引言：

1999年，中国科技部部长徐冠华曾说，“中国信息产业缺芯少魂”。缺芯少魂，说的就是我们的芯片和操作系统。经过20年的发展，国产芯片和操作系统迎头追赶出现了一些喜人的业绩，操作系统出现两大麒麟与深度两大阵营，而国产芯片，尤其是国产处理器（CPU）领域发展如何，国际领先还需多久，今天我们主要来看一下。

1999年，中国科技部部长徐冠华曾说，“中国信息产业缺芯少魂”。缺芯少魂，说的就是我们的芯片和操作系统。

芯片，也就是集成电路，主要分为四大类，一是处理器，也就是CPU，二是模拟芯片，三是存储芯片，第四类是逻辑芯片。其中，处理器可以说是信息产业的大脑。是我们今天重点了解的对象。

国产处理器，国内现在进展也是比较快的。最早有2002年成立的中科院计算机所的龙芯和03年江南计算机所的申威，不过两者都属于小众指令集，生态并不好，也是对其发展形成了制约。生态好的指令集有X86和ARM，我们大部分计算机用的是X86的典型代表，英特尔的处理器。2018年美国制裁华为之后，华为于2019年发布鲲鹏处理器，并围绕鲲鹏平台构建国内计算机产业生态。随着华为鲲鹏的发布，国产处理器也是迎来的较好的希望。

指令集决定应用场景

说到这里，有人可能有疑问，指令集是什么？

简单说，指令集是计算机硬件和软件进行对话的语言。CPU依靠指令来计算和控制系统。大类划分上可分为复杂指令集（CISC）和精简指令集(RISC)两种。

以X86系列为代表的复杂指令集。CISC指令集比较丰富，优点是控制简单，处理高级语言和特定任务能力强，缺点是结构过于复杂，运行效率不高，执行速度慢。

以ARM架构代表的精简指令集。RISC指令集相对复杂指令集，保留了使用频率高的指令，对不常用的指令通过组合指令来完成，以提升程序处理速度。

早期国际上有不下十种这种指令集，经过残酷的竞争，目前通用领域广泛使用的是美国英特尔的X86和英国ARM公司的ARM指令集。其余的指令集都成了小众，指令集也停止了更新，因此使用这些指令集的处理器生态都不太好，处理器厂商在使用这些指令集的后期都是以自研为主，优势是自主程度高，劣势是生态不好，所以使用场景往往在一些对生态要求相对弱的特定领域。 我们的“龙芯”应用于新一代北斗导航卫星。申威则多用于超算和军队。

通常民用领域，主要分为两大市场，一个是个人电脑市场，一个是移动终端市场。

复杂指令集的中央处理器追求的是性能+速度，牺牲了功耗，因此X86架构的处理器多用于个人电脑市场。

精简指令集的移动处理器追求的是功耗+效率，因此，性能方面与X86不具有可比性。ARM架构占有90%的手机处理器市场和80%的平板电脑处理器市场。

授权方式决定自主程度

自主研发CPU需要得到指令集授权，指令集授权方式主要有两种：指令集架构授权、IP核授权：

（1）指令集架构授权：指可以对该指令集架构进行大幅度改造，甚至可以对指令集进行扩展或缩减。

（2）IP核授权：指可以以一个内核为基础然后在加上自己的外设，由此设计自主MCU（Soc芯片）。由于IP软核源代码的分析与解读需要耗费较大的人力，而硬核授权并不包含源代码的开放，因此，这种方式的安全可靠性并不高。

X86架构的处理器，全球占比高的两家芯片企业是英特尔（Intel）和超威（AMD）。为避免对其形成竞争，英特尔只对使用X86架构的处理器企业进行IP内核授权，而不是指令集架构授权。也就是说X86指令集掌握在Intel和AMD手中，不对外开放。

而ARM公司并不做处理器，他们就是以授权来获得收入，因此提供指令集架构和IP核授权。获得了指令集架构的授权，处理器厂商可以对其大幅改造，甚至根据自己的需要对架构进行扩展或缩减，自主性是很高的，可靠性也比内核授权的高。

苹果手机自研的处理器芯片、小米、oppo手机使用的美国高通、苹果平板电脑IPAD使用的高通芯片，三星手机使用的处理器芯片都是ARM架构。华为的手机处理器芯片麒麟也是属于ARM架构。

国产六大CPU概况

国产六大处理器品牌，两个是上面所提及的小众指令集的龙芯、申威，剩下四个品牌，两个属于X86架构，分别是海光和兆芯。两个属于ARM架构，分别是飞腾和鲲鹏。华为于2019年发布的鲲鹏，是业内认可的目前ARM架构中性能最好的。

▲国产CPU芯片概况

• 龙芯：国产化程度最高的 MIPS 架构芯片

2002 年，在中科院支持下， 龙芯 开始研发于 基于 MIPS 指令集的 的 CPU ，2009 年正式得到MIPS 授权。

面对美国不断打压，华为首款"纯国产芯片"将在中芯国际诞生

中国制造，中国技术，中国速度这是目前中国交给世界的答案。但是，美国就是不能容忍中国的崛起，对待华为除了打压就是限制。 一.限制芯片从美国进口并没有打垮华为 我们知道，芯片是5G的心脏，美国限制华为从美国进口芯片，其目的就是打压华为的5G技术，说得

▲龙芯中科发展历程

龙芯 CPU 是我国最早的国产 CPU 厂商，在专用类、工控、嵌入式终端 CPU 等领域拥有较强优势，优势在于单核性能较高，但多核能力较弱。生态问题是其发展的主要短板。因为龙芯是唯一的基于 MIPS 架构的国产 CPU，在MIR指令集的基础上，研发出具备自主知识产权的龙芯指令集，这是其在国产CPU中自主化程度较高的主要原因，不过目前国产 CPU 中 ARM 架构占优的格局下，如何构建生态是公司未来面临的更大挑战。

• 兆芯：通过外资控股获得部分 X86 专利授权

▲上海兆芯股权结构

上海兆芯成立于 2013 年4 月，最大股东为国资委上海市联合投资以及威盛电子。兆芯 X86 架构授权来自于 台湾 威盛电子。上世纪 90 年代末，台湾威盛电子（VIA）通过收购美国公司，获得了部分 X86 专利授权。因此对于国产处理器来说，兆芯的CPU自主可控程度其实是存疑的。

• 海光：被美列入实体名单 后续发展受到制约

海光成立于2014年，是中科曙光的下属子公司。2016年海光获得AMD x86的授权，之后海光与全球第二大X86芯片厂商超威半导体（AMD）通过合资成立两家子公司，预计当初超威半导体也是看中了中国市场，欲打算用中国市场来与英特尔进行竞争，在发展初期，海光的芯片发展前景被业内普遍看好，然而事与愿违，在美国将天津海光列入实体名单后，超威对海光的技术支持将会停滞，超威新的指令集架构海光也将会拿不到授权，发展速度和领先性会大受影响。

▲天津海光股权架构

华为鲲鹏是性能最好的ARM架构处理器

对于国产CPU芯片来说，华为鲲鹏是性能最好的ARM架构处理器。

▲鲲鹏处理器型号和性能

华为基于 kunpeng 处理器处理器打造了“算、存、传、管、智”五个子系统的芯片族。经 历经 10 多年，目前已累计投入超过 2 万名工程师。

▲鲲鹏芯片研发时间表

对于鲲鹏来说，个人电脑领域实现国产化需要做两点，第一点是是提升性能。现在ARM架构的芯片还不能取代X86在计算机上的地位，最先进的ARM芯片在计算机上使用还是有较大的差距。但高通与ARM公司，以及下游的电脑厂商华硕等均已进行合作，不断提高处理器芯片的性能以适应个人电脑领域。

第二点就是建设国产处理器的生态。对于国内计算机产业来说，建设生态就好像盖房子时，只进行房子的图纸设计是不够的，还需要有相应的施工队、钢铁、水泥等一系列配套产业，才能满足最终的消费者的使用需求，这个产业才能很好的发展起来。国产处理器，搭载国产操作系统，国产软硬件生态，满足大部分人办公等使用需求，才能形成一个良好的正循环。华为现通过与各地政府、合作伙伴建立鲲鹏产业聪明全力打造鲲鹏计算产业生态，包括PC、服务器、存储、操作系统、中间件、虚拟化、数据库、云服务、行业应用以及咨询。

其实2020年初，根据百信、讯圣等台式机电脑厂商的最新消息，它们发布了搭载华为鲲鹏920主板的PC台式机。预装的是深度操作系统的试用版，但是却用了超威的低端显示卡，整体性能是处于英特尔的入门级，价格却是英特尔普通台式机的2倍。所以不会在市面上开售，估计开售也是没有消费者买单，因为生态比较差，光看看电影还可以，若要办公，甚至游戏，基本是不可能的。

国产处理器的崛起需要两步走

国产处理器品牌在进步，英特尔也不会原地踏步，英特尔的X86架构推出来已满40年了，尽管现在可以满足所有用户需求，然而存着人工智能时代的到来，X86指令集还是限制了CPU性能的进一步提高，因此，他们正同惠普共同努力开发下一代指令集架构。

ARM公司与高通等手机处理器厂商联手，意欲进军个人电脑市场，这也是对英特尔形成了挑战。英特此前一直是半导体的领导者，

对于国产处理器芯片来说，显然我们还有很长的路要走，第一步我们要追赶，做到性能提升，建设良好生态，能满足大部分人的普通使用需求，比如办公。第二步，再想着去领先，这没个十年估计是很难完成的。所以，中国人加油，华为加油，中国的计算机整个产业生态的企业加油。争取早日实现我们中国自己信息产业的完整。

小结

芯片一直是我国信息产业发展的痛点，成为被“卡脖子”的关键领域。计算机革命使人类发展进入快车道，在最基础的计算机语言架构方面，英国的ARM公司和美国的英特尔公司占据了至高点，国内通过自研指令集获得自主技术任务艰巨且进展缓慢，如何构建其生态更是需举全国之力也不一定能够完成。在X86和ARM架构的基础上来进行我们的国产化进程相对来说，进展得可能更快一些。华为鲲鹏通过其产业联盟来构建国内计算机产业生态，国内合作伙伴规模不断扩大，相信在国家的大力扶持下，华为企业的引领下，我们的国产化CPU之路渐行渐近。

在国产CPU，国产计算机生态构建之时，我们需集中精力突破的事情还有信息产业国产化背后的国产工业设备（机床、光刻），要想使我国信息产业拥有领先性，高端工业设备国产化必不可少，从这个角度来讲，我们还有很长的路要走。