去年8月，美國(guó)歷史性的“芯片法案”正式落地。而在3月11日，該國(guó)政府再次放話稱，即將再次收緊半導(dǎo)體制造設(shè)備的出口限制，進(jìn)一步阻止中國(guó)發(fā)展先進(jìn)芯片產(chǎn)業(yè)。

現(xiàn)在，留給國(guó)產(chǎn)芯片實(shí)現(xiàn)自主可控的時(shí)間，可能已經(jīng)不多了。尤其是對(duì)于計(jì)算設(shè)備的核心中央處理器(CPU)來說，更是如此。

國(guó)產(chǎn)CPU的六顆“芯”

在這一領(lǐng)域，業(yè)界普遍的觀點(diǎn)是，只有具備獨(dú)立的微架構(gòu)設(shè)計(jì)和自主迭代能力，才算是具備了CPU的研發(fā)能力。

目前，國(guó)內(nèi)主流的CPU廠商有六家：龍芯中科、申威科技、天津飛騰、華為鯤鵬、海光信息及上海兆芯。

雖然同為CPU的設(shè)計(jì)和制造，但在具體的路線上，這幾家卻各不相同。

指令集的三條路

對(duì)于CPU來說，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和計(jì)算的核心便是“指令集”。而指令集的先進(jìn)與否，也關(guān)系到CPU的性能發(fā)揮。

目前，常見的指令集有兩種，即復(fù)雜指令集(CISC)與精簡(jiǎn)指令集(RISC)。其中，x86是復(fù)雜指令集的代表，而ARM、MIPS、ALPHA和RISC-V等是精簡(jiǎn)指令集的代表。

六家大廠間的競(jìng)爭(zhēng)，也要從這“三大路線”上說起。

? ARM指令集(華為、飛騰)

ARM架構(gòu)具有低功耗小體積的特點(diǎn)，主要聚焦移動(dòng)終端市場(chǎng)，在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中被普遍采用。

國(guó)內(nèi)廠商中，ARM路線代表有華為鯤鵬和飛騰，根據(jù)公開資料，兩家都獲得了ARM v8架構(gòu)版本的永久授權(quán)，產(chǎn)品也圍繞該版本研發(fā)和生產(chǎn)。

然而，ARM公司僅對(duì)外授權(quán)某一具體版本的指令集(比如ARM v8)，大版本更新后(如ARMv9)需要重新購(gòu)買授權(quán)，并且要求獲得授權(quán)的企業(yè)不得隨意修改和擴(kuò)展指令集，否則就會(huì)造成侵權(quán)。

目前，鯤鵬和飛騰均沒有取得ARM v9的授權(quán)，將來大概率也不會(huì)拿到授權(quán)，這樣一來，不僅無法擴(kuò)展專用型指令集和特定算法，而且還可能遭受依托新指令的執(zhí)行單元在性能上帶來的降維打擊。長(zhǎng)期來看，在技術(shù)生態(tài)上也有被脫鉤的可能。

圖為ARM的IP授權(quán)模式

? 自研指令集(申威Alpha/SW-64，龍芯MIPS/LoongArch)

主要代表是龍芯和申威。其中，龍芯早期獲得了MIPS有限授權(quán)，并在后續(xù)研發(fā)了LoongArch指令集，但受限于生態(tài)羸弱，市場(chǎng)空間有限。

申威早期采用的是Alpha架構(gòu)，更新的資料顯示，其64位服務(wù)器上搭載的CPU是基于自研的SW-64指令集(兼容Alpha指令集)。其中，Alpha結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)超標(biāo)量和高主頻計(jì)算。雖然也有生態(tài)局限，但申威目前也只服務(wù)于特定的專用領(lǐng)域，所以還好。

? x86指令集(海光、兆芯)

在x86方面，根據(jù)AMD和Intel的交叉授權(quán)協(xié)議，雙方及獲得授權(quán)的企業(yè)，不會(huì)在指令集上出現(xiàn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題。也就是說，無論哪一方都可以基于新發(fā)布的指令集來進(jìn)行CPU的設(shè)計(jì)。

除此之外，x86架構(gòu)兼容性強(qiáng)，配套軟件及開發(fā)工具相對(duì)成熟，且x86架構(gòu)功能強(qiáng)大，高效使用主存儲(chǔ)器，在處理復(fù)雜指令和商業(yè)計(jì)算的運(yùn)用方面有較大優(yōu)勢(shì)。

國(guó)內(nèi)X86陣營(yíng)主要有海光和兆芯兩家廠商，但走的道路也不相同。

兆芯通過收購(gòu)?fù)㈦娮佣@得英特爾階段性授權(quán)，但是據(jù)說后期還需要不斷購(gòu)買威盛的技術(shù)和IP研發(fā)產(chǎn)品，實(shí)力堪憂，同時(shí)還面臨授權(quán)有效期結(jié)束，且無法?續(xù)訂的困境。

海光則從AMD拿到了ZEN1架構(gòu)和X86指令集的永久授權(quán)，不僅可以自行設(shè)計(jì)CPU內(nèi)核和SOC，也可以自行安全擴(kuò)充指令集，目前發(fā)展空間和潛力最大。根據(jù)公開資料，海光目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自主迭代，自主研發(fā)的海光3號(hào)處理器性能超越了Zen 2，并接近Zen 3的水平。

國(guó)產(chǎn)CPU如何破局？

整體來看，國(guó)產(chǎn)CPU陣容不容小覷，也已取得了不小的進(jìn)展，但獨(dú)立自主依然是最重要的底層邏輯。基于當(dāng)前的內(nèi)外環(huán)境，采用x86指令集及授權(quán)+自研的企業(yè)，在自主迭代上更有保障。

不過，這也只是開始，芯片架構(gòu)的后續(xù)迭代發(fā)展，依然只能靠企業(yè)進(jìn)行自主研發(fā)。因此，持續(xù)的資金和人才投入也非常重要。

此外，國(guó)產(chǎn)芯片想要破局，勢(shì)必需要走上商業(yè)化的路子，這就必須依托于成熟而完整的軟硬件生態(tài)，類似于蘋果的封閉式生態(tài)路線并不適合所有廠商，除了龐大的資金投入，尤其需要大把的時(shí)間和寬松的環(huán)境。這些都是國(guó)內(nèi)企業(yè)最缺少的。

如今，整個(gè)國(guó)產(chǎn)CPU陣營(yíng)都面臨著巨大的壓力，破局固然不是朝夕之功，但可以找到一個(gè)突破口，優(yōu)先發(fā)力，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)。