前言：服务器是一种为客户机提供服务的高性能计算机
国内CPU厂商近年来奋楫前行，在工艺、性能、生态建设等多个层面不断取得突破，为CPU的自主可控、安全可信构筑了新的堡垒。
国内CPU厂商在IP和指令集架构授权层面或存在被卡脖子或难以升级的风险，而自研制指令集又面临生态壁垒，成为制约国产CPU发展的两大屏障。
国内CPU厂商要在重围中杀出一条“芯”路，需要打持久战，在CPU性能、生态、先进工艺层面久久为功，同时加强云管端和算力融合，加快垂直或横向整合，才能持续突破。
详细国产CPU技术内容请参阅“2022年国产服务器CPU研究框架”、“中国人工智能芯片行业研究报告（2022）”和“2022信创市场，空间测算”。
近日，爱集微发布《中国半导体企业 100 强（2021）》排行榜，此次榜单有四家国产CPU厂商上榜：飞腾（第36位）、海光（第52位）、龙芯（第53位）、兆芯（第58位）上榜。
我国对CPU的高度依赖已成为数字化经济的巨大软肋。在大国博弈和科技强国背景之下，自主可控已然形成共识，CPU作为数字化时代的基石，国产化之路就是自由之路。在多重因素交织促进之下，国产CPU厂商迎来了广阔的发展空间。
作为撑起信息安全和网络安全的“主力”，本报告将主要围绕服务器及PC领域的国产CPU进行解析。
01、持续攀高
从PC端和服务器市场需求来看，仍呈现出强劲的增长势头。
最新IDC调研数据显示，到2025年，中国PC市场出货量规模将达到约6766万台。但要指出的是，这一成熟市场或将面临产品形态、客户群以及架构的颠覆。
而得益于数据中心的快速增长，织就成一个数字化世界，服务器需求量也水涨船高。IDC预计，2022年我国服务器市场规模预计将达到257.31亿美元，2025年将达410.29亿美元，复合增长率在12.5%。
从Gartner数据显示来看，2021年CPU出货比2020年的下降了不少。但未来在AIoT、云计算、数字化转型等的带动下，CPU将走出短暂的下滑。
因研发门槛高、生态构建难，CPU历来被称作IC业的“珠穆朗玛峰”。而英特尔经过多年的鏖战，先后击败了MIPS、SPARC、PA-RISC、Alpha、Power等RISC处理器阵营，以技术优势和专利壁垒构筑护城河，在桌面和服务器CPU居于统治地位，占据全球80%左右的桌面CPU市场和90%以上的服务器CPU市场。
长期来看，国内仍将是全球最大的CPU消费市场。作为电子信息终端制造大国，我国若是在CPU这种关键器件上缺乏有效的应对和准备，将会对国民经济社会发展产生极具破坏性的影响。目前中美在科技领域的博弈具有长期性，美国的科技制裁导致国际供应链断裂和信息安全风险加剧，出于战略安全、产业升级角度考虑，我国正持续加大对国产CPU研发、应用等领域的支持力度，国产CPU大有可为。
特别是为促进国产CPU发展，我国设立了“信创市场”。随着各地信创项目大面积铺开，信创产业也随之出现了一个现象级的风口，将创造一个万亿玩级别的市场，也将极大地带动国内CPU、基础软件以及信息安全等的大发展。
02、全方位进阶
回望国产CPU的飞腾之路，这是长时间耕耘的馈赠。
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迎来了新一轮的国家支持，以龙芯、飞腾、鲲鹏、海光、兆芯、申威等为代表的国产CPU厂商崛起，征战四方。
通过多年的耕耘，在国际环境、产业政策、市场需求的联合驱动下，上述国产CPU厂商奋楫前行，在工艺、性能、生态建设等多个层面不断取得突破，为CPU的自主可控、安全可信构筑了堡垒。
在产品迭代和升级层面，龙芯中科已于去年推出了自主指令系统 LoongArch（龙芯架构），发布了基于此架构的3A5000，性能大幅跨越，实现了从可用到好用。新一代服务器处理器龙芯3C5000L则可满足云计算、数据中心对国产CPU的性能需求。而基于x86的海光CPU系列产品海光一号、海光二号已实现商业化应用，海光三号处于验证阶段，海光四号处于研发阶段。兆芯x86 CPU两大系列KX（开先）和KH（开胜）分别面向PC市场和服务器市场开胜，基于全新自主架构设计的开胜和开先处理器样品已成功，即将大规模量产。飞腾持续迭代基于Arm的高性能服务器CPU腾云S系列。不走寻常路、采用“申威 64”指令集的申威威焱 831 处理器，指标均达到国内先进水平。
而生态层面涉及硬件生态和软件生态，国内CPU厂商也在着力扩大“朋友圈”。龙芯中科从2020年开始牵头成立了龙芯生态适配服务产业联盟，目前已有近百家厂商推出了数百款基于LoongArch的龙芯桌面、服务器、网安、密码等产品，在核心的操作系统方面也形成了面向桌面和服务器应用的 Loongnix，独立于Wintel和AA体系。飞腾通过生态圈建设、软硬件适配、软硬件兼容认证、解决方案定制等举措积极完善生态，截至2021年6月底，飞腾软硬件合作伙伴已经超过2300家，飞腾CPU已经与1627家软件厂商完成了4439款软件的适配和优化。不走“寻常路”的申威，统一操作系统UOS申威版已适用申威421系列、申威1621系列机型。
从应用角度来评价亦可圈可点。龙芯中科系列产品在电子政务、能源、交通、金融、电信、教育等行业领域已获得广泛应用。2021年至今，飞腾CPU产品销售量超过200万片，广泛应用于信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施等领域，位居政务信创市场占比第一。此外，海光CPU系列产品兼容x86指令集以及国际上主流操作系统和应用软件，广泛应用于电信、金融、互联网、教育、交通等重要行业或领域。华为2019年推出鲲鹏920，以及基于鲲鹏920的TaiShan服务器和华为云服务，虽受禁令影响，但生态亦蓬勃发展。
更值得一提的是，龙芯中科和海光率先登陆科创板。
2021年11月，海光科创板IPO申请已获得受理。12月17日，龙芯中科科创板IPO成功过会，上市在即。据悉，海光计划募资91.48亿元，用于新一代海光通用处理器研发、协处理器研发、先进处理器技术研发中心建设等。龙芯中科也计划募资35.12亿元，用于先进制程芯片研发及产业化项目等。
03、层层隐忧
尽管国内CPU整体取得了不小的突破，但在地缘政治及产业巨变之际，国内CPU发展的隐忧亦浮出水面
集微咨询认为，国产CPU面临的隐忧主要在三大层面。
一是CPU核心，这是实现自主可控的“基石”。国内CPU厂商采用核心不同，却各有各的“难处”。
国内CPU厂商主要有三大路线：一是以龙芯中科和申威为代表的指令集+自研的架构；二是以飞腾和华为鲲鹏为代表基于Arm指令集授权的架构。Arm主要有三种授权等级，而海思、飞腾已经获得Arm V8永久授权；三是以海光、兆芯为代表获得x86的授权（仅内核层级的授权），未来扩充指令集形成自主可控指令集难度较大。
总的来说，IP核授权和指令集架构授权都存在被卡脖子的风险，而自主研制指令集又面临应用生态问题，这是制约国产CPU发展的两大屏障。Arm授权是采用Arm架构CPU厂商头顶的达摩克里斯之剑。从x86内核授权来看，虽然生态完善，但存在安全可控和技术授权壁垒，比如天津海光自被美国列入实体清单后，AMD表示最新的架构将不再进行授权。龙芯中科和申威授权+自主研制指令集来开路，虽然自主可控程度最高，但其最大的瓶颈在于生态壁垒。
二是CPU需要先进制程的配合。伴随CPU持续追求更高性能，必然会在多核设计、高速接口、先进制程与封装工艺方向演进，而国内在代工先进工艺进军已然受阻，从设备、材料等诸多方面实现突围还需较长的一段时间。
三是生态层面的突破亦难关重重。目前国内CPU大多集中在党政机关、国企事业单位以及特定行业有一定的推广和应用，在商业市场上的突破仍待时日。
04、变局丛生
在上述泾渭分明的格局之外，如今的行业面临诸多变局，加之大国博弈的影响，不同企业为长远计，也在尝试各种布局、突破、合纵等，让行业格局发生微妙的变化，并对未来的发展产生长远影响。
一方面，在嵌入式领域横扫的Arm架构阵营正集结了新的集团军，向x86优势领域发起新的冲锋。苹果率先在Mac电脑应用基于Arm架构的M系列处理器，并已取得不俗战绩，而谷歌、高通等也将加一阵营。在服务器CPU领域，亚马逊、谷歌、Marvell、富士通、阿里巴巴、中兴等诸多实力排选手也在竞相打造基于Arm的CPU，性能不断提升、生态不断完善，与x86架构正面竞争，蚕食之势不容小觑。
但在英特尔x86架构的技术壁垒和成熟生态面前，Arm这条路径更显不易。一方面，开发Arm架构的服务器芯片难关重重，不止设计复杂，对性能、功耗要求极高，无疑是一场重投入、长周期的战役。而且，开发之后能否批量销售、客户用起来不出问题等更是无形的挑战。另一方面，显然也不能忽视x86架构护城河的力量。据TrendForce预测，至2023年前以Arm架构为代表的服务器芯片仍难与x86抗衡。
值得关注的是，去年华为宣布出售x86服务器业务，表明未来将专注于继续发展鲲鹏这条高价值路线。不过，后续华为仍要面临如何解决制造、构建完整的鲲鹏生态、把握市场机遇等层层考验。
另一方面，新兴的开源RISC-V架构有望成为x86和Arm之后第三极。RISC-V开源特性吸引IBM、NXP、西部数据、英伟达、高通、三星、谷歌、华为、阿里、Red Hat 与特斯拉等数百家科技公司加盟。据Semico Research，预计到2025 年，采用 RISC-V 架构的芯片数量将增至624 亿颗，2018 年至2025 年复合增长率高达 146%。但要指出的是，x86和Arm在各自领域形成了强大生态体系，RISC-V 在短期内难以替代，或从AIoT 领域起步逐步拓展。
在RISC-V市场层面，引发业界热议的是，2021年3月，MIPS公司正式宣称放弃自研架构，转身研发RISC-V。到了8月Imagination宣布基于RISC-V的ISA设计重新进入CPU市场。而英特尔在之前就宣称基于7nm RISC-V架构的Horse Creek开发平台将于2022年登场，甚至一度要以20亿美元的价格收购以开源RISC-V为基础的芯片设计公司SiFive但却被拒，一系列变化将对RISC-V格局甚至整个半导体业产生长远影响。
未来的竞争不止涉及CPU性能与生态，而是考验从云到端布局、以及异构计算融合的全方位能力和多样化算力谱系。此外，DPU已然兴起，正与CPU、GPU共同组成“数据中心的三大算力支柱”，而英特尔、英伟达、AMD为代表的巨头均全面押注，英特尔已向DPU和GPU领域拓展，凭借GPU而崛起的英伟达也开始涉足CPU、DPU市场，国内CPU厂商也要应时而动，多方布局，构筑全新的高价值链。
05、持久战
显然在面临上述重重挑战之后，国内CPU厂商要在重围中杀出一条“芯”路，或许仍需要坚持持久战。
集微咨询认为，在架构层面，Arm授权受限于其是否受美禁令涉及，但反过来说未来鲲鹏和飞腾如果基于Arm V8发展出自己的指令集，则创新可信程度将显著提升。对于龙芯、申威等自主CPU厂商而言，创造一个独立于Wintel（微软-英特尔）和AA（安卓-Arm）的第三套体系的重任，需要持续完善基础软件，开展应用软件生态建设，在生态层面的建设显然需要久久为功。
同时，在市场应用层面，也要从信创市场向企业级市场以及消费级市场逐级突破，尤其是消费级市场是国产CPU需要长期突破的目标市场，也是考验真正实力的试验场。
从产能和先进工艺的角度来看，国内CPU厂商也需在这些方面加强供应链管理和应对，以保证未来的客户供应。
在国外巨头构筑的强大扩城河面前，集微咨询（JW Insights）还认为，国内CPU厂商或可群策群力，利用现有资源进行整合，进行一定程度上的技术路线合并，或借助资本收购一些有关联的公司，逐渐以集团化对抗国外的集团化，或可走出一条有特色的国产CPU突破之路。
无疑，未来国产CPU发展仍道阻且艰，但在国家安全战略和国产芯片自给率要在2025年达到70%的大目标面前，这又是一条不得不走的必经之路。
来源：集微咨询，作者：艾檬
