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中心处理器（CPU），顾名思义，是底层硬件根本举动步伐中的核心。
当前CPU主流芯片架构为Arm和x86，均为国外主导，国产化率较低。经由多年景长，国产CPU初步形成六大厂商齐头并进的格局，以鲲鹏、飞腾、龙芯、兆芯、海光、申威为代表，一批优质国产CPU企业快速崛起。
个中，龙芯中科、海光信息在2022年先后上岸科创板，海光信息自上市后一贯是科创板市值最高的芯片半导体公司。截至2023年1月16日收盘韶光，海光信息总市值967亿元，龙芯中科总市值为352亿元。
按指令集架构，国产CPU厂商采取的路线可分为四类：x86、Arm、MIPS、Alpha。
▲从指令集架构看CPU市场格局
x86是当前PC及做事器市场的主流架构。海光信息、兆芯都采取x86架构IP内核授权模式，可基于公版CPU核进行优化或修正，优点是性能出发点高、生态壁垒低，但由于依赖外洋企业授权，自主可控风险偏高。
相较x86，走Arm路线自主化程度更高。华为鲲鹏、飞腾都得到了Armv8永久授权，可自行研发设计CPU内核和芯片，也可以扩充指令集。不过Arm将不再向这些国产CPU厂商供应Armv9的永久授权，因此采取Arm架构仍存长期隐患。
龙芯中科、申威分别走的是MIPS、Alpha路线，自主可控程度相对更高，但偏小众。
此外，与Arm、MIPS同源的RISC-V也正在兴起。因其相对精简的指令集架构（ISA）以及开源宽松的BSD协议近年来发展较快，海内阿里平头哥、国芯科技等企业推出了基于RISC-V架构的干系嵌入式CPU产品。
本期芯东西内参，我们推举国金证券的报告《中流击水—六大国产CPU厂商剖析》，揭秘六大国产CPU厂商的最新发展格局。如果想收藏本文的报告，可以在芯东西公众年夜众号回答关键词“nc680”获取。
来源 国金证券
原标题：
《中流击水—六大国产CPU厂商剖析》
作者：孟灿
01.
华为鲲鹏：垂直生态的领导者，
国产做事器CPU黑马
华为自研芯片有五大类，包括做事器芯片鲲鹏系列、手机SoC芯片麒麟系列、人工智能芯片昇腾系列、5G基站芯片天罡系列、5G终端芯片巴龙系列等，以及凌霄芯片、NB-IoT芯片、视频编码解码芯片以及SSD掌握芯片等一系列专用芯片。
▲华为芯片全景图
个中鲲鹏处理器基于Armv8指令集永久授权，自主研发设计处理器内核，兼容环球 Arm生态。华为环绕鲲鹏处理器打造了“算、存、传、管、智”五个子系统的芯片族，实现全场景处理器布局。当前其鲲鹏芯片族正沿着“量产一代、研发一代、方案一代”的策略持续升级产品。
2019年，华为发布鲲鹏920处理器。该芯片支持Armv8.2指令集，是行业内首款7nm数据中央Arm处理器。鲲鹏920由华为自主研发，采取多发射、乱序实行、优化分支预测等多种手段提升单核性能。
鲲鹏920拥有64个内核，集成8通道DDR4，可以供应多个接口，主频可达2.6GHz，总内存带宽最高可达1.5Tb/s，支持PCIe 4.0及CCIX接口，总带宽640Gbps。华为 Cache同等性总线（HCCS）的480Gbps片间互联支持最多4颗鲲鹏920互联和最高 256个物理核的NUMA架构，担保了鲲鹏920超强算力的高效输出。
▲鲲鹏920处理器关键特性
此外，鲲鹏920在Memory子系统上也进行了大量的优化，采取当前范例的3级Cache的架构，对Cache大小以及延时进行了优化设计。
非x86架构芯片中，鲲鹏920芯片在算力维度方面上风领先，且发展至今已经达到可以与x86芯片相匹配的性能。参照鲲鹏920不同核心下与竞品芯片的比拟，其在48核时，整数打平英特尔旗舰级做事器芯片至强8180（28核、2.5GHz频率），功耗低20%；在64核心时，比过英特尔至强8180 33%旁边。
▲鲲鹏920 SPECINT 2006横向比拟
华为也在构建openEuler开源社区，高效推进处理器深度优化。openEuler开源社区以 Linux kernal、GNU等为上游社区，定期同步上游社区创新成果，并针对鲲鹏处理器进行深度优化，供应完全OS开拓环境和高下游生态验证环境，使开拓者和用户高效开展需求适配、生态集成和测试认证。
▲OpenEuler开源社区
鲲鹏打算家当生态不断扩大。鲲鹏打算家当是基于鲲鹏处理器构建的全栈IT根本举动步伐、行业运用及做事，包括PC、做事器、存储、操作系统、中间件、虚拟化、数据库、云做事、行业运用以及咨询管理做事等。
▲鲲鹏打算家当首批厂家
该路线是华为提出的六大数字技能生态之一，除鲲鹏外还包括昇腾、HMS、鸿蒙、华为云、MDC（智能驾驶打算平台）。个中鲲鹏是华为面向政企市场，与地方政府和互助伙伴共同打造鲲鹏家当生态、构建具有国际竞争力的通用打算技能路线。
华为鲲鹏得到了地方政府的大力支持。2020年4月，成都邑印发《关于加快造就发展鲲鹏家当事情方案的关照》，明确2025年景都鲲鹏家当规模超过500亿元，并成为全国领先的鲲鹏软件生态基地、鲲鹏硬件制造基地和鲲鹏运用示范基地，该案例为鲲鹏家当体系的推进供应了主要模板。
02.
飞腾：PKS生态体系主导者，
党政市场霸占率高
另一家采取Arm架构的国产CPU玩家飞腾，由中国电子信息家当集团、天津市滨海新区政府和天津前辈技能研究院于2014年联合成立。
2020年以来，飞腾对高性能做事器CPU、高效能桌面CPU、高端嵌入式CPU三条家当线进行了全面的品牌升级。
高性能做事器CPU产品线统一以飞腾腾云S系列进行命名，高性能桌面CPU产品线以飞腾腾锐D系列进行命名，高端嵌入式CPU产品线统一以飞腾腾珑E系列进行命名。
▲飞腾腾云S2500性能提升明显
其2020年发布的腾云系列新一代可扩展多路做事器芯片腾云S2500与FT 2000+比较性能大幅提升。在整机性能方面，双路的SPECint分值为原来的2倍，四路的SPECint 值为原来的3.5倍；在分布式数据库性能方面，双路做事器的tpmc值线性提升至原来的2倍，四路的tpmc值线性提升至原来的4倍；在云桌面支持方面，双路做事器支持虚拟机70个，是原来的2.5倍，四路做事器支持140个，是原来的5倍。
比较上一代产品FT-2000/4桌面处理器芯片，最新飞腾高效能桌面CPU腾锐D2000的性能大幅跃升，带宽达18.7GB/s，SPECint分值为97.45，SPECfp分值为94.62，靠近原来的2倍，在打算能力上得到进一步提升，并兼顾桌面终端与边缘做事器。此外，腾锐D2000与FT-2000/4产品管脚兼容，用户可以实现现有系统的原位拔插代换、无缝兼容。此设计能够大幅降落产品研发本钱，同时降落整机互助伙伴的开拓难度，加快开拓进度。
▲腾锐D2000与飞腾其他产品的性能比拟
在生态培植方面，飞腾与1600余家海内软硬件厂商打造完全生态体系，与6大类 1000余种整机产品、2600余种软件和外设完成了适配；基于飞腾桌面CPU的终端已形成了较为完全的生态图谱，可覆盖从整机硬件、根本软件到上层的运用；基于飞腾桌面CPU的终端产品已能够实现海量安卓运用的运行，基于飞腾CPU的软件生态也在不断丰富和完善。
飞腾是PKS体系领导者。PKS体系最早由飞腾CPU（Phytium）和麒麟操作系统（Kylin）组成的“PK体系”发展而来。依托飞腾全新的硬件级安全机制，以干系可信技能为支撑，PK体系领悟“S-Security”的立体防护安全链，升级为PKS体系，并环球创始将“可信打算3.0”技能融入到CPU、操作系统和存储掌握器中，实现底层构架的实质安全，并成为海内首个打算机软硬件根本体系标准。
比拟鲲鹏与飞腾的生态构建，可以创造，鲲鹏技能路线比PKS路线有较明显的技能和产品上风，PKS技能路线比鲲鹏技能路线有较明显的安全上风。
▲鲲鹏打算家当与PKS技能路线对照表
鲲鹏在硬件终端、云平台、人工智能、中间件等方面具有绝对上风，但在安全方面略逊一筹。PKS路线的一个显著特点是“注入安全”，即“PKS”体系中的“S”，将安全贯穿从CPU、OS底层到产品做事运用，一贯到供应链安全保障的全过程，为信创工程供应内平生安、过程安全和供应链安全的全流程做事。
03.
海光信息：领跑国产做事器CPU，
科创板半导体股市值第一
海光信息成立于2014年，主营产品包括CPU和DPU（属于GPGPU），营收规模和增速都位居国产CPU企业的前排。
由于x86架构在做事器CPU的市占率超9成，海光信息CPU兼容x86指令集，使得其具备较高的运用兼容性、较低的迁移本钱，有望受益于x86完备的生态体系。
该公司在2021年实现首次盈利，背靠中科曙光、AMD两家巨子。
国产高性能打算龙头企业中科曙光，是海光信息的第一大股东，也是海光信息的优质客户源。曙光做事器中运用海光产品的比例超过30%，为海光芯片的放量打下了深厚根本。
海光信息的x86授权来自环球第二大x86处理器供应商AMD公司。2016年，AMD和海光信息合伙成立了成都海光微电子技能有限公司和成都海光集成电路设计有限公司，授权海光微电子x86指令集和Zen架构，AMD得到2.93亿美元的授权费。
海光集成电路购买海光微电子的IP授权，以此为根本开拓CPU。海光集成电路与海光微电子的股权构造担保了公司在规避了英特尔的x86授权限定的同时，又使得海光x86 CPU成为内资公司开拓的产品，知足了国家家当政策和创新的需求。
其产品基于AMD Zen1架构，产品性能出发点较高。比拟英特尔在2020年（与海光7285 同期）发布的6款至强铂金系列产品（能够反响英特尔2020年发布的主流CPU产品的性能），在范例场景下，海光7285已靠近国际同类高端产品水平。
▲海光7285与英特尔至强铂金系列产品比拟
海光CPU紧张面向繁芜逻辑打算、多任务调度等通用途理器运用处景需求，兼容国际主流x86处理器架构和技能路线，具有前辈的工艺制程、精良的系统架构、丰富的软硬件生态等上风，并内置专用安全硬件，支持通用的可信打算标准，能够进行主动安全防御，最大程度避免安全漏洞和隐患，知足信息安全的发展需求。
▲海光CPU紧张规格和特点
面向企业打算、云打算数据中央、大数据剖析、人工智能、边缘打算等浩瀚领域，海光信息供应了多种形态的处理器，知足互联网、电信、金融、交通、能源、中小企业等的广泛运用需求。
电信和金融是其产品运用最多的两个领域。基于前期电信、金融、互联网等行业对其产品的认可，海光信息在电信运营商集采、金融行业入围等方面市场份额增长较快，其产品在干系重点行业销量逐渐提升。
04.
兆芯：合伙CPU的探路者，
节制三大核心技能
兆芯于2013年由台湾威盛与从属于上海市国资委果上海联和投资公司所合伙成立，威盛持股20％，上海国资委持股80%，总部位于上海张江，在北京、西安、济南等地设有子公司。
威盛与英特尔交叉授权协议，拥有设计、生产x86芯片权利，技能授权来自威盛。2020年10月26日，威盛作价2.57亿美元将部分x86技能出售给兆芯，兆芯拥有了部分x86技能产权。
目前兆芯同时节制中心处理器、图形处理器、芯片组三大核心技能，具备干系IP自主设计研发的能力，已成功研发并量产多款通用途理器产品，形成PC/嵌入式处理器“开先”、做事器处理器“开胜”、IO拓展芯片/芯片组三大产品系列，产品性能不断提升，达到国际主流同等水平。
个中，兆芯开先KX-6000系列处理器是海内率先实现主频3.0GHz关键打破的国产通用途理器。
▲兆芯产品体系与办理方案
兆芯通用途理用具备良好的操作系统和软硬件兼容性，生态体系成熟，支持构建台式机、条记本、一体机、云终端等多种类型的桌面整机以及做事器、存储等产品。在嵌入式领域，也已经有不同规格基于兆芯通用途理器的工业主板、模块化电脑、工业整机、Box PC、工业级做事器、网络安全平台等产品陆续推出。
开先KX-6000/开胜KH-30000系列处理器是业内第一款完全集成CPU、GPU、芯片组的SoC单芯片国产通用途理器，这为整机系统的开拓供应了较大的便利条件，同时也更利于掌握本钱。这两个系列处理器的单芯片性能比较上一代产品提升了多达50%，同频下性能功耗比则是上代产品的3倍。
▲兆芯产品系列
与英特尔处理器横向比拟，8核心的KX-U6780A产品性能与第七代的4核心英特尔i5整体水平仍存在差距，尤其是单核性能不敷7代i5一半，但整数性能方面对英特尔i5实现了反超。
▲兆芯KX-6000系列处理器横向比拟
在家当链互助方面，兆芯积极协同家当互助伙伴，为政府、金融、教诲、交通、能源、网络安全、医疗、通信等行业供应多样化的产品和解决方案，助力客户运用实现平滑迁移。目前，基于兆芯新一代处理器（KX-6000/KH-30000），已有20余款不同形态的桌面PC及做事器产品，30多种工业主板、工业电脑模块和嵌入式打算平台，以及30多种网络安全平台相继推出。
05.
龙芯中科：自主可控程度高，
主力CPU产品进入快速增长阶段
龙芯中科是中国科学院打算所自主研发的通用CPU，采取自主LoongISA指令系统，兼容MIPS指令，所有IP模块皆为自主设计，拥有片内安全机制、可信性高。
龙芯处理器以32位和64位单核及多核CPU/SoC为主，紧张面向高端嵌入式、个人电脑、做事器和高性能机等运用。
2002年8月出身的“龙芯一号”是我国首枚拥有自主知识产权的通用高性能微处理芯片。龙芯中科从2001年至今共开拓了1号、2号、3号三个系列处理器和龙芯桥片系列，在政企、安全、金融、能源等运用处景得到了广泛运用。
其产品体系分为三大系列，龙芯1号系列为低功耗、低本钱的专用嵌入式SoC或MCU 处理器，紧张根据需求定制；龙芯2号系列为低功耗通用途理器，采取单芯片SoC设计，运用处景面向工业掌握与终端等领域，定位可类比英特尔的凌动系列；龙芯3号系列为高性能通用途理器，常日集成4个及以上的64位高性能处理器核，与桥片配套利用，运用处景面向桌面和做事器等信息化领域，对标英特尔的酷睿/至强系列。
▲龙芯中科产品体系
龙芯中科自主研发的LoongArch，具有较强的扩展性和自主性。LoongArch包括根本架构部分和向量指令、虚拟化、二进制翻译等扩展部分近2000条指令，具有较好的扩展性。LoongArch指令系统从全体架构的顶层方案，到各部分的功能定义，再到每条指令的编码、名称、含义，都进行了自主设计，具有充分的自主可靠性。
此外，LoongArch充分考虑兼容需求，在定义时充分考虑了MIPS、x86、Arm、RISC-V等紧张指令系统的特色，摒弃了传统指令系统中部分不适应当前软硬件设计技能发展趋势的迂腐内容，吸纳了近年来指令系统设计领域诸多前辈的技能发展成果。
同原有兼容指令系统比较，LoongArch不仅在硬件方面更易于高性能、低功耗设计，而且在软件方面更易于编译优化和操作系统、虚拟机的开拓。
▲LoongArch架构上风
基于自主指令系统（LoongArch）的3A5000/3B5000，是龙芯当前重点发展产品。
龙芯3A5000/3B5000是面向个人打算机、做事器等信息化领域的通用途理器，基于LoongArch的LA464微构造，进一步提升频率、降落功耗、优化性能；在与龙芯3A4000处理器保持引脚兼容的根本上，频率提升至2.5GHz，功耗降落30%以上，性能提升50%以上。龙芯3B5000在龙芯3A5000的根本上支持多路互连。
▲龙芯3A5000/3B5000产品参数
从龙芯3A5000在SPEC CPU 2006 BASE性能测试中的表现来看，龙芯3A5000单核定点为25.1分，单核浮点为26分，比较英特尔i5 9500六核14nm有不小差距，但单核定点与国产Armv8四核7nm处理器不相上下，单核浮点略优。龙芯3A5000比拟国产 Armv8八核14nm处理器的单核定点则赶过近10分，单核浮点则赶过近1倍。
多线程测试中，英特尔i5 9500六核14nm处理器依然表现最佳，而龙芯3A5000的多核定点与多核浮点均高于国产Armv8四核7nm处理器，由于国产Armv8八核14nm处理器核心数量上具有一定的上风，因此定点和浮点的分数要高于龙芯3A5000和国产 Armv8四核7nm处理器。
龙芯3A5000在主流内存带宽测试程序Stream Copy的子项性能测试中表现出色，表现超过英特尔i5 9500六核14nm处理器。其Copy单线性能得到16864分，多线性能得到21873分。国产Armv8八核14nm处理器和国产Armv8四核7nm处理器分数相差不大，但整体表现比龙芯3A5000稍逊一筹。
龙芯秉承独立自主和开放互助的运营模式，从指令集/IP核授权、到芯片级/主板级开拓以及系统内核运用等方面对生态伙伴进行全方位的开放支持。目前龙芯的信息化互助伙伴达到上千家，可以供应基于龙芯从端到云的完全办理方案，干系软硬件开拓职员数万人。
龙芯开源社区（www.loongnix.cn）是龙芯CPU的根本软件生态培植平台，由龙芯中科组织并联合家当链互助厂商、国际开源软件社区及开源爱好者共同参与培植。社区以“开源、开放”的形式进行管理，设置BIOS、Linux内核、GCC编译器、Java虚拟机、浏览器、媒体解码库、图形桌面、KVM虚拟机等主要根本软件项目。经由多年培植，信息化运用中的主流编程措辞和开拓环境已在龙芯平台上得到支持。
▲龙芯的开源社区培植
06.
申威：特种领域的领导者，
为“国之重器”中国超算供应大脑
成都申威成立于2016年，依托国家信息安全发展计策，紧张从事对申威处理器的家当化推广。
申威处理器以Alpha指令集为根本进行拓展，高度自主可控。Alpha指令集由美国DEC公司研制，紧张用于64位的RISC微处理器。DEC公司后被美国惠普收购，无锡江南打算所购买了Alpha指令集的所有设计资料。江南打算所基于原来的Alpha指令集，开拓出了更多的自主知识产权的指令集，并研制了申威指令系统，推出了申威处理器。
申威处理器是在国家“核高基”重大专项支持下，由上海高性能集成电路中央研制的全国产处理器。首颗申威处理器代号“SW-1”，于2006年研制成功，基于DEC公司Alpha架构，采取130nm制程，主频为900MHz。
▲申威紧张产品系列
出于安全性能以及知识产权角度，申威在研发出第一代基于Alpha指令集的CPU后，将指令集更换为自研的自主可控申威64位指令集，完备差异于原有Alpha指令集。
申威处理器专注于高性能打算，尤其是在做事器领域，浮点运算算力与同期外国处理器相称。申威SW26010是中国首个采取国产自研架构且性能强大的打算机芯片。
▲申威26010性能比拟
申威26010处理器的峰值性能大于每秒12.5切切亿次浮点运算结果，峰值速率、持续性能、性能功耗比排在世界前列。
在2016年法兰克福天下超算大会上，国之重器“神威·太湖之光”搭载该处理器登顶国际TOP500超级打算机榜单之首，并成为环球首台峰值打算速率超过十亿亿次的超级打算机。随后，我国科研职员依托“神威·太湖之光”的运用成果首次荣获“戈登·贝尔”奖，实现了我国高性能打算运用成果在该奖项上零的打破。
申威8A芯片采取最新的第四代申威处理器核心（简称Core4）。Core4核心连续采取超标量流水线构造，支持乱序发射、乱序实行、推测实行，并首次采取SMT技能，支持每个核心同时运行两个线程。
比较上一代4核CPU申威421，申威831在功耗相称的条件下，性能提升2倍以上，下一代产品申威4E比较申威831性能再提升50%以上，与英特尔中端桌面处理器相称；申威下一代做事器产品威鑫8A与英特尔中端做事器处理器相称。
▲终端处理器性能比拟（SPEC分值）
经由长期稳定的研发，基于系列申威芯片的各种产品也逐渐增多，在保障特种领域运用和国家计策任务的条件下，随着其产品技能的日益成熟，其生态也不断完善。
▲申威生态
芯东西认为，经由多年景长，六大国产CPU主流玩家，各具上风，也各存短板。考虑到产品性能和生态上风，短期内海光信息、华为鲲鹏、飞腾在市场化道路上估量更为好走。但目前尚未见哪家在高自主化程度、高商用市场接管程度方面做到两全，国产化道路依然弯曲漫长。在自主可控长期需求的驱动下，国产CPU龙头需更有定力，肩负起可持续的技能创新研发重任，才有能力参与到更长期的国际竞争中。
