深入分析国产CPU替代品：“买到做得更好”时代即将结束

CPU（中央处理单元）是计算机系统的核心和大脑，也是主要的国家战略材料。复杂的系统很难开发。我国的CPU研发工作起步较早，但发展比较坎bump，“十二五”后的发展正轨。在国家集成电路产业政策和巨额资金投资等多项措施的支持下，国内大量的CPU设计单位不断壮大，其产品涵盖了高性能计算，台式机，移动和嵌入式等主要应用场景。但是，国内设计公司在CPU指令集体系结构中主要依靠国际授权和技术合作。飞腾，龙芯，神威，兆鑫和海思等主要制造商已在各自领域设计了高度独立控制的CPU。产品本身正在从“可用”转变为“易于使用”。政府，军工和重点行业市场得到了应用和推广，生态建设也取得了长足的进步。 l2Wednc

本文摘自平安证券的研究报告，“国内CPU正在从可用向易用转变，独立控制的前景是光明的”，着眼于国产CPU的发展状况和未来机遇。 l2Wednc

一、国内CPU开发的现状1、国内CPU的研发起步较早，但发展起伏不定，“十二五”规划正逐步走上正轨。

CPU是计算机的大脑和，是国家的主要战略产品和庞大的复杂系统。计算机主要由三部分组成：CPU，内存和外部设备（存储，显示，输入和输出等）。 CPU负责指导外部设备和内存的协调工作。它处于命令和控制位置，是核心。 CPU也是主要的国家战略产品，尤其是在信息化和智能时代。就像钢铁在工业化阶段一样，它是整个行业的基础。它具有广泛的应用和强大的支持。这对于国家战略安全和产业安全很重要。保证。 CPU仍然是一个庞大而复杂的系统。它不同于其他芯片设备。它需要万能。它不仅强调逻辑控制，而且还需要强大的计算速度。技术实施的难度非常高。世界上很少有国家可以独立开发高性能CPU。减。 l2Wednc

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l2Wednc的计算机

我国处理器的研发相对较早，但是发展过程比较坎bump。在1960年代，基于超集成电路的微处理器尚未出现。该计算机系统只是一个大型的中央处理单元，具有很大的体积和较慢的计算速度。当时，我国使用的计算机系统都是自行设计的，与国际水平相距不远。标志性产品了许多国内CPU设计单位和研究机构，并且发展方向正确。其中，龙芯，飞腾，神威，海思，紫光展瑞等传统设计机构的竞争力正在提高，君正，兆鑫和海光等菜鸟也正在迅速增长。科研机构包括中国科学院计算技术研究所，北京大众汽车，国防科技大学，江南计算技术研究所，北京大学，浙江大学等，都在积极参与，形成了蓬勃发展的局面。 l2Wednc

2、一些国内CPU制造商具有完全独立的开发能力，但大多数仍依赖国际合作

CPU一直发展到今天，其内部体系结构和逻辑关系也变得复杂。如果设计公司从零开始，那么他们很难获得成功。中国有一些完全独立的体系结构，例如北京大众自主开发的指令集产品UniCore，以及苏州国信，杭州中天和浙江大学联合设计的国产嵌入式CPU-C-Core。但是，我们还看到，尽管这些产品在指令集体系结构中实现了完全的自治权和最高的安全性，但它们的缺点也非常明显，包括缺少诸如操作系统之类的基本软件和硬件支持，以及很少的开发工具（编译器，调试器等），应用程序开发困难，移植困难等，因此工业化受到了极大的限制。目前，在市场上活跃的大多数家用CPU都采用与国外合作的方式，主要方式包括购买指令集授权和技术合作。 l2Wednc

关于指令集架构，我们必须从计算机开发的历史入手。在早期的计算机系统中，软件是直接为硬件系统编写的。即使对于来自同一制造商的不同计算机产品，它们的软件和硬件也不是通用的，并且软件和硬件是紧密耦合且不可分割的。后来，为了使自己的系列计算机能够使用相同的软件并避免重复编程的麻烦，IBM将指令集体系结构（ISA，指令集体系结构）的概念引入其计算机系统中，以对该软件进行编程。硬件信息被抽象以形成抽象的机器体系结构，并且程序员在该抽象的机器上执行编程，从而实现与硬件的解耦。在这一点上，处理器已与系统密不可分，并演变成三层结构的指令集体系结构，微观结构和底层的物理实现，一直持续到现在。在指令集体系结构中，最基本的是指令集，这是一系列指令集，用于指导CPU执行加减运算并控制计算机操作系统。 l2Wednc

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l2Wednc处理器结构的演变

当前，全局CPU指令集体系结构有两种类型：复杂指令集（X86））和精简指令集（以ARM，MIPS，POWER等表示），其中，复杂指令集（CISC）可以通过实现复杂功能的指令和多种灵活的寻址方法来增加，以提高程序的运行速度，但是直接的后果是，不等长的指令需要被分割和处理，从而导致一些不必要的等待，低效率和硬件集成度，工艺，功耗都很高。l2Wednc

相反，精简指令集（RISC）采用等长指令，可以将一条指令划分为多个进程或线程，然后将它们交给不同的处理器进行并行处理，这具有较高的效率和较低的硬件集成要求。简单且成本低。在英特尔早期的CPU开发中，缩减的指令集尚未出现。在精简指令集出现之后，英特尔还看到了精简指令集的明显优势，但是为了实现向后兼容，它必须一直走到尽头。继续促进X86复杂指令集的开发。 l2Wednc

这两种类型的体系结构之间的竞争非常激烈。在1990年代，复杂而精简的指令集营进行了激烈的战斗。在复杂的指令集方面，英特尔依靠与Microsoft（Wintel系统）的事实上的联盟，同时在新的微内核中集成了简化指令集的一些技术优势，占据了低端服务器，PC等主流领域。和笔记本。尽管指令集本身具有优势，但龙群却没有领导者，只能自己作战。他们最终被Wintel系统击败，并挤入了嵌入式市场。后来，随着智能手机的兴起，发现了新的智能手机。市场空间。特别是ARM，通过与Android的合作，占据了智能手机处理器市场的绝大多数份额。在ARM的64位产品（ARM V8））推出之后，其市场不再局限于嵌入式和移动领域。高性能计算，服务器和台式机也已成为重要的发展方向。l2Wednc

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复杂的指令集和简化的指令集架构在中国具有授权或技术合作。兆鑫和海光授权的X86，兆鑫是通过威盛获得的X86授权，海光是Sugon与AMD合作的产物。精简指令集的许可证包括Loongson（MIPS），Feiteng（与ARM V8架构兼容），Alpha，HiSilicon（ARM）等。可以看出，ARM架构对国内市场的影响更大。 l2Wednc

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当前，有三种主要的CPU授权方法：体系结构授权，软核授权和硬核授权。对于使用授权的企业，CPU完成度增加，设计难度降低，但自治度也降低。 。 l2Wednc

模式授权。此授权级别允许被授权方开发与被授权方开发的指令集体系结构兼容的芯片。主要优点是它可以共享授权方建立的软件生态红利。但是，由于该架构仅是处理器的抽象描述和设计概念，类似于建筑物的渲染，因此需要授权方非常高的研发能力。设计中的任何错误都会导致投资失败。目前，购买架构授权的国内公司是具有领先的芯片研发能力的公司。例如，天津飞腾，龙芯和神威，所有授权方都可以获取标准文件（包括说明的定义，通用寄存器的数量等），并且需要设计大量的寄存器传输级别模型和布线，需要独立设计的公司非常高，因此，上述公司也被认为是最独立和可控制的设计供应商。软核授权。软核通常以HDL文本形式提交给用户。它已经过RTL级设计优化和功能验证，但不包含任何特定的物理信息。基于此，用户可以综合正确的门级设计网表，并可以进行后续的结构设计，具有很大的灵活性。借助EDA综合工具，它可以轻松地与其他外部逻辑电路集成。将不同的半导体工艺设计为具有不同的性能器件，并且设计难度和自由度低于体系结构授权。核心授权。硬核基于半导体工艺的物理设计，具有固定的拓扑结构和特定的工艺，并且已经过工艺验证，性能得到保证。提供给用户的形式是电路物理结构的掩膜版图和全套过程文件。这是一整套可以使用的技术，可以在用户获得授权后生产。硬核设计和过程已经完成，无法更改。授权制造商对其进行完全控制，并且知识产权保护相对简单。因此，采用这种授权模型的制造商的自治和可控能力最弱，但是商业化的可能性最高。

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