15
國產(chǎn) CPU 進(jìn)入高速發(fā)展階段
國內(nèi)已開啟多技術(shù)路線并行的 CPU 技術(shù)產(chǎn)業(yè)新格局。在國家科技重大專項和國家級集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金的推動之下，我國 CPU 產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)已進(jìn)入多技術(shù)路線同步推進(jìn)的高速發(fā)展階段，并因發(fā)展模式和技術(shù)特性的不同而呈現(xiàn)出不同的發(fā)展特色。其中：
x86 體系由 Intel 封閉主導(dǎo)，國內(nèi)企業(yè)通過商業(yè)合作進(jìn)行 CPU 產(chǎn)品和部分技術(shù)的研發(fā)。Intel 獨攬 x86 CPU 的基礎(chǔ)架構(gòu)、芯片設(shè)計、工藝制造三大環(huán)節(jié)并封閉發(fā)展，目前已積累了超過 1.7 萬件 CPU 相關(guān)專利。在硬件層面，不僅掌控與北橋 CPU 配套的南橋芯片組外圍接口、GPU 等核心技術(shù)，也主導(dǎo)著與 x86 相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)和測試認(rèn)證，例如內(nèi)存條接口、硬盤接口以及 PCIe 總線接口等；在軟件層面，與微軟結(jié)成“Wintel”聯(lián)盟形成長期相互協(xié)同的利益閉環(huán)，眾多應(yīng)用廠商圍繞 x86+Windows 體系開發(fā)產(chǎn)品。我國的兆芯和曙光分別通過與威盛和 AMD 的商業(yè)合作進(jìn)行 x86 CPU 的研發(fā)，其中兆芯已推出 3 代 CPU 產(chǎn)品，并形成了完整的芯片組解決方案，在操作系統(tǒng)層面除兼容 Windows 和 Linux 外，也聯(lián)合方德、中標(biāo)、普華等多家國內(nèi)企業(yè)展開適配；曙光聯(lián)姻 AMD 加快在服務(wù)器領(lǐng)域的布局，自研安全加密模塊替代原有 AMD 的安全部分，提升安全保障能力，預(yù)計相關(guān)產(chǎn)品今年年底實現(xiàn)正式商用。
ARM 體系以開放共贏為基本原則，國內(nèi)企業(yè)在獲得技術(shù)授權(quán)的基礎(chǔ)上進(jìn)行芯片架構(gòu)和芯片設(shè)計的研發(fā)。芯片設(shè)計企業(yè)基于 ARM 授權(quán)的基礎(chǔ)架構(gòu) /IP 核進(jìn)行芯片研發(fā)，降低了研發(fā)的難度、風(fēng)險和成本，與 ARM 公司形成互惠互利的合作伙伴關(guān)系。而生態(tài)系統(tǒng)中大量的上下游軟硬件企業(yè)則遵循 ARM 統(tǒng)一制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對接眾多客戶需求而實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益獲取。國內(nèi)基于 ARM 生態(tài)的 CPU 產(chǎn)業(yè)已有較好基礎(chǔ)，華為海思、展訊、聯(lián)芯、飛騰等眾多企業(yè)均已累積多年的 ARM 芯片研發(fā)經(jīng)驗，在移動終端領(lǐng)域，我國芯片設(shè)計技術(shù)已與國際主流水平同步，在高性能計算等應(yīng)用領(lǐng)域也推出了相應(yīng)的 CPU 產(chǎn)品。華為、展訊、國防科大等取得 ARM 自主化程度最高的架構(gòu)授權(quán)，可進(jìn)行自主 CPU 基礎(chǔ)架構(gòu)的研發(fā)。
MIPS 體系基于架構(gòu)授權(quán)構(gòu)建開放生態(tài)，國內(nèi)企業(yè)是產(chǎn)品研發(fā)和生態(tài)推動的主要力量。2012 年 Imagination 和 ARM 的母公司 Bridge Crossing 合力購得 MIPS 公司的 580 項專利，前者聯(lián)合多家 MIPS 芯片設(shè)計企業(yè)組建 MIPS 開源社區(qū) PRPL 基金會，共同推進(jìn) MIPS 架構(gòu)與 IP 的持續(xù)向前發(fā)展；后者則側(cè)重于戰(zhàn)略性收購以提升知識產(chǎn)權(quán)綜合能力。我國目前是推動 MIPS 生態(tài)繁榮的主要力量，龍芯在 MIPS 精簡指令集基礎(chǔ)上自主擴展了指令集 loongISA，并堅持自主研發(fā)微架構(gòu)和編譯器，2015 年 8 月發(fā)布的 GS464E 在整數(shù)運算性能方面基本追平了 AMD 的微結(jié)構(gòu)，浮點運算性能方面接近 Intel 在 2013 年發(fā)布的 Ivy。
此外，國內(nèi)對 Power、Alpha 等架構(gòu)也有布局。國內(nèi)已通過授權(quán)得到 IBM 的 Power CPU 全套技術(shù)，對標(biāo)行業(yè)應(yīng)用市場。申威對自主的 Alpha 架構(gòu)也在不斷深化升級，在雙核 Alpha 基礎(chǔ)上拓展了多核架構(gòu)和 SIMD 等特色擴展指令集，主要面向高性能計算、服務(wù)器領(lǐng)域，在 2016 年國際超算大會評比中，基于申威 26010 處理器的“神威太湖之光”計算機系統(tǒng)首次亮相并奪冠,其峰值性能達(dá)每秒 12.5 億億次浮點運算,成為世界首臺運行速度超 10 億億次的超級計算機。
產(chǎn)業(yè)升級壓力巨大
國產(chǎn) CPU 產(chǎn)業(yè)配套滯后于產(chǎn)品技術(shù)需求，后續(xù)升級壓力較大。一是目前國內(nèi)制造工藝落后于國外兩代，CPU 專用和高性能制造工藝尚處于起步階段，面向服務(wù)器和 PC 的國產(chǎn) CPU 產(chǎn)品仍需依賴臺積電以及國外廠商。二是我國 IP 產(chǎn)值不足全球的 10%，并且高端 IP 的缺乏難以滿足設(shè)計和制造發(fā)展的需求。華大九天等國內(nèi)企業(yè)發(fā)展自主 EDA 工具，但目前仍較多應(yīng)用在低端產(chǎn)品當(dāng)中。此外，與工藝制造相關(guān)的裝備和材料技術(shù)的落后也制約國內(nèi)制造工藝的升級，進(jìn)而影響 CPU 生態(tài)的競爭力。
國產(chǎn) CPU 生態(tài)環(huán)境薄弱且成熟緩慢，長遠(yuǎn)發(fā)展空間受限。受 CPU 知識產(chǎn)權(quán)壁壘和國外 CPU 企業(yè)對商業(yè)模式的限制，目前國內(nèi)孤立的 CPU 生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)薄弱且成熟緩慢，主要表現(xiàn)在合作伙伴少、軟硬件生態(tài)力量分散、無法建立 Wintel 聯(lián)盟的協(xié)同共贏模式、缺乏產(chǎn)業(yè)上下游間的融合發(fā)展和深度優(yōu)化等。
應(yīng)用開發(fā)與 CPU 研制未形成良性互動，競爭力提升緩慢。當(dāng)前國產(chǎn) CPU 研發(fā)還極大依賴于國家項目扶植和支持，未結(jié)合市場需求，導(dǎo)致產(chǎn)品和應(yīng)用脫節(jié)的情況較為突出，無法持續(xù)發(fā)展。目前各級單位正在大力推動國產(chǎn) CPU 的應(yīng)用，但因基于國產(chǎn) CPU 的操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件生態(tài)并不豐富，目前規(guī)模較小，產(chǎn)品競爭力提升緩慢。
四方面入手提升生態(tài)水平
首先，強化統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，提升國內(nèi)技術(shù)生態(tài)水平。依托國內(nèi)的市場優(yōu)勢和企業(yè)的成長優(yōu)勢，以我國信息安全特殊需求為切入點，針對具有我國特色的個性化應(yīng)用需求，聯(lián)合華為、國防科大、展訊等核心優(yōu)勢企業(yè)，提升對 CPU 產(chǎn)品的研發(fā)和在相應(yīng)生態(tài)中的影響力。深化國際合作，在兼容開放、專利申請等方面爭取更多權(quán)益。
其次，強化配套供給，提升國內(nèi)生態(tài)體系完備性。一是推動國內(nèi)芯片設(shè)計企業(yè)與中芯國際等制造企業(yè)、江蘇長電等封測企業(yè)間深化合作，圍繞服務(wù)器、移動芯片、物聯(lián)網(wǎng)芯片等專用需求，實現(xiàn)國內(nèi)自有的專用制造和封測工藝技術(shù)。二是加大對與芯片特色功能優(yōu)化緊密相關(guān)的基礎(chǔ) IP 的自研力度，力圖逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化替代。三是支持企業(yè)積極參與國際開源社區(qū)，深化對開源軟件技術(shù)的理解，提升國內(nèi) CPU 系列芯片產(chǎn)品配套應(yīng)用的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件供給能力。
再次，強化應(yīng)用驅(qū)動，推動國內(nèi)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。面向國產(chǎn)化應(yīng)用實際需求，開展研發(fā)攻關(guān)和國產(chǎn)化應(yīng)用部署。整合各類專項資金和社會資金，繼續(xù)加大對核心技術(shù) / 產(chǎn)品自主突破的支持力度。鼓勵應(yīng)用企業(yè)主導(dǎo)建立應(yīng)用牽引、研用融合的核心技術(shù)研發(fā)體系，形成研發(fā)、應(yīng)用、糾錯、完善的體系化迭代創(chuàng)新模式，實現(xiàn)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的協(xié)同效應(yīng)。
最后，強化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，提升國內(nèi)差異化競爭優(yōu)勢。圍繞我國特定領(lǐng)域信息安全需求，構(gòu)建完備的標(biāo)準(zhǔn)化體系，并將其納入國內(nèi)市場準(zhǔn)入控制范疇。推動企業(yè)加強對專利申請的重視程度，適當(dāng)降低知識產(chǎn)權(quán)申請的費用門檻和管理門檻，探索產(chǎn)業(yè)共建知識產(chǎn)權(quán)專利池，提升我國對外知識產(chǎn)權(quán)自我保護(hù)能力。
