我國研發(fā)CPU的戰略意義

　　CPU是電子信息產(chǎn)品的核心，是半導體產(chǎn)業(yè)技術(shù)最密集、最具戰略?xún)r(jià)值的產(chǎn)品，也是一個(gè)國家技術(shù)實(shí)力的象征?；诎踩c市場(chǎng)利益的考慮，歐美、日、韓等集成電路強國一直致力于本國CPU的設計與研制。中國作為一個(gè)大國，發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)CPU是提高信息產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng )新能力、轉變經(jīng)濟增長(cháng)方式的重要抓手和著(zhù)力點(diǎn)。我國作為世界的重要一極，經(jīng)濟發(fā)展和國家安全客觀(guān)要求必須發(fā)展自主可控的CPU產(chǎn)品和相關(guān)生態(tài)系統。

　　我國是CPU發(fā)展后進(jìn)國家，發(fā)展自主可控的CPU面臨錯綜復雜的國際形勢，認清形勢，選準方向是謀求CPU發(fā)展的重要前提。

　　1、 競爭形勢

　　在全球通用CPU市場(chǎng)，呈現兩家競爭、一家獨大的局面。通用CPU的代表產(chǎn)品是Intel、AMD的x86處理器，主要應用于PC和服務(wù)器。在服務(wù)器領(lǐng)域，Intel占據了超過(guò)60%的市場(chǎng)份額，高端高可靠服務(wù)器主要由IBM占據。在PC領(lǐng)域，Intel和AMD兩家占領(lǐng)了99%的市場(chǎng)份額，其中Intel一家的市場(chǎng)占有率在80%左右。在PC市場(chǎng)，Intel憑借Wintel聯(lián)盟和多年營(yíng)造的生態(tài)系統獨霸市場(chǎng)，近十年來(lái)鮮有企業(yè)挑戰Intel霸主地位成功。Power是另一種架構的通用處理器，但市場(chǎng)份額有限，逐漸式微，已基本退出PC市場(chǎng)，目前在網(wǎng)絡(luò )、服務(wù)器和工業(yè)控制領(lǐng)域尚有一席之地。

　　在嵌入式CPU市場(chǎng)，呈現百家爭鳴，日趨集中的局面。嵌入式CPU是用作SOC芯片處理器的IP核。當前國際主流嵌入式CPU以ARM、MIPS為典型代表。嵌入式CPU在移動(dòng)通信終端、消費類(lèi)電子、數字電視、工業(yè)控制和汽車(chē)電子等領(lǐng)域應用廣泛。2009年基于A(yíng)RM核的芯片出貨量達到40億顆，這些芯片占全球手機基帶芯片95%，數碼攝像機的70%。MIPS在1999年進(jìn)入高性能嵌入式CPU市場(chǎng)領(lǐng)域，2009年基于MIPS架構的芯片出貨約為5億顆，主要應用領(lǐng)域為數字電視領(lǐng)域，市場(chǎng)占有率約為80%。

　　從競爭形勢看，嵌入式CPU市場(chǎng)給我國留有更多的發(fā)展空間。從2000年到2009年，全球的集成電路消費市場(chǎng)在計算機領(lǐng)域下降了15%，而在消費電子、通信&網(wǎng)絡(luò )、汽車(chē)電子等嵌入式領(lǐng)域增長(cháng)了15%，從統計數據及主要企業(yè)的發(fā)展戰略看，全球集成電路的消費已從計算機消費為主進(jìn)入嵌入式產(chǎn)品驅動(dòng)的后PC時(shí)代，這是嵌入式CPU崛起的市場(chǎng)基礎。另外，嵌入式CPU應用領(lǐng)域的終端產(chǎn)品大多采用開(kāi)放式架構，即芯片和OS軟件都有多家供應商在競爭，尚未出現類(lèi)似PC市場(chǎng)上的Wintel綁定所形成的壟斷局面。

　　2、 合作形勢

　　全球CPU企業(yè)主要有兩種業(yè)務(wù)模式：一種是直接銷(xiāo)售芯片;一種是內核授權或架構授權。前者以通用CPU企業(yè)Intel和AMD為代表，后者以嵌入式CPU供應商ARM和MIPS為代表。

　　嵌入式CPU供應商一般不直接生產(chǎn)和銷(xiāo)售芯片，而是采用一種把CPU設計或者架構作為知識產(chǎn)權(Intellectual Property，IP)授權給系統芯片(System-on-Chip，SoC)設計企業(yè)，并從中收取相應版稅的商業(yè)模式。例如，ARM授權CPU核心架構給蘋(píng)果，再由蘋(píng)果的工程師開(kāi)發(fā)出適合蘋(píng)果產(chǎn)品的系統芯片，然后在韓國三星的半導體工廠(chǎng)里制造，最后在中國深圳富士康的工廠(chǎng)里組裝進(jìn)iPhone和iPad，并銷(xiāo)往全球各地。蘋(píng)果每賣(mài)出一臺iPhone或者iPad，ARM從中收取幾美分的版權費用。這是完全有別于 Intel銷(xiāo)售芯片產(chǎn)品的一種商業(yè)模式。

　　嵌入式CPU廠(chǎng)商對芯片設計企業(yè)的授權方式又可以分為三種，即硬核、軟核和架構授權(architecture license)。

　　硬核IP是指基于特定代工線(xiàn)的工藝庫生成的設計物理版圖，在頻率、功耗、面積等方面都作了充分的優(yōu)化，有著(zhù)較完整的預知性。硬核IP的靈活性和可移植性都較差。只能使用指定的代工廠(chǎng)和工藝，速度、功耗、面積等參數俱已不可改動(dòng)，目前模擬IP更多的是以硬核出現。

　　軟核IP一般是指可綜合的電路設計，由于不涉及具體的物理實(shí)現，因此有著(zhù)很好的靈活性，其性能參數在一定范圍內可以進(jìn)行調整。但同時(shí)也存在著(zhù)性能上(比如時(shí)序、面積、功耗等方面)的不可預知性的弱點(diǎn)，需要SoC設計企業(yè)有著(zhù)較強的后端設計能力。

　　架構授權又可稱(chēng)為指令集授權，指允許用戶(hù)自行定義和設計CPU，但是指令集格式兼容。架構授權模式下嵌入式CPU供應商其實(shí)不需要向用戶(hù)提供任何技術(shù)(不過(guò)通常情況下會(huì )提供一些文檔和測試程序供用戶(hù)使用)，只是一紙授權協(xié)議。具體客戶(hù)的CPU設計水平如何，由用戶(hù)自己的技術(shù)能力決定。目前MIPS對龍芯的授權就是此種方式。龍芯在MIPS原有的近300條指令基礎上新增了500多條指令，主要包括虛擬機指令、向量指令、數字信號處理指令、媒體指令等。已經(jīng)得到MIPS認可，可以把龍芯處理器支持的指令系統稱(chēng)為“MIPS兼容”的“龍芯指令系統”。架構授權跟軟核授權是完全不同的，軟核授權的最大好處是工藝和foundry可以自己移植，但是除了幾個(gè)配置選項(如cache的大小通?？膳?不允許做任何設計改動(dòng)——改動(dòng)軟核只有擁有架構授權的權利才可以。架構授權從CPU規格定義開(kāi)始就可以自己掌控，可以根據自己需求設計最合適的處理器。在規格、研發(fā)計劃和產(chǎn)品路線(xiàn)圖上都由自己決定。

　　從合作形勢看，和采取架構授權業(yè)務(wù)模式的國外企業(yè)合作更有助于我國自主可控CPU的發(fā)展。

　　3、 發(fā)展形勢

　　當前全球CPU的發(fā)展呈現融合互動(dòng)、綜合競爭、跨越創(chuàng )新的特點(diǎn)。廣泛在通用市場(chǎng)使用的X86 CPU向嵌入式領(lǐng)域進(jìn)軍，而在嵌入式領(lǐng)域應用的ARM CPU則向桌面、服務(wù)器領(lǐng)域延伸;CPU的競爭已不單純是CPU自身的競爭，更多的體現在適配的OS等產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統的競爭上;芯片加工工藝的進(jìn)步使得CPU在性能、成本、功耗等多因素的綜合推動(dòng)下，新架構、新理念、新形態(tài)CPU不斷涌現。從發(fā)展形勢看，發(fā)展自主可控的CPU應綜合考慮產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統的建設。同時(shí)，也要警惕ARM和Android在移動(dòng)互聯(lián)等嵌入式領(lǐng)域形成新的壟斷。

　　ARM自己會(huì )辯解授權模式不會(huì )產(chǎn)生壟斷，但是任何“買(mǎi)-賣(mài)”關(guān)系中一旦出現賣(mài)方市場(chǎng)，追求壟斷利潤是無(wú)可避免的，如果一個(gè)CEO說(shuō)他不準備這么做，那么這個(gè)CEO會(huì )被解雇，這是不以個(gè)人意愿為轉移的經(jīng)濟規律?，F在缺乏此類(lèi)第三方的冷靜思考，特別是針對國內行業(yè)的思考。世界上的強勢芯片公司如高通、蘋(píng)果，也許永遠能對ARM保持強勢談判地位，但是對國內公司來(lái)說(shuō)，因為只能跟風(fēng)而缺乏備選方案，被壟斷的苗頭已經(jīng)出現。每一種新興事物、或力量、或陣營(yíng)興起之時(shí)，必定是機遇和挑戰并存的，最后總是會(huì )形成新的既得利益集團和失敗群體?，F在的移動(dòng)互聯(lián)浪潮也如此。從國內行業(yè)的角度來(lái)看，我們只看到了移動(dòng)互聯(lián)的美好前景和迅猛發(fā)展，以及Wintel的衰落;但是沒(méi)太多危機考慮，比如我們是不是會(huì )又一次在下一個(gè)5-10年成為簡(jiǎn)單的消費市場(chǎng)提供者，而不能扮演市場(chǎng)的搏擊者?這是很有可能的。至少從CPU和OS角度看，有了ARM和Android的進(jìn)入，下一步很可能是兩家隱形結盟，即表面上Android支持多種架構的CPU,但只針對ARM核進(jìn)行優(yōu)化設計。如果此種預言成真，國產(chǎn)CPU和OS發(fā)展將面臨十分不利的局面，又很可能會(huì )耽擱數年。