三家国产高端CPU厂商的探索实践

迎九

摘要：在今年上半年深圳举办的“第一届中国高端芯片高峰论坛”的“高端处理器发展战略研讨”上，龙芯、飞腾和兆芯介绍了其CPU发展思路、战略及产品。

关键词：国产；高端；处理器；CPU

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2017.8.003

龙芯要“三分天下有其一”

投资与盈利状况

CPU需要巨大的前期投入。龙芯经历了中央投资、地方投资和市场投资三个阶段。从2015年开始是市场投资阶段，公司进入了发展期，获得了市场投资：国内私募资本

鼎辉资本注资，2015年公司第一次实现了盈亏平衡，2016年盈利1500多万元。龙芯中科总裁胡伟武认为，龙芯现在处于VC（风险投资）的后期。

三个岔路口

龙芯走过了三个需要选择的叉路口。

第一是走市场化路还是学院派的道路。这看起来容易（肯定要走市场化道路），但做起来很难，正所谓“知易行难”，难的是要专心致志，不脚踩两只船，为此上百位科研骨干从中科院辞职。

第二个叉路口是自主研发还是引进技术。龙芯选择了自主研发，这是“知难行难的事，因为英特尔、微软等同行很强大。

第三个叉路口是做产品还是建生态？做产品，就是定位在一个生态圈中，在已有的生态中做产品。另外是建自己的生态圈。龙芯选择了建立“三分天下有其一”的自主软硬件生态。这可谓“知更难行更难”。

因此，龙芯的道路是以安全可控为主题，以产业发展为主线，以体系建设为目标。

第二代产品已可以打价格战

龙芯现在有三代产品。第一代是2013/2014年，做桌面和服务器CPU，称为大CPU，定位与英特尔的酷睿、至强竞争，当时是有差距的。因为尽管个别指标是世界领先的，但到市场一用，发现个别指标高没用，短板起了主要作用，因为科研一般是很少考虑短板的。但短板在通用领域是不行的。不过，龙芯建立了产品和服务体系，通过差异化可以满足不少单一需求，但是通用处理市场占有率很低。

2013年开始部署第二代产品，2016/2017年慢慢推向市场。公司定义了四款芯片：3A/B2000、3A/B3000、2K1000、7A，还做了很多专用芯片。龙芯的自我评价是通用处理性能提高到原来的3-5倍，超过了英特尔的凌动系列，可以满足行业需求。

第二代产品转型背后的逻辑是什么？

首先是多核CPU，当时做1 6核还是64核？发现核多了没用。重点是单核性能提高，先把双核和四核做精，就像体育比赛主要靠运动员的个人素质，靠人多取胜的只有拔河。 “龙芯原来的微结构，与奔腾4差不多，新的微结构和英特尔的酷睿是可比的。”胡伟武称。

专用芯片改成了追求以实用为前提的高性价比，对生态性能易发挥。例如卫星上用的芯片卖得贵一些，收入也较高。龙芯还有一款水表专用芯片，单价两百多元。专用芯片可以帮助龙芯赚钱。

第三代产品将于2019/2020年问世。希望性能再提高1-2倍。

如果评价这三代芯片，英特尔的通用处理器在2010到2012年之间到了天花板，之后单核性能没怎么提高。龙芯第一代产品是刚离开地板，第二代产品已在半空，希望第三代产品接近国际主流产品的天花板。

而且第二代产品是可以满足行业需求的。第二代产品的部分产品可以参与开发市场竞争，例如专用芯片1C，上海的一家客户把它做在了POS（销售点）终端机中，每年销售数干台。而且龙芯的一些芯片可以开始打价格战，例如3A/3B的芯片。

会做CPU不稀奇，难的是会做生态。

经过多年努力，下游客户中基于龙芯CPU的研发人员已经达到了上万人，现在约有两万人。生态建设已经开始显现，完全可以知道在每一个局部都不如国外的情况下做好整体系统性能优于国外系统。就像苹果做的集约型系统，其CPU不如英特尔，操作系统不如微软，但是用户体验好，主要是做了集约化。所以判断技术是否先进的标准不是看他跟美国人跟得紧不紧，而是看他跟应用结合得紧不紧。建生态没有那么难，关键是看他们在应用的过程中对产业是否有深刻的理解。

胡伟武用毛主席的这句话形容龙芯目前的状况：我们正在前进，我们正在做我们的前人从来没有做过的极其光荣伟大的事业。我们的目的一定要达到，我们的目的一定可以达到。

飞腾：加入开放的ARM生态，看好定制化服务器市场

飞腾研发CPU已经有二十多年了。这几年介入到国际主流生态以后，获得了开放生态的很多益处。

国产CPU过去尽管有国家很多资金支持，为什么这么多年一直没做好呢？天津飞腾信息技术有限公司总经理谷虹有几点体会。

一方面，我们一直是一个追赶者。最重要的是有很多壁垒，尤其是一些无法跨越的专利壁垒和市场壁垒。按理市场壁垒是可以跨越的，专利壁垒需要长期积累。但有一些使用惯性和习惯，再加上CPU是庞大的应用生态体系，所以让市场壁垒貌似理论上可以跨越，实际上做起来是非常困难的。

在研究CPU的过程中，也有一些貌似的机会，例如曾经遇到过一些学术界谈到的瓶颈，但是实际上这些瓶颈并没有真正转变成国产CPU发展的契机。

總结起来，CPU的发展还有很多东西需要解决，例如关于无人、无钱、无雄心和无耐心等。最后一点，CPU的竞争最终是一个体系的竞争，如果仅仅做一款芯片，怎么样让大家都用起来？

但今天飞腾看到了新的机遇，可谓“天时、地利、人和”。

天时：瓦联网催生新模式

“天时”是新的业务模式。之前的PC电脑促进了英特尔与微软的Wintel联盟的发展，也促进了产业两大巨头的垄断地位，今天互联网时代变化很大，例如用户的使用习惯也发生了变化，也给我们带来了很多机遇。endprint

首先是新的商业模式：1.大众创业，万众创新。第一个特点是很多人到一个新的领域来，一个新的领域就要有细分市场，细分市场就为多样化、定制化提供了条件。第二个特点是因为大家都参与进来，与生态环境和开源系统是相互促进的。

2.垂直整合的提供商思维。整合商有一些性能的新应用，会给无论是芯片、软件、硬件都带来新的机会。

其次，这就催生了新的计算模式，包括海量数据的存储、挖掘，实时、随机的计算模式向传统计算结构提出了挑战，催生了高通量、高吞吐、高密度、高效能计算的需求。对于CPU从业者，如何适应这些新的计算模式尚处于探索、尝试阶段。挑战同时也是机遇，是新秩序确立的绝佳时机，希望这一次飞腾能够真正抓住机遇，迎头赶上。

地利：中国定制市场崛起

随着中国市场的兴起，确实为某些专业化和定制化服务提供了机遇，例如中国的服务器厂商也在崛起。有数据显示，从2010年开始，华为、浪潮和曙光服务器的量分别增长了44%、20%、11%，提升幅度很大。BAT（百度、阿里巴巴、腾讯）推动的天蝎计划为定制服务器市场带来机遇，中国本土化需求推动深度定制。

人和：众人参与

所谓众人参与，就是开放。CPU的开放就是生态的开放，意味着参与的人多、厂家也多。因为参与门槛低，会强调技术竞争，因此从某种程度上来说，可以绕过和打破一些技术壁垒，这样大家可以发挥各自所长，一起来把这件事情做好。

CPU的生态是什么？主要是指令级体系结构，开放的是指令级结构，诸如OpenPOWER、Openxx. ARM以及RISC-V等都是开放的指令级，可以通过商业或协会途径拿到这些指令级，基于这些指令级，可以考虑如何把CPU做好。因此开放的生态也使深度的定制成为了可能。

至此，国产CPU的“天时、地利、人和”都有了，我们要做的是抓住机遇，也就是不能做落后的东西，要做先进的东西，这样才不会落后。因为芯片的研发一定要提前很多年，最终才会出来产品，它的研发产品和市场推广一定要有前瞻性。对于技术体系更是如此，如果跟了一个落后的东西，未来会很辛苦，所以一定要跟着先进的东西走。同时，即便是跟了最先进的技术体系，也要把技术创新放在首位。在这种情况下，希望国家加强基础人才的培训建设，为我们培养更多的专业人员。

对于市场，也有一个新的变化，诸如新的云应用，所谓“云升端降”的态势，因此对服务器就有了更多的需求。因为现在应用的多种化，跟市场的密切相关也为我国服务器市场能够取得话语权、占领一些细分市场提供了机会。在这种情况下，我们就不要在后面跟随了。新时代的模式

因为从业CPU很多年，有时候有一个发展巅峰，出来了一款芯片，领导就会问：你跟英特尔比差多少年}这确实是一个重要的对比指标，但是不是英特尔这样，我们也要这样}现在时代在变，我们也需要换一种思维。今天已经从互联网时代进入到移动互联网阶段，移动互联网给我们带来了很多不同的模式和特点，不宜亦步亦趋，坚持开放，及时换道，走出一条创新发展之路。

对开放的几个误区

首先开放并不意味着不自主，自主不是要封闭起来，自主是有发展权。传统观念是：如果不在我手上就不好发展，另外，开放不意味着不跟着国际主流走，更不意味着不安全。飞腾的开放有三个原则：1.主流+开放，即坚持跟着国际主流的技术路线走：2.自主+开放，即坚持自己的核心技术：3.安全+开放。

看好定制服务器

传统的服务器架构面临一定的问题：传统服务器比较看重的是性能。现在根据技术的发展，有时不仅关注性能，诸如每瓦特的性能，每刀的性能，每立方米的性能。在这种情况下，定制对于综合的考量就会有很大提高。还有数据中心的应用也会日趋多样化，根据不同的应用进行分配。

这为以前单一的，通用的架构也带来了挑战。

还有同质化，以前的服务器是同质化严重，现在因为应用的多样化，对服务器也有了新的需求。

定制化应该关注几个方面：1.TCO（整体性能的费用）；2.面向特定负载的优化，也就是对于不同的应用要面向这方面进行优化：3.以标准化来代替定制：4.关注生态。

关于定制服务器，国际上目前也是潮流，例如国际上有开放计算项目（OCP）组织，很多著名厂家参与其中。国内有BAT厂家牵头的天蝎计划，现在已经更名叫“中国开放数据中心委员会”，他们对服务器的定制也做出了一定的標准。

未来，我们认为一定是从服务器的定制到芯片级的定制。飞腾做芯片也在延续这样的路：模块化、定制化。

飞腾FT-1500A/4系列是全球首款发布成功的基于ARM64位架构的服务器芯片，面向服务器和桌面市场。FT-2000/64是全球ARM架构中性能最高的服务器芯片之一。

飞腾以兼容64位ARMv8架构为基础，致力于组建开放的ARM生态环境。从软件、硬件，到基础软件，很多的厂家已经参与到了飞腾的开放生态环境中来。

兆芯：做自主的x86全兼容处理器

发展国产CPU的重要性

为什么要谈国产CPU？上海兆芯集成电路有限公司市场营销总监何英松认为，CPU作为国家最具代表性的产品，其重要程度已不言而喻。但是国产CPU在追赶中需要走的路还很长，国产通用CPU在设计上仍然是国际行业标准的跟随者，还没有达到行业标准的制定者和参与者身份。

另外，核心的技术突破非常有限，只有极少数的企业才能具备关键IP和设计的能力，在没有的情况下，只能向外面购买，这个价格显然不菲。同时，买得到的肯定不是最好的。因此发展国产CPU十分必要。

再有，产品推广应用规模有限。有时候一些机器拿出去之后，送出去试用、推广，很多时候都会到一两个单位，一个单位平均才一到两台，每个月到固定的时候才打开机器用一下，剩下的时间就放在那里，该用别人的机器还是用别人的机器，办公的时候该用什么还是用什么。这个对于国产产品来说，发展是不健康的。endprint

那么如何改善？首先应该加快促进标准定制本土化的进程，加大研发投入，培养高端人才，塑造开放生态，扩大应用推广，统筹发展基金等。

特别强调的是：希望塑造开放的生态。很多时候我们现在看到的，各家有各家的产业链，各家有各家的生態环境，都不一样。希望在这里彼此交叉开放和融合，联合起来对产业链的整个上下游进行互动，这样才能促进国产CPU的生态圈的健康发展，毕竟大家都是为了同一个目标而努力：即为了国家。如果因为不同企业间各自的看法，一个企业的私自的行为，进而影响了国家的战略利益，这显然不是一件好事。

最后希望扩大应用推广，实现产业的良性循环。对于芯片企业来说，如果不能加强大量的应用，就不能找得到自己存在的问题所在，同时也吃不饱，只能靠各种资金的投入来维持自己的正常运转，这显然也不是一个健康的发展态势。

兆芯x86的定位是自主、安全和商用

兆芯自成立开始就抱着完全产业化的心态和商业化的要求来要求自己。公司首先有完全的自主的IP核，100%在自己手里，不需要向外面购买。兆芯的CPU、GPU等所有核心技术在自己手里，应用起来非常方便。

第二，兆芯自成立以来就坚持x86的全兼容路线，支持Windows及国产操作系统，兼容上亿种软件及上千中外设。

自主安全可靠。整个芯片的设计研发都是由中国团队在境内完成的。

产业化能力强。既然兆芯是从商业化的角度来要求自己，所以给到客户的产品也是按照商业化的标准来要求的，例如目前可以做到整机无故障时间10万小时，这一点完全是按照国际上的标准来完成的。另外供货的良率非常高，达到99.8%以上。

最后一个是客户的拥有成本非常低，兆芯不会向客户收取任何的开发费用，授权费用等等。

产品方面，新一代兆芯ZX-D流片成功，有4核和8核两款，分别面向的是台式机和服务器。值得一提的是，D款芯片比C的芯片性能提升非常多，如果单核有20% -26%的提升，多核可以达到30% -40%的提升，如果到8核，可以达到40%多- 50%多的提升。

参考文献：

[1]倪光南发展自主可控的信息技术和产业电子产品世界，20T5（10）：25-26

[2]王莹龙芯：安全芯片需要真正的自主可控电子产品世界.2015（9）：17-18

[3]王莹龙芯转型：摘掉红帽子，要建生态系统电子产品世界，20T4（3）：19-21

[4]乔北兆芯：以自主x86架构实现硬件安全电子产品世界，2017（6）：9-20

[5]王莹兆芯X86CPU找到党政军蓝海电子产品世界，2016（7）：16-17

[6]CS，P.CSIP回顾和展望我国安全可靠关键软硬件创新发展（2014-2015） 电子产品世界，2015（4）：19-21endprint