国产CPU何时崛起实现“芯”突破

1. 国产CPU何时崛起实现“芯”突破

　　中国有自己的国产芯片，风别是龙芯和华为的海思系列芯片
　　龙芯是中国科学院计算所自主研发的通用CPU，采用简单指令集，类似于MIPS指令集。龙芯1号的频率为266MHz，最早在2002年开始使用。龙芯2号的频率最高为1GHz。龙芯3A是首款国产商用4核处理器，其工作频率为900MHz～1GHz。龙芯3A的峰值计算能力达到16GFLOPS。龙芯3B是首款国产商用8核处理器，主频达到1GHz，支持向量运算加速，峰值计算能力达到128GFLOPS，具有很高的性能功耗比。

　　2015年3月31日中国发射首枚使用“龙芯”北斗卫星。
　　海思 K3V2 ，是2012年业界体积最小的四核A9架构处理器。他是一款高性能CPU，主频分为1.2GHz和1.5GHz，是华为自主设计，采用ARM架构40NM、64位内存总线，是Tegra 3内存总线的两倍。
　　该款处理器规格为12*12mm， 同时内置业界最强的嵌入式GPU(图形处理芯片)，并采用手机芯片中最高端的64bit带宽DDR内存设计来充分释放四核的性能。具体来看，K3V2有四个A9内核，16个GPU单元，频率1.5GHz，使用TSMC 40nm工艺制造，面积12mmx12mm，是继英伟达tegra3之后第二款四核A9处理器。
　　而采用该处理器的华为AscendD quad / quad XL 高端智能手机已经于2012年8月在中国市场率先发售，然后铺货欧洲、亚太、澳洲、北美、南美和中东等全球市场。

2. 中国自主研发的CPU芯片及其性能

　　 http://baike.baidu.com/view/3625.htm    龙芯一号（英文名称Godson-1）　　龙芯一号CPU IP核是兼顾通用及嵌入式CPU特点的32位处理器内核，采用类MIPS III指令集，具有七级流水线、32位整数单元和64位浮点单元。龙芯一号CPU IP核具有高度灵活的可配置性，方便集成的各种标准接口。图1显示了龙芯一号CPU IP核可配置结构，其中虚线部分表示用户可根据自己的需求进行选择配置，从而定制出最适合用户应用的处理器结构。主要的可配置模块包括：浮点部件、多媒体部件、内存管理、Cache、协处理器接口。浮点部件完全兼容MIPS的浮点指令集合，浮点部件及其相关的系统软件完全符合ANSI/IEEE 754-1985二进制浮点运算标准。浮点部件主要包括浮点ALU部件和浮点乘法/除法部件，用户可根据自己的实际应用选择是否添加。媒体部件复用了MIPS浮点指令的Format域，并复用了浮点寄存器堆，媒体指令集基本对应了Intel SSE媒体指令集合的各种操作。　　内存管理部件有三种工作模式，即标准模式、直接映射模式和无映射模式。在标准模式下，TLB分为ITLB和DTLB两部分，每部分均由48项页表项组成，同时支持mapped和unmapped的从虚拟地址到物理地址的变换方式；TLB也可只进行直接映射，不使用CAM和RAM，以减小面积；而无映射模式下甚至可以去掉TLB，采用直连SRAM的形式实现访存。龙芯一号CPU IP核的Cache分为指令Cache和数据Cache，两部分独立配置，以4K为一路，可配置为4路、2路和0路。用户可根据应用需要，确定所需Cache的大小，甚至不使用Cache。协处理器接口为外部协处理器提供了一个高效率的接口。龙芯一号CPU IP核提供了两套可配置的处理器总线接口：AMBA接口和哈佛结构SRAM接口。　　龙芯二号（英文名称Godson-2）　　龙芯二号CPU 采用先进的四发射超标量超流水结构，片内一级指令和数据高速缓存各64KB，片外二级高速缓存最多可达8MB.最高频率为1000MHz，功耗为3-5瓦，远远低于国外同类芯片，其SPEC CPU2000测试程序的实测性能是1.3GHz的威盛处理器的2-3倍，已达到中等Pentium4水平。　　龙芯3号 正在预研 　　虽然“龙芯2号”正火热推广，但“龙芯3号”也正在预研。据悉“龙芯3号”将是一款多核处理器，至少也是一款四核的产品，并增加专门服务于Java程序的协处理器，以提高Linux环境下Java程序的执行效率，指令缓存追踪技术等。“龙芯3号”最终将实现对内峰值每秒500-1000亿次的计算速度。

3. 中国自主研发的CPU芯片及其性能

首先说下PC端的国产CPU龙芯，龙芯是中国科学院计算所自主研发的通用CPU，采用简单指令集，类似于MIPS指令集。龙芯1号的频率为266MHz，最早在2002年开始使用。龙芯2号的频率最高为1GHz。龙芯3A是首款国产商用4核处理器，其工作频率为900MHz～1GHz。龙芯3A的峰值计算能力达到16GFLOPS。龙芯3B是首款国产商用8核处理器，主频达到1GHz，支持向量运算加速，峰值计算能力达到128GFLOPS，具有很高的性能功耗比。但是，龙芯离国际知名CPU厂商因特尔、AMD还是有非常大的差距的。
再说说移动端CPU，首先是华为的海思处理器，作为全球领先ICT企业，华为从2006年开始启动智能手机芯片的开发，2012年推出的K3V2是最早真机演示、体积最小的四核处理器，成为首颗千万级规模的国产高端智能手机芯片。而之后推出的麒麟处理器则全面采用了SoC（System
on
Chip，片上系统）架构，即在单个芯片上集成中央处理器、通信模块、音视频解码以及外围电路等一个完整的系统。同时，麒麟采用当前业界领先水平的28纳米HPM高性能移动工艺制程，满足高性能和低功耗的双重特性。而即将发布的海思麒麟950处理器，已经赶上甚至超越国际知名移动CPU品牌高通、三星exynos、NVIDIA、联发科。
除了华为的海思麒麟，目前已经投入使用，比较知名的还有联发科，全志A10，新岸线，瑞芯微，联芯。其中联发科目前在国产中低端手机中是有相当大的份额的，联发科手机芯片主打低功耗,
所以联发科的手机芯片更省电，而且性能也是比较出色的。

4. 龙芯，真正意义上自主研发的国产CPU有多强？

5. 国产自研CPU都有谁

1.龙芯—血统纯正的国产U
龙芯老实说不是最早国产U，也不是最成功的，但它偏偏知名度最高，各种电视新闻报道，中科院出身，血统纯正，名正言顺的成为国产CPU的代表产品。以计算角度来看，龙芯确实是比较纯正的国产CPU，但指令集依然不是自创的，使用的是MIPS的指令集，并在此基础上发展出了自己的一套规范。
龙芯之父胡伟武博士说过可以把CPU做到世界第一，但是指令集不同，软件无法使用，用户绝对是不会买账的，打造自己的软件生态系统花费巨大，无奈之下龙芯只好选择当时在大学、科研单位有良好基础的MIPS指令集。虽然指令集是别人的，但在龙芯的开发下，新加入了500多条自定义指令，运算效率极大提升，最新的龙芯3A3000单线程性能约为IntelI54460的三分之一。
纸面上虽然这样说，不过龙芯几乎没什么应用支持，只是个光杆司令单纯参数并没有什么参考意义，期待龙芯在桌面市场有所表现不怎么科学。不过军工航天领域倒是有大大的发展空间，15年发射的北斗双星就是搭载的龙芯，性能以及价格都远远优于进口宇航CPU，后续的国防航宇领域都会搭载国产CPU，相信这将是国产U的正确发展道路。
2.申威/飞腾—有军方背景的最成功代表
上面龙芯是中科院出身走的军工路，而申威和飞腾都是有军方背景研究设施的亲儿子，比起龙芯更理所当然的承担起国产军工CPU的制造任务。指令集方面，申威处理器使用的是Alpha架构，而飞腾在几经周转之下，最终选择了ARMV8指令集。
龙芯在桌面市场还有叫得出名字的产品，而申威则是专注超算领域，旗下的神威·太湖之光也打破“天河二号”的六连冠，问鼎世界超算第一，神威采用的CPUSW26010，260核心，Alpha64位架构，性能几乎是天河2号的三倍，但总功耗反而更低了。而使用AMR架构的飞腾处理器则是在服务器CPU领域发力，旗下“火星”服务器CPU，全芯片性能与IntelXeonE5-2699v3相当，早些年还在山寨Intel现在已经能与大哥相媲美，实属难得。
3.兆芯/海光—政策驱动下的后期新秀
上面说到的国产U都有个问题，就是不支持WINDOWS，想要快速研发出可以商用的CPU，还是要老实的走X86路线，可这是Intel的吃饭家伙啊，想要获得他的授权基本没可能，这可怎么办？此时，家有一老如有一宝，国产厂商很顺利的勾搭上风烛残年的台湾VIA，虽然VIA只剩下个壳子，但好歹还是有X86专利的，面对大陆的重金礼聘，自然乐意和大陆合作了。
兆芯公司是13年由上海国资委旗下的联和投资与VIA成立的，上海出资80%，VIA占股20%，说白了就是大陆出钱，VIA出技术，而目前的产品没一点和自主沾边的（除了名字），说白了就是贴牌，VIA十年不更新的VIANano马甲，性能非常的寒碜，也看得出只要是老老实实的开发，技术封锁什么的根本不是事，完全可以达到国际水平，然而为什么这样摆明贴牌的U都能叫中国芯呢？原因在于国家政策——“核高基”，根据公开报道兆芯拿到的核高基补贴高达56亿，后续还在申请，总额高达70亿，老实说，即使兆芯今后再不务正业，未来5年也完全不愁吃喝。这里ZF又犯了急于求成的大忌，前些年自主研发的国产U收效甚微，为了加速发展，承认引进技术的企业，于是造就了这样毫无自主可言的“中国芯”。

6. 国产CPU芯片设计公司的发展前景如何？

行业主要公司：目前国内CPU行业主要公司有天津海光、华为鲲鹏、天津飞腾、上海兆芯、龙芯中科等。
1、中国CPU第一股诞生
2022年1月6日，嵌入式CPU设计公司苏州国芯科技股份有限公司于科创板上市，股票代码(688262)发行价为每股41.98元。标志着我国嵌入式CPU第一股的正式诞生。国芯科技是一家聚焦于国产自主可控嵌入式 CPU 技术研发和产业化应用的芯片设计公司。致力提供 IP 授权、芯片定制服务和自主芯片及模组产品，主要应用于信息安全、汽车电子和工业控制、边缘计算和网络通信三大关键领域。2009年，国芯科技主要聚焦汽车电子、工控和信息安全领域，2017年，公司开发开源RISC-V指令集架构处理器，同时进军边缘计算与网络通信领域。

国芯科技的技术研发经历了三个重要发展阶段：1、M*Core阶段：2002年4月，国芯科技与摩托罗拉签署M*Core处理器核心授权，协议未约定履行期限，属于长期有效的框架协议。2008-2009年，国芯科技基于M*Core指令集推出C200/C300/C400处理器设计平台。
2、PowerPC阶段：2010年9月，国芯科技与IBM签署Power ISA微架构授权协议，授权费用445.80万美元，2017年签订补充协议，费用120.00万美元。国芯科技2010年至今基于PowerPC指令集推出C2000/C8000/C9000处理器设计平台。
3、RISC-V阶段：2017年，国芯科技基于开源RISC-V指令集推出CRV0/CRV4处理器设计平台。

2、国产CPU指令集呈现多元化，制程迎头追赶
从目前我国国产CPU产品来看，国产CPU采用的指令集也呈现多元化状态，且制程多集中于28-14nm制程节点，而全球CPU巨头如英特尔、AMD、IBM多采用7nm以下高端制程，差距较大。目前，上海兆芯与龙芯中科推出了消费级CPU及相关产品，其中兆芯拥有x86指令集授权，有较好的兼容性，龙芯在其3A5000/3B5000产品中放弃MIPS指令集架构，采用自研指令，实现了我国处理器市场指令集的新突破。除此之外，天津海光、华为鲲鹏则用于服务器。国芯科技CPU基于M*Core、PowerPC及RISC-V指令集，面向工业控制、信息安全、金融电子等多种领域。

3、国芯科技嵌入式CPU IP授权业务达到国际主流水准
国芯科技嵌入式CPU IP授权业务已达到主流水准。从产品方面来看，国芯科技拥有8种40余款嵌入式CPU内核，虽然不及ARM的领域广泛，但已经具有面向信息安全、物联网、汽车电子、工业控制、信息安全、边缘计算、网络通信等关键领域。从制程上看，国芯科技支持先进14/7nm工艺节点实现，已达到国际主流水准。

4、我国CPU行业发展策略——走自研道路
国芯科技作为国产CPU开发商，无论是市场份额还是技术水平上都难以与国际龙头企业匹敌，但其自研CPU填补了信息安全、工业控制等关键领域的空白，实现了从“0”到“1”的突破。国产CPU发展，需要走自研道路，完善全产业链，防止国外“卡脖子”。同时还要注重生态搭建，做好软硬件结合。最后，要警惕国外倾销，保证国产CPU的可持续发展。

7. 半导体系列（三）：芯片设计篇之CPU研究，国产CPU到底行不行

  CPU又称中央处理器，作为计算机系统的运算和控制核心，是半导体产业技术最密集、最具战略价值的产品，是一个国家技术势力的象征。 
     
    目前CPU的市场基本被美国的两大公司垄断，分别是大哥Intel和小弟AMD，两家几乎占领了99%的市场份额。 
     
    目前Intel和AMD以X86指令集和微软共同建立了庞大的生态系统并且不对外开放，这样一来，中国队想要自己做CPU的空间不多了。 
     
        
        
      01 CPU定义   
   CPU在半导体行业中是人们常接触到的一种芯片，最常见的应用就是在电脑中，其中有名的有Intel的  i9-11980HK  和AMD的  R7-5800X  。
     
        
   按照CPU种类来分类，可以分为服务器CPU、家用电脑CPU、嵌入式设备CPU和手机CPU，服务器CPU需要更出色的性能、稳定性和安全性，要求服务器365天开机运行，连续工作，一个服务器可以安装多个CPU；而家用电脑CPU性能要求相对较低，容量较小，不要求连续工作，一个电脑只能安装一个CPU；嵌入式设备和手机对CPU的性能要求相对更低。
     
        
   按照CPU指令集架构来分类，CPU可以分为RISC和CISC。
     
     CISC 即复杂指令系统计算机，物如其名，CISC是比较复杂的，指令系统比较丰富，有特定的指令来完成对应的功能，可以处理特殊任务。  
     
     RISC及精简指令集计算机，把精力集中在经常使用的指令上，对不常用的功能，通过组合指令来完成，实现简单高效的特点，一次RISC不能处理特殊任务。通俗来说就是经常用的功能简单化，不经常用的功能复杂化。  
     
   这其中CISC代表的指令集有X86，RISC代表的指令集有ARM、MIPS、RISC-V、Alpha、SPARS，除了这两种之外，还有我国自主研发的指令集DEC和LoongArch。
     
        
      02 六大国产CPU   
   首先我们来了解一下什么是CPU的生态环境，  CPU的生态环境就是一块CPU推出后，系统和软件对它的支持和优化有多少，  比如国产CPU龙芯就没有一个好的生态，不论是采用MIPS还是自主研发的LoongArch都不能支持Windows系统。
     
   自主建立生态环境又难于上青天，而生态如果没有建立，软件商店就不会有软件（比如QQ在Linux中停更），这也是国产CPU发展最大的瓶颈之一。
     
   目前国内有六大CPU设计厂商，他们是华为、飞腾、兆芯、申威、龙芯、海光（均未上市），他们分别以不同的方式参与CPU的设计。
     
   CPU国产替代的故事得从Intel开始。
     
   Intel趁着PC的东风迅速发展，建立了X86架构，标识了一套通用计算机指令集合，并且与微软一起在X86指令集上建立了庞大的生态。
     
   目前的X86指令集不对外授权，只被英特尔和AMD所掌握，而X86又是PC、服务器领域做得最好的，别的指令集的生态环境远远抵不过X86，留给中国队的发展空间实属有限。
     
   中国队CPU分为3个路线。
     
     其一是由  龙芯 和 申威 代表的：自研指令集 
     
   龙芯最初采用的是MIPS精简指令集，制作通用CPU，主要产品是自主可控消费类例如服务器、台式机、嵌入式、航天器等领域。
     
   申威最初采用的是Alpha精简指令集，主要应用在超级计算机和军事领域。
     
   龙芯和申威都因为生态的原因，很难发展起来，尤其是龙芯，想要打入服务器和台式机市场必须有很好的生态。
     
   龙芯因为MIPS的分崩离析，开始发展自己的指令集——  LoongArch  ，它是完全有龙芯自主研发，可以兼容MIPS生态，  并且开始尝试用二进制翻译兼容ARM、X86处理器，龙芯的目标是在2025年消除指令集之间的壁垒，彻底搞定兼容问题。  
     
   申威也因为Alpha被收购，开始发展自主研发的指令集——  SW64  ，它是由Alpha改进而来，申威制作的神威·太湖之光超级计算机便采用SW64指令集，被称为“国之重器”，在国际上都有一定的地位，多项指标全球第一。
     
     第二路线是由  华为 和 飞腾 代表的：ARM指令集授权 
     
   华为芯片“四大天王”麒麟、鲲鹏、巴龙、升腾中，除了巴龙以外，均采用ARM指令集授权来开发。这其中最著名的就是“麒麟”了，在手机领域一度领先，直至海外因畏惧华为的崛起，开始了制裁华为事件，就此“麒麟”短暂隐身。
     
   飞腾也是国内目前使用ARM架构制作CPU的厂商之一，其技术不弱于高通，目前公司也被美国列入黑名单，其芯片制造环节同样被卡脖子，可能成为第二个华为。
     
   除了华为和飞腾以外，国内以ARM架构制作芯片的厂商还有很多，例如贵州华芯通、展讯通信等。
     
     第三路线是由  兆芯 和 海光 代表的：合资获取X86授权 
     
   兆芯的X86架构授权是源自于VIA公司将部分X86处理器相关技术、资料等IP产权以1.18亿美元价格卖给兆芯。兆芯基于X86的生态和技术，性能方面普遍高于龙芯，但还是不能和英特尔比肩。
     
   海光的X86架构授权是通过和AMD合资公司来拥有AMD授权IP，但并不是完整的技术转让，而是阉割后的残缺版，所以性能上面和AMD锐龙、高通骁龙差一个档次。
     
        
      03 RISC-V   
    RISC-V近些年流行的新型指令集，它是一种开源式指令集，对使用者免费开放，也是这种特性使它被众多专家认为是中国处理器产业的一次机会，而且可能是最后一次机会。 
     
        
     目前全球CPU的市场格局是以X86架构垄断PC、服务器行业；ARM架构垄断移动设备行业，这两家几乎涵盖了所有CPU市场需求。  
     
   X86架构归“Wintel”（英特尔+微软）所属，是一种封闭指令集，不对外授权，  简单说就是谁也别想用，就我自己能用  ；ARM架构属于可授权指令集+可授权设计，  简单说就是你用需要经过我同意并且收费，你想再它基础上设计还得再经过我同意并且再收费。  
     
   正因为如此，RISC-V作为开放式指令集，被中国队大力支持，看作救命稻草。
     
   那RISC-V究竟有没有那么好呢？我们主要得看两方面：  一个是它的生态好不好，生态是决定指令集发展空间的最大因素；另一个就是它到底是不是彻头彻尾的免费，日后会不会再被卡脖子。  
     
   第一，RISC-V的生态怎么样。
     
   RISC-V具有性能高、功率低、面积小、易于扩展等技术特点，最重要的是它的开源、免费的独特属性，为其带来众多合作商，影响力逐步扩大。
     
   从2015年组织RISC-V基金会成立是的25个成员，到现在已经有超过300多个单位的加入，其中包括阿里、谷歌、华为、英伟达、高通、中科院、麻省理工等等。
     
   日前，有知情人士表明，英特尔将以20亿美元收购RISC-V领域的重量级公司SiFive，这也表明了英特尔的态度。
     
   虽然英特尔靠X86架构在PC、服务器领域无人能敌，但是移动设备一直是他的心病，ARM在移动设备领域是他无法抗衡的，而RISC-V的出现，给了机会。
     
     但是看好归看好，ARM的垄断地位依旧很难撼动，RISC-V后续可能与X86联手对抗ARM，但更大的可能是打入嵌入式设备市场中，做物联网领域的“一哥”。  
     
   总体来说，不论是PC、服务器，还是移动设备，都很难被RISC-V介入，相反一些嵌入式设备比如空调、冰箱、扫地机器人、电动车等等发展环境更好。
     
   第二，RISC-V是否永远免费。
     
   RISC-V源于2010年，加州大学伯克利分校的一个研究团队研发，当时他们因为市场已存在的指令集相当复杂，且成本和门槛太高，所以建立了新的指令集。
     
   “开源架构RISC-V将永久免费，成为人类共有财产。相较于X86和ARM架构的高门槛，开源架构RISC-V将带来芯片设计的革命”——RISC-V架构开发者之一Krste Asanovic博士。
     
   这是RISC-V架构开发者的原话，表明该指令集是完全开源免费的，到目前为止他们也很好的履行了，甚至把基金会总部搬离美国，迁移至瑞士（永久中立国）以防止美国地方政策的限制。
     
   尽管RISC-V从表现来看做得很优秀，但抽丝剥茧，终究还是有隐患在的。
     
   实现RISC-V指令级架构的处理器内核有很多个不同的微架构实现，而微架构实际的模式是分不同类型的，其中有开放的、需授权的以及封闭的。
     
     虽然基于RISC-V开发CPU不需要支付授权费用，但如果直接用RISC-V内核设计，也是需要支付授权费的。通俗来说就是你用我不需要收费，但是想在它的基础上设计得经过我同意，甚至收费（我们目前是全免费，但我有权利在以后收些钱）。  
     
        
   总结来说，目前全球的指令集呈现以X86、ARM、RISC-V三足鼎立的局势，RISC-V作为新时代的弄潮儿得到了各大厂商的认可，有发展的空间，但它不足以撼动其他两个指令集的地位，不过可以预料到的是，等RISC-V成长起来，仍然有可能对我国CPU发展卡脖子，我们需要保持隐患意识，在跟随洋人步伐的同时，发展自身CPU业务。
     
   纵观国内厂商在电脑CPU领域，龙芯以自研为主，开发属于中国的指令集，目前已经可以满足一些党政领域以及机密工作的需求，但打入家用电脑领域仍需要提升CPU的生态和性能；服务器CPU中，申威在超算上小有成绩；华为近期也有消息称完成40nm去美化工作线投产，在明年更将攻破20nm的工作线，麒麟可能会重新归来；一些未上市公司如芯来 科技 、平头哥等也有在尝试RISC-V领域。
     
   种种迹象都在证明，虽然我们起步慢了30年之久，但国产CPU一直在突破，路途艰辛却一路披荆斩，长夜漫漫，但黎明终将到来。
     
     
     全文由各种资料查证，如有专业领域上的错误，希望可以抛砖引玉，有所探讨。  
     
     芯片全产业链图（绿底已经写完）  
     
        
   今天在后台回复『硬核干货』，主编送你一个 财经 知识锦囊。
   
    （特别说明：文章中的数据和资料来自于公司财报、券商研报、行业报告、企业官网、百度百科等公开资料，本报告力求内容、观点客观公正，但不保证其准确性、完整性、及时性等。文章中的信息或观点不构成任何投资建议，投资人须对任何自主决定的投资行为负责，本人不对因使用本文内容所引发的直接或间接损失负任何责任。） 

8. 中国芯的研发者是谁

2001年5月，在中科院计算所知识创新工程的支持下，龙芯课题组正式成立，也自此掀开了由中国自己制造通用芯片处理器的先河。五年过去了，龙芯处理器在被誉为“龙芯之父”的胡伟武总工程师的带领下，取得了令人瞩目的业绩，2006年与意法半导体的签约，更是为龙芯的国际之路奠定了坚实的基础。
作为完全拥有自主知识产权的高科技产品，龙芯也一直吸引着亿万国人的观注，龙芯的团队如何？龙芯下一步的战略会是怎么样的？我们不无期待。

　　近日，在中科院计算所技术发展处、技术转移办项目主管崔洪亮博士的引荐下，PConline新闻组全程参观了位于北京中关村的中科院计算所（8层为龙芯产品研发基地），也让我们对于这个诞生龙芯产品的圣殿有了一个全新的揭秘。