盘点2022年六大国产CPU发展的怎么样了？

　　行业观点
　　CPU是底层硬件基础设施中的核心，当前主流芯片架构为ARM和X86，均为国外主导，芯片国产化率较低。十五期间，国家启动发展国产CPU的泰山计划，863计划也提出自主研发CPU。2006年核高基专项启动，国产CPU领域迎来新一轮的国家支持，鲲鹏、飞腾、龙芯、兆芯、海光、申威等一批优质国产CPU厂商快速崛起。
　　海光信息和兆芯采用x86架构IP内核授权模式，可基于公版CPU核进行优化或修改，优点是性能起点高、生态壁垒低，缺点是需要支付授权费、自主创新程度较低。海光最新一代CPU已接近国际同类高端产品水平，并兼容x86指令集，具备较高的应用兼容性和较低的迁移成本，在电信、金融、互联网等领域优势显著，其与第一大股东中科曙光的高效协同为公司产品放量打下了深厚基础。
　　华为鲲鹏和天津飞腾采用ARM指令集架构授权，可自行设计CPU内核和SOC，也可扩充指令集，自主化程度相对较高。华为鲲鹏920处理器是业内首款7nm数据中心ARM处理器，非X86架构芯片中鲲鹏920芯片在算力维度方面优势领先，且发展至今已经达到可以与X86芯片相匹配的性能。鲲鹏计算产业经过多年发展，已涵盖全栈IT基础设施、行业应用及服务。飞腾则基于PKS体系，在党政信创领域市占率领先，市占率高且产业链更为完整。
　　龙芯中科采用自研的LoongArch指令集，拥有较强的自主性和可靠性，其秉承独立自主和开放合作的运营模式，从指令集IP核授权、到芯片级主板级开发以及系统内核应用等方面对生态伙伴进行全方位的开放支持。申威采用自研的申威64位指令集，重点应用于特种领域，努力实现在国防和网络安全领域芯片的自主可控。随着其产品技术的日益成熟，其生态也不断趋于完善。国产六大CPU厂商分析
　　更正：龙芯中科为自研LoongArch架构
　　1、华为鲲鹏快速崛起的领导者
　　华为芯片基于ARM架构，研发五大芯片族，实现全场景布局。华为自研芯片产品主要包括服务器芯片鲲鹏系列、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，以及一系列专用芯片，如凌霄芯片、NBIoT芯片、视频编码解码芯片以及SSD控制芯片等。
　　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，兼容全球ARM生态，并围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。华为从2004年开始投资研发第一颗嵌入式处理芯片，迄今形成了以鲲鹏昇腾为核心的基础芯片族。当前，Kunpeng芯片族正沿着量产一代、研发一代、规划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数据中心ARM处理器，专为大数据处理以及分布式存储等应用而设计。鲲鹏920由华为自主研发，采用多发射、乱序执行、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，可以提供多个接口，主频可达2。6GHz，总内存带宽最高可达1。5Tbs，支持PCIe4。0及CCIX接口，总带宽640Gbps。华为Cache一致性总线（HCCS）的480Gbps片间互联支持最多四颗鲲鹏920互联和最高256个物理核的NUMA架构，保证了鲲鹏920超强算力的高效输出。此外，在Memory子系统上也进行了大量的优化，采用当前典型的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优势领先，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对比，其在48核的时候，整数打平intel至强8180，功耗低20。而64核心的鲲鹏920，则比过intel至强818033左右。其中至强8180是intel用于服务器的旗舰芯片，采用28核心，2。5GHz频率，广泛应用于X86服务器中。
　　构建openEuler开源社区，高效推进处理器深度优化。openEuler开源社区以Linuxkernal、GNU等为上游社区，定期同步上游社区创新成果，并针对Kunpeng处理器进行深度优化，提供完整OS开发环境和上下游生态验证环境，使开发者和用户高效开展需求适配、生态集成和测试认证。在此基础上，社区定期发布稳定的openEulerLTS（长期支持版本），提供对应的社区支持（文档、补丁、维护等），使OS厂家基于openEulerLTS进一步开发商业发行版，同时支持互联网等用户基于openEulerLTS自行定制OS。openEuler开源社区通过社区理事会、技术委员会、用户委员会、营销委员会等组织，形成可持续发展的社区治理架构，对社区进行开放治理。
　　鲲鹏计算产业将快速提升Kunpeng处理器生态建设。鲲鹏计算产业是基于Kunpeng处理器构建的全栈IT基础设施、行业应用及服务，包括PC、服务器、存储、操作系统、中间件、虚拟化、数据库、云服务、行业应用以及咨询管理服务等。鲲鹏计算产业路线是华为提出的六大数字技术生态之一，除鲲鹏外还包括昇腾、HMS、鸿蒙、华为云、MDC（智能驾驶计算平台）。其中鲲鹏是华为面向政企市场，与地方政府和合作伙伴共同打造鲲鹏产业生态、构建具有国际竞争力的通用计算技术路线。
　　鲲鹏计算产业生态不断扩大，赋能Kunpeng处理器长远发展。鲲鹏计算产业打造完备基础产品，开放硬件、开源软件，充分赋能合作伙伴，此外鲲鹏还有望带动国内软硬件领域的厂商加速发展。
　　华为鲲鹏得到地方政府的大力支持。2020年4月，成都市印发《关于加快培育发展鲲鹏产业工作方案的通知》，明确2025年成都鲲鹏产业规模超过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应用示范基地，该案例为鲲鹏产业体系的推进提供了重要模板。
　　2、飞腾PKS生态的主导者
　　飞腾信息技术有限公司由中国电子信息产业集团、天津市滨海新区政府和天津先进技术研究院于2014年联合成立。公司致力于飞腾系列国产高性能、低功耗通用计算微处理器的设计研发和产业化推广，同时联合众多国产软硬件生态厂商，提供基于国际主流技术标准、中国自主先进的全国产信息系统整体解决方案，支撑国家信息安全和重要工业安全。
　　2020年以来，飞腾对高性能服务器CPU、高效能桌面CPU、高端嵌入式CPU三条产业线进行了全面的品牌升级。高性能服务器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，提供定制化、契合各行各业嵌入式应用的解决方案。
　　公司于2020年发布的腾云系列新一代可扩展多路服务器芯片腾云S2500与FT2000相比性能大幅提升。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，双路服务器的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，双路服务器支持虚拟机70个，是原来的2。5倍，四路服务器支持140个，是原来的5倍。
　　相比上一代产品FT20004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。7GBs，SPECint分值为97。45，SPECfp分值为94。62，接近原来的2倍，在计算能力上得到进一步提升，并兼顾桌面终端与边缘服务器，极大地丰富了应用场景。此外，腾锐D2000与FT20004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。此设计能够大幅降低产品研发成本，同时降低整机合作伙伴的开发难度，加快开发进度。
　　飞腾生态发展迅速，为行业自主创新做出了重要贡献。在生态建设方面，飞腾与1600余家国内软硬件厂商打造完整生态体系，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整的生态图谱，可覆盖从整机硬件、基础软件到上层的应用。基于飞腾桌面CPU的终端产品已能够实现海量Android应用的运行，基于飞腾CPU的软件生态也在不断丰富和完善。
　　PKS体系领导者，已成为行业生态构建的标杆。PKS体系最早由飞腾CPU（Phytium）和麒麟操作系统（Kylin）的PK体系发展而来。依托飞腾全新的硬件级安全机制，以相关可信技术为支撑，PK体系融合SSecurity的立体防护安全链，升级为PKS体系，并全球首创将可信计算3。0技术融入到CPU、操作系统和存储控制器中，实现底层构架的本质安全，并成为国内首个计算机软硬件基础体系标准。
　　对比鲲鹏与飞腾的生态构建可以发现，鲲鹏技术路线比PKS路线有较明显的技术和产品优势，PKS技术路线比鲲鹏技术路线有较明显的安全优势。鲲鹏在硬件终端、云平台、人工智能、中间件等方面具有绝对优势，但在安全方面略逊一筹。PKS路线的一个非常显著的特点是注入安全，即PKS体系中的S，PKS路线将安全贯穿于从CPU、OS底层，到产品服务应用，一直到供应链安全保障的全过程，为信创工程提供内生安全、过程安全和供应链安全的全流程服务。
　　3、海光信息性能领先的实干者
　　海光信息成立于2014年，主要从事高端处理器、加速器等计算芯片产品和系统的研究开发。海光处理器兼容市场主流的X86指令集，具有成熟而丰富的应用生态环境。海光处理器内置专用安全硬件，支持通用的可信计算标准，能够进行主动安全防御，最大程度避免安全漏洞和隐患，满足信息安全的发展需求。面向企业计算、云计算数据中心、大数据分析、人工智能、边缘计算等众多领域，公司提供了多种形态的海光处理器芯，满足互联网、电信、金融、交通、能源、中小企业等的广泛应用需求。从股权结构上看，主要从事研究、开发、生产制造高性能计算机、通用服务器及存储产品的中科曙光是公司的第一大股东，二者的深入合作为海光信息的生态打造提供了有力保障。
　　海光信息与AMD公司合作密切。2016年，AMD公司和海光信息合资成立了成都海光微电子技术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获得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，以此为基础开发CPU。海光集成电路与海光微电子的股权结构保证了公司在规避了英特尔的x86授权限制的同时，又使得海光x86CPU成为内资公司开发的产品，满足了国家产业政策和创新的需求。
　　海光CPU主要面向复杂逻辑计算、多任务调度等通用处理器应用场景需求，兼容国际主流x86处理器架构和技术路线，具有先进的工艺制程、优异的系统架构、丰富的软硬件生态等优势。此外，海光CPU支持国密算法，扩充了安全算法指令，集成了安全算法专用加速电路，支持可信计算，大幅度提升了高端处理器的安全性，可以在数据处理过程中为用户提供更好的安全保障。
　　公司20192021年收入CAGR高达146。88，2021年净利润扭亏为盈。20192021年，公司营业收入从3。79亿迅速增长至23。1亿，2021年净利润实现转正，公司规模化效应逐渐显现。
　　电信和金融已成为公司产品应用最多的两个领域。近年来公司推出海光二号处理器、深算一号DCU处理器，不断丰富产品线，加大市场开拓力度，逐步形成了较为完善的基于海光处理器的产业生态环境。基于前期电信、金融、互联网等行业对公司产品的认可，公司在电信运营商集采、金融行业入围等方面市场份额增长较快，公司产品在相关重点行业销量逐渐提升。
　　公司产品基于AMDZen1架构，产品性能起点较高。选取Intel在2020年（与海光7285同期）发布的6款至强铂金系列产品（能够反映Intel2020年发布的主流CPU产品的性能）与海光7285进行性能对比可以发现，在典型场景下，公司最新一代CPU相关产品均已接近国际同类高端产品水平。
　　海光信息的基础架构具备先天生态优势。微软和英特尔凭借自身规模效应和技术优势，使Windows和IntelCPU占据了绝大部分市场份额，并结成Wintel联盟。Wintel联盟的基本特点是基于x86架构优化各类软件应用，使得x86架构具有显著产业生态优势，同时软硬件环境的成熟度相较于其他架构也具有明显优势。我们认为海光CPU兼容x86指令集，使得其具备较高的应用兼容性，较低的迁移成本，有望受益于x86完备的生态体系。
　　公司第一大股东中科曙光与公司的发展形成良好的协同效应。中科曙光的业务结构主要包含高性能计算机（包括服务器和其相关配套产品）、存储产品以及围绕高端计算机的软件开发、系统集成与技术服务三大类别。海光提供性能优异的国产CPU，为曙光的战略转型提供支点。中科曙光通过在计算产业的全面布局已具备优质的客户资源和销售渠道，曙光服务器中应用海光产品的比例超过30，为海光芯片的放量打下了深厚基础。
　　4、兆芯合资CPU的探路者
　　兆芯是成立于2013年的国资控股公司，总部位于上海张江，在北京、西安、济南等地设有子公司，公司同时掌握中央处理器、图形处理器、芯片组三大核心技术，具备相关IP自主设计研发的能力。公司坚持自主创新与兼容主流的发展路线，凭借成熟的软硬件生态，为用户提供性能卓越、兼容性优异且安全可靠的通用处理器和芯片组等产品。
　　自成立以来，公司已成功研发并量产多款通用处理器产品，并形成开先、开胜两大产品系列，产品性能不断提升，达到国际主流同等水平。作为国内率先实现主频3。0GHz关键突破的国产通用处理器，兆芯开先KX6000系列处理器荣获第二届集成电路产业技术创新奖、2019年中国IC设计成就奖和第二十届中国国际工业博览会金奖，并入选20192020年度上海设计100优秀成果。
　　兆芯自主研发的通用处理器产品涵盖开先、开胜两大系列，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、笔记本、一体机、云终端等多种类型的桌面整机以及服务器、存储等产品。此外，在嵌入式领域，也已经有不同规格基于兆芯通用处理器的工业主板、模块化电脑、工业整机、BoxPC、工业级服务器、网络安全平台等产品陆续推出。
　　在芯片设计研发和技术创新方面，兆芯自主创新研发的国产通用处理器性能稳定可靠，产品体验达到国际主流同等水平。在产业链合作方面，兆芯积极协同产业合作伙伴，为政府、金融、教育、交通、能源、网络安全、医疗、通信等行业提供多样化的产品和解决方案，助力客户应用实现平滑迁移，目前，基于兆芯新一代处理器（KX6000KH30000），联想、同方、东海、海尔、锐捷、升腾、攀升等品牌已经推出了20余款不同形态的桌面PC及服务器产品，研华、研祥、盛博、威强电、信步、安勤、深惟、华北工控、汉智兴、智微、芯杰英、经纬天地、凌壹、海川智能、爱鑫微、众新等30多种工业主板、工业电脑模块和嵌入式计算平台，此外30多种网络安全平台也相继推出。
　　开先KX6000开胜KH30000系列处理器是业内第一款完整集成CPU、GPU、芯片组的SoC单芯片国产通用处理器，这为整机系统的开发提供了较大的便利条件，同时也更利于控制成本。
　　通过KX6000系列处理器横向对比，8核心的KXU6780A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，尤其是单核性能不足7代i5一半，但整数性能方面对英特尔i5实现了反超。
　　开先KX6000开胜KH30000系列处理器采用了新一代高速低功耗内核。新一代内核对宏指令和多媒体性能进行了进一步的优化和增强，针对微架构流水线也进行了大幅的改进和优化，加上功耗方面的优化以及高频物理实现和高频防抖降噪控制等方面的改善，开先KX6000开胜KH30000系列处理器的单芯片性能相比上一代产品提升了多达50，同频下的性能功耗比则是上代产品的3倍。
　　5、龙芯中科自主架构的先驱者
　　龙芯中科是中国科学院计算所自主研发的通用CPU，采用自主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位核64位单核及多核CPUSOC为主，主要面向高端嵌入式、个人电脑、服务器和高性能机等应用。2002年8月诞生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。龙芯从2001年至今共开发了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、能源等应用场景得到了广泛应用。
　　公司产品体系分为三大系列，龙芯1号系列为低功耗、低成本的专用嵌入式SoC或MCU处理器，主要面向嵌入式专用应用领域，如物联终端、仪器设备、数据采集等，主要根据需求定制；龙芯2号系列为低功耗通用处理器，采用单芯片SoC设计，应用场景面向工业控制与终端等领域，如网络设备、行业终端、智能制造等，定位于Intel的凌动系列；龙芯3号系列为高性能通用处理器，通常集成4个及以上64位高性能处理器核，与桥片配套使用，应用场景面向桌面和服务器等信息化领域，对标Intel的酷睿至强系列。
　　LoongArch具有较强的扩展性和自主性。LoongArch包括基础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。自主性方面，LoongArch指令系统从整个架构的顶层规划，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、RISCV等主要指令系统的特征，摒弃了传统指令系统中部分不适应当前软硬件设计技术发展趋势的陈旧内容，吸纳了近年来指令系统设计领域诸多先进的技术发展成果。同原有兼容指令系统相比，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、虚拟机的开发。
　　基于自主指令系统（LoongArch）的3A50003B5000是龙芯当前重点发展产品。龙芯3A50003B5000是面向个人计算机、服务器等信息化领域的通用处理器，基于龙芯自主指令系统（LoongArch）的LA464微结构，并进一步提升频率，降低功耗，优化性能。在与龙芯3A4000处理器保持引脚兼容的基础上，频率提升至2。5GHz，功耗降低30以上，性能提升50以上。龙芯3B5000在龙芯3A5000的基础上支持多路互连。
　　从3A5000在SPECCPU2006BASE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。相比inteli59500六核14nm的确有不小的差距，但单核定点与国产ARMV8四核7nm处理器不相上下，单核浮点略优于国产ARMV8四核7nm处理器。龙芯3A5000对比国产ARMV8八核14nm处理器的单核定点则高出近10分，单核浮点则高出近一倍。多线程测试中，inteli59500六核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优势，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StreamCopy测试子项性能中表现出色。Stream是业界主流的内存带宽测试程序，测试行为相对简单可控。该程序对CPU的计算能力要求很小，对CPU内存带宽压力很大。随着处理器核心数量的增大，内存带宽并没有随之成线性增长，因此内存带宽对提升多核心的处理能力就越发重要。在StreamCopy测试子项性能中，龙芯3A5000的表现超过了inteli59500六核14nm处理器。其中Copy单线性能获得16864分，多线性能获得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合作的运营模式，从指令集IP核授权、到芯片级主板级开发以及系统内核应用等方面对生态伙伴进行全方位的开放支持，帮助生态伙伴进行技术创新升级。目前龙芯的信息化合作伙伴达到上千家，可以提供基于龙芯从端到云的完整解决方案。相关软硬件开发人员数万人，已经形成强大的产业链与生态支撑能力。
　　龙芯开源社区（www。loongnix。cn）是龙芯CPU的基础软件生态建设平台，由龙芯中科组织并联合产业链合作厂商、国际开源软件社区及开源爱好者共同参与建设。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虚拟机等重要基础软件项目。经过多年建设，信息化应用中的主流编程语言和开发环境已在龙芯平台上得到支持。
　　6、申威特种领域的引领者
　　成都申威科技有限责任公司成立于2016年，公司依托国家信息安全发展战略，主要从事对申威处理器的产业化推广，核心业务包括申威处理器芯片内核、封装设计、技术支持服务及销售，小型超级计算机研发、测试、销售、服务及核心部件生产，基于申威处理器的软件、中间件开发，嵌入式计算机系统定制化产品服务，集成电路IP核等知识产权授权。
　　申威处理器以Alpha指令集为基础进行拓展，高度自主可控。Alpha指令集由美国DEC公司研制，主要用于64位的RISC微处理器。DEC公司后被美国惠普收购，无锡江南计算所购买了Alpha指令集的所有设计资料。江南计算所基于原来的Alpha指令集，开发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心研制的全国产处理器。首颗申威处理器代号SW1，于2006年研制成功，SW1基于DEC公司Alpha架构，130nm制程，主频为900MHz。
　　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，将指令集替换为自研的自主可控申威64位指令集，完全区别于原有Alpha指令集。申威处理器专注于高性能计算，尤其是在服务器领域，浮点运算算力与同期外国处理器相当。申威SW26010是中国首个采用国产自研架构且性能强大的计算机芯片。
　　申威26010处理器的峰值性能大于每秒12。5万万亿次浮点运算结果，峰值速度、持续性能、性能功耗比排在世界前列。在2016年法兰克福世界超算大会上，神威太湖之光搭载该处理器登顶国际TOP500榜单之首。随后，我国科研人员依托神威太湖之光超级计算机的应用成果首次荣获戈登贝尔奖，实现了我国高性能计算应用成果在该奖项上零的突破。
　　申威在服务器领域向上至超算领域的应用场景中性能强大，优势较为明显。2016年6月20日，搭载了40960颗申威SW26010并运行国产操作系统神威睿思的神威太湖之光获得全球超级计算机第一名，神威太湖之光峰值计算速度达每秒12。54亿亿次，是全球首台峰值计算速度超过十亿亿次的超级计算机，持续性能为每秒9。3亿亿次，软件硬件并行，均为申威自主设计。
　　申威8A芯片采用最新的第四代申威处理器核心（简称Core4）。Core4核心继续采用超标量流水线结构，支持乱序发射、乱序执行、推测执行，并首次采用SMT技术，支持每个核心同时运行两个线程。申威831相比上一代4核CPU申威421在功耗相当的前提下，性能提升2倍以上，下一代产品申威4E相比申威831性能再提升50以上，与Intel中端桌面处理器相当；申威下一代服务器产品威鑫8A与Intel中端服务器处理器相当。
　　经过长期稳定的研发，基于系列申威芯片的各种产品也逐渐增多，在保障特种领域应用和国家战略任务的前提下，随着其产品技术的日益成熟，其生态也不断完善。同时，申威CPU的各种开发支撑系统也日趋成熟。
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