國(guó)產(chǎn)CPU進(jìn)入高速發(fā)展階段

國(guó)內(nèi)已開(kāi)啟多技術(shù)路線并行的CPU技術(shù)產(chǎn)業(yè)新格局。在國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)和國(guó)家級(jí)集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金的推動(dòng)之下，我國(guó)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(guó)內(nèi)企業(yè)通過(guò)商業(yè)合作進(jìn)行CPU產(chǎn)品和部分技術(shù)的研發(fā)。Intel獨(dú)攬x86 CPU的基礎(chǔ)架構(gòu)、芯片設(shè)計(jì)、工藝制造三大環(huán)節(jié)并封閉發(fā)展，目前已積累了超過(guò)1.7萬(wàn)件CPU相關(guān)專(zhuān)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(cè)試認(rèn)證，例如內(nèi)存條接口、硬盤(pán)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(zhǎng)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(kāi)發(fā)產(chǎn)品。我國(guó)的兆芯和曙光分別通過(guò)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(guó)內(nèi)企業(yè)展開(kāi)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(jì)相關(guān)產(chǎn)品今年年底實(shí)現(xiàn)正式商用。

ARM體系以開(kāi)放共贏為基本原則，國(guó)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(jì)的研發(fā)。芯片設(shè)計(jì)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(xiǎn)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(duì)接眾多客戶需求而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益獲取。國(guó)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(yàn)，在移動(dòng)終端領(lǐng)域，我國(guó)芯片設(shè)計(jì)技術(shù)已與國(guó)際主流水平同步，在高性能計(jì)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(guó)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(kāi)放生態(tài)，國(guó)內(nèi)企業(yè)是產(chǎn)品研發(fā)和生態(tài)推動(dòng)的主要力量。2012年Imagination和ARM的母公司Bridge Crossing合力購(gòu)得MIPS公司的580項(xiàng)專(zhuān)利，前者聯(lián)合多家MIPS芯片設(shè)計(jì)企業(yè)組建MIPS開(kāi)源社區(qū)PRPL基金會(huì)，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(gòu)以提升知識(shí)產(chǎn)權(quán)綜合能力。我國(guó)目前是推動(dòng)MIPS生態(tài)繁榮的主要力量，龍芯在MIPS精簡(jiǎn)指令集基礎(chǔ)上自主擴(kuò)展了指令集loongISA，并堅(jiān)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(yùn)算性能方面基本追平了AMD的微結(jié)構(gòu)，浮點(diǎn)運(yùn)算性能方面接近Intel在2013年發(fā)布的Ivy。

此外，國(guó)內(nèi)對(duì)Power、Alpha等架構(gòu)也有布局。國(guó)內(nèi)已通過(guò)授權(quán)得到IBM的Power CPU全套技術(shù)，對(duì)標(biāo)行業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)。申威對(duì)自主的Alpha架構(gòu)也在不斷深化升級(jí)，在雙核Alpha基礎(chǔ)上拓展了多核架構(gòu)和SIMD等特色擴(kuò)展指令集，主要面向高性能計(jì)算、服務(wù)器領(lǐng)域，在2016年國(guó)際超算大會(huì)評(píng)比中，基于申威26010處理器的“神威太湖之光”計(jì)算機(jī)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(diǎn)運(yùn)算,成為世界首臺(tái)運(yùn)行速度超10億億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

產(chǎn)業(yè)升級(jí)壓力巨大

國(guó)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(jí)壓力較大。一是目前國(guó)內(nèi)制造工藝落后于國(guó)外兩代，CPU專(zhuān)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(guó)產(chǎn)CPU產(chǎn)品仍需依賴(lài)臺(tái)積電以及國(guó)外廠商。二是我國(guó)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(jì)和制造發(fā)展的需求。華大九天等國(guó)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(guó)內(nèi)制造工藝的升級(jí)，進(jìn)而影響CPU生態(tài)的競(jìng)爭(zhēng)力。

國(guó)產(chǎn)CPU生態(tài)環(huán)境薄弱且成熟緩慢，長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展空間受限。受CPU知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘和國(guó)外CPU企業(yè)對(duì)商業(yè)模式的限制，目前國(guó)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(wú)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(kāi)發(fā)與CPU研制未形成良性互動(dòng)，競(jìng)爭(zhēng)力提升緩慢。當(dāng)前國(guó)產(chǎn)CPU研發(fā)還極大依賴(lài)于國(guó)家項(xiàng)目扶植和支持，未結(jié)合市場(chǎng)需求，導(dǎo)致產(chǎn)品和應(yīng)用脫節(jié)的情況較為突出，無(wú)法持續(xù)發(fā)展。目前各級(jí)單位正在大力推動(dòng)國(guó)產(chǎn)CPU的應(yīng)用，但因基于國(guó)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(jìng)爭(zhēng)力提升緩慢。

四方面入手提升生態(tài)水平

首先，強(qiáng)化統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，提升國(guó)內(nèi)技術(shù)生態(tài)水平。依托國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和企業(yè)的成長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，以我國(guó)信息安全特殊需求為切入點(diǎn)，針對(duì)具有我國(guó)特色的個(gè)性化應(yīng)用需求，聯(lián)合華為、國(guó)防科大、展訊等核心優(yōu)勢(shì)企業(yè)，提升對(duì)CPU產(chǎn)品的研發(fā)和在相應(yīng)生態(tài)中的影響力。深化國(guó)際合作，在兼容開(kāi)放、專(zhuān)利申請(qǐng)等方面爭(zhēng)取更多權(quán)益。

其次，強(qiáng)化配套供給，提升國(guó)內(nèi)生態(tài)體系完備性。一是推動(dòng)國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)與中芯國(guó)際等制造企業(yè)、江蘇長(zhǎng)電等封測(cè)企業(yè)間深化合作，圍繞服務(wù)器、移動(dòng)芯片、物聯(lián)網(wǎng)芯片等專(zhuān)用需求，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)自有的專(zhuān)用制造和封測(cè)工藝技術(shù)。二是加大對(duì)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(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代。三是支持企業(yè)積極參與國(guó)際開(kāi)源社區(qū)，深化對(duì)開(kāi)源軟件技術(shù)的理解，提升國(guó)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(qiáng)化應(yīng)用驅(qū)動(dòng)，推動(dòng)國(guó)內(nèi)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。面向國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用實(shí)際需求，開(kāi)展研發(fā)攻關(guān)和國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用部署。整合各類(lèi)專(zhuān)項(xiàng)資金和社會(huì)資金，繼續(xù)加大對(duì)核心技術(shù)/產(chǎn)品自主突破的支持力度。鼓勵(lì)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(cuò)、完善的體系化迭代創(chuàng)新模式，實(shí)現(xiàn)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的協(xié)同效應(yīng)。

最后，強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，提升國(guó)內(nèi)差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。圍繞我國(guó)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)準(zhǔn)入控制范疇。推動(dòng)企業(yè)加強(qiáng)對(duì)專(zhuān)利申請(qǐng)的重視程度，適當(dāng)降低知識(shí)產(chǎn)權(quán)申請(qǐng)的費(fèi)用門(mén)檻和管理門(mén)檻，探索產(chǎn)業(yè)共建知識(shí)產(chǎn)權(quán)專(zhuān)利池，提升我國(guó)對(duì)外知識(shí)產(chǎn)權(quán)自我保護(hù)能力。

（作者系 中國(guó)信息通信研究院信息化與工業(yè)化融合研究所 周蘭）

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