国产CPU群雄逐鹿谁主沉浮


近年来,随着自主CPU技术取得长足进步,助力神威太湖之光一度在TOP500刷榜,过去对在技术上对我国严防死守的境外寡头纷纷改变过去严防死守策略,赴中国大陆开展合资或合作,高通、IBM、英特尔、ARM、AMD等公司均在大陆找到了合作伙伴。

当下,国内(桌面、服务器)CPU与外商有较大差距,除了海光(Zen)在性能上可能具有一拼之力外,其它国产CPU在商业市场上面对英特尔、AMD基本不具备竞争力,因而只能在篱笆墙内的市场角逐。而为了能够进入篱笆墙内的市场,就必须符合自主可控标准,进而导致一个有趣的现象,那就是从国外买源代码,买IP做SoC设计的厂商都宣传自主研发、自主可控。在篱笆墙内的市场,龙蛇并起,环境极度恶劣,可谓是群雄逐鹿互相倾轧。

到底哪家公司有望问鼎中原呢?

铁流对篱笆墙内市场和各家CPU公司的发展做一个预测。

申威

申威采用自主定义的SW64指令集,有别于引进的CPU指令集,是完全自主的,知识产权和自主研发能力不受限制。这里再强调一下,DEC已经挂了20年了,别给SW找爹了,SW不是Alpha指令集。不会被断供、制裁,或停止收取的风险,可以威关键领域提供长远的、可控的供应链和技术支撑。能同时解决“下绊子”、“卡脖子”、“捅刀子”等问题。


申威最大的特点就是独立自主,安全可控。申威CPU的结构设计、逻辑设计、正确性验证、物理设计、及测试封状等由我方独立完成。申威CPU不存在人为安全隐患,现行木马、病毒无法攻击,开展了高等级安全的特色设计。

申威CPU的性能也很不错,基本国内第一梯队,而且是超算加速器、服务器CPU、桌面CPU、嵌入式CPU全线发力,都做得不错,这个很难得。其中,SW26010助力神威太湖之光,新一代的众核芯片将用在E级超算上。

SW的短板在于软件生态,以及受体制机制限制,在商业化力度非常弱。SW的未来应该是特定应用和J的一些应用,在服务器CPU方面会和飞腾发生冲突。必须指出的是,相对于个别厂商借助大环境在全国各地圈地要市场要政策,SW的表现非常佛系,压根就没有去借政策东风圈地,反而按照自己的节奏不紧不慢,稳扎稳打。这会让SW的路子走的比较稳,但也会使SW失去很多机会,失去不少市场。

铁流认为,在篱笆墙内的市场SW会有一席之地,能够完成很多关键任务,会取得比较耀眼的成绩,但市场份额会比较一般。

龙芯

龙芯和SW一样,都走独立自主路线。龙芯的指令集是基于MIPS进行自主扩展发展成的LoongISA,龙芯不仅对MIPS进行了扩展,还对MIPS基础指令进行了少量替换,加上MIPS已经日薄西山(前几天收购MIPS的公司刚刚申请破产保护),且龙芯在软件生态方面做了很多努力,

龙芯已经掌握了指令系统的自主发展权。


龙芯和SW一样,都是一步一个脚印,从零开始自主设计的CPU,各个模块基本自主设计。龙芯在发展路线上选择独立自主,自力更生,呼吁构建独立于Wintel和AA体系,实现三分天下有其一。

龙芯坚持自主路线,并非是找不到“洋爹”,才坚持自主,AMD、IBM都曾经试图和龙芯合作,劝说龙芯引进AMD、IBM的技术,放弃自主技术成果。只不过龙芯不为所动。由于在“十二五”期间,核高基等项目大力扶持技术引进项目,龙芯基本断奶,只能找投资人筹钱和自己在商业市场赚钱养活自己,因而在商业化上,龙芯做的比SW和FT要好,在软件生态方面,龙芯比SW付出了更多的心血。在服务上,由于龙芯大批骨干放弃编制下海,相对于一些体制内同行“大爷”式服务,龙芯的员工可以被客户像“孙子”一样使唤,这些因素共同都促使龙芯在相关市场份额占有率超过75%。

龙芯的优势有两个:

一是队伍团结,有战斗力,发展后劲强。龙芯曾经走过一些弯路,国家断奶后经历过低谷,走了不少人,但这个过程犹如长征,是淬炼队伍的熔炉。在经历最艰苦的岁月后,磨练了员工的意志,锻炼了能力——打个比方,“十二五断奶”犹如开启长征,3A2000问世好比是长征达到陕北,3A3000则是平型关战役,3A4000则是百团大战。最艰苦的日子已经过去,龙芯将来只会是蒸蒸日上。从产品上看,龙芯CPU设计团队的实力很强,从龙芯3000到龙芯4000,在制造工艺不变的情况下,通过自己的设计能力,将CPU性能提升90%以上,这在国内是非常罕见的。


二是方向明确,契合当下大环境。龙芯提出构建独立于Wintel和AA体系的自主技术体系,在几年前,一些人会嘲笑龙芯自不量力,或者是嘲讽龙芯重复造轮子。但在国际大环境风云突变的情况下,龙芯在多年前就提出独立自主,另起炉灶,则展示出龙芯非常具有远见。由于具备独立自主的特质,使其在当下这种环境下,必然会越来越受高层重视。

目前,龙芯已经占据相关市场75%的份额。龙芯对如何构建产业生态的方略也非常清晰,操作性很强。

诚然,个别ARM厂商政商关系火力全开玩单一来源采购,全国到处圈地建产业园要政策,这些举动必然会侵蚀大片原本属于龙芯的市场。不过,由于龙芯做的早,且CPU和生态建设都在稳步进步,即便保不住现有的市场占有率,但守住半壁江山,成为篱笆墙内市场份额前二名还是有希望的。

飞腾

飞腾多次更换指令集,在购买ARM指令集授权后这些年保持稳定。飞腾处境比较尴尬,早些年ARM声称进军服务器CPU后,飞腾想要抱ARM大腿,希望ARM生态在全球成型,这样可以去跟生态。结果ARM的生态依然局限于嵌入式,在桌面和服务器上还是比较一般,跟生态的企图没能实现。

就篱笆墙内市场来说,很多定制化的需求,很多应用必须自己去移植,生态必须自己建,ARM在这方面相对于自主CPU压根就没啥优势,事实上,不要说ARM,兆芯属于X86,桌面生态非常完善,但由于篱笆墙内部分单位要求不能用Windows,兆芯在搭配中科方德OS后,生态和用户体验也不行,对比自主CPU+中标麒麟的组合根本没有优势。

如今非常尴尬的地方在于,当年选择购买ARM指令集授权,当时的想法可能是基于跟随策略,如果全球ARM服务器生态能够成型,那么,飞腾就能跟着大势在商业市场赚钱。

结果全球ARM服务器生态没能起来,飞腾只能往篱笆墙内市场谋生存,但在篱笆墙内市场,ARM又无法带来明显的生态优势,反而ARM授权问题成为飞腾的阿喀琉斯之踵——把英特尔的CPU换成ARM,纯属“刚出虎穴,又入狼窝”,是用一副洋锁链(ARM),换掉另一副洋锁链(英特尔),在当下这种大环境下,是非常值得商榷的。

另外,飞腾还有一个问题,那就是鲲鹏来了,而且目前的鲲鹏920性能比飞腾2000plus性能更强,而且和国外的ARM CPU不一样,鲲鹏也获得了牌照,也能进入篱笆墙内的市场。而且全国到处圈地建产业园,动作很凶。可以说,受鲲鹏冲击最大的,不是龙芯、SW,而是同属ARM阵营的飞腾。

飞腾的优势是可以获得CEC和J方支持,以及湖南、天津地方的支持,只要有这一亩三分地,FT就不会成为第二个华芯通。但问题就在于,FT守成有余,进取不足,在生态建设上跟生态的倾向非常明显,没能像龙芯那样挑起生态建设的重任。而生态问题则是直接影响商业化和项目落地的重要因素。

未来,FT可以依靠超算项目,以及CEC内部整合,湖南、天津地方的支持占据一定份额,或者在J的市场和SW竞争。但要想达到龙芯如今的市场份额比例,可能性较低。

兆芯

兆芯的技术源自VIA,是一个技术引进项目。相对于国内一些明明是技术引进却偏偏鼓吹自主研发、自主可控的CPU来说,兆芯承认技术源自VIA,也算是光明磊落(虽然一开始也是遮遮掩掩)。

兆芯出了五款CPU,第一款是ZX-A,是拿VIA Nano国内团队重新走一遍。

第二款是ZX-B,最大变化是把工艺台积电换成境内华力微的工艺。

第三款ZX-C,主要是采用28nm工艺,主频提升到2Ghz。

第四款是ZX-D,在微结构上做了调整和修改,增加了集成度,工艺还是台积电28nm。

第五款是ZX-E,是进一步在ZX-D的基础上,对微结构进行提升,在工艺上采用了台积电16nm,把主频做到3Ghz。从中国软件测评中心的测试结果看(ICC编译器),SPEC int2006高达29.2,SPEC2006 int rate高达170。

从兆芯的发展历程来看,是非常典型的技术引进消化吸收,如果下一代CPU能够在IPC上追平或接近Zen1,那么,则可以视为再创新。如果IPC依然裹足不前,则说明CPU消化吸收再创新难度较大,兆芯用了6、7年依然没能尽全功。

就兆芯的前景来说,由于兆芯性能相对于国外X86 CPU来说比较弱,显然不适合与英特尔、AMD拼性能。比较合适的一个方向的低功耗上网本。就这个市场来说,除非兆芯能把CPU做的非常廉价,否则在商业市场上基本不具备和英特尔、AMD竞争的实力。而价格恰恰是兆芯的命门,由于产量较小,成本平摊不下来,因而商业市场上兆芯短时间内是没戏的。

就篱笆墙内市场来说,由于相关单位普遍对X86抱有一定顾虑,因而在这块市场,兆芯很难在全国铺开,也许只能和FT争一争篱笆墙内市场份额第三的位置,很可能只能在上海获得支持。不过,即便如此,兆芯的未来也是没多少忧患的,考虑到上海的财力,只要兆芯背后的人和上海依然鼎立支持,兆芯就能够割据一方,继续生存发展下去。

鲲鹏

鲲鹏是最近才入场的新秀,和FT一样,也是当年看好ARM服务器CPU的前景入坑,希望ARM服务器生态起来后,跟生态赚钱,重复其手机SoC跟着谷歌和ARM身后赚钱的模式。铁流曾经与HS公司员工交流,对方颇为自命不凡,看不起政府和政策扶持,并放豪言目标是商业市场,政府爱买不买。只不过天不遂人愿,ARM服务器生态一直没起来,商业市场依然是X86的天下。于是改头换面标榜自主可控、自主研发,全力冲击篱笆墙内市场。

相对于龙芯和SW技术迭代演进路线清晰,以及兆芯技术引进消化吸收后五款CPU技术迭代,鲲鹏CPU则属于横空出世,一口气吃成胖子,先是买ARM公版(A57、A72)设计SoC,搞了3代产品之后,然后横空出世自称是业界最强ARM based处理器,而且还声称自主研发。关于所谓自研核心,微架构披露,裸晶展示,第三方分析的资料少得可怜,基本不透明。

需要说明的是买IP设计SoC与从零开始设计CPU完全不存在技术延续性,从ARM公司买几代IP,然后并不意味着就获得这些IP的设计能力,这是使用IP和设计IP的区别,说的通俗一点就是驾驶员和汽车工程师的区别。

鲲鹏的这个研发历程与宏芯研发CP1标榜自主可控,华芯通研发昇龙CPU标榜自主可控类似,与国外英特尔、AMD、IBM、ARM、RISC-V、MIPS、DEC、SUN等公司的技术迭代演进完全不同,与国内龙芯、SW技术迭代演进也不同。

从实践上看,如果一款CPU性能中规中矩,兼容性和生态都比较一般,那么,这样一款CPU是自主研发的可能性比较高。如果一款CPU一上来就自称拳打英特尔,那么,对于这种CPU的自主性就要打一个问号了。可以说,技术都是迭代演进的,CPU横空出世且立马具有高性能,与完全自主可控、完全自主研发是存在矛盾的。

鲲鹏最大的优点是性能强悍,就全球范围来看,虽然不敢说920能稳赢凯为的X3,但在国内标榜最强ARM based处理器倒是实至名归,多核性能超越了FT,吞吐能力很强,加上采用了台积电7nm工艺,功耗也控制的较好。


鲲鹏还有一个优势是背靠通信寡头,舆论操控能力和政商关系强悍的一塌糊涂,404、251手眼通天,可以通过政商关系获得各种政策倾斜和相关单位单一来源采购。近期更是在全国到处圈地要政策,向地方要相关市场采购份额,在服务器这一块斩获颇丰。

不过,鲲鹏也有短板,而且还颇为致命。

一是依赖ARM授权,存在巨大不确定风险。虽然国内一些企业把CPU自主可控的希望寄托在ARM上,但从ARM多次遵从西方政客的指令参与对Z和H的制裁

来看,ARM也是存在较大风险的。诚然,在中美关系逐渐缓和后,ARM配合国内ARM阵营IC设计公司大谈特谈ARM芯片如何自主可控,但请不要忘记,当川普发难时,BBC爆料了ARM的内部文件,当时ARM直接切断了和H公司的合作。如今的这种表态,只不过是在国际关系缓和后,为了赚钱做宣传,顺带配合国内ARM阵营IC设计公司冲击安全市场做舆论宣传。

由于之前ARM的所作所为,使舆论对ARM的风险有了一定认识,随后H公司多次拉ARM在各个场景站台,拉ARM来背书,说明ARM与H公司合作一如既往,证明鲲鹏符合自主可控标准,不存在风险。

但这里就有一个逻辑悖论,如果真的自主可控,还需要拉外商来背书么?

SW自主可控,但大家什么时候见SW要拉一个外商来背书。

英特尔对美国来说,也是高度自主可控,但大家什么时候见英特尔要拉一个美国以外的公司来给自己的技术背书?

何况,ARM公开表态说的很清楚,前提条件是“合规”,至于啥时候“合规”,啥时候“不合规”,从实践上看,鲲鹏和ARM说了都不算数,只有川普说的才算数。

一句话,需要拉外商给自己符合自主可控标准背书的CPU,肯定无法做的自主可控,拉ARM背书的做法,暴露了其色厉内荏的本质。

第二个短板是对台积电先进工艺的依赖。鲲鹏920的性能很大程度上得益于台积电7nm工艺,而要实现7nm工艺量产,对于大陆晶圆厂来说,还有很长的路要走。由于台积电的设备和原材料基本来自ASML、应材、科林、科垒、信越、胜高等欧美日大厂,且大量股权被西方财团持有,川普一旦以断设备、断原材料的力度强力施压,供应链断裂是迟早的事情。一旦失去了台积电先进工艺,将面临休克的风险。即便换到境内工艺,后端设计也要重新做,加上流片的时间,会导致1至2年的空窗期,而且换成境内工艺后,由于失去了台积电先进工艺的加持,KP性能就要大打折扣。

就前景来说,由于

鲲鹏政商关系强悍,财力雄厚,而且已经在全国各地大规模圈地建园子,因而未来在篱笆墙内市场份额会有较大提升。

篱笆墙内市场的未来是龙芯和鲲鹏相争

总的来说,国内几家CPU公司都有自己的根据地,都有实力割据一方。考虑到我国一些省级单位的经济实力和市场规模几乎等于欧洲一个国家,因而举省(直辖市)之力养活一款CPU基本没啥问题,比如上海支持兆芯,湖南、天津支持飞腾。如果不发生较大政策变化,上述5款CPU都能生存和发展。

不过,就问鼎中原而言,当下有潜力的只有龙芯和鲲鹏。单独比较龙芯和鲲鹏,两者各有优势。

鲲鹏相对于龙芯的优势是服务器CPU性能更强,公司在体量和财力上压倒龙芯,政商关系碾压龙芯。

鲲鹏相对于龙芯的劣势是ARM路线存在较大风险,且自主可控存在瑕疵。

以及鲲鹏桌面CPU成本偏高,由于桌面CPU是从服务器CPU裁剪下来的,规格上过度堆料,加上7nm工艺流片成本不菲,CPU价格同样不菲。

当下,篱笆墙内市场其实对CPU的性能要求远远不及商业市场那么高,机关单位很多办公电脑对于发烧友而言都是“老古董”,日常应用也大多为低负载应用,比如OA、办公软件这些。龙芯、鲲鹏的性能都能满足。最关键的反而是生态,各种篱笆墙内应用是否支持。因此,就龙芯和鲲鹏的市场争夺而言,最关键的不是7nm工艺,性能高一点低一点,而是取决于生态建设。

另外,外部环境对龙芯和鲲鹏的影响非常大。正如一句老话,你可以在某个时段欺骗所有人,你也可以长时期欺骗一部分人,但你绝对无法在所有时间里欺骗全体人。真自主假不了,伪自主真不了,一旦川普继续加压,外部环境进一步恶化,那么,对外商技术授权有依赖的CPU,势必会原形毕露,高层势必会对独立自主路线的CPU加大支持力度。

因此,如果外部摩擦不愠不火,或者只打雷不下雨,那么,KP依然能够获得政策扶持在全国篱笆墙内市场攻城略地。一旦矛盾尖锐,剑拔弩张,龙芯和申威必然脱颖而出,成为历史的选择。