三家國產(chǎn)高端CPU廠商的探索實踐

迎九

摘要：在今年上半年深圳舉辦的“第一屆中國高端芯片高峰論壇”的“高端處理器發(fā)展戰(zhàn)略研討”上，龍芯、飛騰和兆芯介紹了其CPU發(fā)展思路、戰(zhàn)略及產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：國產(chǎn)；高端；處理器；CPU

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2017.8.003

龍芯要“三分天下有其一”

投資與盈利狀況

CPU需要巨大的前期投入。龍芯經(jīng)歷了中央投資、地方投資和市場投資三個階段。從2015年開始是市場投資階段，公司進入了發(fā)展期，獲得了市場投資：國內(nèi)私募資本

鼎輝資本注資，2015年公司第一次實現(xiàn)了盈虧平衡，2016年盈利1500多萬元。龍芯中科總裁胡偉武認為，龍芯現(xiàn)在處于VC（風險投資）的后期。

三個岔路口

龍芯走過了三個需要選擇的叉路口。

第一是走市場化路還是學院派的道路。這看起來容易（肯定要走市場化道路），但做起來很難，正所謂“知易行難”，難的是要專心致志，不腳踩兩只船，為此上百位科研骨干從中科院辭職。

第二個叉路口是自主研發(fā)還是引進技術(shù)。龍芯選擇了自主研發(fā)，這是“知難行難的事，因為英特爾、微軟等同行很強大。

第三個叉路口是做產(chǎn)品還是建生態(tài)？做產(chǎn)品，就是定位在一個生態(tài)圈中，在已有的生態(tài)中做產(chǎn)品。另外是建自己的生態(tài)圈。龍芯選擇了建立“三分天下有其一”的自主軟硬件生態(tài)。這可謂“知更難行更難”。

因此，龍芯的道路是以安全可控為主題，以產(chǎn)業(yè)發(fā)展為主線，以體系建設(shè)為目標。

第二代產(chǎn)品已可以打價格戰(zhàn)

龍芯現(xiàn)在有三代產(chǎn)品。第一代是2013/2014年，做桌面和服務(wù)器CPU，稱為大CPU，定位與英特爾的酷睿、至強競爭，當時是有差距的。因為盡管個別指標是世界領(lǐng)先的，但到市場一用，發(fā)現(xiàn)個別指標高沒用，短板起了主要作用，因為科研一般是很少考慮短板的。但短板在通用領(lǐng)域是不行的。不過，龍芯建立了產(chǎn)品和服務(wù)體系，通過差異化可以滿足不少單一需求，但是通用處理市場占有率很低。

2013年開始部署第二代產(chǎn)品，2016/2017年慢慢推向市場。公司定義了四款芯片：3A/B2000、3A/B3000、2K1000、7A，還做了很多專用芯片。龍芯的自我評價是通用處理性能提高到原來的3-5倍，超過了英特爾的凌動系列，可以滿足行業(yè)需求。

第二代產(chǎn)品轉(zhuǎn)型背后的邏輯是什么？

首先是多核CPU，當時做1 6核還是64核？發(fā)現(xiàn)核多了沒用。重點是單核性能提高，先把雙核和四核做精，就像體育比賽主要靠運動員的個人素質(zhì)，靠人多取勝的只有拔河。 “龍芯原來的微結(jié)構(gòu)，與奔騰4差不多，新的微結(jié)構(gòu)和英特爾的酷睿是可比的?！焙鷤ノ浞Q。

專用芯片改成了追求以實用為前提的高性價比，對生態(tài)性能易發(fā)揮。例如衛(wèi)星上用的芯片賣得貴一些，收入也較高。龍芯還有一款水表專用芯片，單價兩百多元。專用芯片可以幫助龍芯賺錢。

第三代產(chǎn)品將于2019/2020年問世。希望性能再提高1-2倍。

如果評價這三代芯片，英特爾的通用處理器在2010到2012年之間到了天花板，之后單核性能沒怎么提高。龍芯第一代產(chǎn)品是剛離開地板，第二代產(chǎn)品已在半空，希望第三代產(chǎn)品接近國際主流產(chǎn)品的天花板。

而且第二代產(chǎn)品是可以滿足行業(yè)需求的。第二代產(chǎn)品的部分產(chǎn)品可以參與開發(fā)市場競爭，例如專用芯片1C，上海的一家客戶把它做在了POS（銷售點）終端機中，每年銷售數(shù)干臺。而且龍芯的一些芯片可以開始打價格戰(zhàn)，例如3A/3B的芯片。

會做CPU不稀奇，難的是會做生態(tài)。

經(jīng)過多年努力，下游客戶中基于龍芯CPU的研發(fā)人員已經(jīng)達到了上萬人，現(xiàn)在約有兩萬人。生態(tài)建設(shè)已經(jīng)開始顯現(xiàn)，完全可以知道在每一個局部都不如國外的情況下做好整體系統(tǒng)性能優(yōu)于國外系統(tǒng)。就像蘋果做的集約型系統(tǒng)，其CPU不如英特爾，操作系統(tǒng)不如微軟，但是用戶體驗好，主要是做了集約化。所以判斷技術(shù)是否先進的標準不是看他跟美國人跟得緊不緊，而是看他跟應(yīng)用結(jié)合得緊不緊。建生態(tài)沒有那么難，關(guān)鍵是看他們在應(yīng)用的過程中對產(chǎn)業(yè)是否有深刻的理解。

胡偉武用毛主席的這句話形容龍芯目前的狀況：我們正在前進，我們正在做我們的前人從來沒有做過的極其光榮偉大的事業(yè)。我們的目的一定要達到，我們的目的一定可以達到。

飛騰：加入開放的ARM生態(tài)，看好定制化服務(wù)器市場

飛騰研發(fā)CPU已經(jīng)有二十多年了。這幾年介入到國際主流生態(tài)以后，獲得了開放生態(tài)的很多益處。

國產(chǎn)CPU過去盡管有國家很多資金支持，為什么這么多年一直沒做好呢？天津飛騰信息技術(shù)有限公司總經(jīng)理谷虹有幾點體會。

一方面，我們一直是一個追趕者。最重要的是有很多壁壘，尤其是一些無法跨越的專利壁壘和市場壁壘。按理市場壁壘是可以跨越的，專利壁壘需要長期積累。但有一些使用慣性和習慣，再加上CPU是龐大的應(yīng)用生態(tài)體系，所以讓市場壁壘貌似理論上可以跨越，實際上做起來是非常困難的。

在研究CPU的過程中，也有一些貌似的機會，例如曾經(jīng)遇到過一些學術(shù)界談到的瓶頸，但是實際上這些瓶頸并沒有真正轉(zhuǎn)變成國產(chǎn)CPU發(fā)展的契機。

總結(jié)起來，CPU的發(fā)展還有很多東西需要解決，例如關(guān)于無人、無錢、無雄心和無耐心等。最后一點，CPU的競爭最終是一個體系的競爭，如果僅僅做一款芯片，怎么樣讓大家都用起來？

但今天飛騰看到了新的機遇，可謂“天時、地利、人和”。

天時：瓦聯(lián)網(wǎng)催生新模式

“天時”是新的業(yè)務(wù)模式。之前的PC電腦促進了英特爾與微軟的Wintel聯(lián)盟的發(fā)展，也促進了產(chǎn)業(yè)兩大巨頭的壟斷地位，今天互聯(lián)網(wǎng)時代變化很大，例如用戶的使用習慣也發(fā)生了變化，也給我們帶來了很多機遇。endprint

首先是新的商業(yè)模式：1.大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新。第一個特點是很多人到一個新的領(lǐng)域來，一個新的領(lǐng)域就要有細分市場，細分市場就為多樣化、定制化提供了條件。第二個特點是因為大家都參與進來，與生態(tài)環(huán)境和開源系統(tǒng)是相互促進的。

2.垂直整合的提供商思維。整合商有一些性能的新應(yīng)用，會給無論是芯片、軟件、硬件都帶來新的機會。

其次，這就催生了新的計算模式，包括海量數(shù)據(jù)的存儲、挖掘，實時、隨機的計算模式向傳統(tǒng)計算結(jié)構(gòu)提出了挑戰(zhàn)，催生了高通量、高吞吐、高密度、高效能計算的需求。對于CPU從業(yè)者，如何適應(yīng)這些新的計算模式尚處于探索、嘗試階段。挑戰(zhàn)同時也是機遇，是新秩序確立的絕佳時機，希望這一次飛騰能夠真正抓住機遇，迎頭趕上。

地利：中國定制市場崛起

隨著中國市場的興起，確實為某些專業(yè)化和定制化服務(wù)提供了機遇，例如中國的服務(wù)器廠商也在崛起。有數(shù)據(jù)顯示，從2010年開始，華為、浪潮和曙光服務(wù)器的量分別增長了44%、20%、11%，提升幅度很大。BAT（百度、阿里巴巴、騰訊）推動的天蝎計劃為定制服務(wù)器市場帶來機遇，中國本土化需求推動深度定制。

人和：眾人參與

所謂眾人參與，就是開放。CPU的開放就是生態(tài)的開放，意味著參與的人多、廠家也多。因為參與門檻低，會強調(diào)技術(shù)競爭，因此從某種程度上來說，可以繞過和打破一些技術(shù)壁壘，這樣大家可以發(fā)揮各自所長，一起來把這件事情做好。

CPU的生態(tài)是什么？主要是指令級體系結(jié)構(gòu)，開放的是指令級結(jié)構(gòu)，諸如OpenPOWER、Openxx. ARM以及RISC-V等都是開放的指令級，可以通過商業(yè)或協(xié)會途徑拿到這些指令級，基于這些指令級，可以考慮如何把CPU做好。因此開放的生態(tài)也使深度的定制成為了可能。

至此，國產(chǎn)CPU的“天時、地利、人和”都有了，我們要做的是抓住機遇，也就是不能做落后的東西，要做先進的東西，這樣才不會落后。因為芯片的研發(fā)一定要提前很多年，最終才會出來產(chǎn)品，它的研發(fā)產(chǎn)品和市場推廣一定要有前瞻性。對于技術(shù)體系更是如此，如果跟了一個落后的東西，未來會很辛苦，所以一定要跟著先進的東西走。同時，即便是跟了最先進的技術(shù)體系，也要把技術(shù)創(chuàng)新放在首位。在這種情況下，希望國家加強基礎(chǔ)人才的培訓建設(shè)，為我們培養(yǎng)更多的專業(yè)人員。

對于市場，也有一個新的變化，諸如新的云應(yīng)用，所謂“云升端降”的態(tài)勢，因此對服務(wù)器就有了更多的需求。因為現(xiàn)在應(yīng)用的多種化，跟市場的密切相關(guān)也為我國服務(wù)器市場能夠取得話語權(quán)、占領(lǐng)一些細分市場提供了機會。在這種情況下，我們就不要在后面跟隨了。新時代的模式

因為從業(yè)CPU很多年，有時候有一個發(fā)展巔峰，出來了一款芯片，領(lǐng)導就會問：你跟英特爾比差多少年}這確實是一個重要的對比指標，但是不是英特爾這樣，我們也要這樣}現(xiàn)在時代在變，我們也需要換一種思維。今天已經(jīng)從互聯(lián)網(wǎng)時代進入到移動互聯(lián)網(wǎng)階段，移動互聯(lián)網(wǎng)給我們帶來了很多不同的模式和特點，不宜亦步亦趨，堅持開放，及時換道，走出一條創(chuàng)新發(fā)展之路。

對開放的幾個誤區(qū)

首先開放并不意味著不自主，自主不是要封閉起來，自主是有發(fā)展權(quán)。傳統(tǒng)觀念是：如果不在我手上就不好發(fā)展，另外，開放不意味著不跟著國際主流走，更不意味著不安全。飛騰的開放有三個原則：1.主流+開放，即堅持跟著國際主流的技術(shù)路線走：2.自主+開放，即堅持自己的核心技術(shù)：3.安全+開放。

看好定制服務(wù)器

傳統(tǒng)的服務(wù)器架構(gòu)面臨一定的問題：傳統(tǒng)服務(wù)器比較看重的是性能?，F(xiàn)在根據(jù)技術(shù)的發(fā)展，有時不僅關(guān)注性能，諸如每瓦特的性能，每刀的性能，每立方米的性能。在這種情況下，定制對于綜合的考量就會有很大提高。還有數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用也會日趨多樣化，根據(jù)不同的應(yīng)用進行分配。

這為以前單一的，通用的架構(gòu)也帶來了挑戰(zhàn)。

還有同質(zhì)化，以前的服務(wù)器是同質(zhì)化嚴重，現(xiàn)在因為應(yīng)用的多樣化，對服務(wù)器也有了新的需求。

定制化應(yīng)該關(guān)注幾個方面：1.TCO（整體性能的費用）；2.面向特定負載的優(yōu)化，也就是對于不同的應(yīng)用要面向這方面進行優(yōu)化：3.以標準化來代替定制：4.關(guān)注生態(tài)。

關(guān)于定制服務(wù)器，國際上目前也是潮流，例如國際上有開放計算項目（OCP）組織，很多著名廠家參與其中。國內(nèi)有BAT廠家牽頭的天蝎計劃，現(xiàn)在已經(jīng)更名叫“中國開放數(shù)據(jù)中心委員會”，他們對服務(wù)器的定制也做出了一定的標準。

未來，我們認為一定是從服務(wù)器的定制到芯片級的定制。飛騰做芯片也在延續(xù)這樣的路：模塊化、定制化。

飛騰FT-1500A/4系列是全球首款發(fā)布成功的基于ARM64位架構(gòu)的服務(wù)器芯片，面向服務(wù)器和桌面市場。FT-2000/64是全球ARM架構(gòu)中性能最高的服務(wù)器芯片之一。

飛騰以兼容64位ARMv8架構(gòu)為基礎(chǔ)，致力于組建開放的ARM生態(tài)環(huán)境。從軟件、硬件，到基礎(chǔ)軟件，很多的廠家已經(jīng)參與到了飛騰的開放生態(tài)環(huán)境中來。

兆芯：做自主的x86全兼容處理器

發(fā)展國產(chǎn)CPU的重要性

為什么要談國產(chǎn)CPU？上海兆芯集成電路有限公司市場營銷總監(jiān)何英松認為，CPU作為國家最具代表性的產(chǎn)品，其重要程度已不言而喻。但是國產(chǎn)CPU在追趕中需要走的路還很長，國產(chǎn)通用CPU在設(shè)計上仍然是國際行業(yè)標準的跟隨者，還沒有達到行業(yè)標準的制定者和參與者身份。

另外，核心的技術(shù)突破非常有限，只有極少數(shù)的企業(yè)才能具備關(guān)鍵IP和設(shè)計的能力，在沒有的情況下，只能向外面購買，這個價格顯然不菲。同時，買得到的肯定不是最好的。因此發(fā)展國產(chǎn)CPU十分必要。

再有，產(chǎn)品推廣應(yīng)用規(guī)模有限。有時候一些機器拿出去之后，送出去試用、推廣，很多時候都會到一兩個單位，一個單位平均才一到兩臺，每個月到固定的時候才打開機器用一下，剩下的時間就放在那里，該用別人的機器還是用別人的機器，辦公的時候該用什么還是用什么。這個對于國產(chǎn)產(chǎn)品來說，發(fā)展是不健康的。endprint

那么如何改善？首先應(yīng)該加快促進標準定制本土化的進程，加大研發(fā)投入，培養(yǎng)高端人才，塑造開放生態(tài)，擴大應(yīng)用推廣，統(tǒng)籌發(fā)展基金等。

特別強調(diào)的是：希望塑造開放的生態(tài)。很多時候我們現(xiàn)在看到的，各家有各家的產(chǎn)業(yè)鏈，各家有各家的生態(tài)環(huán)境，都不一樣。希望在這里彼此交叉開放和融合，聯(lián)合起來對產(chǎn)業(yè)鏈的整個上下游進行互動，這樣才能促進國產(chǎn)CPU的生態(tài)圈的健康發(fā)展，畢竟大家都是為了同一個目標而努力：即為了國家。如果因為不同企業(yè)間各自的看法，一個企業(yè)的私自的行為，進而影響了國家的戰(zhàn)略利益，這顯然不是一件好事。

最后希望擴大應(yīng)用推廣，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的良性循環(huán)。對于芯片企業(yè)來說，如果不能加強大量的應(yīng)用，就不能找得到自己存在的問題所在，同時也吃不飽，只能靠各種資金的投入來維持自己的正常運轉(zhuǎn)，這顯然也不是一個健康的發(fā)展態(tài)勢。

兆芯x86的定位是自主、安全和商用

兆芯自成立開始就抱著完全產(chǎn)業(yè)化的心態(tài)和商業(yè)化的要求來要求自己。公司首先有完全的自主的IP核，100%在自己手里，不需要向外面購買。兆芯的CPU、GPU等所有核心技術(shù)在自己手里，應(yīng)用起來非常方便。

第二，兆芯自成立以來就堅持x86的全兼容路線，支持Windows及國產(chǎn)操作系統(tǒng)，兼容上億種軟件及上千中外設(shè)。

自主安全可靠。整個芯片的設(shè)計研發(fā)都是由中國團隊在境內(nèi)完成的。

產(chǎn)業(yè)化能力強。既然兆芯是從商業(yè)化的角度來要求自己，所以給到客戶的產(chǎn)品也是按照商業(yè)化的標準來要求的，例如目前可以做到整機無故障時間10萬小時，這一點完全是按照國際上的標準來完成的。另外供貨的良率非常高，達到99.8%以上。

最后一個是客戶的擁有成本非常低，兆芯不會向客戶收取任何的開發(fā)費用，授權(quán)費用等等。

產(chǎn)品方面，新一代兆芯ZX-D流片成功，有4核和8核兩款，分別面向的是臺式機和服務(wù)器。值得一提的是，D款芯片比C的芯片性能提升非常多，如果單核有20% -26%的提升，多核可以達到30% -40%的提升，如果到8核，可以達到40%多- 50%多的提升。

參考文獻：

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