中國信息通信研究院信息化與工業化融合研究所 周蘭

國產CPU進入高速發展階段

國內已開啟多技術路線并行的CPU技術產業新格局。在國家科技重大專項和國家級集成電路產業投資基金的推動之下，我國CPU產品技術研發已進入多技術路線同步推進的高速發展階段，并因發展模式和技術特性的不同而呈現出不同的發展特色。其中：

x86體系由Intel封閉主導，國內企業通過商業合作進行CPU產品和部分技術的研發。Intel獨攬x86 CPU的基礎架構、芯片設計、工藝制造三大環節并封閉發展，目前已積累了超過1.7萬件CPU相關專利。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，也主導著與x86相關的標準技術和測試認證，例如內存條接口、硬盤接口以及PCIe總線接口等；在軟件層面，與微軟結成“Wintel”聯盟形成長期相互協同的利益閉環，眾多應用廠商圍繞x86+Windows體系開發產品。我國的兆芯和曙光分別通過與威盛和AMD的商業合作進行x86 CPU的研發，其中兆芯已推出3代CPU產品，并形成了完整的芯片組解決方案，在操作系統層面除兼容Windows和Linux外，也聯合方德、中標、普華等多家國內企業展開適配；曙光聯姻AMD加快在服務器領域的布局，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，預計相關產品今年年底實現正式商用。

ARM體系以開放共贏為基本原則，國內企業在獲得技術授權的基礎上進行芯片架構和芯片設計的研發。芯片設計企業基于ARM授權的基礎架構/IP核進行芯片研發，降低了研發的難度、風險和成本，與ARM公司形成互惠互利的合作伙伴關系。而生態系統中大量的上下游軟硬件企業則遵循ARM統一制定的標準規范，對接眾多客戶需求而實現經濟利益獲取。國內基于ARM生態的CPU產業已有較好基礎，華為海思、展訊、聯芯、飛騰等眾多企業均已累積多年的ARM芯片研發經驗，在移動終端領域，我國芯片設計技術已與國際主流水平同步，在高性能計算等應用領域也推出了相應的CPU產品。華為、展訊、國防科大等取得ARM自主化程度最高的架構授權，可進行自主CPU基礎架構的研發。

MIPS體系基于架構授權構建開放生態，國內企業是產品研發和生態推動的主要力量。2012年Imagination和ARM的母公司Bridge Crossing合力購得MIPS公司的580項專利，前者聯合多家MIPS芯片設計企業組建MIPS開源社區PRPL基金會，共同推進MIPS架構與IP的持續向前發展；后者則側重于戰略性收購以提升知識產權綜合能力。我國目前是推動MIPS生態繁榮的主要力量，龍芯在MIPS精簡指令集基礎上自主擴展了指令集loongISA，并堅持自主研發微架構和編譯器，2015年8月發布的GS464E在整數運算性能方面基本追平了AMD的微結構，浮點運算性能方面接近Intel在2013年發布的Ivy。

此外，國內對Power、Alpha等架構也有布局。國內已通過授權得到IBM的Power CPU全套技術，對標行業應用市場。申威對自主的Alpha架構也在不斷深化升級，在雙核Alpha基礎上拓展了多核架構和SIMD等特色擴展指令集，主要面向高性能計算、服務器領域，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”計算機系統首次亮相并奪冠,其峰值性能達每秒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。

產業升級壓力巨大

國產CPU產業配套滯后于產品技術需求，后續升級壓力較大。一是目前國內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，面向服務器和PC的國產CPU產品仍需依賴臺積電以及國外廠商。二是我國IP產值不足全球的10%，并且高端IP的缺乏難以滿足設計和制造發展的需求。華大九天等國內企業發展自主EDA工具，但目前仍較多應用在低端產品當中。此外，與工藝制造相關的裝備和材料技術的落后也制約國內制造工藝的升級，進而影響CPU生態的競爭力。

國產CPU生態環境薄弱且成熟緩慢，長遠發展空間受限。受CPU知識產權壁壘和國外CPU企業對商業模式的限制，目前國內孤立的CPU生態環境基礎薄弱且成熟緩慢，主要表現在合作伙伴少、軟硬件生態力量分散、無法建立Wintel聯盟的協同共贏模式、缺乏產業上下游間的融合發展和深度優化等。

應用開發與CPU研制未形成良性互動，競爭力提升緩慢。當前國產CPU研發還極大依賴于國家項目扶植和支持，未結合市場需求，導致產品和應用脫節的情況較為突出，無法持續發展。目前各級單位正在大力推動國產CPU的應用，但因基于國產CPU的操作系統及應用軟件生態并不豐富，目前規模較小，產品競爭力提升緩慢。

四方面入手提升生態水平

首先，強化統籌協調，提升國內技術生態水平。依托國內的市場優勢和企業的成長優勢，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用需求，聯合華為、國防科大、展訊等核心優勢企業，提升對CPU產品的研發和在相應生態中的影響力。深化國際合作，在兼容開放、專利申請等方面爭取更多權益。

其次，強化配套供給，提升國內生態體系完備性。一是推動國內芯片設計企業與中芯國際等制造企業、江蘇長電等封測企業間深化合作，圍繞服務器、移動芯片、物聯網芯片等專用需求，實現國內自有的專用制造和封測工藝技術。二是加大對與芯片特色功能優化緊密相關的基礎IP的自研力度，力圖逐步實現國產化替代。三是支持企業積極參與國際開源社區，深化對開源軟件技術的理解，提升國內CPU系列芯片產品配套應用的系統軟件和應用軟件供給能力。

再次，強化應用驅動，推動國內技術產業化進程。面向國產化應用實際需求，開展研發攻關和國產化應用部署。整合各類專項資金和社會資金，繼續加大對核心技術/產品自主突破的支持力度。鼓勵應用企業主導建立應用牽引、研用融合的核心技術研發體系，形成研發、應用、糾錯、完善的體系化迭代創新模式，實現技術研發與應用的協同效應。

最后，強化標準建設，提升國內差異化競爭優勢。圍繞我國特定領域信息安全需求，構建完備的標準化體系，并將其納入國內市場準入控制范疇。推動企業加強對專利申請的重視程度，適當降低知識產權申請的費用門檻和管理門檻，探索產業共建知識產權專利池，提升我國對外知識產權自我保護能力。