雜指令集（CISC）和精簡指令集（RISC）兩大類。

內容來源：信創(chuàng)從“芯”開始

其中，復雜指集指令豐富、尋址方式靈活，以微程序控制器為核心，指令長度可變，功能強大，復雜程序執(zhí)行效率高；精簡指令集指令結構簡單、易于設計，具有較高的執(zhí)行能效比。在現(xiàn)行主流指令集架構中，x86 架構是復雜指令集的代表，而 ARM 架構、MIPS 架構和 Alpha 架構等是精簡指令集的代表。

CPU 是支撐數(shù)字底座生態(tài)架構發(fā)展的基礎，也是決定信創(chuàng)底層發(fā)展邏輯的關鍵所在。國產(chǎn) CPU 群雄逐鹿，各顯“神通”。華為鯤鵬在國產(chǎn) CPU 中目前具備最完善的生態(tài)體系與商業(yè)化環(huán)境，自上而下全棧式打造鯤鵬計算產(chǎn)業(yè)。海光 CPU 基于成熟的 x86 指令框架，“類 CUDA”計算環(huán)境和國際先進處理器設計技術，海光同時擁有海光 CPU 和海光 DCU 兩類高端處理器產(chǎn)品，可以滿足服務器、工作站等計算、存儲設備中對高端處理器的功能需求，是目前適配難度最低、通用型較強的國產(chǎn)化 CPU 廠商；飛騰 CPU 與 麒麟操作系統(tǒng)構筑國產(chǎn)底座“PK”體系，是基礎生態(tài)體系最全面的“國家隊”。中科龍芯引進消化吸收 MIPS，推出了自主指令系統(tǒng) LoongArch，是底層自主化程度最高的國產(chǎn)化 CPU 廠商。

芯片為信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)根本硬件基礎，重要性凸顯。不同于其他產(chǎn)業(yè)，IT 基礎設施國產(chǎn)化存在顯著的“木桶效應”，在“硬件—軟件—服務”鏈條中任何環(huán)節(jié)的國產(chǎn)化能力缺失將造成整個自主體系發(fā)展的停滯。芯片作為整個 IT 生態(tài)最底層的基礎硬件，為整個計算機體系提供算力支撐，通過與上層的操作系統(tǒng)緊密配合，實現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件的基礎調度、控制與資源支持，是整個國產(chǎn)化信創(chuàng)體系的中樞大腦，是我國軟硬件國產(chǎn)化的根本。1、華為自主研發(fā)的全國產(chǎn)化高性能 CPU基于 ARM 架構開發(fā)，是華為繼移動麒麟芯片、AI 昇騰芯片后，第三款自研芯片。鯤鵬芯片定位于服務器應用，其產(chǎn)品自研完成了華為具備優(yōu)勢的服務器業(yè)務自上而下的基礎算力打通。

在通用計算處理器領域，2014 年發(fā)布鯤鵬 912 處理器， 2016 年發(fā)布鯤鵬 916處理器。2019 年 1 月，華為正式發(fā)布鯤鵬 920 芯片。根據(jù)華為官方介紹，鯤鵬 920 處理器是業(yè)界第一顆采用 7nm 工藝的數(shù)據(jù)中心級的 ARM 架構處理器，集成最多 64*自研核，支持 64 核、48 核、32 核等多種型號。華為將鯤鵬芯片用于自身服務器，并用來搭建自身的數(shù)據(jù)中心業(yè)務。

鯤鵬芯片多向出擊，鯤鵬 930 芯片值得期待。華為鯤鵬處理器是華為自主研發(fā)的基于 ARM架構的企業(yè)級系列處理器產(chǎn)品，包含“算、存、傳、管、智”五個產(chǎn)品系統(tǒng)體系。為了保證鯤鵬計算產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)演進，鯤鵬處理器從指令集和微架構兩方面進行兼容性設計，確保既可以適應未來的應用和技術發(fā)展演進的需求，又能后向兼容。參考華為鯤鵬芯片的發(fā)展路徑規(guī)劃，鯤鵬次時代芯片 930 芯片將有望進一步迭代，并在服務器和 PC 兩個方向進一步出擊。

TaiShan 200 服務器是華為新一代數(shù)據(jù)中心服務器，基于華為鯤鵬 920 處理器，適合為大數(shù)據(jù)、分布式存儲、原生應用、高性能計算和數(shù)據(jù)庫等應用高效加速，旨在滿足數(shù)據(jù)中心多樣性計算、綠色計算的需求。TaiShan 200 服務器僅為華為基于鯤鵬芯片所打造的自有服務器產(chǎn)品，鯤鵬通用計算平臺事實上提供基于鯤鵬處理器的TaiShan 服務器、鯤鵬主板及開發(fā)套件。

2、基于海外龍頭加快自主研發(fā)，發(fā)出國產(chǎn) x86 體系最強音擁有海光CPU和海光DCU兩類高端處理器產(chǎn)品，可以滿足服務器、工作站等計算、存儲設備中對高端處理器的功能需求：海光 CPU：兼容 x86 指令集，處理器性能參數(shù)與國際同類型主流處理器產(chǎn)品相當，支持國內外主流操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、虛擬化平臺或云計算平臺，能夠有效兼容目前存在的數(shù)百萬款基于 x86 指令集的系統(tǒng)軟件和應用軟件，具有優(yōu)異的生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)勢。此外，海光 CPU 支持國密算法，擴充了安全算法指令，集成了安全算法專用加速電路，支持可信計算，提升了高端處理器的安全性。從海光 CPU 應用場景角度看，公司將海光 CPU 產(chǎn)品規(guī)劃為海光 7000 系列、海光 5000 系列和海光 3000 系列。三個系列產(chǎn)品技術設計同源，處理器核心等具有相似的技術特征。根據(jù)不同的產(chǎn)品規(guī)格定義，需要在一塊基板上封裝 1 至 4顆裸片。目前，公司在售的海光 CPU 產(chǎn)品主要為海光 7200、海光 5200 和海光 3200 系列產(chǎn)品。

海光 DCU：以 GPGPU 架構為基礎，兼容“類 CUDA”環(huán)境，軟硬件生態(tài)豐富，典型應用場景下性能指標達到國際上同類型高端產(chǎn)品的水平。海光 DCU 主要面向大數(shù)據(jù)處理、商業(yè)計算等計算密集型應用領域，以及人工智能、泛人工智能類運算加速領域。海光 DCU 產(chǎn)品采用與海光 CPU 類似的產(chǎn)品研發(fā)策略，2018 年1 月啟動深算一號 DC 產(chǎn)品設計，目前品已實現(xiàn)商業(yè)化應用。另一方面，公司啟動了第二代 DCU 深算二號的產(chǎn)品研發(fā)工作已于 2020 年 1 月啟動。

海光 CPU 系列產(chǎn)品中海光一號、海光二號已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化應用，海光三號完成實驗室驗證，海光四號處于研發(fā)階段；海光 DCU 系列產(chǎn)品深算一號已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化應用，深算二號處于研發(fā)階段。

3、長期自主化耕耘，擁抱 ARM 架構目前主要包括高性能服務器 CPU（飛騰騰云 S 系列）、高效能桌面 CPU（飛騰騰銳 D 系列）、高端嵌入式 CPU（飛騰騰瓏 E 系列）和飛騰套片四大系列，為從端到云的各型設備提供核心算力支撐?；陲w騰 CPU 的產(chǎn)品覆蓋多種類型的終端（臺式機、一體機、便攜機、瘦客戶機等）、服務器和工業(yè)控制嵌入式產(chǎn)品等，在國內政務辦公、云計算、大數(shù)據(jù)以及金融、能源和軌道交通等行業(yè)信息系統(tǒng)領域已實現(xiàn)批量應用。前兩代飛騰芯片均停留在學術層面，均采用仿制英特爾架構及指令集的方法對芯片基礎技術進行學習消化。自第三代產(chǎn)品 FT-1000 以來，飛騰芯片轉而采用 SPARC 指令架構下的OpenSPARC 指令集。FT-1000 在制程上采用臺積電的 65nm 技術，并可兼容SPARCv9 指令集。

隨著 Sun 公司被 Oracle 收購，SPARC 架構的支持逐步減弱。飛騰芯片逐步投入 ARM 指令集的懷抱，并推出在原有 FT-1500 芯片上改進得來的探索性產(chǎn)品 FT-1500A。2015 年 8 月的 HotChips 2015 大會上，飛騰技術團隊張承義進行題為《Mars： A 64-core ARMv8 Processor》的報告，標志著飛騰已設計出世界上第一款基于 ARM 架構的 64 核 CPU。芯片產(chǎn)品主要分為高性能服務器芯片、高效能桌面芯片和高端嵌入式芯片。高端嵌入式芯片：飛騰嵌入式芯片采用自主研發(fā)、面向嵌入式行業(yè)定制化的處理器核心，具有高安全、高可靠、強實時和低功耗的特點，滿足行業(yè)終端產(chǎn)品、工業(yè)控制領域應用產(chǎn)品需求。高效能桌面芯片：飛騰桌面芯片采用自主研發(fā)的高能效處理器核心，全芯片性能卓越、功耗適度，最新產(chǎn)品內置硬件級安全機制，能夠同時滿足信息化領域對性能、能耗比和高安全的應用需求。高端嵌入式芯片：飛騰嵌入式芯片采用自主研發(fā)、面向嵌入式行業(yè)定制化的處理器核心，具有高安全、高可靠、強實時和低功耗的特點，滿足行業(yè)終端產(chǎn)品、工業(yè)控制領域應用產(chǎn)品需求。從產(chǎn)品迭代上，天津飛騰主要包括 FT-1500 系列產(chǎn)品、FT-2000 系列產(chǎn)品以及基于 FTC663 內核的 D/S 系列產(chǎn)品。

4、中科院嫡系部隊，專注于自主架構 CPU引進消化吸收 MIPS，推出自主研發(fā)指令集架構。龍芯中科在指令系統(tǒng)上實現(xiàn)了自主創(chuàng)新。龍芯中科自研發(fā)初期即選擇基于開放度較高的指令系統(tǒng)并結合自研的模式，在授權體系相對開放的 MIPS 指令系統(tǒng)基礎上擴展了數(shù)百條自定義指令，形成了 MIPS 兼容指令系統(tǒng) LoongISA，并在多款 CPU 芯片中得到應用。2020年，龍芯中科推出了自主指令系統(tǒng) LoongArch。2021 年 7 月開始，公司信息化業(yè)務已經(jīng)轉向基于龍芯自主指令系統(tǒng) LoongArch 的 3A5000 系列處理器，工控業(yè)務開始轉向基于龍芯自主指令系統(tǒng) LoongArch 的系列處理器。具體而言，龍芯中科研制的芯片包括龍芯 1 號、龍芯 2 號、龍芯 3 號三大系列處理器芯片及橋片等配套芯片：龍芯 1 號系列：低功耗、低成本專用嵌入式 SoC 或 MCU 處理器，通常集成1 個 32 位低功耗處理器核，應用場景面向嵌入式專用應用領域，如物聯(lián)終端、儀器設備、數(shù)據(jù)采集等；龍芯 2 號系列：低功耗通用處理器，采用單芯片 SoC 設計，通常集成 1-4 個64 位低功耗處理器核，應用場景面向工業(yè)控制與終端等領域，如網(wǎng)絡設備、行業(yè)終端、智能制造等。龍芯 3 號系列：高性能通用處理器，通常集成 4 個及以上 64 位高性能處理器核，與橋片配套使用，應用場景面向桌面和服務器等信息化領域；配套芯片：包括橋片及正在研發(fā)尚未實現(xiàn)銷售的電源芯片、時鐘芯片等，其中橋片主要與龍芯 3 號系列處理器配套使用和銷售，電源芯片和時鐘芯片主要與龍芯 2 號、龍芯 3 號系列處理器配套使用。龍芯 1 號、2 號、3 號處理器芯片及配套芯片的主要客戶是板卡、整機廠商。

5、橫向對比：國產(chǎn)化 CPU分析總結

多指令集體系協(xié)同發(fā)展，基本產(chǎn)品參數(shù)已與國際主流產(chǎn)品具備一定可比性。指令集是影響處理器應用領域的重要因素，不同指令集架構下部分產(chǎn)品參數(shù)如核心數(shù)、超線程對產(chǎn)品性能影響程度不同，僅具有參考意義。目前，海光信息采用 x86指令集架構，龍芯中科采用 LoongArch 指令集架構，天津飛騰及華為鯤鵬采用ARM 指令集架構。

結合對幾款國產(chǎn)化芯片廠商及其產(chǎn)品的分析和對比，我們認為可以得出以下結論：（1）國產(chǎn)化浪潮趨勢明顯，國產(chǎn)化芯片廠商有望順勢崛起。在海外貿易不確定性持續(xù)的背景下，芯片作為硬件基礎底座的重要性與必要性凸顯。海光與龍芯自2019 年以來收入的快速攀升，表明其在信創(chuàng)市場強勁的內生需求。在海外主流芯片廠商出口存在不確定的大背景下，國產(chǎn)化芯片廠商有望借助政策東風快速成長，順勢崛起。（2）海光信息服務器市場優(yōu)勢明顯，中科龍芯 PC 市場存在潛力。根據(jù)產(chǎn)品單價及出貨量來看，海光與龍芯分別在不同市場具備優(yōu)勢。海光承襲 x86 體系，在服務器市場具備優(yōu)勢；龍芯實現(xiàn)自主架構研發(fā)并重視生態(tài)建設，在 PC 及類 PC市場具備競爭優(yōu)勢。

（3）ARM 架構生態(tài)強大，華為鯤鵬具備“王者歸來”潛質。天津飛騰及華為鯤鵬基于 ARM 架構設計，本身能夠較好地吸收 ARM 體系已有的生態(tài)應用。鯤鵬 920 芯片各項參數(shù)領先，并具備華為云自身作為穩(wěn)定需求方，在自身軟硬件技術優(yōu)勢下疊加持續(xù)壯大的合作伙伴生態(tài)體系，我們認為其是國產(chǎn)化芯片廠商中最具競爭優(yōu)勢的廠商之一。近期，鯤鵬在中國電信及農行等的中標，表明其發(fā)展?jié)摿?。如果供應鏈能夠逐步復蘇，有望實現(xiàn)“王者歸來”。

編輯：黃飛