国产CPU发展进程及市场格局如何?

最佳答案 匿名用户编辑于2023/12/12 09:35

国产化助力打破 CPU 行业垄断格局。

1. 国产 CPU 起步较早,但发展历经坎坷

国产 CPU 起步较早,但发展历经坎坷,大致可概括为开始起步、发展 受限、初具规模三大阶段。 国产 CPU 事业开始起步(1950-1970 年):1956 年,半导体科技被列为 国家新技术四大紧急措施之一。1965 年,我国自主设计研发了与国际水 平相差不大的晶体管 109 机,又于 1968 年研发了小规模集成电路 106 机。 国产 CPU 事业发展受限(1971-1990 年):70 年代以后,超大规模集成 电路快速发展,以 Intel 4004 为标志的真正意义上的微处理器面世,CPU 正式进入商用时代。此后按照摩尔定律持续快速演进,Intel 也由此开始 统治全球桌面和高性能计算市场。但当时的国内受限于经济条件、国际 技术封锁等原因,虽然研制出了基于大规模集成电路的第三代计算机系 统——专用 77 型微机,但丧失了第四代计算机系统(基于超大规模集 成电路)的研究能力。从“七五”开始,一直到“九五”,国家对国产 CPU 的支持力度明显下降,主要科研支持计划都未将其列入。上世纪 90 年 代,国内大量处理器研究单位关闭,人员大批流失,大学也很少设置硬 件专业,计算机公司变成组装厂,CPU 设计能力基本丧失。

国产 CPU 事业初具规模(1991 年至今):随着国内信息化与电子硬件制 造业的快速发展,“缺芯”的问题再次受到国家高度重视。从“十五”开 始,国产 CPU 自主性的问题再度提上议程,产业政策不断加码。在核高 基、泰山计划、863 计划等的大力支持下, 国产 CPU 奋力追赶,以鲲 鹏、海光、龙芯、飞腾、兆芯、申威等为代表的厂商全力打造出“中国 芯”。时至今日,国内终于培育出了一批国产 CPU 设计单位和研究机构, 发展逐渐走向正轨。 中美关系走向影响国产 CPU事业的发展进程。CPU行业的发展和国防需求、国际关系息息相关。半导体起源于美国国防工业,从 50 年代年至 今,CPU 等电子组件在国防和武器系统中无处不在。1978 年中美关系正 常化,此时国家对于 CPU 在国防建设中的重视程度有所下降,国产 CPU 事业陷入停滞。而 20 世纪 90 年代后,中美竞争全面展开,CPU 事业又 重新受到了国家的高度重视。由此可见,中美关系紧张、对国防需求的 迫切度提高,会加速我国自主芯片的发展进程。

2. 国产 CPU 紧跟全球发展进程,择优引进和自主研发并进

国产 CPU 架构各异,三大路线各有所长,择优引进和自主研发并进。 国产 CPU 主要采用 X86 架构、ARM 架构、MIPS 架构和 Alpha 架构, 不同架构下厂商的自主化程度也有所区别。采用 X86 架构的代表厂商有 兆芯和海光,使用 IP 内核授权方式,基于指令集进行 SOC 集成设计, 自主化程度偏低,。采用 ARM 架构的代表厂商有飞腾和华为,使用 ARM 指令集授权方式,基于指令集授权自主设计 CPU,自主化程度较高。采 用 MIPS 架构和 Alpha 架构的代表厂商有龙芯和申威,自研指令集自主 设计,自主化程度极高。

3. 国内 CPU 市场呈现多点开花局面,国产化道路曲折而光明

国产 CPU目前呈现三大阵营,主要包括自主架构阵营、x86阵营和ARM 阵营。其中,自主架构主要包括龙芯与申威;x86 阵营包括上海兆芯和 天津海光(中科曙光参股)ARM 阵营包括飞腾(中国长城拟参股)和华 芯通。

多点开花但各阵营力量单薄,自主可控的发展道路仍然漫长。虽然中国 在 CPU 发展上已经实现多点开花,并初步建立了自主可控的软硬件生 态,但与国外巨头相比,各个阵营的力量仍然比较单薄。X86 阵营下, 以海光信息为例,虽然得到 AMD 的授权和支持,其 CPU 在综合性能上 比较领先,但由于其成立时间较短,产品的稳定性有待市场检验,这需 要较长时间的大规模应用来验证。更为重要的是,国内团队对于 AMD 先进 CPU 的消化、吸收再创新需要多年时间,并且未来能否实现可持续 的技术创新,能否自主扩展指令集存在一定的不确定性。ARM 阵营下, ARM 架构服务器虽然有低功耗、并发优势,但 ARM 单核性能相对于 x86 较弱。值得一提的是,ARM 服务器的重要推动者高通计划放弃在这 个领域的进一步投入,因此 ARM 服务器的前景有待进一步观察。自主 架构阵营下,龙芯和申威虽然已经初步建立软硬件生态,但在实力上仍 然弱小,无法与国外成熟的 Wintel 生态相抗衡,需要政策的持续支持。 集成电路市场需求不断扩张,CPU行业将保持快速增长趋势。我国集成 电路行业持续高速发展,2013 年到 2020 年的复合年均增长率为 19.73%,复合增长率是全球增速的近三倍,持续保持高速增长趋势。2020 年总销售额高达 8848 亿元,同比增长 17.01%。受益于人工智能、大数 据、5G 等技术的发展,预计我国集成电路中的 CPU 行业将在未来继续 保持快速增长趋势。

4. CPU 战略地位显著,国产化势在必行

俄乌冲突外溢多重危机,国家大安全战略下,仍将维持对国产 CPU的 强支持。俄乌冲突爆发后,越来越多的迹象显示现代战争已经不仅限于 热战,更像是一场信息科技战争。对比 1991 年海湾战争中的信息化、数 字化形态,眼下的俄乌冲突更体现了现代战争的智能化、算力化形态。 俄乌冲突表明,战争打响后 CPU 生产等高技术企业瞬间就会变成攻城 掠地的马前卒,杀伤力不亚于精确制导武器。突破国外技术垄断,实现 自主可控,不仅仅局限于技术和商业层面。面对残酷的现代化战争,全 球不确定性和风险加剧,保卫国家安全离不开国产 CPU 的建设。

中美两国科技博弈加剧,自主可控的需求长期不变,科技强国的道理永 不过时。自特朗普时代开始,美国便有计划地在 CPU 领域恶意打压中 国。美国商务部颁布禁令,不仅禁止向中国出口使用美国设备制造的高 端芯片,还将部分中国企业列入黑名单,不许其获取美国某些半导体技 术。面对美国不断升级的制裁手段,中国需持续加速国产替代进程,予 以国产 CPU 企业更强有力的政策、资金、人才支持,相信国产 CPU 经 过此次淬炼必将迎来突破性新生。 美国芯片出口管制新规全面打击信创 CPU流片。2020年10月的美国芯 片出口管制新规增加三个外国直接产品规则,范围内的所有实体及产品 几乎受到“0%含美量”制裁,与此前华为待遇类似。28 家实体清单企业 无法进口含美技术的芯片成品,无法在含美产线进行流片;性能可以达 到英伟达 A100 及以上的含美技术的芯片成品均无法进口,且中国企业 设计的性能可以达到相关标准的芯片产品也无法在含美技术产线流片; 最终用途为中国超算的含美技术的整机、芯片、组件等都禁止进口。2022 年 10 月 21 日为上述产品运输到中国最终用户的最后日期。此外,新规 还限制美国国籍人员参与中国涉及上述业务的工作,对我国芯片产业实 行全方位限制。

对于国产化厂商的影响较大。对于六大信创 CPU 厂商,首先鲲鹏、海 光、飞腾、申威为实体清单企业,无法使用美国技术和产品进行流片; 其次,六家厂商目前正在销售的主力芯片制程都在 16nm 及以下(飞腾 16nm/7nm、申威 16nm、兆芯 16/7nm、景嘉微 14nm、海光 14/7nm、龙 芯 14/12nm、鲲鹏 7nm),因而美国此次新品出口管制新规对信创芯片实 现了全面打击。

美国芯片出口管制新规短期影响可控,短期依靠备货,中长期需要去A 化产线快速成长。美国芯片出口管制新规的目的是彻底封杀中国的超算 行业,AI 计算只能采用相对低端的芯片,通用计算领域使中国芯片厂商 限制在成熟制程内发展,先进制程芯片成品只能进口,使中国企业的自 主芯片与美国芯片出现代差。短期应对措施可提前备货,参考华为,提 前的备货应可以支持至少 2 年维度的芯片供应。2020 年 5 月,华为被突 然实施 0%含美量制裁,至今华为 7nm 制程的鲲鹏芯片仍在持续供货。 中长期需要去 A 化产线快速成长。28nm 芯片供货后将优先满足芯片消 耗量较大的信创 PC CPU 的使用需求。未来有可能通过 Chiplet 等先进封 装技术,实现类似于 14nm 芯片的性能表现,从而满足服务器芯片的使 用需求。同时非去 A 化的 14nm 产线乐观情况下也有机会在未来较快跑 通。