国产CPU迎新发展契机，EDA和IP仍陷困局

编者按：自1956年中国将半导体作为国家重要的发展领域后，今年是第66个年头。回望66年的发展，从无到有、从小到大，半导体产业经历了风雨坎坷同时又迸发出无限的生机。在中国“十四五”提出数字经济发展规划，瞄准集成电路等战略性领域之际，半导体产业纵横推出“国产化进程”系列专题，讲述当今中国半导体各领域发展进程，解析国产化最新态势，本期为“国产化进程”专题集成电路篇第一篇文章。GuNesmc

与英特尔和AMD相比，中国本土CPU厂商及其产品的存在感一直都很弱，不过，近两年，随着国家政策和国际贸易局势的变化，国产CPU迎来了新的发展契机。有越来越多的企事业单位将更多目光和精力放在本土CPU企业及其产品上，特别是事业单位和国企，对国产CPU的渴望程度不断加强，这也给本土CPU厂商提供了更广阔的发展空间。GuNesmc

多线并进 谁执牛耳？

近期，国产CPU厂商龙芯中科就在产业化拓展方面又进一步。4月底，用于工业控制与终端等领域的低功耗通用处理器龙芯2K1000LA完成了改版芯片的功能和性能测试，并成功流片，目前正在开展用户试用。龙芯2K1000LA内核更新为基于龙芯自主指令系统架构LoongArch的LA264，通过调整设计进行了性能和功耗优化。龙芯2K1000LA处理器的推出，标志着继2021下半年龙芯信息化业务转向“龙架构”LoongArch之后，龙芯工控业务也全面转向LoongArch。GuNesmc

与x86和Arm不同，龙芯的LoongArch架构采用的是自主研发的指令集IP，虽说早期是基于MIPS开发的，但经过多年的迭代和研发，LoongArch已经是自主可控的架构了。GuNesmc

与龙芯相似，申威也是国产CPU的代表，其指令集架构是自主定义的SW64，比较有代表性的处理器是申威SW26010。GuNesmc

与龙芯和申威的商业模式有所不同，其它几家具有较强代表性的本土厂商飞腾、兆芯、海光和华为，采用购买IP授权的方式开发自家的CPU。GuNesmc

飞腾和华为主要基于Arm架构，华为同时也在开发基于x86架构的CPU，但由于近两年受到非市场因素干扰和国际贸易限制，华为的x86架构CPU业务很难继续进行下去，该公司将更多精力投入在Arm架构CPU的开发上，代表产品是华为鲲鹏920。GuNesmc

另外，阿里也推出了Arm架构处理器倚天710。GuNesmc

兆芯和海光则基于x86架构开发CPU，相对而言，海光较为低调，兆芯的产品迭代消息更多一些。兆芯的x86技术来自于VIA（威盛），其代表产品是KH-3000和KX-6000系列，今年初，该公司宣布，2022年将推出基于全新自主架构设计的服务器处理器和桌面处理器。GuNesmc

可见，中国本土CPU厂商发展路径不同，各有优势和劣势。在发展过程中，会遇到各种挑战，不同类型的公司，面临的困难也会存在差异。GuNesmc

EDA和IP困局当前

对于芯片设计厂商来说，EDA工具是必不可少的，然而，目前的EDA市场主要由国际三巨头把持，中国本土EDA厂商的技术实力和市场占有率都较小。当前，Synopsys，Cadence和Mentor这三家EDA巨头占据了全球几乎70%以上的市场份额，中国近90%的市场也被它们把控。GuNesmc

天眼查显示，中国本土EDA厂商数量约30家，成立时间主要集中在2010年之后。从企业注册资本来看，注册资本在1000万元以下的企业占比为55.17%，1000万-5000万元的企业占比为20.69%，大于5000万元的企业占比为24.14%。从人员规模来看，在有相关信息公布的企业中，有18家企业人员规模小于50人。GuNesmc

这样的企业资金和人员规模，难以同国际大厂竞争。而在国际贸易受限的当下，国产EDA工具的不足是一个潜在风险，或许也正是因为如此，最近两三年，本土新成立了多家EDA软件公司，这在一定程度上似乎能满足国际贸易受限后，芯片设计公司对EDA工具的部分需求，但从长远来看，难以形成市场规模和较高影响力的局面，依然无法从根本上解决问题。还是需要在做大做强层面不断努力。GuNesmc

IP方面，以自研为主的本土CPU厂商或许将迎来更好的发展机遇，而依靠Arm、x86授权的厂商面临的风险将更大，特别是在国际贸易不断受限的当下和可预见未来，还需要不断加快对指令集核心技术的消化吸收进度，不断提升自研分量。GuNesmc

芯片制造任重道远

在整个半导体产业链上，芯片制造是最为重要的一环，所有半导体设备、材料，以及相当规模的EDA、IP，都是在为芯片制造服务，芯片设计水平再好，也必须通过制造环节得到实物产品，才能真正应用于生产。GuNesmc

相对而言，中国大陆地区的芯片设计水平，与国际先进设计水平的差距已经不是很大了，但在芯片制造，以及与之紧密相关的半导体设备、材料领域，与国际先进水平的差距较大，这也正是2014年国家半导体“大基金”推出后，分批次重点支持本土半导体制造，以及设备、材料项目建设的主要原因。GuNesmc

目前，中国大陆已经形成一定规模和行业影响力的晶圆厂，主要包括中芯国际，华虹半导体，华润微。然而，在先进制程方面，能够达到一定量产规模的还是14nm。14nm制程工艺在市场主流CPU，特别是手机和数据中心处理器方面，已经不够用了。要想生产7nm、5nm以及更先进制程的芯片，必须将订单交给大陆以外的晶圆代工厂。但在国际贸易不断受限的当下，这样的代工生产局面是有风险的。不仅仅是晶圆厂，大陆芯片制造厂必需的半导体设备和材料也受到进口限制，这就加剧了风险。GuNesmc

从最近一年本土CPU厂商公布的新产品来看，无论是自主研发指令集，还是购买Arm、x86授权的，都开始向10nm之后的先进工艺进发。GuNesmc

例如，申威刚发布SW26010处理器时，采用了台积电的28nm制程，其最新处理器虽然还未正式公布，但据笔者获悉，将会采用14nm工艺制造，目前，中国大陆本土厂商中，只有中芯国际具备14nm制程的量产能力，但是以生产手机芯片为主，若要生产更为复杂的CPU，难度会加大，量产能力还有待观察。GuNesmc

另外，兆芯的KH-3000和KX-6000系列是2019年发布的，采用16nm工艺制造。根据该公司公布的CPU发展路线图，KX-6000之后是KX-7000系列，将升级到7nm工艺，采用全新CPU微架构。据兆芯总工王惟林介绍，KX-7000的性能目标是达到同期AMD的水平，今年，AMD将推出采用台积电5nm制程的Zen4处理器，以此推算，兆芯最新处理器制程工艺进入10nm以下级别的可能性很大，无疑还将由台积电或三星代工生产。GuNesmc

中国本土芯片制造厂商在制程工艺上的迭代进度，与国际大厂相比还有很明显的差距，再加上半导体设备与材料的制约，对本土CPU的发展而言，是存在隐患的。GuNesmc

生态建设势在必行

CPU本身是一个复杂系统，生产出来就是一件很有难度的事情，需要IP，以及半导体设备和材料的支持，这是整个CPU生态系统非常重要的部分。然而，仅仅有CPU硬件产品只是开始，要想推广开来，并被广大客户接受，其生态建设，特别是相关软件生态建设非常重要。GuNesmc

1982年，日本NEC生产的PC用的是英特尔芯片，1985年换成了自研芯片，但1986年又换回了英特尔的。之所以如此，关键原因就是美国对日本实施了制裁，使得后者丧失了生态主导权。GuNesmc

当下，全球CPU产业链被两大生态系统把持：一是基于Windows+Intel的x86生态；二是基于Arm+Android的AA生态，Arm不仅在手机端，近些年在PC和服务器领域也开始构建出生态雏形。GuNesmc

近两年的国际贸易形势，使得我国必须加快CPU自主生态系统建设，争取在不远的将来有自主指令系统和国产操作系统，从而形成一套完整的生态体系。GuNesmc

在自主生态体系建设方面，除了已有的自主指令集之外，RISC-V也是一个不错的选择，它就像我国的能源战略，要想保障未来的能源安全，现在就要大力发展新能源产业。在CPU领域，发展RISC-V有类似的效果。GuNesmc

目前，国内外多家厂商都在发力RISC-V，我国对RISC-V的追求热度更是高涨，产学研各界都非常看好其发展，基于RISC-V的初创公司或创业项目层出不穷，其中以中科院最具代表性。GuNesmc

2021年6月，在首届RISC-V中国峰会上，中科院公布了国产开源高性能RISC-V处理器“香山”。对此，中科院大学教授包云岗表示，要建立一个像Linux那样的开源RISC-V核主线，既能被工业界广泛应用，又能支持学术界试验创新想法。据悉，为了更好地支持Chisel开发与调试，该团队开发了十余款工具，支撑起一套处理器芯片敏捷开发流程。除了科研院所，也有企业参与香山处理器开发，目前，字节跳动等公司已经加入其二期联合开发合作伙伴队伍。GuNesmc

舆论压力如履薄冰

近些年，由于受到制裁、国际贸易限制的影响，作为中国本土半导体厂商中的重要组成部分，各家CPU企业在宣传和舆论公关方面如履薄冰，都非常小心谨慎，生怕带来不利影响。GuNesmc

笔者记得，在两年前，曾经报道过一家中国本土CPU厂商，该企业通过其官方微信公众号发布了一则产品信息，当然是非常积极正面的，笔者根据这则报道撰写了一篇文章。然而，该文发出不久，就接到了该公司市场部门的邮件，希望能将该文撤下。该事件还很曲折，给笔者留下了很深的印象。GuNesmc

其实，类似事情在2018年前也时有发生，2019年以后，制裁阴影笼罩中国半导体业，对于更加敏感的CPU板块，这样的事情更是经常发生。这充分体现出本土半导体业基础的薄弱，禁不起国际贸易的风吹雨打，同时也体现出厂商对产业发展缺乏“远见”，当大风雨到来之时，会有手忙脚乱的感觉。GuNesmc

今后的国际贸易局面大概率会按照现在的状态持续下去，中国本土CPU厂商也必须加强适应性。或许，等到它们对舆论不再像今天这么敏感之时，就是国产CPU真正腾飞之日。GuNesmc