六大國產(chǎn)CPU龍頭,誰能與國際大廠一戰(zhàn)?
國產(chǎn)CPU六劍客,能否撐起中國CPU的一片天?
編輯 | 芯東西內(nèi)參
中央處理器(CPU),顧名思義,是底層硬件基礎設施中的核心。當前CPU主流芯片架構為Arm和x86,均為國外主導,國產(chǎn)化率較低。經(jīng)過多年發(fā)展,國產(chǎn)CPU初步形成六大廠商齊頭并進的格局,以鯤鵬、飛騰、龍芯、兆芯、海光、申威為代表,一批優(yōu)質(zhì)國產(chǎn)CPU企業(yè)快速崛起。其中,龍芯中科、海光信息在2022年先后登陸科創(chuàng)板,海光信息自上市后一直是科創(chuàng)板市值最高的芯片半導體公司。截至2023年1月16日收盤時間,海光信息總市值967億元,龍芯中科總市值為352億元。按指令集架構,國產(chǎn)CPU廠商采用的路線可分為四類:x86、Arm、MIPS、Alpha。![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/e1456bbc057f47afd18d7b23ede9b500.png)
x86是當前PC及服務器市場的主流架構。海光信息、兆芯都采用x86架構IP內(nèi)核授權模式,可基于公版CPU核進行優(yōu)化或修改,優(yōu)點是性能起點高、生態(tài)壁壘低,但由于依賴海外企業(yè)授權,自主可控風險偏高。相較x86,走Arm路線自主化程度更高。華為鯤鵬、飛騰都獲得了Armv8永久授權,可自行研發(fā)設計CPU內(nèi)核和芯片,也可以擴充指令集。不過Arm將不再向這些國產(chǎn)CPU廠商提供Armv9的永久授權,因此采用Arm架構仍存長期隱患。龍芯中科、申威分別走的是MIPS、Alpha路線,自主可控程度相對更高,但偏小眾。此外,與Arm、MIPS同源的RISC-V也正在興起。因其相對精簡的指令集架構(ISA)以及開源寬松的BSD協(xié)議近年來發(fā)展較快,國內(nèi)阿里平頭哥、國芯科技等企業(yè)推出了基于RISC-V架構的相關嵌入式CPU產(chǎn)品。本期芯東西內(nèi)參,我們推薦國金證券的報告《中流擊水—六大國產(chǎn)CPU廠商分析》,揭秘六大國產(chǎn)CPU廠商的最新發(fā)展格局。如果想收藏本文的報告,可以在芯東西公眾號回復關鍵詞“nc680”獲取。來源 國金證券原標題:《中流擊水—六大國產(chǎn)CPU廠商分析》作者:孟燦
01.華為鯤鵬:垂直生態(tài)的領導者,國產(chǎn)服務器CPU黑馬
華為自研芯片有五大類,包括服務器芯片鯤鵬系列、手機SoC芯片麒麟系列、人工智能芯片昇騰系列、5G****芯片天罡系列、5G終端芯片巴龍系列等,以及凌霄芯片、NB-IoT芯片、視頻編碼解碼芯片以及SSD控制芯片等一系列專用芯片。
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/8dff71114c55166ecb90f3bf7f60a512.png)
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/24a720287a1637cd6ddc8b604b442294.png)
此外,鯤鵬920在Memory子系統(tǒng)上也進行了大量的優(yōu)化,采用當前典型的3級Cache的架構,對Cache大小以及延時進行了優(yōu)化設計。非x86架構芯片中,鯤鵬920芯片在算力維度方面優(yōu)勢領先,且發(fā)展至今已經(jīng)達到可以與x86芯片相匹配的性能。參照鯤鵬920不同核心下與競品芯片的對比,其在48核時,整數(shù)打平英特爾旗艦級服務器芯片至強8180(28核、2.5GHz頻率),功耗低20%;在64核心時,比過英特爾至強8180 33%左右。
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/efe638ff2b2d4b2960b3e8c7ca94c375.png)
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/aeeedc68395cb674c70f62b0566be4b0.png)
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/1f66edbf6d41a07d9e30510b1b196468.png)
02.飛騰:PKS生態(tài)體系主導者,黨政市場占有率高
另一家采用Arm架構的國產(chǎn)CPU玩家飛騰,由中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團、天津市濱海新區(qū)政府和天津先進技術研究院于2014年聯(lián)合成立。2020年以來,飛騰對高性能服務器CPU、高效能桌面CPU、高端嵌入式CPU三條產(chǎn)業(yè)線進行了全面的品牌升級。高性能服務器CPU產(chǎn)品線統(tǒng)一以飛騰騰云S系列進行命名,高性能桌面CPU產(chǎn)品線以飛騰騰銳D系列進行命名,高端嵌入式CPU產(chǎn)品線統(tǒng)一以飛騰騰瓏E系列進行命名。
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/a7387112ecead52572bf17d379a2afb3.png)
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/606398093979cc6f5ffa62b0f1415d41.png)
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/5bfd39139f6d60c3c86682a88b5dc61f.png)
鯤鵬在硬件終端、云平臺、人工智能、中間件等方面具有絕對優(yōu)勢,但在安全方面略遜一籌。PKS路線的一個顯著特點是“注入安全”,即“PKS”體系中的“S”,將安全貫穿從CPU、OS底層到產(chǎn)品服務應用,一直到供應鏈安全保障的全過程,為信創(chuàng)工程提供內(nèi)生安全、過程安全和供應鏈安全的全流程服務。
03.海光信息:領跑國產(chǎn)服務器CPU,科創(chuàng)板半導體股市值第一
海光信息成立于2014年,主營產(chǎn)品包括CPU和DPU(屬于GPGPU),營收規(guī)模和增速都位居國產(chǎn)CPU企業(yè)的前排。由于x86架構在服務器CPU的市占率超9成,海光信息CPU兼容x86指令集,使得其具備較高的應用兼容性、較低的遷移成本,有望受益于x86完備的生態(tài)體系。該公司在2021年實現(xiàn)首次盈利,背靠中科曙光、AMD兩家巨頭。國產(chǎn)高性能計算龍頭企業(yè)中科曙光,是海光信息的第一大股東,也是海光信息的優(yōu)質(zhì)客戶源。曙光服務器中應用海光產(chǎn)品的比例超過30%,為海光芯片的放量打下了深厚基礎。海光信息的x86授權來自全球第二大x86處理器供應商AMD公司。2016年,AMD和海光信息合資成立了成都海光微電子技術有限公司和成都海光集成電路設計有限公司,授權海光微電子x86指令集和Zen架構,AMD獲得2.93億美元的授權費。海光集成電路購買海光微電子的IP授權,以此為基礎開發(fā)CPU。海光集成電路與海光微電子的股權結構保證了公司在規(guī)避了英特爾的x86授權限制的同時,又使得海光x86 CPU成為內(nèi)資公司開發(fā)的產(chǎn)品,滿足了國家產(chǎn)業(yè)政策和創(chuàng)新的需求。
其產(chǎn)品基于AMD Zen1架構,產(chǎn)品性能起點較高。對比英特爾在2020年(與海光7285 同期)發(fā)布的6款至強鉑金系列產(chǎn)品(能夠反映英特爾2020年發(fā)布的主流CPU產(chǎn)品的性能),在典型場景下,海光7285已接近國際同類高端產(chǎn)品水平。
▲海光7285與英特爾至強鉑金系列產(chǎn)品對比
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/5746591c484e820aaf1ce24ba9a70eae.png)
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/6592e972117bc0171df2d1a972b10615.png)
面向企業(yè)計算、云計算數(shù)據(jù)中心、大數(shù)據(jù)分析、人工智能、邊緣計算等眾多領域,海光信息提供了多種形態(tài)的處理器,滿足互聯(lián)網(wǎng)、電信、金融、交通、能源、中小企業(yè)等的廣泛應用需求。
電信和金融是其產(chǎn)品應用最多的兩個領域。基于前期電信、金融、互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)對其產(chǎn)品的認可,海光信息在電信運營商集采、金融行業(yè)入圍等方面市場份額增長較快,其產(chǎn)品在相關重點行業(yè)銷量逐漸提升。
04.兆芯:合資CPU的探路者,掌握三大核心技術
兆芯于2013年由臺灣威盛與隸屬于上海市國資委的上海聯(lián)和投資公司所合資成立,威盛持股20%,上海國資委持股80%,總部位于上海張江,在北京、西安、濟南等地設有子公司。威盛與英特爾交叉授權協(xié)議,擁有設計、生產(chǎn)x86芯片權利,技術授權來自威盛。2020年10月26日,威盛作價2.57億美元將部分x86技術出售給兆芯,兆芯擁有了部分x86技術產(chǎn)權。目前兆芯同時掌握中央處理器、圖形處理器、芯片組三大核心技術,具備相關IP自主設計研發(fā)的能力,已成功研發(fā)并量產(chǎn)多款通用處理器產(chǎn)品,形成PC/嵌入式處理器“開先”、服務器處理器“開勝”、IO拓展芯片/芯片組三大產(chǎn)品系列,產(chǎn)品性能不斷提升,達到國際主流同等水平。其中,兆芯開先KX-6000系列處理器是國內(nèi)率先實現(xiàn)主頻3.0GHz關鍵突破的國產(chǎn)通用處理器。
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/74a380da29a307fa44e254bae81d95fd.png)
開先KX-6000/開勝KH-30000系列處理器是業(yè)內(nèi)第一款完整集成CPU、GPU、芯片組的SoC單芯片國產(chǎn)通用處理器,這為整機系統(tǒng)的開發(fā)提供了較大的便利條件,同時也更利于控制成本。這兩個系列處理器的單芯片性能相比上一代產(chǎn)品提升了多達50%,同頻下性能功耗比則是上代產(chǎn)品的3倍。
▲兆芯產(chǎn)品系列
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/c533ed05e98b9be3fae4ea18e2119ac2.png)
在產(chǎn)業(yè)鏈合作方面,兆芯積極協(xié)同產(chǎn)業(yè)合作伙伴,為政府、金融、教育、交通、能源、網(wǎng)絡安全、醫(yī)療、通信等行業(yè)提供多樣化的產(chǎn)品和解決方案,助力客戶應用實現(xiàn)平滑遷移。目前,基于兆芯新一代處理器(KX-6000/KH-30000),已有20余款不同形態(tài)的桌面PC及服務器產(chǎn)品,30多種工業(yè)主板、工業(yè)電腦模塊和嵌入式計算平臺,以及30多種網(wǎng)絡安全平臺相繼推出。
05.龍芯中科:自主可控程度高,主力CPU產(chǎn)品進入快速增長階段
龍芯中科是中國科學院計算所自主研發(fā)的通用CPU,采用自主LoongISA指令系統(tǒng),兼容MIPS指令,所有IP模塊皆為自主設計,擁有片內(nèi)安全機制、可信性高。龍芯處理器以32位和64位單核及多核CPU/SoC為主,主要面向高端嵌入式、個人電腦、服務器和高性能機等應用。
2002年8月誕生的“龍芯一號”是我國首枚擁有自主知識產(chǎn)權的通用高性能微處理芯片。龍芯中科從2001年至今共開發(fā)了1號、2號、3號三個系列處理器和龍芯橋片系列,在政企、安全、金融、能源等應用場景得到了廣泛應用。其產(chǎn)品體系分為三大系列,龍芯1號系列為低功耗、低成本的專用嵌入式SoC或MCU 處理器,主要根據(jù)需求定制;龍芯2號系列為低功耗通用處理器,采用單芯片SoC設計,應用場景面向工業(yè)控制與終端等領域,定位可類比英特爾的凌動系列;龍芯3號系列為高性能通用處理器,通常集成4個及以上的64位高性能處理器核,與橋片配套使用,應用場景面向桌面和服務器等信息化領域,對標英特爾的酷睿/至強系列。
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/8caec7e6510039fe6d64468dc2b6a3e4.png)
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/57e563cbec663da99fc3370d3b84d57a.png)
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/a431035ef8abfd88757461d09953376d.png)
龍芯3A5000/3B5000是面向個人計算機、服務器等信息化領域的通用處理器,基于LoongArch的LA464微結構,進一步提升頻率、降低功耗、優(yōu)化性能;在與龍芯3A4000處理器保持引腳兼容的基礎上,頻率提升至2.5GHz,功耗降低30%以上,性能提升50%以上。龍芯3B5000在龍芯3A5000的基礎上支持多路互連。
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/297a6194eb1ff3385d0e96cdcc81f98c.png)
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/ee1de2ddb4758023bc7c3f5d3f0876f4.png)
06.申威:特種領域的領導者,為“國之重器”中國超算供應大腦
成都申威成立于2016年,依托國家信息安全發(fā)展戰(zhàn)略,主要從事對申威處理器的產(chǎn)業(yè)化推廣。申威處理器以Alpha指令集為基礎進行拓展,高度自主可控。Alpha指令集由美國DEC公司研制,主要用于64位的RISC微處理器。DEC公司后被美國惠普收購,無錫江南計算所購買了Alpha指令集的所有設計資料。江南計算所基于原來的Alpha指令集,開發(fā)出了更多的自主知識產(chǎn)權的指令集,并研制了申威指令系統(tǒng),推出了申威處理器。申威處理器是在國家“核高基”重大專項支持下,由上海高性能集成電路中心研制的全國產(chǎn)處理器。首顆申威處理器代號“SW-1”,于2006年研制成功,基于DEC公司Alpha架構,采用130nm制程,主頻為900MHz。
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/4cbd44adbd661d97cbbc4ef8541027e2.png)
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/1cdfa50ec82679260f0ed2d73044bada.png)
在2016年法蘭克福世界超算大會上,國之重器“神威·太湖之光”搭載該處理器登頂國際TOP500超級計算機榜單之首,并成為全球首臺峰值計算速度超過十億億次的超級計算機。隨后,我國科研人員依托“神威·太湖之光”的應用成果首次榮獲“戈登·貝爾”獎,實現(xiàn)了我國高性能計算應用成果在該獎項上零的突破。申威8A芯片采用最新的第四代申威處理器核心(簡稱Core4)。Core4核心繼續(xù)采用超標量流水線結構,支持亂序****、亂序執(zhí)行、推測執(zhí)行,并首次采用SMT技術,支持每個核心同時運行兩個線程。相比上一代4核CPU申威421,申威831在功耗相當?shù)那疤嵯拢阅芴嵘?倍以上,下一代產(chǎn)品申威4E相比申威831性能再提升50%以上,與英特爾中端桌面處理器相當;申威下一代服務器產(chǎn)品威鑫8A與英特爾中端服務器處理器相當。
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/df2e80acae35a1d6462bf4d8482e9d0e.png)
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/e9545676435baa9894c7485f56c998c0.png)
![圖片](http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202301/9d051a6bce6d84dd33a3a9fc37e84268.png)
*博客內(nèi)容為網(wǎng)友個人發(fā)布,僅代表博主個人觀點,如有侵權請聯(lián)系工作人員刪除。