机器之心报道 编辑：泽南 国产 CPU 群雄逐鹿的局面正在结束。#2023年八大行业迎来换机潮# #2026年ARM架构处理器将占据30%的PC市场# 2016 年 3 月，24 家研究软硬件关键技术和应用的国内单位，共同发起成立了一个非营利性社会组织「信息技术应用创新工作委员会」，一个新的名词「信创」由此出现在人们眼前。 随着时间的推移，全国各地相继成立了大量信创产业联盟，催生了庞大的信息技术应用创新产业。甚至在 A 股中，也出现了一个专门的信创板块。 在中美贸易摩擦，面临百年未有变局的今天，信创概念越来越被人们频繁提及，大多数人都听说过它另一个更通俗的称呼：解决核心技术「卡脖子」问题。 解决最关键的问题 信创的核心在于构建信息技术软硬件底层架构和全周期的生态体系，本质是实现自主可控，目的在于让关键部门用上安全可信的技术产品。 由于历史原因，我国在信息技术领域长期处于跟随地位。国际 IT 巨头占据大量市场份额，制定了科技行业的底层技术标准，并控制着大部分信息产业生态。随着国内企业在产业链位置的不断爬升，在基础软硬件领域，国内厂商正在实现从无到有，从可用到好用的发展，研发实力逐渐强大。 如今在国际环境变化的背景下，信创正在加速向行业的深水区迈进。 信创产业体系全景图。资料来源：众诚智库，2021.01 在国内，最常被提及的「卡脖子」技术就是芯片，中央处理器（CPU）对于计算机的算力至关重要，它是支撑 IT 系统运作的发动机，覆盖从服务器到移动终端等不同设备。在不同的场景下，人们对 CPU 的各类性能指标提出了严苛的需求，覆盖数据处理能力、可靠性、功耗等等。 我国是全球最大的芯片消费国，2013 至 2021 年间，中国集成电路行业市场规模由 2509 亿元增长至 10348 亿元，年均增长率为 19.38%。但相对而言，芯片行业发展却显得较为落后。 在全球视角下，芯片产业的竞争也是产业链的综合实力的竞争。不同于其他产业，IT 基础设施存在显著的「木桶效应」，在硬件 - 软件 - 服务的完整链条中，任何位置国产化能力的缺失都将影响自主体系发展。 群雄并起的局面 随着需求的推动，国内芯片行业正在经历大发展。自 2011 年算起，我国芯片半导体赛道披露的融资总金额已超万亿元人民币。但在架构的选择上，国产芯片厂商出现了路径的不统一，覆盖了三大技术路线：X86、Arm 和自研指令集。 其中，海光和兆芯选择了最主流架构 X86，它是当前大多数服务器和计算机 CPU 使用的架构，其芯片性能强大，也因为大规模应用获得了良好的兼容性。然而众所周知，X86 来自于行业巨头英特尔，国内厂商仅有 IP 内核级使用授权，完全自主可控难度大。 龙芯、申威等公司则选择构建自研指令集。目前来看，这一方向的产品用户数量一直较少，仍未出现规模可用的生态。 相比之下，华为和飞腾等厂商选择走 Arm 架构的技术路线，这或许是当前国产芯片突围最好的选择。 Arm 架构 CPU 始于低功耗、计算量小的移动端场景，在移动端、IoT 等领域占据着压倒性的市场及技术优势，随着人工智能等技术的发展，数据价值提升了边缘计算的重要性，端边云协同发展、架构统一为趋势，为 Arm 架构朝云端、PC 端生态发展带来机会。从硬件层面来看，Arm 的可扩展性能让产品线实现统一。从软件层面看，基于 Arm 的共同架构可以方便开发者面向整个生态进行开发。 而对于信创而言，使用 Arm 架构也可以做到自主可控：Arm 公司是一家知识产权（IP）供应商，通过转让设计方案的方式由合作伙伴生产出各自的定制化芯片。其中某一版本的架构层级授权通常是永久性的。对于信创来说，已获得的 Arm 授权设计可以持续改进，保持先进性，同时满足自主可控的需求。 有人把这三种路线的选择比喻成写论文：X86 的 IP 内核授权模式受制于人，就像论文核心部分永远在引用别人的旧结论；自研指令集如同从零开始开拓一个新领域，在芯片行业已经历多年发展的现在难度很大；而经由 Arm 永久授权的基础进行研发，相当于在一个正在发展的领域上添砖加瓦，是可以深度改进，并持续研发的技术路线。 Arm 架构的兴起 在 PC 和服务器端，X86 一直占据主流，但在全球范围内，Arm 是最流行的芯片架构。 仅在 2021 年，Arm 就报告全球生产了 290 亿片 Arm 架构芯片，而 X86 架构芯片每年的产量大约在 3.5-3.6 亿。Arm 芯片几乎垄断了移动端市场，市场占比超过 90%，由此催生的大量应用带动了服务器和 PC 端的 Arm 市场。 图片来源：Arm 官网。 另一方面，基于 Arm 架构的服务器和 PC 芯片也在快速演进。 2018 年，云服务巨头亚马逊发布的自研 CPU Graviton 开启了半导体行业的新时代。Graviton 为 Arm 架构冲击高端市场打开了局面，引发了科技巨头的造芯热潮。在 AWS 的产品中，基于 Arm 架构的算力拥有最多达 40% 的性价比优势，而且还涵盖了广泛的工作负载和场景。 在此之后，英伟达、阿里云等公司也纷纷宣布开始研发面向云服务的 Arm 架构 CPU。在全球各大云厂商的服务中，基于 Arm 架构的算力如今已经占有相当比例。 在 PC 端的 Arm 架构处理器上，2020 年苹果推出的 M1 彻底打开了局面，其部分性能指标超过了同时代的 X86 架构芯片英特尔酷睿 i9，同时还保持了很低的功耗。Arm CPU 在 PC 处理器市场的份额如今已经达到 9.5%，占比虽然还不算大，但要知道在 2020 年第三季度，这个数字仅为 2%。 繁荣的产业生态背后，Arm 架构的优势逐渐显现：每个 Arm 架构版本都可以衍生出多种处理器内核，可以针对不同应用场景推出不同的芯片；其采用的 RISC 流水线指令集相对适用于 Linux，推动了基于 Linux 的安卓不断壮大。还有大中小核的设计，让 Arm 芯片可以兼顾从服务器到重度生产力再到低功耗的场景。 谁会成为破局者？ Arm 架构的授权方式有三种：架构层级授权、内核层级授权（IP 核）和使用层级授权。其中最高层级的架构授权意味着获得授权者可以对 Arm 架构进行大幅度改造，甚至对指令集进行扩展或缩减。苹果就曾在 iPhone 5 使用的 A6 芯片上，使用 ARMv7-A 架构基础扩展出了属于自己的 Swift 架构。 Arm 的 CPU 架构，资料来源：Arm 官网。 由于信创的推动，国产芯片的竞争的重点在于桌面级 CPU 市场。对信创而言，走 Arm 路线同样可以获得其生态体系的加持。如今的各类国产 OS 都基于 Linux，其内核与安卓一脉相承。Arm+Android 生态丰富的应用经验可以快速移植到桌面端上。 而对于芯片开发厂商来说，在 Arm 的设计之上进行研发可以降低技术门槛，缩短研发周期，在较短的时间内推出性能强大的 CPU，并共享 Arm 生态的丰富资源。 在国内，华为和飞腾都已获得 ARM V8 指令集的永久授权，这意味着它们可以在原指令集上继续发展，构建相关驱动，为 Linux 内核共享源代码，甚至在此基础上发展出自己的生态。 我们或许可以认为，Arm 架构是目前信创领域的最优发展道路。走在这条道路上的参与者，也已交出了他们的第一份答卷。目前，飞腾、华为等公司已经掌握了 Arm64 处理器核、微架构及芯片设计相关技术，并发布了一系列基于 Arm 架构的 PC、服务器产品。 其中，华为的产品已经获得了市场的青睐：在擎云系列 PC 上，麒麟 990 实现了超过千万的发货量，是国产化台式机处理器中当前唯一超过这一里程碑的芯片，在芯片的性能、稳定性、安全性、可靠性上经过了市场的充分检验。 目前，我们在基于 Arm 的大量软硬件上已经实现了自主可控。在麒麟和盘古芯片平台上，华为已适配上万软件，并兼容了超过 1.9 万硬件，充分满足了信创办公的需求。除了钉钉、WPS、微信、飞书等应用之外，腾讯会议等在线会议应用也加入了适配，Arm 架构与 X86 架构版本功能近乎一致。 在消费级产品的生产、服务能力和技术上，华为复制了终端移动生态的成功经验。或许在寒冬过后，它即将扛起信创这面大旗。 结语 对于 PC 信创来说，从 X86 转向 Arm 方向不是一个选择题，而是基于业务和成本，在长期路线上的最合理规划。 随着技术的发展，国产自研 PC 逐渐拥有了强大的性能和活跃的生态，展现出了顽强的生命力。目前，中国信创产业正在与时间赛跑，目标是实现全面、全流程的自主可控。越来越多的垂直行业正在获得满足业务需求的产品。在金融、电信等领域，搭载国产自研 CPU 的计算机也即将实现规模化应用，这将进一步促进软件生态的成熟。 我们正在亲历科技领域的一个重要历史事件，在前方不远处，终点已经逐渐清晰。