CPU市場(chǎng)，正醞釀變局

作者：豐寧

11月28日，國(guó)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(guó)自主設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)和架構(gòu)，無需依賴任何國(guó)外授權(quán)技術(shù)，是我國(guó)自主研發(fā)的新一代通用處理器，可運(yùn)行多種類的跨平臺(tái)應(yīng)用，滿足各類大型復(fù)雜桌面應(yīng)用場(chǎng)景。

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

那么從全球市場(chǎng)來看，中國(guó)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(chǎng)格局。

?01、CPU兩巨頭的淵源

CPU作為計(jì)算機(jī)設(shè)備的運(yùn)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(chǎng)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(chǎng)份額維持在 60%以上，AMD 的市場(chǎng)份額也在持續(xù)提升。

英特爾和AMD之間的競(jìng)爭(zhēng)可以追溯到半個(gè)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(chǎng)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(shì)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(shí)，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(yáng)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(zhǎng)達(dá)五年的官司斗爭(zhēng)，最后AMD勝訴，也因此錯(cuò)過了PC發(fā)展的黃金時(shí)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(chǎng)份額。2006年是一個(gè)臨界點(diǎn)，為了進(jìn)一步增強(qiáng)自己的技術(shù)實(shí)力，AMD 花費(fèi)54億美金收購(gòu)了顯卡巨頭ATI，成為全球唯一一個(gè)同時(shí)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(jià)，桌面和移動(dòng)市場(chǎng)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(jìng)爭(zhēng)也處于下風(fēng)，從此英特爾在高端處理器市場(chǎng)，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(huì)上說：“今天是個(gè)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)幚砥鳎琲7主流旗艦的價(jià)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(shí)至今日，CPU市場(chǎng)又發(fā)生了諸多變革，在一系列變革的影響下，往日一家獨(dú)秀的格局不知還會(huì)延續(xù)多久。

?02、AMD攻上數(shù)據(jù)中心擂臺(tái)

根據(jù)獨(dú)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(chǎng)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(chǎng)市占率分別為18.6%、21.9%、11.1%、12.8%、10.5%。

在X86 PC市場(chǎng)，英特爾一直保持著強(qiáng)勢(shì)的地位，哪怕是市占率最低的一個(gè)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(diǎn)后下滑嚴(yán)重。

在X86數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)，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(chǎng)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(zhǎng)，從2022年Q1的17.4%增長(zhǎng)至2023年Q1的25.8%，增長(zhǎng)了8.4%。

過去一年，對(duì)AMD來說是突破性的年份，其市場(chǎng)份額增長(zhǎng)迅速。據(jù)市場(chǎng)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(zhǎng)5.8%，環(huán)比增長(zhǎng)4.7%，收入份額也環(huán)比大幅增長(zhǎng) 4.4%，同比增長(zhǎng) 1.7%。這種增長(zhǎng)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?yàn)橹饕铺峁┥虒⑵溆糜趦?nèi)部工作負(fù)載和公共實(shí)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(shì)頭迅猛，但畢竟英特爾在此之前有著長(zhǎng)達(dá)10年以上的絕對(duì)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，英特爾這棵大樹絕非輕易可以撼動(dòng)的。

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

?03、國(guó)產(chǎn)CPU正迎頭趕上

中國(guó)是全球最大的芯片消耗國(guó)，在最近幾年需求迫切以及供應(yīng)環(huán)境動(dòng)蕩等背景的推動(dòng)下，中國(guó)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(jì)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(jì)。

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(chǎng)占有很大優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用場(chǎng)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(jí)，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(gè)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(guó)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(hào)、面向工控和終端類應(yīng)用的龍芯2號(hào)、面向桌面/服務(wù)器類應(yīng)用的龍芯3號(hào)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)目前還是在工控業(yè)務(wù)領(lǐng)域。與此同時(shí)，龍芯也在布局服務(wù)器CPU。

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

在中國(guó)服務(wù)器市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)CPU廠商占據(jù)的份額逐步擴(kuò)大。IDC報(bào)告顯示，2022年國(guó)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(chǎng)份額。根據(jù)海光信息發(fā)布的三季度財(cái)報(bào)顯示，海光信息前三季度凈利同比高增38%。以下是具體營(yíng)收：2023年前三季度營(yíng)收約39.43億元，同比增加3.22%；歸母凈利潤(rùn)約9.02億元，同比增加38.27%。其中，第三季度營(yíng)收13.33億元，同比增長(zhǎng)3.3%，第三季度歸母凈利潤(rùn)2.24億元，同比上漲27.23%。

接下來，隨著信創(chuàng)項(xiàng)目的大面積鋪開，信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)也隨之出現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象級(jí)的風(fēng)口，將創(chuàng)造一個(gè)萬億元級(jí)別的市場(chǎng)，也將極大地帶動(dòng)國(guó)內(nèi)CPU廠商的快速發(fā)展。彼時(shí)龍芯、海光、鯤鵬等國(guó)產(chǎn)CPU廠商將帶給市場(chǎng)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(shí)間的推移，基于ARM架構(gòu)處理器的市場(chǎng)增長(zhǎng)正逐漸加速。目前，蘋果的Mac電腦對(duì)ARM架構(gòu)處理器的市場(chǎng)增長(zhǎng)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(dòng)下，已經(jīng)占據(jù)了個(gè)人電腦處理器市場(chǎng)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(chǎng)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(jì)一款可運(yùn)行微軟Windows操作系統(tǒng)的中央處理器。 此外，AMD也計(jì)劃研發(fā)基于Arm技術(shù)的PC處理器，預(yù)計(jì)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(dú)家開發(fā)與Windows兼容的芯片。

ARM架構(gòu)處理器在移動(dòng)設(shè)備上具有顯著的能耗優(yōu)勢(shì)，因此可能會(huì)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(duì)于英特爾來說，要想在未來的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(chǎng)需求。

?05、RISC-V 挑戰(zhàn) CPU市場(chǎng)

RISC-V是一種簡(jiǎn)單、開放、免費(fèi)的全新指令集架構(gòu)。RISC-V最大的特點(diǎn)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(jì)、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(shí)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(jì)算等新興應(yīng)用領(lǐng)域的重要?jiǎng)?chuàng)新焦點(diǎn)。

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(jì)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(zhǎng)Calista Redmond 表示，預(yù)測(cè)未來幾年RISC-V 采用率將以40% 年復(fù)合成長(zhǎng)率成長(zhǎng)，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(zhǎng)。

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

RISC-V 為何如此適合中國(guó)市場(chǎng)？

首先，RISC-V架構(gòu)采用開源模式，具有設(shè)計(jì)精簡(jiǎn)、易于移植、可擴(kuò)展、模塊化、可定制等特點(diǎn)，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(shì)，而中國(guó)在這方面具備超大規(guī)模市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，可以為RISC-V生態(tài)建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)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(shì)。計(jì)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(shí)，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(jiǎn)潔的架構(gòu)方案還可有效減少錯(cuò)誤發(fā)生，要知道CPU流片成本極高，減少錯(cuò)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(fèi)、可控。對(duì)于 RISC-V 指令集的使用，RISC-V基金會(huì)不收取高額的授權(quán)費(fèi)。開源采用寬松的BSD 協(xié)議，企業(yè)可以完全自由免費(fèi)使用，同時(shí)也允許企業(yè)添加自有指令集，而不必開放共享，實(shí)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(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)在芯片制造、封裝測(cè)試等環(huán)節(jié)不僅存在嚴(yán)重制約，而且在芯片設(shè)計(jì)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(jì)環(huán)節(jié)，實(shí)際上CPU架構(gòu)及其引領(lǐng)的整個(gè)生態(tài)對(duì)IT業(yè)都有重大影響?，F(xiàn)在多種國(guó)產(chǎn)CPU架構(gòu)并存雖然反映了國(guó)產(chǎn)CPU的進(jìn)展，但并非長(zhǎng)久之計(jì)，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(guó)內(nèi)國(guó)際雙循環(huán)新發(fā)展格局的需要。