CPU市場，正醞釀變局

作者：豐寧

11月28日，國產(chǎn)CPU廠商龍芯中科正式發(fā)布了基于龍架構(gòu)的新一代四核處理器——龍芯3A6000。這款處理器采用我國自主設(shè)計的指令系統(tǒng)和架構(gòu)，無需依賴任何國外授權(quán)技術(shù)，是我國自主研發(fā)的新一代通用處理器，可運行多種類的跨平臺應(yīng)用，滿足各類大型復(fù)雜桌面應(yīng)用場景。

據(jù)介紹，3A6000對標(biāo)英特爾第十代酷睿處理器，采用四大核、四小核設(shè)計，基于LA664處理器核，單核定/浮點性能分別提升60%和90%，多核定/浮點性能分別提升100%和90%。新一代國產(chǎn)CPU的推出，也標(biāo)志著我國自主研發(fā)的CPU達(dá)到了新的高度。

那么從全球市場來看，中國CPU如今扮演者什么樣的角色以及未來的發(fā)展前景如何？在探究這些之前首先要了解當(dāng)今的市場格局。

?01、CPU兩巨頭的淵源

CPU作為計算機(jī)設(shè)備的運算和控制核心，負(fù)責(zé)指令讀取、譯碼與執(zhí)行，其研發(fā)門檻高、生態(tài)構(gòu)建難。X86架構(gòu)和ARM架構(gòu)是兩種主流的CPU架構(gòu)，X86架構(gòu)占據(jù)絕大多數(shù)的市場份額，由英特爾、AMD兩大巨頭領(lǐng)跑，英特爾憑借至強(qiáng)系列市場份額維持在 60%以上，AMD 的市場份額也在持續(xù)提升。

英特爾和AMD之間的競爭可以追溯到半個多世紀(jì)前。

1974年，英特爾推出8080處理器，AMD看到了微處理器市場的巨大潛力，決定著力研制并成功成為英特爾的第二供應(yīng)商。隨后，AMD的發(fā)展勢頭越發(fā)強(qiáng)勁，工藝和產(chǎn)能都得到了很大提升。它的崛起引起了英特爾的警覺，當(dāng)英特爾推出8086處理器時，遲遲不肯授權(quán)給AMD。IBM扮演著促成英特爾與AMD合作的關(guān)鍵角色，迫使英特爾重新授予AMD第二供應(yīng)商的地位。1984年，AMD的銷售額達(dá)到了11億美元。

80年代中后期，兩家開始分道揚鑣。1987年，英特爾單方面結(jié)束了與AMD在5年前簽訂的技術(shù)交流協(xié)議，停止向AMD公司授權(quán)386（指Intel 80386系列芯片）技術(shù)，AMD與英特爾開啟了長達(dá)五年的官司斗爭，最后AMD勝訴，也因此錯過了PC發(fā)展的黃金時代。

與英特爾決裂后，AMD果斷決策，加大了自己的研發(fā)投入。自此開始產(chǎn)品快速迭代，侵蝕英特爾的市場份額。2006年是一個臨界點，為了進(jìn)一步增強(qiáng)自己的技術(shù)實力，AMD 花費54億美金收購了顯卡巨頭ATI，成為全球唯一一個同時擁有CPU與GPU研發(fā)能力的芯片公司，但是AMD也為此付出了巨大代價，桌面和移動市場更是節(jié)節(jié)敗退，也就是從這一年開始，AMD開始在工藝上全面落后英特爾，與英偉達(dá)的競爭也處于下風(fēng)，從此英特爾在高端處理器市場，就一直處于領(lǐng)先地位。

2017年AMD再一次沖鋒。AMD的CEO蘇姿豐在發(fā)布會上說：“今天是個大日子，不論你是PC游戲玩家還是內(nèi)存創(chuàng)造者，只要你需要高性能處理器，AMD都可以滿足你?！卑l(fā)言之后，從口袋里掏出第一款主流八核心的銳龍?zhí)幚砥?，i7主流旗艦的價格，i7至尊的性能。自此AMD再一次踏上與英特爾瓜分天下的征程，市占率穩(wěn)步提升。

時至今日，CPU市場又發(fā)生了諸多變革，在一系列變革的影響下，往日一家獨秀的格局不知還會延續(xù)多久。

?02、AMD攻上數(shù)據(jù)中心擂臺

根據(jù)獨立半導(dǎo)體分析師 Sravan Kundojjala 發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，2022年Q1-2023年Q1，英特爾在X86 PC市場市占率分別為81.4%、78.1%、88.9%、87.2%、89.5%，AMD在2022年Q1-2023年Q1的X86 PC市場市占率分別為18.6%、21.9%、11.1%、12.8%、10.5%。

在X86 PC市場，英特爾一直保持著強(qiáng)勢的地位，哪怕是市占率最低的一個季度，該數(shù)值也有78.1%，AMD反而是自2022年Q2達(dá)到21.9%的最高點后下滑嚴(yán)重。

在X86數(shù)據(jù)中心市場，2022年Q1-2023年Q1，英特爾的市占率分別為82.6%、75.8%、72.4%、69.7%、74.2%；AMD的市占率分別為17.4%、24.2%、27.6%、30.3%、25.8%。

可以看到，在X86數(shù)據(jù)中心市場上，英特爾的市占率下滑較為明顯，AMD憑借其不斷增加的產(chǎn)品組合市占迅速增長，從2022年Q1的17.4%增長至2023年Q1的25.8%，增長了8.4%。

過去一年，對AMD來說是突破性的年份，其市場份額增長迅速。據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)Mercury Research最新公布的數(shù)據(jù)顯示，AMD 在 2023 年第三季度的出貨量份額為 23.3%，同比增長5.8%，環(huán)比增長4.7%，收入份額也環(huán)比大幅增長 4.4%，同比增長 1.7%。這種增長可能歸因于 AMD 最新的第四代 EPYC 處理器的高度受歡迎，該處理器是 AMD 第三季度最受歡迎的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品，因為主要云提供商將其用于內(nèi)部工作負(fù)載和公共實例。

如今AMD 正在成為數(shù)據(jù)中心基于 x86 CPU 的主導(dǎo)力量，越來越多地被云提供商和服務(wù)器公司采用。不過，雖然近年來AMD銳龍勢頭迅猛，但畢竟英特爾在此之前有著長達(dá)10年以上的絕對領(lǐng)先優(yōu)勢，英特爾這棵大樹絕非輕易可以撼動的。

除了英特爾和AMD之外，在CPU市場的另一極，一個新的參賽選手正在博得越來越多的關(guān)注，那就是國產(chǎn)CPU。

?03、國產(chǎn)CPU正迎頭趕上

中國是全球最大的芯片消耗國，在最近幾年需求迫切以及供應(yīng)環(huán)境動蕩等背景的推動下，中國正涌現(xiàn)不少優(yōu)秀的CPU處理器芯片后備軍，包括龍芯、兆芯、華為鯤鵬、海光、飛騰和申威。

其中，華為鯤鵬是華為計算產(chǎn)業(yè)的主力芯片之一，包括服務(wù)器和PC處理器。它基于ARM V8架構(gòu)，處理器核、微架構(gòu)和芯片均由華為自主研發(fā)設(shè)計。

飛騰也是以ARM指令集為基礎(chǔ)自研內(nèi)核構(gòu)架。目前其已形成了完善的CPU產(chǎn)品線，在黨政信創(chuàng)市場占有很大優(yōu)勢，主要應(yīng)用場景有桌面和服務(wù)器等。兆芯和海光則分別采用X86架構(gòu)。海光使用的是AMD授權(quán)的X86架構(gòu)，此后海光基于永久授權(quán)的x86架構(gòu)不斷進(jìn)行自我研發(fā)，迭代升級，主攻服務(wù)器芯片。

兆芯使用的是英特爾授權(quán)的X86架構(gòu)，個人PC和服務(wù)器都有涉及。架構(gòu)來源的不同給海光和兆芯這兩家的應(yīng)用導(dǎo)向也帶來了一定影響，比如：海光未獲得桌面產(chǎn)品授權(quán)，而兆芯可以做到安裝Windows。

龍芯中科是目前中國CPU企業(yè)中自主程度最高的企業(yè)之一，現(xiàn)已構(gòu)建了面向嵌入式專門應(yīng)用的龍芯1號、面向工控和終端類應(yīng)用的龍芯2號、面向桌面/服務(wù)器類應(yīng)用的龍芯3號系列處理器及配套橋片的完整產(chǎn)品矩陣。根據(jù)龍芯2022年底透露的消息，該公司的競爭優(yōu)勢目前還是在工控業(yè)務(wù)領(lǐng)域。與此同時，龍芯也在布局服務(wù)器CPU。

申威則主要用于超級計算機(jī)。目前在神威、太湖之光中使用的就是SW26010芯片。

在中國服務(wù)器市場，國產(chǎn)CPU廠商占據(jù)的份額逐步擴(kuò)大。IDC報告顯示，2022年國產(chǎn)服務(wù)器領(lǐng)域，海光信息以一己之力占據(jù)行業(yè)半壁江山，并超出第二名13.7%的市場份額。根據(jù)海光信息發(fā)布的三季度財報顯示，海光信息前三季度凈利同比高增38%。以下是具體營收：2023年前三季度營收約39.43億元，同比增加3.22%；歸母凈利潤約9.02億元，同比增加38.27%。其中，第三季度營收13.33億元，同比增長3.3%，第三季度歸母凈利潤2.24億元，同比上漲27.23%。

接下來，隨著信創(chuàng)項目的大面積鋪開，信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)也隨之出現(xiàn)了一個現(xiàn)象級的風(fēng)口，將創(chuàng)造一個萬億元級別的市場，也將極大地帶動國內(nèi)CPU廠商的快速發(fā)展。彼時龍芯、海光、鯤鵬等國產(chǎn)CPU廠商將帶給市場怎樣的驚喜，我們拭目以待。

?04、基于Arm架構(gòu)的CPU混戰(zhàn)

隨著時間的推移，基于ARM架構(gòu)處理器的市場增長正逐漸加速。目前，蘋果的Mac電腦對ARM架構(gòu)處理器的市場增長貢獻(xiàn)最大。 根據(jù)最新的數(shù)據(jù)，ARM架構(gòu)的PC處理器在蘋果的M系列芯片推動下，已經(jīng)占據(jù)了個人電腦處理器市場份額的13.3%，高于去年的10.3%。 而在2020年，基于ARM架構(gòu)的PC處理器僅占市場份額的1.4%。

除了蘋果，高通、英偉達(dá)和AMD等公司也都在開發(fā)基于ARM架構(gòu)的PC處理器。

據(jù)悉，英偉達(dá)正在采用Arm的技術(shù)，設(shè)計一款可運行微軟Windows操作系統(tǒng)的中央處理器。 此外，AMD也計劃研發(fā)基于Arm技術(shù)的PC處理器，預(yù)計最快將于2025年上市。

微軟高管也注意到了蘋果基于Arm架構(gòu)芯片的效率，包括處理人工智能任務(wù)的能力，并希望在自家的Windows操作系統(tǒng)上獲得類似的性能。 2016年，微軟曾委托高通帶頭將Windows操作系統(tǒng)遷移到Arm的底層處理器架構(gòu)上，微軟授予高通在2024年之前獨家開發(fā)與Windows兼容的芯片。

ARM架構(gòu)處理器在移動設(shè)備上具有顯著的能耗優(yōu)勢，因此可能會成為越來越多廠商選擇布局具備較高AI處理性能和低能耗PC處理芯片的重要因素。 對于英特爾來說，要想在未來的市場競爭中立于不敗之地，必須加快技術(shù)研發(fā)步伐，推出更加優(yōu)秀的產(chǎn)品來滿足市場需求。

?05、RISC-V 挑戰(zhàn) CPU市場

RISC-V是一種簡單、開放、免費的全新指令集架構(gòu)。RISC-V最大的特點是“開放”，它的開放性允許它可以自由地被用于任何目的、允許任何人設(shè)計、制造和銷售基于RISC-V的芯片或軟件，這種開放性，在處理器領(lǐng)域是徹底的第一次。

RISC-V這種開放架構(gòu)的誕生可以說是時代發(fā)展的必然。RISC-V生態(tài)體系正在全球范圍內(nèi)快速崛起，成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)及物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算等新興應(yīng)用領(lǐng)域的重要創(chuàng)新焦點。

RISC-V 是繼 x86、Arm 之后的第三大 CPU 架構(gòu)。目前至少有 300 多家單位加入，包括阿里、谷歌、華為、三星、英偉達(dá)、高通、聯(lián)發(fā)科、中科院計算所等。

RISC-V 開放式架構(gòu)自2014 年8 月推出以來，已獲顯著進(jìn)步。采用RISC-V 架構(gòu)的芯片出貨超過10 億顆，預(yù)估到2030 年有160 億顆RISC-V 架構(gòu)芯片出貨。在近日的RISC-V 論壇上，RISC-V International 執(zhí)行長Calista Redmond 表示，預(yù)測未來幾年RISC-V 采用率將以40% 年復(fù)合成長率成長，到2030 年，RISC-V 架構(gòu)芯片出貨160 億顆，這比至今約10 億顆出貨量大幅成長。

中國工程院院士倪光南說：“可以毫不夸張地說，今天RISC-V是中國CPU領(lǐng)域最受歡迎的架構(gòu)，中國芯片產(chǎn)業(yè)和整個芯片生態(tài)將會越來越多地聚焦于RISC-V架構(gòu)，中國的巨大市場將成為支撐RISC-V的重要基地?！?/p>

RISC-V 為何如此適合中國市場？

首先，RISC-V架構(gòu)采用開源模式，具有設(shè)計精簡、易于移植、可擴(kuò)展、模塊化、可定制等特點，十分適合新一代信息技術(shù)領(lǐng)域“需求定義軟件，軟件定義硬件”的定制化趨勢，而中國在這方面具備超大規(guī)模市場優(yōu)勢，可以為RISC-V生態(tài)建設(shè)提供堅實支撐。

其次，與X86和ARM這兩大成熟架構(gòu)相比，RISC-V架構(gòu)具備顯著的后發(fā)優(yōu)勢。計算機(jī)架構(gòu)經(jīng)過多年演進(jìn)，更趨于成熟，許多問題已被研究透徹，作為后來者的RISC-V架構(gòu)可以自然而然的加以規(guī)避。同時，沒有向后兼容的歷史包袱。直觀地說，X86和ARM架構(gòu)的指令多達(dá)數(shù)千條，而RISC-V架構(gòu)僅需100余條指令。此外，簡潔的架構(gòu)方案還可有效減少錯誤發(fā)生，要知道CPU流片成本極高，減少錯誤的發(fā)生便可以節(jié)省不少資金投入。

最后，開源意味著自由、免費、可控。對于 RISC-V 指令集的使用，RISC-V基金會不收取高額的授權(quán)費。開源采用寬松的BSD 協(xié)議，企業(yè)可以完全自由免費使用，同時也允許企業(yè)添加自有指令集，而不必開放共享，實現(xiàn)差異化發(fā)展。而且不必?fù)?dān)心某一天像X86、ARM芯片架構(gòu)一樣，很容易被限。

目前，中國集成電路產(chǎn)業(yè)在芯片制造、封裝測試等環(huán)節(jié)不僅存在嚴(yán)重制約，而且在芯片設(shè)計環(huán)節(jié)，特別是主流CPU架構(gòu)方面受制于人的問題也需加以強(qiáng)調(diào)。應(yīng)當(dāng)看到，CPU架構(gòu)不僅直接影響芯片設(shè)計環(huán)節(jié)，實際上CPU架構(gòu)及其引領(lǐng)的整個生態(tài)對IT業(yè)都有重大影響。現(xiàn)在多種國產(chǎn)CPU架構(gòu)并存雖然反映了國產(chǎn)CPU的進(jìn)展，但并非長久之計，也不能改變主流CPU被x86和ARM兩種架構(gòu)壟斷的局面。如能聚焦于開源RISC-V發(fā)展主流CPU，既有助于集中資源、降低內(nèi)耗，也能打破x86和ARM兩種架構(gòu)的壟斷，滿足構(gòu)建國內(nèi)國際雙循環(huán)新發(fā)展格局的需要。