國產CPU群雄逐鹿誰主沉浮


近年來,隨著自主CPU技術取得長足進步,助力神威太湖之光一度在TOP500刷榜,過去對在技術上對我國嚴防死守的境外寡頭紛紛改變過去嚴防死守策略,赴中國大陸開展合資或合作,高通、IBM、英特爾、ARM、AMD等公司均在大陸找到了合作伙伴。

當下,國內(桌面、服務器)CPU與外商有較大差距,除了海光(Zen)在性能上可能具有一拼之力外,其它國產CPU在商業市場上面對英特爾、AMD基本不具備競爭力,因而只能在籬笆牆內的市場角逐。而為了能夠進入籬笆牆內的市場,就必須符合自主可控標準,進而導致一個有趣的現象,那就是從國外買源代碼,買IP做SoC設計的廠商都宣傳自主研發、自主可控。在籬笆牆內的市場,龍蛇並起,環境極度惡劣,可謂是群雄逐鹿互相傾軋。

到底哪家公司有望問鼎中原呢?

鐵流對籬笆牆內市場和各家CPU公司的發展做一個預測。

國產CPU群雄逐鹿誰主沉浮

申威

申威採用自主定義的SW64指令集,有別於引進的CPU指令集,是完全自主的,知識產權和自主研發能力不受限制。這裡再強調一下,DEC已經掛了20年了,別給SW找爹了,SW不是Alpha指令集。不會被斷供、制裁,或停止收取的風險,可以威關鍵領域提供長遠的、可控的供應鏈和技術支撐。能同時解決“下絆子”、“卡脖子”、“捅刀子”等問題。


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申威最大的特點就是獨立自主,安全可控。申威CPU的結構設計、邏輯設計、正確性驗證、物理設計、及測試封狀等由我方獨立完成。申威CPU不存在人為安全隱患,現行木馬、病毒無法攻擊,開展了高等級安全的特色設計。

申威CPU的性能也很不錯,基本國內第一梯隊,而且是超算加速器、服務器CPU、桌面CPU、嵌入式CPU全線發力,都做得不錯,這個很難得。其中,SW26010助力神威太湖之光,新一代的眾核芯片將用在E級超算上。

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SW的短板在於軟件生態,以及受體制機制限制,在商業化力度非常弱。SW的未來應該是特定應用和J的一些應用,在服務器CPU方面會和飛騰發生衝突。必須指出的是,相對於個別廠商藉助大環境在全國各地圈地要市場要政策,SW的表現非常佛系,壓根就沒有去借政策東風圈地,反而按照自己的節奏不緊不慢,穩紮穩打。這會讓SW的路子走的比較穩,但也會使SW失去很多機會,失去不少市場。

鐵流認為,在籬笆牆內的市場SW會有一席之地,能夠完成很多關鍵任務,會取得比較耀眼的成績,但市場份額會比較一般。

龍芯

龍芯和SW一樣,都走獨立自主路線。龍芯的指令集是基於MIPS進行自主擴展發展成的LoongISA,龍芯不僅對MIPS進行了擴展,還對MIPS基礎指令進行了少量替換,加上MIPS已經日薄西山(前幾天收購MIPS的公司剛剛申請破產保護),且龍芯在軟件生態方面做了很多努力,

龍芯已經掌握了指令系統的自主發展權。

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龍芯和SW一樣,都是一步一個腳印,從零開始自主設計的CPU,各個模塊基本自主設計。龍芯在發展路線上選擇獨立自主,自力更生,呼籲構建獨立於Wintel和AA體系,實現三分天下有其一。

龍芯堅持自主路線,並非是找不到“洋爹”,才堅持自主,AMD、IBM都曾經試圖和龍芯合作,勸說龍芯引進AMD、IBM的技術,放棄自主技術成果。只不過龍芯不為所動。由於在“十二五”期間,核高基等項目大力扶持技術引進項目,龍芯基本斷奶,只能找投資人籌錢和自己在商業市場賺錢養活自己,因而在商業化上,龍芯做的比SW和FT要好,在軟件生態方面,龍芯比SW付出了更多的心血。在服務上,由於龍芯大批骨幹放棄編制下海,相對於一些體制內同行“大爺”式服務,龍芯的員工可以被客戶像“孫子”一樣使喚,這些因素共同都促使龍芯在相關市場份額佔有率超過75%。

龍芯的優勢有兩個:

一是隊伍團結,

有戰鬥力,發展後勁強。龍芯曾經走過一些彎路,國家斷奶後經歷過低谷,走了不少人,但這個過程猶如長征,是淬鍊隊伍的熔爐。在經歷最艱苦的歲月後,磨練了員工的意志,鍛鍊了能力——打個比方,“十二五斷奶”猶如開啟長征,3A2000問世好比是長征達到陝北,3A3000則是平型關戰役,3A4000則是百團大戰。最艱苦的日子已經過去,龍芯將來只會是蒸蒸日上。從產品上看,龍芯CPU設計團隊的實力很強,從龍芯3000到龍芯4000,在製造工藝不變的情況下,通過自己的設計能力,將CPU性能提升90%以上,這在國內是非常罕見的。

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二是方向明確,契合當下大環境。龍芯提出構建獨立於Wintel和AA體系的自主技術體系,在幾年前,一些人會

嘲笑龍芯自不量力,或者是嘲諷龍芯重複造輪子。但在國際大環境風雲突變的情況下,龍芯在多年前就提出獨立自主,另起爐灶,則展示出龍芯非常具有遠見。由於具備獨立自主的特質,使其在當下這種環境下,必然會越來越受高層重視。

目前,龍芯已經佔據相關市場75%的份額。龍芯對如何構建產業生態的方略也非常清晰,操作性很強。

誠然,個別ARM廠商政商關係火力全開玩單一來源採購,全國到處圈地建產業園要政策,這些舉動必然會侵蝕大片原本屬於龍芯的市場。不過,由於龍芯做的早,且CPU和生態建設都在穩步進步,即便保不住現有的市場佔有率,但守住半壁江山,成為籬笆牆內市場份額前二名還是有希望的。

飛騰

飛騰多次更換指令集,在購買ARM指令集授權後這些年保持穩定。飛騰處境比較尷尬,早些年

ARM聲稱進軍服務器CPU後,飛騰想要抱ARM大腿,希望ARM生態在全球成型,這樣可以去跟生態。結果ARM的生態依然侷限於嵌入式,在桌面和服務器上還是比較一般,跟生態的企圖沒能實現。

就籬笆牆內市場來說,很多定製化的需求,很多應用必須自己去移植,生態必須自己建,ARM在這方面相對於自主CPU壓根就沒啥優勢,事實上,不要說ARM,兆芯屬於X86,桌面生態非常完善,但由於籬笆牆內部分單位要求不能用Windows,兆芯在搭配中科方德OS後,生態和用戶體驗也不行,對比自主CPU+中標麒麟的組合根本沒有優勢。

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如今非常尷尬的地方在於,當年選擇購買ARM指令集授權,當時的想法可能是基於跟隨策略,如果全球ARM服務器生態能夠成型,那麼,飛騰就能跟著大勢在商業市場賺錢。

結果全球ARM服務器生態沒能起來,飛騰只能往籬笆牆內市場謀生存,但在籬笆牆內市場,ARM又無法帶來明顯的生態優勢,反而ARM授權問題成為飛騰的阿喀琉斯之踵——把英特爾的CPU換成ARM,純屬“剛出虎穴,又入狼窩”,是用一副洋鎖鏈(ARM),換掉另一副洋鎖鏈(英特爾),在當下這種大環境下,是非常值得商榷的。

另外,飛騰還有一個問題,那就是鯤鵬來了,而且目前的鯤鵬920性能比飛騰2000plus性能更強,而且和國外的ARM CPU不一樣,鯤鵬也獲得了牌照,也能進入籬笆牆內的市場。而且全國到處圈地建產業園,動作很兇。可以說,受鯤鵬衝擊最大的,不是龍芯、SW,而是同屬ARM陣營的飛騰。

飛騰的優勢是可以獲得CEC和J方支持,以及湖南、天津地方的支持,

只要有這一畝三分地,FT就不會成為第二個華芯通。但問題就在於,FT守成有餘,進取不足,在生態建設上跟生態的傾向非常明顯,沒能像龍芯那樣挑起生態建設的重任。而生態問題則是直接影響商業化和項目落地的重要因素。

未來,FT可以依靠超算項目,以及CEC內部整合,湖南、天津地方的支持佔據一定份額,或者在J的市場和SW競爭。但要想達到龍芯如今的市場份額比例,可能性較低。

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兆芯

兆芯的技術源自VIA,是一個技術引進項目。相對於國內一些明明是技術引進卻偏偏鼓吹自主研發、自主可控的CPU來說,兆芯承認技術源自VIA,也算是光明磊落(雖然一開始也是遮遮掩掩)。

兆芯出了五款CPU,第一款是ZX-A,是拿VIA Nano國內團隊重新走一遍。

第二款是ZX-B,最大變化是把工藝臺積電換成境內華力微的工藝。

第三款ZX-C,主要是採用28nm工藝,主頻提升到2Ghz。

第四款是ZX-D,在微結構上做了調整和修改,增加了集成度,工藝還是臺積電28nm。

第五款是ZX-E,是進一步在ZX-D的基礎上,對微結構進行提升,在工藝上採用了臺積電16nm,把主頻做到3Ghz。從中國軟件測評中心的測試結果看(ICC編譯器),SPEC int2006高達29.2,SPEC2006 int rate高達170。

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從兆芯的發展歷程來看,是非常典型的技術引進消化吸收,如果下一代CPU能夠在IPC上追平或接近Zen1,那麼,則可以視為再創新。如果IPC依然裹足不前,則說明CPU消化吸收再創新難度較大,兆芯用了6、7年依然沒能盡全功。

就兆芯的前景來說,由於兆芯性能相對於國外X86 CPU來說比較弱,顯然不適合與英特爾、AMD拼性能。比較合適的一個方向的低功耗上網本。就這個市場來說,除非兆芯能把CPU做的非常廉價,否則在商業市場上基本不具備和英特爾、AMD競爭的實力。而價格恰恰是兆芯的命門,由於產量較小,成本平攤不下來,因而商業市場上兆芯短時間內是沒戲的。

就籬笆牆內市場來說,由於相關單位普遍對X86抱有一定顧慮,因而在這塊市場,兆芯很難在全國鋪開,也許只能和FT爭一爭籬笆牆內市場份額第三的位置,很可能只能在上海獲得支持。不過,即便如此,兆芯的未來也是沒多少憂患的,考慮到上海的財力,只要兆芯背後的人和上海依然鼎立支持,兆芯就能夠割據一方,繼續生存發展下去。

鯤鵬

鯤鵬是最近才入場的新秀,和FT一樣,也是當年看好ARM服務器CPU的前景入坑,希望ARM服務器生態起來後,跟生態賺錢,重複其手機SoC跟著谷歌和ARM身後賺錢的模式。鐵流曾經與HS公司員工交流,對方頗為自命不凡,看不起政府和政策扶持,並放豪言目標是商業市場,政府愛買不買。只不過天不遂人願,ARM服務器生態一直沒起來,商業市場依然是X86的天下。於是改頭換面標榜自主可控、自主研發,全力衝擊籬笆牆內市場。

相對於龍芯和SW技術迭代演進路線清晰,以及兆芯技術引進消化吸收後五款CPU技術迭代,鯤鵬CPU則屬於橫空出世,一口氣吃成胖子,先是買ARM公版(A57、A72)設計SoC,搞了3代產品之後,然後橫空出世自稱是業界最強ARM based處理器,而且還聲稱自主研發。關於所謂自研核心,微架構披露,裸晶展示,第三方分析的資料少得可憐,基本不透明。

需要說明的是買IP設計SoC與從零開始設計CPU完全不存在技術延續性,從ARM公司買幾代IP,然後並不意味著就獲得這些IP的設計能力,這是使用IP和設計IP的區別,說的通俗一點就是駕駛員和汽車工程師的區別。

鯤鵬的這個研發歷程與宏芯研發CP1標榜自主可控,華芯通研發昇龍CPU標榜自主可控類似,與國外英特爾、AMD、IBM、ARM、RISC-V、MIPS、DEC、SUN等公司的技術迭代演進完全不同,與國內龍芯、SW技術迭代演進也不同。

從實踐上看,如果一款CPU性能中規中矩,兼容性和生態都比較一般,那麼,這樣一款CPU是自主研發的可能性比較高。如果一款CPU一上來就自稱拳打英特爾,那麼,對於這種CPU的自主性就要打一個問號了。可以說,技術都是迭代演進的,CPU橫空出世且立馬具有高性能,與完全自主可控、完全自主研發是存在矛盾的。

鯤鵬最大的優點是性能強悍,就全球範圍來看,雖然不敢說920能穩贏凱為的X3,但在國內標榜最強ARM based處理器倒是實至名歸,多核性能超越了FT,吞吐能力很強,加上採用了臺積電7nm工藝,功耗也控制的較好。

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國產CPU群雄逐鹿誰主沉浮

鯤鵬還有一個優勢是背靠通信寡頭,輿論操控能力和政商關係強悍的一塌糊塗,404、251手眼通天,可以通過政商關係獲得各種政策傾斜和相關單位單一來源採購。近期更是在全國到處圈地要政策,向地方要相關市場採購份額,在服務器這一塊斬獲頗豐。

不過,鯤鵬也有短板,而且還頗為致命。

一是依賴ARM授權,存在巨大不確定風險。雖然國內一些企業把CPU自主可控的希望寄託在ARM上,但從ARM多次遵從西方政客的指令參與對Z和H的制裁來看,ARM也是存在較大風險的。誠然,在中美關係逐漸緩和後,ARM配合國內ARM陣營IC設計公司大談特談ARM芯片如何自主可控,但請不要忘記,當川普發難時,BBC爆料了ARM的內部文件,當時ARM直接切斷了和H公司的合作。

如今的這種表態,只不過是在國際關係緩和後,為了賺錢做宣傳,順帶配合國內ARM陣營IC設計公司衝擊安全市場做輿論宣傳。

由於之前ARM的所作所為,使輿論對ARM的風險有了一定認識,隨後H公司多次拉ARM在各個場景站臺,拉ARM來背書,說明ARM與H公司合作一如既往,證明鯤鵬符合自主可控標準,不存在風險。

但這裡就有一個邏輯悖論,如果真的自主可控,還需要拉外商來背書麼?

SW自主可控,但大傢什麼時候見SW要拉一個外商來背書。

英特爾對美國來說,也是高度自主可控,但大傢什麼時候見英特爾要拉一個美國以外的公司來給自己的技術背書?

何況,ARM公開表態說的很清楚,前提條件是“合規”,至於啥時候“合規”,啥時候“不合規”,從實踐上看,鯤鵬和ARM說了都不算數,只有川普說的才算數。

一句話,需要拉外商給自己符合自主可控標準背書的CPU,肯定無法做的自主可控,拉ARM背書的做法,暴露了其色厲內荏的本質。

第二個短板是對臺積電先進工藝的依賴。鯤鵬920的性能很大程度上得益於臺積電7nm工藝,而要實現7nm工藝量產,對於大陸晶圓廠來說,還有很長的路要走。由於臺積電的設備和原材料基本來自ASML、應材、科林、科壘、信越、勝高等歐美日大廠,且大量股權被西方財團持有,川普一旦以斷設備、斷原材料的力度強力施壓,供應鏈斷裂是遲早的事情。一旦失去了臺積電先進工藝,將面臨休克的風險。即便換到境內工藝,後端設計也要重新做,加上流片的時間,會導致1至2年的空窗期,而且換成境內工藝後,由於失去了臺積電先進工藝的加持,KP性能就要大打折扣。

就前景來說,由於鯤鵬政商關係強悍,財力雄厚,而且已經在全國各地大規模圈地建園子,因而未來在籬笆牆內市場份額會有較大提升。

籬笆牆內市場的未來是龍芯和鯤鵬相爭

總的來說,國內幾家CPU公司都有自己的根據地,都有實力割據一方。考慮到我國一些省級單位的經濟實力和市場規模幾乎等於歐洲一個國家,因而舉省(直轄市)之力養活一款CPU基本沒啥問題,比如上海支持兆芯,湖南、天津支持飛騰。如果不發生較大政策變化,上述5款CPU都能生存和發展。

不過,就問鼎中原而言,當下有潛力的只有龍芯和鯤鵬。單獨比較龍芯和鯤鵬,兩者各有優勢。

鯤鵬相對於龍芯的優勢是服務器CPU性能更強,公司在體量和財力上壓倒龍芯,政商關係碾壓龍芯。

鯤鵬相對於龍芯的劣勢是ARM路線存在較大風險,且自主可控存在瑕疵。以及鯤鵬桌面CPU成本偏高,由於桌面CPU是從服務器CPU裁剪下來的,規格上過度堆料,加上7nm工藝流片成本不菲,CPU價格同樣不菲。

當下,籬笆牆內市場其實對CPU的性能要求遠遠不及商業市場那麼高,機關單位很多辦公電腦對於發燒友而言都是

“老古董”,日常應用也大多為低負載應用,比如OA、辦公軟件這些。龍芯、鯤鵬的性能都能滿足。最關鍵的反而是生態,各種籬笆牆內應用是否支持。因此,就龍芯和鯤鵬的市場爭奪而言,最關鍵的不是7nm工藝,性能高一點低一點,而是取決於生態建設。

另外,外部環境對龍芯和鯤鵬的影響非常大。正如一句老話,你可以在某個時段欺騙所有人,你也可以長時期欺騙一部分人,但你絕對無法在所有時間裡欺騙全體人。真自主假不了,偽自主真不了,一旦川普繼續加壓,外部環境進一步惡化,那麼,對外商技術授權有依賴的CPU,勢必會原形畢露,高層勢必會對獨立自主路線的CPU加大支持力度。

因此,如果外部摩擦不慍不火,或者只打雷不下雨,那麼,KP依然能夠獲得政策扶持在全國籬笆牆內市場攻城略地。一旦矛盾尖銳,劍拔弩張,龍芯和申威必然脫穎而出,成為歷史的選擇。



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