編者按：自1956年中國將半導(dǎo)體作為國家重要的發(fā)展領(lǐng)域后，今年是第66個(gè)年頭?；赝?6年的發(fā)展,，從無到有、從小到大,，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了風(fēng)雨坎坷同時(shí)又迸發(fā)出無限的生機(jī)。在中國“十四五”提出數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，瞄準(zhǔn)集成電路等戰(zhàn)略性領(lǐng)域之際,，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫推出“國產(chǎn)化進(jìn)程”系列專題，講述當(dāng)今中國半導(dǎo)體各領(lǐng)域發(fā)展進(jìn)程,，解析國產(chǎn)化最新態(tài)勢,，本期為“國產(chǎn)化進(jìn)程”專題集成電路篇第一篇文章：CPU。
與英特爾和AMD相比,，中國本土CPU廠商及其產(chǎn)品的存在感一直都很弱,，不過，近兩年,，隨著國家政策和國際貿(mào)易局勢的變化,，國產(chǎn)CPU迎來了新的發(fā)展契機(jī)。有越來越多的企事業(yè)單位將更多目光和精力放在本土CPU企業(yè)及其產(chǎn)品上,，特別是事業(yè)單位和國企,，對國產(chǎn)CPU的渴望程度不斷加強(qiáng)，這也給本土CPU廠商提供了更廣闊的發(fā)展空間,。
多線并進(jìn) 誰執(zhí)牛耳,？
近期，國產(chǎn)CPU廠商龍芯中科就在產(chǎn)業(yè)化拓展方面又進(jìn)一步,。4月底,，用于工業(yè)控制與終端等領(lǐng)域的低功耗通用處理器龍芯2K1000LA完成了改版芯片的功能和性能測試，并成功流片，目前正在開展用戶試用,。龍芯2K1000LA內(nèi)核更新為基于龍芯自主指令系統(tǒng)架構(gòu)LoongArch的LA264,，通過調(diào)整設(shè)計(jì)進(jìn)行了性能和功耗優(yōu)化。龍芯2K1000LA處理器的推出,，標(biāo)志著繼2021下半年龍芯信息化業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向“龍架構(gòu)”LoongArch之后,，龍芯工控業(yè)務(wù)也全面轉(zhuǎn)向LoongArch。
與x86和Arm不同,，龍芯的LoongArch架構(gòu)采用的是自主研發(fā)的指令集IP,，雖說早期是基于MIPS開發(fā)的，但經(jīng)過多年的迭代和研發(fā),，LoongArch已經(jīng)是自主可控的架構(gòu)了,。
與龍芯相似，申威也是國產(chǎn)CPU的代表,，其指令集架構(gòu)是自主定義的SW64,，比較有代表性的處理器是申威SW26010。
與龍芯和申威的商業(yè)模式有所不同,，其它幾家具有較強(qiáng)代表性的本土廠商飛騰,、兆芯、海光和華為,，采用購買IP授權(quán)的方式開發(fā)自家的CPU,。
飛騰和華為主要基于Arm架構(gòu)，華為同時(shí)也在開發(fā)基于x86架構(gòu)的CPU,，但由于近兩年受到非市場因素干擾和國際貿(mào)易限制,，華為的x86架構(gòu)CPU業(yè)務(wù)很難繼續(xù)進(jìn)行下去，該公司將更多精力投入在Arm架構(gòu)CPU的開發(fā)上,，代表產(chǎn)品是華為鯤鵬920,。
另外，阿里也推出了Arm架構(gòu)處理器倚天710,。
兆芯和海光則基于x86架構(gòu)開發(fā)CPU,，相對而言，海光較為低調(diào),，兆芯的產(chǎn)品迭代消息更多一些,。兆芯的x86技術(shù)來自于VIA（威盛）,，其代表產(chǎn)品是KH-3000和KX-6000系列,，今年初，該公司宣布,，2022年將推出基于全新自主架構(gòu)設(shè)計(jì)的服務(wù)器處理器和桌面處理器,。
可見，中國本土CPU廠商發(fā)展路徑不同，各有優(yōu)勢和劣勢,。在發(fā)展過程中,，會遇到各種挑戰(zhàn)，不同類型的公司,，面臨的困難也會存在差異,。
EDA和IP困局當(dāng)前
對于芯片設(shè)計(jì)廠商來說，EDA工具是必不可少的,，然而,，目前的EDA市場主要由國際三巨頭把持，中國本土EDA廠商的技術(shù)實(shí)力和市場占有率都較小,。當(dāng)前,，Synopsys，Cadence和Mentor這三家EDA巨頭占據(jù)了全球幾乎70%以上的市場份額,，中國近90%的市場也被它們把控,。
天眼查顯示，中國本土EDA廠商數(shù)量約30家,，成立時(shí)間主要集中在2010年之后,。從企業(yè)注冊資本來看，注冊資本在1000萬元以下的企業(yè)占比為55.17%,，1000萬-5000萬元的企業(yè)占比為20.69%,，大于5000萬元的企業(yè)占比為24.14%。從人員規(guī)模來看,，在有相關(guān)信息公布的企業(yè)中,，有18家企業(yè)人員規(guī)模小于50人。
這樣的企業(yè)資金和人員規(guī)模,，難以同國際大廠競爭,。而在國際貿(mào)易受限的當(dāng)下，國產(chǎn)EDA工具的不足是一個(gè)潛在風(fēng)險(xiǎn),，或許也正是因?yàn)槿绱?，最近兩三年，本土新成立了多家EDA軟件公司,，這在一定程度上似乎能滿足國際貿(mào)易受限后,，芯片設(shè)計(jì)公司對EDA工具的部分需求，但從長遠(yuǎn)來看,，難以形成市場規(guī)模和較高影響力的局面,，依然無法從根本上解決問題。還是需要在做大做強(qiáng)層面不斷努力,。
IP方面,，以自研為主的本土CPU廠商或許將迎來更好的發(fā)展機(jī)遇，而依靠Arm、x86授權(quán)的廠商面臨的風(fēng)險(xiǎn)將更大,，特別是在國際貿(mào)易不斷受限的當(dāng)下和可預(yù)見未來,，還需要不斷加快對指令集核心技術(shù)的消化吸收進(jìn)度，不斷提升自研分量,。
芯片制造任重道遠(yuǎn)
在整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上,，芯片制造是最為重要的一環(huán)，所有半導(dǎo)體設(shè)備,、材料,，以及相當(dāng)規(guī)模的EDA、IP,，都是在為芯片制造服務(wù),，芯片設(shè)計(jì)水平再好，也必須通過制造環(huán)節(jié)得到實(shí)物產(chǎn)品,，才能真正應(yīng)用于生產(chǎn),。
相對而言，中國大陸地區(qū)的芯片設(shè)計(jì)水平,，與國際先進(jìn)設(shè)計(jì)水平的差距已經(jīng)不是很大了,，但在芯片制造，以及與之緊密相關(guān)的半導(dǎo)體設(shè)備,、材料領(lǐng)域,，與國際先進(jìn)水平的差距較大，這也正是2014年國家半導(dǎo)體“大基金”推出后,，分批次重點(diǎn)支持本土半導(dǎo)體制造,，以及設(shè)備、材料項(xiàng)目建設(shè)的主要原因,。
目前,，中國大陸已經(jīng)形成一定規(guī)模和行業(yè)影響力的晶圓廠，主要包括中芯國際,，華虹半導(dǎo)體,，華潤微。然而,，在先進(jìn)制程方面,，能夠達(dá)到一定量產(chǎn)規(guī)模的還是14nm。14nm制程工藝在市場主流CPU,，特別是手機(jī)和數(shù)據(jù)中心處理器方面,，已經(jīng)不夠用了。要想生產(chǎn)7nm,、5nm以及更先進(jìn)制程的芯片,，必須將訂單交給大陸以外的晶圓代工廠。但在國際貿(mào)易不斷受限的當(dāng)下,，這樣的代工生產(chǎn)局面是有風(fēng)險(xiǎn)的,。不僅僅是晶圓廠，大陸芯片制造廠必需的半導(dǎo)體設(shè)備和材料也受到進(jìn)口限制,，這就加劇了風(fēng)險(xiǎn),。
從最近一年本土CPU廠商公布的新產(chǎn)品來看，無論是自主研發(fā)指令集,，還是購買Arm,、x86授權(quán)的，都開始向10nm之后的先進(jìn)工藝進(jìn)發(fā),。
例如,，申威剛發(fā)布SW26010處理器時(shí)，采用了臺積電的28nm制程,，其最新處理器雖然還未正式公布,，但據(jù)筆者獲悉，將會采用14nm工藝制造,，目前,，中國大陸本土廠商中，只有中芯國際具備14nm制程的量產(chǎn)能力,，但是以生產(chǎn)手機(jī)芯片為主,，若要生產(chǎn)更為復(fù)雜的CPU，難度會加大,，量產(chǎn)能力還有待觀察,。
另外，兆芯的KH-3000和KX-6000系列是2019年發(fā)布的,，采用16nm工藝制造,。根據(jù)該公司公布的CPU發(fā)展路線圖，KX-6000之后是KX-7000系列,，將升級到7nm工藝,，采用全新CPU微架構(gòu)。據(jù)兆芯總工王惟林介紹,，KX-7000的性能目標(biāo)是達(dá)到同期AMD的水平,，今年，AMD將推出采用臺積電5nm制程的Zen4處理器,，以此推算,，兆芯最新處理器制程工藝進(jìn)入10nm以下級別的可能性很大，無疑還將由臺積電或三星代工生產(chǎn),。
中國本土芯片制造廠商在制程工藝上的迭代進(jìn)度,，與國際大廠相比還有很明顯的差距,，再加上半導(dǎo)體設(shè)備與材料的制約，對本土CPU的發(fā)展而言,，是存在隱患的,。
生態(tài)建設(shè)勢在必行
CPU本身是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，生產(chǎn)出來就是一件很有難度的事情,，需要IP,，以及半導(dǎo)體設(shè)備和材料的支持，這是整個(gè)CPU生態(tài)系統(tǒng)非常重要的部分,。然而,，僅僅有CPU硬件產(chǎn)品只是開始，要想推廣開來,，并被廣大客戶接受,，其生態(tài)建設(shè)，特別是相關(guān)軟件生態(tài)建設(shè)非常重要,。
1982年,，日本NEC生產(chǎn)的PC用的是英特爾芯片，1985年換成了自研芯片,，但1986年又換回了英特爾的,。之所以如此，關(guān)鍵原因就是美國對日本實(shí)施了制裁,，使得后者喪失了生態(tài)主導(dǎo)權(quán),。
當(dāng)下，全球CPU產(chǎn)業(yè)鏈被兩大生態(tài)系統(tǒng)把持：一是基于Windows+Intel的x86生態(tài),；二是基于Arm+Android的AA生態(tài),，Arm不僅在手機(jī)端，近些年在PC和服務(wù)器領(lǐng)域也開始構(gòu)建出生態(tài)雛形,。
近兩年的國際貿(mào)易形勢,，使得我國必須加快CPU自主生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)，爭取在不遠(yuǎn)的將來有自主指令系統(tǒng)和國產(chǎn)操作系統(tǒng),，從而形成一套完整的生態(tài)體系,。
在自主生態(tài)體系建設(shè)方面，除了已有的自主指令集之外,，RISC-V也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇,，它就像我國的能源戰(zhàn)略，要想保障未來的能源安全,，現(xiàn)在就要大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè),。在CPU領(lǐng)域，發(fā)展RISC-V有類似的效果,。
目前,，國內(nèi)外多家廠商都在發(fā)力RISC-V,，我國對RISC-V的追求熱度更是高漲，產(chǎn)學(xué)研各界都非?？春闷浒l(fā)展,，基于RISC-V的初創(chuàng)公司或創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目層出不窮，其中以中科院最具代表性,。
2021年6月，在首屆RISC-V中國峰會上,，中科院公布了國產(chǎn)開源高性能RISC-V處理器“香山”,。對此，中科院大學(xué)教授包云崗表示,，要建立一個(gè)像Linux那樣的開源RISC-V核主線,，既能被工業(yè)界廣泛應(yīng)用，又能支持學(xué)術(shù)界試驗(yàn)創(chuàng)新想法,。據(jù)悉,，為了更好地支持Chisel開發(fā)與調(diào)試，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了十余款工具,，支撐起一套處理器芯片敏捷開發(fā)流程,。除了科研院所，也有企業(yè)參與香山處理器開發(fā),，目前,，字節(jié)跳動等公司已經(jīng)加入其二期聯(lián)合開發(fā)合作伙伴隊(duì)伍。
輿論壓力如履薄冰
近些年,，由于受到制裁,、國際貿(mào)易限制的影響，作為中國本土半導(dǎo)體廠商中的重要組成部分,，各家CPU企業(yè)在宣傳和輿論公關(guān)方面如履薄冰,，都非常小心謹(jǐn)慎，生怕帶來不利影響,。
筆者記得,，在兩年前，曾經(jīng)報(bào)道過一家中國本土CPU廠商,，該企業(yè)通過其官方微信公眾號發(fā)布了一則產(chǎn)品信息,，當(dāng)然是非常積極正面的，筆者根據(jù)這則報(bào)道撰寫了一篇文章,。然而,，該文發(fā)出不久，就接到了該公司市場部門的郵件,，希望能將該文撤下,。該事件還很曲折,，給筆者留下了很深的印象。
其實(shí),，類似事情在2018年前也時(shí)有發(fā)生,，2019年以后，制裁陰影籠罩中國半導(dǎo)體業(yè),，對于更加敏感的CPU板塊,，這樣的事情更是經(jīng)常發(fā)生。這充分體現(xiàn)出本土半導(dǎo)體業(yè)基礎(chǔ)的薄弱,，禁不起國際貿(mào)易的風(fēng)吹雨打,，同時(shí)也體現(xiàn)出廠商對產(chǎn)業(yè)發(fā)展缺乏“遠(yuǎn)見”，當(dāng)大風(fēng)雨到來之時(shí),，會有手忙腳亂的感覺,。
今后的國際貿(mào)易局面大概率會按照現(xiàn)在的狀態(tài)持續(xù)下去，中國本土CPU廠商也必須加強(qiáng)適應(yīng)性,?；蛟S，等到它們對輿論不再像今天這么敏感之時(shí),，就是國產(chǎn)CPU真正騰飛之日,。