服務(wù)器競賽升溫，CPU芯片賽道迎來熱錢

作者：豐寧

在數(shù)字化浪潮的推動下，服務(wù)器市場持續(xù)蓬勃發(fā)展，各大廠商紛紛加大投入，力求在這場激烈的競爭中占據(jù)一席之地。

01、服務(wù)器市場，強勁增長

AI的到來，引爆了服務(wù)器市場。TechInsights最新數(shù)據(jù)顯示，到2028年，服務(wù)器市場規(guī)模將達到2730億美元，年復(fù)合增長率為18%。要知道，在2022年，全球服務(wù)器市場規(guī)模為1215.8億美元，這一數(shù)值在當下時點已不容小覷，然而這僅僅是2028年的一半。到2028年，專為AI應(yīng)用設(shè)計的服務(wù)器將占市場份額的59%，復(fù)合年增長率為49%。

再看中國市場。中國正成為全球最主要的服務(wù)器增長市場。2021年中國服務(wù)器市場規(guī)模達到250.9億美元；2022年中國服務(wù)器市場規(guī)模為273.4億美元。根據(jù)IDC、浪潮信息、清華大學全球產(chǎn)業(yè)研究院聯(lián)合編制的《2022—2023全球計算力指數(shù)評估報告》顯示，2022年，中國整體服務(wù)器市場規(guī)模保持6.9%的正增長，占全球市場比重達25%，2017年至2022年的復(fù)合增長率達48.8%。AI服務(wù)器方面，IDC預(yù)計2023年中國AI服務(wù)器市場規(guī)模將達到91億美元，同比增長82.5%；2027年將達到134億美元，年均復(fù)合增長率為21.8%。在服務(wù)器市場持續(xù)繁榮的當下，CPU的地位愈發(fā)凸顯。CPU作為其核心部件，其性能和功耗直接影響著服務(wù)器的整體表現(xiàn)，也因此成為市場關(guān)注的焦點。

02、服務(wù)器CPU架構(gòu)之爭

與GPU不同，CPU主要完成的是通用計算和邏輯控制的工作，打個比方，如果GPU是一個高效的執(zhí)行者，那么CPU可以看做一個能力全面的調(diào)度者。CPU作為計算機系統(tǒng)運算和控制的核心，是信息處理、程序運行的最終執(zhí)行單元。目前CPU行業(yè)主要由三大生態(tài)體系主導(dǎo):一是基于x86指令系統(tǒng)和Windows操作系統(tǒng)的Wintel體系，主要用于服務(wù)器與電腦等；在Wintel體系中，CPU廠商生產(chǎn)芯片，操作系統(tǒng)廠商提供操作系統(tǒng)。

二是基于Arm指令系統(tǒng)和Android操作系統(tǒng)的AA體系，主要用于低功耗和高度節(jié)能的應(yīng)用，例如云計算服務(wù)器和邊緣計算設(shè)備。在AA體系中，CPU廠商對芯片或系統(tǒng)廠商進行指令系統(tǒng)或IP核授權(quán)，操作系統(tǒng)廠商提供基礎(chǔ)版操作系統(tǒng)，由整機廠商定制專用芯片和發(fā)行版操作系統(tǒng)。在算力多元化的新時代，盡管x86架構(gòu)依然占據(jù)著服務(wù)器CPU市場超九成的份額，穩(wěn)坐行業(yè)巨頭之位，但競爭從未停止。

近年來，ARM也正加速進入服務(wù)器領(lǐng)域，這一表現(xiàn)在中國市場尤為明顯。按照Gartner的數(shù)據(jù)，2023年一季度全球Arm服務(wù)器出貨量占比是7%，如果以全球出貨量330.5萬臺來估算，那么Arm服務(wù)器出貨量大約在23.135萬臺左右，其中約40%即9.254萬臺是出口到了中國市場，在中國服務(wù)器市場整體出貨量達89.7萬臺的背景下，占到了10.32%。除了我們熟知的x86和Arm，RISC-V這一新興架構(gòu)正以其開放、靈活的特性，為服務(wù)器芯片提供更加廣闊的發(fā)展機遇。RISC-V以其模塊化、可擴展的設(shè)計，允許開發(fā)者根據(jù)具體需求定制指令集，從而打造出高效、節(jié)能且高度適配特定應(yīng)用場景的服務(wù)器芯片。一起看看不同賽道的競爭格局。?

03、服務(wù)器CPU芯片，激戰(zhàn)打響x86架構(gòu)

首先看x86架構(gòu)?；趚86架構(gòu)的服務(wù)器CPU市場中的主要玩家有英特爾、AMD以及中國大陸的海光、兆芯等。AMD在最近幾年的表現(xiàn)極為強勁。根據(jù)MercuryResearch最新發(fā)布的x86處理器市場份額數(shù)據(jù)顯示，2024年第一季度AMD在服務(wù)器、桌面和移動端均獲得了更高的市場份額，分別達23.6%、23.9%、19.3%。值得注意的是，在2021年第一季度AMD服務(wù)器市場份額只有8.9%。英特爾是x86服務(wù)器CPU領(lǐng)域毫無爭議的霸主，不過，即便是有著多年深厚積累的英特爾，也不得不面對來自AMD的市場侵蝕。國產(chǎn)廠商海光主攻服務(wù)器芯片，而兆芯則個人PC、服務(wù)器都有涉及。海光信息是國產(chǎn)高端CPU的領(lǐng)軍者。海光CPU主要面向復(fù)雜邏輯計算、多任務(wù)調(diào)度等通用處理器應(yīng)用場景需求，兼容國際主流x86處理器架構(gòu)和技術(shù)路線。海光CPU已經(jīng)有海光一號、海光二號、海光三號實現(xiàn)商業(yè)化，公司目前在售的海光CPU產(chǎn)品主要為海光三號。

從應(yīng)用場景角度看，公司將海光CPU產(chǎn)品分為7000、5000和3000三個系列，不同系列具有不同的性能。7000系列主要應(yīng)用于高端服務(wù)器，主要面向數(shù)據(jù)中心、云計算等復(fù)雜應(yīng)用領(lǐng)域。5000系列主要面向政務(wù)、企業(yè)和教育領(lǐng)域的信息化建設(shè)中的中低端服務(wù)器需求。3000系列主要應(yīng)用于工作站和邊緣計算服務(wù)器，面向入門級計算領(lǐng)域。

其中7000系列CPU是海光收入的主要構(gòu)成。兆芯也是x86服務(wù)器CPU市場的參與者，目前兆芯已經(jīng)形成了開先系列桌面處理器和開勝系列服務(wù)器處理器兩大產(chǎn)品線。服務(wù)器處理器的產(chǎn)品系列有開勝KH-40000系列處理器、開勝KH-30000系列處理器、開勝KH-20000系列處理器、開勝ZX-C+FC-1080/1081系列處理器。

開勝 KH-40000系列服務(wù)器處理器，采用“永豐”自主內(nèi)核微架構(gòu)，支持自主互連技術(shù)ZPI3.0，單顆處理器集成最高32核心，具備64MB高速緩存，支持8通道DDR4內(nèi)存，適用于云計算、大數(shù)據(jù)分析、視頻處理、數(shù)據(jù)庫備份、高性能存儲，以及超融合一體機等解決方案的搭建和部署?；趚86架構(gòu)和生態(tài)優(yōu)勢，兆芯在黨政和商用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，尤其在PC產(chǎn)業(yè)上使用Wintel生態(tài)，優(yōu)勢明顯。

不過由于架構(gòu)版權(quán)問題，導(dǎo)致兆芯過去的產(chǎn)品性能相較同期競品仍有所差距；在后續(xù)的推進中，兆芯不僅著眼于性能優(yōu)化，還堅定地致力于提升自主可控能力，奮力追趕行業(yè)步伐。今年年初，基于兆芯自研處理器開勝KH-40000/32的雙路通用超云服務(wù)器正式落地，型號為R3210Z11。隨著中國政府對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的持續(xù)支持，以及國內(nèi)外市場需求的增長，兆芯CPU有望在全球CPU市場中占據(jù)一席之地。

Arm架構(gòu)入局者愈來愈多

再看Arm架構(gòu)?；贏rm架構(gòu)的服務(wù)器CPU市場中的主要玩家有華為鯤鵬、飛騰等。在通用計算處理器領(lǐng)域，華為鯤鵬在2014年發(fā)布鯤鵬912處理器，2016年發(fā)布鯤鵬916處理器。2019年1月華為正式發(fā)布鯤鵬920芯片。鯤鵬920是目前業(yè)界領(lǐng)先的ARM-based處理器。

該處理器采用7nm制造工藝，由華為公司自主設(shè)計完成。通過優(yōu)化分支預(yù)測算法、提升運算單元數(shù)量、改進內(nèi)存子系統(tǒng)架構(gòu)等一系列微架構(gòu)設(shè)計，大幅提高處理器性能。典型主頻下，SPECintBenchmark評分超過930，超出業(yè)界標桿25%。同時，能效比優(yōu)于業(yè)界標桿30%。鯤鵬920以更低功耗為數(shù)據(jù)中心提供更強性能。得益于強大的計算能力、高并發(fā)處理能力和優(yōu)秀的能效比，鯤鵬服務(wù)器主要應(yīng)用于云計算、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)庫、AI訓(xùn)練與推理等多種場景，并構(gòu)建了從底層芯片到操作系統(tǒng)、再到上層應(yīng)用軟件的全棧國產(chǎn)化解決方案。

中國移動2021-2022年P(guān)C服務(wù)器集采項目中，采用海光芯片的服務(wù)器達59982臺，占比20.90%，采用鯤鵬芯片的服務(wù)器達58901臺，占比20.53%，鯤鵬與海光服務(wù)器招標數(shù)量接近1:1，整體國產(chǎn)服務(wù)器占比高達41.43%。不僅是中國移動，在中國電信AI算力服務(wù)器（2023-2024年）集采項目中，國產(chǎn)服務(wù)器的采購數(shù)量占比亦達47.5%。從金額來看，超80億元的采購總額中，鯤鵬服務(wù)器約占28億元。今年3月，中國移動2024年P(guān)C服務(wù)器集采中標公告顯示，華為鯤鵬再次占據(jù)較大份額。飛騰是PKS（飛騰P、麒麟K、安全S）生態(tài)體系主導(dǎo)者，其黨政市場占有率高。飛騰芯片產(chǎn)品具有譜系全、性能高、生態(tài)完善、自主化程度高等特點，目前主要包括高性能服務(wù)器CPU（飛騰騰云S系列）、高效能桌面CPU（飛騰騰銳D系列）、高端嵌入式CPU（飛騰騰瓏E系列）和飛騰套片四大系列，為從端到云的各型設(shè)備提供核心算力支撐。基于飛騰CPU的產(chǎn)品在國內(nèi)政務(wù)辦公、金融、電信、電力、能源、軌交、教育和醫(yī)療等行業(yè)信息系統(tǒng)領(lǐng)域已實現(xiàn)批量應(yīng)用。

同時，飛騰聯(lián)合5000家生態(tài)伙伴，打造3200余種硬件方案，適配近30000款軟件，兼容200萬級移動APP，構(gòu)建了國內(nèi)最龐大的信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)，有力支撐了中國自主信息體系的發(fā)展。飛騰在全國政府信創(chuàng)中標超過300萬片，市占率超過50%，有力支撐了國家信創(chuàng)工程推進，并逐步向更復(fù)雜的電子政務(wù)、智慧政府領(lǐng)域延伸。在電信行業(yè)，搭載飛騰CPU的服務(wù)器在三大運營商的云資源池中得到廣泛部署，服務(wù)了大量國產(chǎn)化項目。

近年來，ARM架構(gòu)的興起下，許多巨頭紛紛開始自研ARM架構(gòu)的服務(wù)器芯片，包括國外的亞馬遜、谷歌甚至微軟，國內(nèi)的騰訊、阿里巴巴等。ARM能夠擠進服務(wù)器市場的核心優(yōu)勢在于，基于ARM的服務(wù)器可以支持多樣化和快速變化的工作負載，并且更具可擴展性和成本效益；

其次，對于不同的利基型市場能夠提供更高的定制化，生態(tài)系統(tǒng)也更靈活；

另外，ARM架構(gòu)服務(wù)器體積相對較小，符合現(xiàn)今微型數(shù)據(jù)中心的需求。技術(shù)變化帶來的機會是全球性的，不限于地域，不限于公司規(guī)模，除了這些龍頭企業(yè)還有諸多初創(chuàng)公司邁進ARM CPU的圈子，包括啟靈芯、鴻鈞微、遇賢微等。

然而，Arm在服務(wù)器CPU這條道路上還有很多困難需要面對，在這之中自然也有不少初創(chuàng)公司倒在這波熱潮中,比如前面提到的啟靈芯。這些公司需要克服技術(shù)、市場、生態(tài)等多方面的挑戰(zhàn)，才能在競爭激烈的服務(wù)器市場中立足。

自研指令集的龍芯和申威

除了以上兩大架構(gòu)，中國芯片市場還有一些廠商通過其他架構(gòu)不斷研發(fā)與創(chuàng)新并取得了不錯的成績，比如分別走MIPS、Alpha路線的龍芯中科和申威，他們不僅通過獨特的架構(gòu)設(shè)計推出了高性能的芯片產(chǎn)品，而且在自主可控方面也取得了較高的水平。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(shè)計，擁有片內(nèi)安全機制，可信性高。龍芯處理器以32位核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(wù)器和高性能機等應(yīng)用。龍芯產(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，主要面向嵌入式專用應(yīng)用領(lǐng)域，如物聯(lián)終端、儀器設(shè)備、數(shù)據(jù)采集等，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(shè)計，應(yīng)用場景面向工業(yè)控制與終端等領(lǐng)域，如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、行業(yè)終端、智能制造等，定位于Intel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64位高性能處理器核，與橋片配套使用，應(yīng)用場景面向桌面和服務(wù)器等信息化領(lǐng)域，對標Intel的酷睿/至強系列。申威處理器以Alpha指令集為基礎(chǔ)進行拓展，高度自主可控。申威在研發(fā)出第一代基于Alpha指令集的CPU后，將指令集替換為自研的自主可控申威64位指令集，完全區(qū)別于原有Alpha指令集。申威處理器專注于高性能計算，尤其是在服務(wù)器領(lǐng)域，浮點運算算力與同期外國處理器相當。申威SW26010是中國首個采用國產(chǎn)自研架構(gòu)且性能強大的計算機芯片。申威在服務(wù)器領(lǐng)域向上至超算領(lǐng)域的應(yīng)用場景中性能強大，優(yōu)勢較為明顯。2016年6月20日，搭載了40960顆申威SW26010并運行國產(chǎn)操作系統(tǒng)神威睿思的神威太湖之光獲得全球超級計算機第一名，神威太湖之光峰值計算速度達每秒12.54億億次，是全球首臺峰值計算速度超過十億億次的超級計算機，持續(xù)性能為每秒9.3億億次，軟件硬件并行，均為申威自主設(shè)計。?

04、越來越多廠商擁抱RISC-V

RISC-V架構(gòu)在最近兩年異常火熱。一位三年前重點關(guān)注ArmCPU創(chuàng)業(yè)公司的投資人表示：“我很久沒看ArmCPU的創(chuàng)業(yè)公司了，現(xiàn)在CPU的創(chuàng)業(yè)方向是RISC-V。”RISC-V如何成為一眾廠商的追捧呢？中國工程院院士倪光南在達摩院玄鐵RISC-V生態(tài)大會上提到，對比x86，RISC-V可能從以下兩個方面實現(xiàn)超越：

其一，今天x86架構(gòu)仍壟斷著服務(wù)器和桌面領(lǐng)域，這是因為過去幾十年里，x86架構(gòu)在這些領(lǐng)域形成了強大的生態(tài)，以至于其他架構(gòu)因生態(tài)較為薄弱而不能取代它，假以時日這種情況會發(fā)生變化。另一方面，現(xiàn)在的x86架構(gòu)也已經(jīng)不是純粹的CISC了，實際上在它內(nèi)部也用硬件將某些CISC指令轉(zhuǎn)化為它內(nèi)部的RISC指令再予以執(zhí)行。

其二，?在后PC時代，CPU架構(gòu)的競爭力不僅要體現(xiàn)在性能上，還需在芯片面積、能耗、價格、研發(fā)周期、生態(tài)支持等等方面全方位地體現(xiàn)出來。以此衡量，x86架構(gòu)不但在新興領(lǐng)域沒有優(yōu)勢，而且在傳統(tǒng)領(lǐng)域市場總量也不會有多大增長，甚至其份額也可能被RISC-V所蠶食。從市場的視角審視，RISC-V不僅契合了中國對于芯片自主研發(fā)與掌控的戰(zhàn)略需求，同時也為專用服務(wù)器市場帶來了前所未有的定制化機遇。隨著技術(shù)發(fā)展的深入，當傳統(tǒng)CPU的性能提升遭遇瓶頸時，市場將逐漸轉(zhuǎn)向更為精細化和專業(yè)化的定制化需求，這將成為RISC-V服務(wù)器進一步拓展其應(yīng)用領(lǐng)域的契機。

目前國內(nèi)外已有不少公司進入了RISC-V服務(wù)器賽道，不過其中部分公司主要涉及服務(wù)器中的AI加速芯片。IP公司包括阿里達摩院、SiFive、Ventana、Tenstorrent等；芯片公司包括算能、進迭時空、希姆計算、藍芯算力、微核芯、超?？萍嫉?。2019年7月，阿里達摩院面向高性能市場發(fā)布了RISC-V處理器核—玄鐵C910，后來基于玄鐵C910設(shè)計了曳影1520SoC。2021年12月，SiFive發(fā)布了IP核P650，據(jù)了解，該產(chǎn)品配有128KB一級緩存、2MB二級緩存、16MB三級緩存（16核）等配置，性能指標為11.xSPECInt/GHz，對標ARMCortex-A77，可用于數(shù)據(jù)中心等場景。去年3月，北京算能科技發(fā)布了首款國產(chǎn)64核RISC-V服務(wù)器處理器SOPHONSG2042，隨后在8月的第三屆滴水湖中國RISC-V產(chǎn)業(yè)論壇上又首次披露了其新一代的RISC-V服務(wù)器芯片——SOPHONSG2044的相關(guān)信息。

VentanaMicroSystems成立于2018年，總部位于美國庫比蒂諾。2022年12月，Ventana公司就曾發(fā)布了全球首款基于RISC-V架構(gòu)的服務(wù)器CPU——VeyronV1。而在2023RISC-V峰會上，Ventana又發(fā)布了其第二代服務(wù)器CPU——VeyronV2，在指令擴展、內(nèi)核設(shè)計、互聯(lián)標準、制程工藝等眾多方面進行了全面升級，官方宣稱其性能超越了AMD的高端服務(wù)器芯片Epyc9754，堪稱最強RISC-V服務(wù)器CPU。

目前，開源RISC-V在中國具有超大規(guī)模的市場、豐富的應(yīng)用場景和龐大的工程師群體推動下，已成為中國最受歡迎的CPU芯片架構(gòu)之一。然而RISC-V和x86、ARM生態(tài)上還是有一些差距，無論從軟件規(guī)模上還是性能優(yōu)化程度上，都還沒有達到x86和ARM的水平。因此，RISC-V進入服務(wù)器市場還存在諸多挑戰(zhàn)。從創(chuàng)新性、成本乃至性能等角度來看，其實Arm以及未來的RISC-V都會是極具競爭力的服務(wù)器CPU架構(gòu)，可現(xiàn)今的服務(wù)器仍是一個固執(zhí)且切入周期較長的市場，x86目前尚未觸及設(shè)計和工藝的瓶頸，即便有了AI加速器、DPU等組件的加入，服務(wù)器架構(gòu)并沒有發(fā)生劇變，所以x86在未來的十年內(nèi)依然將占據(jù)主導(dǎo)地位。

只不過隨著設(shè)計方法、制造工藝的同步，Arm已經(jīng)在該領(lǐng)域開啟了較為成熟的商業(yè)化進程，隨著時間的推移，市場份額會逐漸升高。倪光南曾多次表示，中國在芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中應(yīng)當重視RISC-V架構(gòu)。至于何時RISC-V能真正有望來到“三分天下”，業(yè)內(nèi)人士表示如果Arm授權(quán)體系出現(xiàn)一些變數(shù)，同時RISC-V的高性能進展更順利、核性能提升很快，生態(tài)進展也很順利的前提下，很快Arm就會與RISC-V正面交鋒。當然，RISC-V作為后來者，面臨的挑戰(zhàn)還有很多。除了生態(tài)構(gòu)建依然在完善進程中，這種開源架構(gòu)也要避免類似此前MIPS架構(gòu)所帶來的分散化、碎片化難題。?

05、國產(chǎn)CPU迎來窗口期

中信證券表示，未來三年可能是國產(chǎn)算力芯片發(fā)展關(guān)鍵窗口期，目前國產(chǎn)算力硬件理論性能可接近國際主流，“生態(tài)優(yōu)勢有望形成正反饋循環(huán)，進而支撐市場地位持續(xù)領(lǐng)先”。在2023年11月28日舉行的2023龍芯產(chǎn)品發(fā)布暨用戶大會上，新一代通用處理器龍芯3A6000發(fā)布。北京市經(jīng)信局副局長顧瑾栩表示，龍芯此次發(fā)布的自主通用處理器3A6000性能追平國際先進水平，作為北京市技術(shù)創(chuàng)新企業(yè)的代表，其全面發(fā)力加速實現(xiàn)自主信息技術(shù)的重大跨越，為實現(xiàn)科技自立自強提供堅實支撐。

工業(yè)和信息化部電子信息司副司長史惠康表示，3A6000處理器的推出說明國產(chǎn)CPU在自主可控程度和產(chǎn)品性能上已雙雙達到新高度，也證明了國內(nèi)有能力在自研CPU架構(gòu)上做出一流的產(chǎn)品。并希望能加快先進封裝、內(nèi)存一體化集成等相關(guān)的技術(shù)攻關(guān)，不斷推出具有國際競爭力的產(chǎn)品。