中流击水：六大国产CPU厂商分析

中央处理器（CPU），顾名思义，是底层硬件基础设施中的核心。

 当前CPU主流芯片架构为Arm和x86，均为国外主导，国产化率较低。经过多年发展，国产CPU初步形成六大厂商齐头并进的格局，以鲲鹏、飞腾、龙芯、兆芯、海光、申威为代表，一批优质国产CPU企业快速崛起。

 其中，龙芯中科、海光信息在2022年先后登陆科创板，海光信息自上市后一直是科创板市值最高的芯片半导体公司。截至2023年1月16日收盘时间，海光信息总市值967亿元，龙芯中科总市值为352亿元。

 按指令集架构，国产CPU厂商采用的路线可分为四类：x86、Arm、MIPS、Alpha。

 ▲从指令集架构看CPU市场格局

 

x86是当前PC及服务器市场的主流架构。海光信息、兆芯都采用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，但由于依赖海外企业授权，自主可控风险偏高。

 《中流击水—六大国产CPU厂商分析》

 作者：孟灿

01.

 华为鲲鹏：垂直生态的领导者，国产服务器CPU黑马 

 

华为自研芯片有五大类，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，以及凌霄芯片、NB-IoT芯片、视频编码解码芯片以及SSD控制芯片等一系列专用芯片。

▲华为芯片全景图

 其中鲲鹏处理器基于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。华为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。当前其鲲鹏芯片族正沿着“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。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1.5Tb/s，支持PCIe 4.0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4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。

▲鲲鹏920处理器关键特性
此外，鲲鹏920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核时，整数打平英特尔旗舰级服务器芯片至强8180（28核、2.5GHz频率），功耗低20%；在64核心时，比过英特尔至强8180 33%左右。

▲鲲鹏920 SPECINT 2006横向对比

 华为也在构建openEuler开源社区，高效推进处理器深度优化。openEuler开源社区以 Linux kernal、GNU等为上游社区，定期同步上游社区创新成果，并针对鲲鹏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。

▲OpenEuler开源社区

 

鲲鹏计算产业生态不断扩大。鲲鹏计算产业是基于鲲鹏处理器构建的全栈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。

▲鲲鹏计算产业首批厂家

 该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。

 华为鲲鹏得到了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。

 
02.

 飞腾：PKS生态体系主导者，党政市场占有率高
 

另一家采用Arm架构的国产CPU玩家飞腾，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。

 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。

▲飞腾腾云S2500性能提升明显

 其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FT 2000+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FT-2000/4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18.7GB/s，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。此外，腾锐D2000与FT-2000/4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。

▲腾锐D2000与飞腾其他产品的性能对比

 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安卓应用的运行，基于飞腾CPU的软件生态也在不断丰富和完善。

飞腾是PKS体系领导者。PKS体系最早由飞腾CPU（Phytium）和麒麟操作系统（Kylin）组成的“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“S-Security”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。