本文來自“重磅報告：2024-2026年中國信創硬體產業發展建議報告”，信創產業的生態體系主要由基礎硬體、基礎軟體、應用軟體和資訊安全四部分構成。
本文系列分四篇，第一篇“2024-2026信創硬體圖譜和發展現狀”。
2023年，中國信創產業進入新一輪的發展週期。一方面，在建設領域上進一步擴充套件，由黨政、關基向更多的民用領域拓展，信創硬體市場空間將會加速釋放，預計 2026 年將達到 7889.5 億元。另一方面，近年來下游使用者在信創硬體產品的採購上發生變化，不僅僅是簡單的 OA 及外圍裝置等硬體產品的採購，而是在採購的過程中更加註重產品的效能，尤其是國產 CPU 的效能先進性、生態相容性、場景通用性、遷移綜合成本、產業鏈豐富健全程度。
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第一節 CPU 主要架構路線
一、CPU 指令集架構分類
CPU 核心的基礎是指令集和微架構，指令集確定了 CPU 的工作方式及與之相適配的硬體架構（微架構）。按照指令集的複雜程度可以分為複雜指令集（CISC）和精簡指令集（RISC）兩大類。
複雜指令集（CISC）：一條指令完成一個複雜的基本功能。單條指令功能強，指令型別豐富完善，編譯後指令數量較少，通用場景下效能具有優勢，以 x86 架構為代表，主要用於桌面 PC 及伺服器領域，配套軟硬體豐富完善。
精簡指令集（RISC）：一條指令完成一個基本動作，多條指令組合完成一個復雜的基本功能。指令集架構在不斷完善，譯碼效率高，偏向低功耗領域最佳化，以 ARM、MIPS、ALPHA、RISC-V 等架構為代表，主要用於手機、平板等移動終端及專用設備。
指令集是軟體執行的基石，隨著計算機技術的發展，指令集不斷地更新迭代，但指令集的迭代更多側重於對原有的指令集進行增量性的擴充升級，而非將原有的指令集完全替換。目前，新 CPU 普遍支援更全面、更多的指令集子類。
二、主流指令集對比
目前，CPU 指令集架構主要有 x86 架構、ARM 架構、MIPS 架構、Alpha 架構等，其中 x86 架構與 ARM 架構是最為主流的指令集架構。
從市場份額來看，x86 架構以效能高、相容性強、軟硬體生態豐富的特點佔領PC 及伺服器市場；ARM 架構以低功耗、高整合的特點佔領移動端市場。在全球服務器市場中，x86 架構佔據 9 成以上的份額；在中國伺服器市場，x86 架構伺服器市場份額更高，達 96%以上。
從授權模式上來看，x86 指令集為 AMD 和 Intel 的交叉授權協議約定，AMD 和Intel 及相關正式獲取授權的企業不會因為指令集造成智慧財產權問題，即無論哪一方釋出了新的指令集，其他方都可以基於該新的指令集來進行 CPU 設計，而不會造成侵權。但該新的指令集的實現方式（即處理器設計）是保密的，也可以有不同的實現方式，需要透過自身的微架構、系統架構和版圖設計來實現。因此，從長遠看，取得 x86 交叉授權企業之間不存在智慧財產權受限及糾紛問題，也不需要版本授權。
ARM 公司的特點是隻設計晶片，而不生產，其主要是通過出售 IP（知識產品）來維持經營，所以 ARM 對外授權的指令集都僅僅是某一個具體的版本（ARMv1-ARM v9 都是 ARM 指令集迭代的具體版本）。並且，ARM 在向其他公司授權指令集架構和 IP 時，不允許其它公司修改和擴充套件其指令集。更進一步，ARM 為了客戶能夠持續的購買新的版本，會迅速讓新的版本成為主流。同時，新技術發展會帶來新舊版本差異較大，甚至互不相容。例如，ARM v9 版本新增功能有兩個改動，一個是安全，引入了用於機密計算的 Realms 模組；另一個是 AI，將 SVE 升級到 SVE2，能夠顯著改善 CPU 的機器學習和向量計算能力。授權企業如果不購買新的 ARM版本，在舊版本上實現新版本相關功能就會造成侵權。長遠看，購買 ARM IP 的企業會長期被 ARM 牽著鼻子走，受限較大。
第二節 國產 CPU 發展情況
一、國產 CPU 概述
長期以來，我國對海外 IT 產品的依賴度較高，以 Intel、Microsoft、Oracle、Cisco等為代表的 IT 廠商在晶片、作業系統、資料庫、中介軟體等領域佔據了較大市場份額，高度滲透了政府、金融、民航、鐵路、醫療等各行業環節。自 2008 年以來，由海外產品引發的資訊安全事件頻出，IT 技術的自主可控勢在必行。從根本上說，信創整體解決方案就是透過打造以 CPU 和作業系統為重點的國產化生態體系，系統性保證整個國產化資訊科技體系可生產、可用、可控和安全。
目前 CPU 下游市場應用最廣泛的兩種架構分別為 x86 架構和 ARM 架構，並因此構建了兩大生態體系：Wintel 生態和 AA 生態。軟體生態是 CPU 指令集的核心價值所在，獲得相容此指令集的軟體的執行權，即獲得了此指令集的軟體生態。軟體生態的構建在短期內難以實現，而中國又面臨著資訊科技安全可控的急迫性，在這種形勢下，國內 CPU 廠商普遍選擇採用引進技術體系，而不是從零開始自研指令集。
透過引進國外指令集，進行消化吸收創新，既能保持融入國際主流不脫鉤，又能實現自主可控。
（1）x86 架構：海光和兆芯採用 x86 架構，分別獲得了 x86 交叉專利授權和指令集期限授權，可自行設計 CPU 核心和 SOC。其中，海光透過交叉專利授權獲得完整的 x86 指令集程式碼，並可自行擴充指令集。其目前已實現自行迭代發展，並通過核心指令集擴充，建立了國產的 C86 指令體系，實現先進安全的 CPU 微架構設計和系統設計。
（2）ARM 架構：華為（鯤鵬）和天津飛騰採用 ARM 指令集架構，獲得是 ARMv8 架構的版本授權，可基於 ARM v8 進行自主性設計，但不能使用 ARM 後續架構版本。由於 ARM v9 未被授權，導致其無法擴充套件很多專用型指令集和特定演算法，也無法支援新指令集某些基本應用的使用，進而會因不相容影響 V8 的使用。不僅如此，依託新的指令做執行單元，也會對原有指令集的效能形成降維打擊。此外，因為 ARM 不允許其他公司修改和擴充套件指令集的特殊規則，所以華為、飛騰也無法主動基於 ARM v8 擴充套件自己的指令集，在 v8 的基礎上實現 v9 的功能也會造成侵權。
（3）其他架構：以龍芯和申威為代表，分別獲得 MIPS 和 Alpha 架構授權，並在此基礎上進行自主研發，由於原架構開發者已停止更新，因此二者也不存在授權風險。目前兩家廠商已形成自有的指令集架構，安全可控程度高，但當前生態適配相對困難。
二、國產 CPU 主流企業分析
1、六大國產 CPU 主流企業綜述
在信創硬體領域，中國形成了六大國產 CPU 體系：
（1）申威主要聚焦特種市場，產品側重特需、高效能伺服器領域，全棧可控技術與生態均有獨家壁壘，但是其生態應用較為匱乏，在商業市場有待突破；
（2）龍芯於 2012 年進入信創硬體市場，研發起步最早，持續進行產品迭代，生態逐步構建，目前主要集中在黨政市場，其產品集中於桌面 PC，在伺服器市場的商業應用能力還有待提升；
（3）飛騰產品主要應用在黨政市場，在商用市場也有應用，但飛騰採用 ARM架構，同樣面臨生態相容性稍弱和可持續發展能力受限的問題；
（4）華為的鯤鵬 920 在釋出之初憑藉國際先進製程工藝與效能，快速取得黨政、電信等領域的訂單，但是鯤鵬 CPU 取得的指令集架構授權僅可在 ARM v8 基礎上進行產品更新迭代，可持續發展能力弱，且 ARM 架構的優勢在於移動端領域，在服務器和工作站等領域的生態相容性薄弱，對核心業務支撐能力不足；
（5）兆芯雖然採用的是 x86 架構體系，理論上應該具有較強的市場競爭力，但由於威盛指令集較早停止更新，導致架構較為落後，使兆芯產品效能受到一定影響；
（6）海光雖然進入市場較晚，但掌握了完整的 x86 指令集原始碼，並在此基礎上持續迭代，發展起國產 C86 體系，完成了先進安全的微架構和系統設計，在信創市場具有明顯的競爭優勢，覆蓋的應用市場廣闊，尤其是在電信、金融等市場呈現放量增長態勢。
綜合各企業的技術來源、產品表現等因素分析，現階段，以 x86 架構為技術基礎的海光發展優勢更加明顯，兆芯則處於效能爬坡階段，同時都得益於 x86 生態優勢，市場認可度更高；鯤鵬、飛騰具有一定的發展空間，但面臨的技術發展風險和生態相容問題比較突出；基於自研指令集架構的龍芯、申威雖然面臨的生態應用匱乏的短板比較明顯，但其全棧自研，自主可控程度高，在特定的市場擁有較強的競爭力。
2、六大國產 CPU 主流企業授權來源及授權模式具體分析
六大國產 CPU 指令集型別有四類：鯤鵬（華為）和飛騰採用的 ARM 指令集、海光和兆芯所採用的 x86 指令集、龍芯所用的 LoongArch 指令集以及申威所用的SW_64 指令集。指令集的價值體現在軟體生態，而不是指令集本身，購買指令集的本質是購買相容此指令集的軟體執行權，也就是軟體生態。
從這個角度來看，採用 x86 指令集和 ARM 指令集的企業更具優勢。其中 x86指令集起步早，在 PC 和伺服器市場上都建立起了龐大的生態體系，ARM 架構則在移動終端領域建立起了比較完整的生態體系。
六大國產 CPU 企業在指令集授權的基礎上都進行了自研，實現了自主可控，並進入國家信創目錄，六家企業的 CPU 均自主可控。從自主迭代能力上來看，龍芯和申威均擁有較為獨立的技術體系和生態，自主研發了 LoongArch 指令集和 SW_64指令集，自主迭代不再受限；兆芯和海光雖然基於不同的 x86 專利和指令集授權模式，但均可以自主開發，持續迭代、創新自己的產品，自主迭代也同樣不受限；飛騰和鯤鵬基於授權可以對指令集架構進行改造研發，但受制於 ARMv9 授權問題，產品迭代受限。
六大國產 CPU 企業在引進國外指令集架構之後都進行了不同程度的自主化發展。
在應用上，龍芯 CPU 主要用於伺服器和桌面領域，更側重桌面伺服器領域產品的開發和推廣，在關鍵資訊基礎設施領域應用還處於試點和應用驗證的初步階段；海光 CPU 目前主要應用在伺服器、工作站、算力基礎設施領域，具有較強的競爭優勢；兆芯、華為（鯤鵬）、飛騰在伺服器、桌面、嵌入式三大領域同步拓展；申威在新產品研製方面，以伺服器 CPU 為主，兼顧終端/嵌入式 CPU 及外圍配套產品，在超算伺服器領域競爭優勢明顯。
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