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    • 起步:上世纪50-70年代。1956年,半导体科技被列为国家新技术四大紧急措施之一。此后,中科院计算所、109厂、半导体所先后成立,锗晶体管、硅平面晶体管、集成电路等半导体器件相继实现突破,为109乙机、109丙机、156机的诞生分别提供了基础。1975年,伴随大规模集成电路技术的兴起,我国第一台集成电路百万次计算机013机研制成功。这一时期独立自主的产业发展为我国CPU事业打下了坚实基础。

     

    • 转折:上世纪80-90年代。1985年,中科院计算所、半导体所有关研制大规模集成电路的单位和109厂合并,成立中科院微电子中心。但这一时期,由于政策支持力度有所减弱等原因,产业完全市场化但自主性不足。

     

    • 提速:21世纪初至今。从“十五”开始,国产CPU自主性的问题再度提上议程,产业政策不断加码。泰山计划、863计划等催生了一批国产CPU品牌,2002年,我国首款通用CPU——龙芯1号(代号X1A50)流片成功。2006年,“核高基”重大专项推出,“高”即为高端通用CPU。2014年,我国发布《国家集成电路产业发展推动纲要》,国家集成电路产业投资基金(简称国家大基金)第1期成立,主要投资集成电路制造企业。2019年,国家大基金第2期成立,主要投资应用端。

     

    在经历数十年的艰辛探索后,目前,国产CPU产业已初具规模,涌现出一批领军企业。我们根据CPU指令集体系进行分类:

     

    • 1)复杂指令集(CISC)下,以X86架构为主,国内代表厂商包括海光、兆芯;

    • 2)精简指令集(RISC)下,涉及ARM架构、MIPS架构、Alpha架构等,国内代表厂商包括鲲鹏(ARM)、飞腾(ARM)、龙芯(MIPS)、申威(Alpha)等。

     

     

    二、飞腾:PK生态的主导者

     

    飞腾CPU由国防科技大学研究团队创造,起步于1999年。目前是国资比例最高(CEC通过中国长城控股)的国产CPU企业,是聚焦国家战略需求和重大项目的CPU国家队。在以往信创项目中具有较强的实战经验。曾先后尝试X86、Epic、SPARC、ARM四个指令集,并以SPARC开源代码为基础设计了FT-1000、FT-1000A、FT-1500等CPU。之后出于生态考虑,获得了ARM指令集授权,集成全自主处理器内核,形成了覆盖桌面、服务器和嵌入式等领域的完整产品线。

     

    在生态建设上,飞腾作为独立的芯片供应商,只提供芯片,秉承开放策略,与所有整机厂商都是对等的开放合作的关系,且全栈各层次生态伙伴众多,用户有更多选择,供应链安全性有保障。

     

     

     

    服务器CPU:FT-2000+/64于2017年发布,集成64个FTC662处理器内核,16nm工艺,主频2.0-2.3GHz,主要应用于高性能服务器领域,性能与Intel Xeon E5-2695V3系列相当。在ARM v8指令集兼容的产品中,FT-2000+/64在单核计算能力、单芯片并行性能、单芯片cache一致性规模等指标上处于先进水平。

     

    2019年5月,基于FT-2000+/64的服务器产品群在福州数字中国峰会上发布。芯片能效(性能功耗比)方面,与其他芯片相比飞腾优势明显;数据库等应用的实测性能对比其他一些国产芯片也相对占优。

     

     

    全面解析国产处理器性能

     

    鲲鹏具备“端边云算力同构”的优势。鲲鹏CPU基于ARM V8架构,处理器核、微架构和芯片均由华为自主研发设计。市场上目前存在超过500万基于ARM指令集的安卓应用,与ARM服务器天然兼容,无需移植即可直接运行,且运行过程中无指令翻译环节,性能无损失,相比X86异构最高能够提升3倍性能。

     

     

    2019年1月,华为宣布推出鲲鹏920,以及基于鲲鹏920的TaiShan服务器和华为云服务。鲲鹏920采用7nm制造工艺。规格方面,支持64内核,主频可达2.6GHz,集成8通道DDR4,支持PCIe4.0及CCIX接口,可提供640Gbps总带宽。鲲鹏920主打低功耗、强性能,在典型主频下,SPECint Benchmark评分超过930,超出业界标杆25%;同时,能效比优于业界标杆30%。

     

    全面解析国产处理器性能 全面解析国产处理器性能

     

    海光信息扭亏为盈,协同效应明显。2018年下半年,海光CPU实现量产,并陆续投入商用,主要客户为国内服务器整机厂商。2019年,海光实现营收3.90亿元,净利润为0.60亿元,首次扭亏为盈,体现出与中科曙光等厂商的协同效应明显。一方面,中科曙光拥有优质客户资源、良好销售渠道;另一方面,海光CPU满足国产化需求,将受益于以“中国芯”为底座的IT产业崛起。

     

     

     

    近期,中国电信发布服务器(2020年)集中采购项目货物招标集中资格预审公告,公告显示,H系列服务器共集采11185台,CPU类型为鲲鹏 920系列处理器或海光Dhyana系列处理器,标志着国产CPU已在技术复杂度较高的运营商市场实现了规模化的产业落地。

     

    不过,海光的技术来源一致困扰受制于合资的外资公司(AMD 占股51%),往往易受到质疑。而且技术的后续升级也可能存在一定难度(AMD只授权了上一代架构 Zen)。另外,海光不支持移动生态,在移动生态方面劣势较大。

     

    五、龙芯:完全自主的引领者

     

     

    龙芯是我国最早研制的高性能通用CPU系列。2001年,龙芯起步于中科院计算所,曾得到863、973、核高基等项目的支持,先后成功流片我国首款通用CPU龙芯1号、首款64位通用CPU龙芯2B、首款主频超过1GHz的通用CPU龙芯2E、首款四核CPU龙芯3A等,完成底层核心技术的积累。

     

    2010年,中科院、北京市政府共同牵头出资,龙芯中科技术有限公司正式成立,开始产业化运作。但龙芯基本上是民营企业,其目前的注册资本2.499亿元,有八个股东,其中中科院计算所(国资)25.21%,北京天童芯源科技公司(胡伟武个人投资260万元,占47.54%;其他股份为早期高管所有)25.21%,龙芯员工持股平台8.4%,其他5个股东是民间资本(上海鼎晖华蕴等)41.18%。

     

     

     

    龙芯坚持走自主创新与生态建设之路。龙芯走市场带动技术的道路,通过体制内市场引导,带动技术进步,再参与体制外市场竞争。基于MIPS架构,龙芯形成了自主指令集LoongISA,处理器核心的微结构和物理设计全部自主研发,并取得了500多项专利。龙芯学习Intel +Google +Apple的商业和技术模式,打造从端到云开放的全产业链生态体系,实现OS的跨平台兼容。

     

    目前,龙芯共有三个产品系列定位。3号大CPU面向桌面/服务器类应用,定位Intel酷睿/至强系列;2号中CPU面向工控和终端类应用,定位Intel阿童木系列;1号小CPU面向特定应用与需求,曾用于北斗卫星、石油勘探、智能设备(门锁、水表、电表)等方面,实现“上天入地,守卫国门,保护家门”。

     

     

    龙芯通用CPU在迭代中发展:

     

    • 第一代,基本可用。3A1000、3B1500单核性能较低,SPEC CPU2006测试分值仅2-3分,打开20M文档需要33秒,用户体验一般。

     

    • 第二代,可用。3A/B3000四核处理器采用28nm工艺,主频1.35-1.5GHz,单核性能达到10-11分,超过凌动系列,打开20M文档仅需6秒。具有安全自主程度高、整机厂商品类多、国产化桥片方案等特点。目前,累计出货超过30万颗,是此前信创工程上份额最大的通用CPU。

     

     

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