國產(chǎn)CPU研究單位及現狀

　　1、國產(chǎn)CPU主要研制單位

　　(1)高性能通用CPU(“大CPU”，主要應用于高性能計算及服務(wù)器等)

　　主要研發(fā)單位：中國科學(xué)院計算所、北大眾志、國防科技大學(xué)、上海高性能集成電路設計中心

　　(2)安全適用計算機用CPU(“中CPU”，主要應用于桌面及筆記本電腦等)

　　主要研發(fā)單位：中國科學(xué)院計算所、北大眾志

　　(3)嵌入式CPU(“小CPU”，主要應用于移動(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)

　　主要研發(fā)單位：浙江大學(xué)、清華大學(xué)、蘇州國芯、杭州中天、北京君正

　　2、國產(chǎn)CPU技術(shù)源頭與發(fā)展模式

　　(1)完全自主(全新自主指令系統)CPU

　　優(yōu)勢：完全自主的CPU在指令集上不同外界兼容。從國家發(fā)展的角度看，指令集完全自主可控是最安全的。

　　劣勢：缺乏OS支持、開(kāi)發(fā)工具鏈(編譯器、調試器等)匱乏、應用程序的開(kāi)發(fā)和移植難度和工作量大。

　?、俦贝蟊娭?mdash;Unicore

　　UniCore是由北大眾志自主開(kāi)發(fā)的一套全新指令集，與其他主流指令集不兼容，它已作為一種獨立的體系結構，在GNU社區系統軟件開(kāi)發(fā)規范中注冊，編號為“110”。UniCore指令系統在指令密度、通用寄存器設置等方面都有特別的設計，還包含了DSP擴展指令，以滿(mǎn)足更廣泛的應用需求。北大眾志在擁有全新自主指令系統Unicore的同時(shí)還獲得了X86指令架構授權，目前正在開(kāi)發(fā)兼容X86架構的系統芯片。之所以選擇這種“兩手抓”的發(fā)展模式是因為推動(dòng)一個(gè)全新的指令集架構是一個(gè)耗資百億元,費時(shí)數年而結果難測的冒險，短期內與國際主流CPU正面對抗難度較大，但因為完全自主可控，是搶占未來(lái)先機的希望所在，因此必須緊抓。而獲得X86授權，就可開(kāi)發(fā)X86兼容CPU，可以利用已有的豐富軟件資源，不必自己建立生態(tài)系統，有利于國產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

　?、谔K州國芯、杭州中天、浙江大學(xué)--C*Core

　　C*Core是以Motorola贈送給中國政府的M*CORE為技術(shù)起點(diǎn)，由浙江大學(xué)、蘇州國芯、杭州中天三家共同設計及產(chǎn)業(yè)化的具有完全自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)嵌入式CPU。在2010年9月，出于爭奪汽車(chē)電子、網(wǎng)絡(luò )通信、物聯(lián)網(wǎng)等熱點(diǎn)市場(chǎng)的考慮，蘇州國芯取得了IBM轉移的PowerPC指令架構授權，并與國內芯片企業(yè)深入交流，針對戰略新興市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)完全兼容PowerPC架構的CPU IP。C*Core研發(fā)團隊在努力追趕國際領(lǐng)先嵌入式CPU技術(shù)的同時(shí)，也選擇了兼容合作的發(fā)展道路，力圖在自己并不擅長(cháng)的熱點(diǎn)應用領(lǐng)域有所突破。另外，兩種完全不同的體系架構或許可以取長(cháng)補短、相互融合，走出一條全新的國產(chǎn)CPU發(fā)展模式。

　?、凵虾８咝阅芗呻娐吩O計中心--申威

　　上海高性能集成電路設計中心堅持獨立自主研發(fā)國產(chǎn)處理器，形成了符合高端處理器研發(fā)規律的技術(shù)體系，獨立完成處理器研發(fā)的所有環(huán)節：包括結構設計、前端邏輯設計、正確性驗證、后端物理設計、工藝分析等。其處理器的定位在高性能，低功耗，在滿(mǎn)足性能要求的前提下追求低功耗。主要應用于高性能計算CPU、高效能服務(wù)器CPU和高性能低功耗嵌入式CPU。

　　(2)“兼容國際主流、自主指令系統”CPU(簡(jiǎn)稱(chēng)“兼容CPU”)：

　　優(yōu)點(diǎn)：擁有架構授權可以自己按需定義規格，并按自己日程進(jìn)行開(kāi)發(fā)、交付和使用，一次架構授權費涵蓋全部的應用定義。生態(tài)環(huán)境比較健全。

　　缺點(diǎn)：對處理器設計水平要求較高，長(cháng)期技術(shù)演進(jìn)路線(xiàn)受架構的制約。

　?、僦袊茖W(xué)院計算所--龍芯系列

　　MIPS兼容，2009年6月獲得MIPS32與MIPS64架構的授權。龍芯1號CPU及其IP面向嵌入式應用，龍芯2號CPU及其IP面向高端嵌入式和桌面應用，龍芯3號多核CPU面向服務(wù)器和高性能機應用。

　?、趪揽萍即髮W(xué)—FT

　　SPARC兼容，SPARC架構是開(kāi)放的，任何機構或個(gè)人均可研究或開(kāi)發(fā)基于SPARC架構的產(chǎn)品。主要面向國家戰略和重大軍事應用中的高性能計算應用需求。

　?、郾本┚?mdash;Xburst

　　MIPS兼容，2011年1月獲得MIPS32架構授權。主要面向消費電子、教育電子、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端等移動(dòng)便攜設備和其他嵌入式應用。

　　3、國產(chǎn)CPU主要產(chǎn)品及應用現狀

　　(1)北大眾志Unicore

　　北大眾志通過(guò)多年的技術(shù)積累和研發(fā)攻關(guān)，制定了自主知識產(chǎn)權的UniCore指令系統，并基于該指令系統研制和推廣了北大眾志UniCore系列CPU和PKUnity系列SoC芯片。北大眾志UniCore指令系統包括64位的UniCore64、32位的UniCore32和16位的UniCore16，還包括浮點(diǎn)指令系統UniCoreF64和擴展指令系統UniCore2D/3D。

　　北大眾志UniCore系列CPU目前已實(shí)現十幾萬(wàn)片銷(xiāo)售，主要應用于農村教育信息化領(lǐng)域。預計2011年出貨量將達幾十萬(wàn)片。

　　(2)中科院計算所龍芯

　　中科院計算所從2001年開(kāi)始從事龍芯系列通用處理器的研制，先后完成32位的龍芯1號、64位的龍芯2C、2E/2F、2G、四核龍芯3A和八核龍芯3B等多款高性能通用CPU。另外，還在高清編解碼、高速I(mǎi)O設計等關(guān)鍵IP上掌握了自主設計的技術(shù)。龍芯在架構設計和工藝上也處于國內領(lǐng)先地位。在軟件方面，龍芯在國際開(kāi)源社區設立了分支，獲得了風(fēng)河公司Vxworks操作系統的直接支持，并與國內Linux企業(yè)結盟，共同開(kāi)發(fā)支持龍芯的操作系統和應用軟件，在JAVA、Flash、Android等方面也有較好的解決方案。

　　2007年7月研制成功的龍芯2F芯片在性能、功耗、成本等方面已經(jīng)具有初步的國際競爭力，實(shí)現數十萬(wàn)片銷(xiāo)售。龍芯3A主要面向低成本國產(chǎn)服務(wù)器、高端嵌入式應用和軍用信息處理等市場(chǎng)。目前，基于龍芯3A已經(jīng)研制出中科大KD-60萬(wàn)億次高性能機、曙光刀片服務(wù)器等產(chǎn)品。龍芯處理器已經(jīng)用在了筆記本電腦、臺式電腦、服務(wù)器、家庭網(wǎng)關(guān)上，但由于受相關(guān)應用及生產(chǎn)能力等諸多原因限制，龍芯還未實(shí)現大規模商用。從2010年經(jīng)營(yíng)的情況看，龍芯在安全應用、消費類(lèi)電子、工業(yè)控制方面將是近兩年的重點(diǎn)，在電腦類(lèi)應用中，云服務(wù)器和云終端也有較大的市場(chǎng)機會(huì )。未來(lái)，龍芯將采用“技術(shù)平臺化，市場(chǎng)行業(yè)化”的方針加快龍芯系列CPU的產(chǎn)業(yè)化步伐。

　　(3) 浙江大學(xué)、蘇州國芯、杭州中天微C*core

　　從2002年起，浙江大學(xué)、蘇州國芯和杭州中天三家單位共同組成了產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合體，以Motorola贈送給中國政府的MCORE為技術(shù)起點(diǎn)，實(shí)施了C-CORE CPU的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化工程。到2005年完成了C300、CK500兩個(gè)系列的CPU產(chǎn)品設計與研發(fā)，技術(shù)水平分別與ARM7和ARM9相當。

　　經(jīng)過(guò)多年的產(chǎn)業(yè)化推廣，基于C300和CK510的產(chǎn)品累計銷(xiāo)售超過(guò)5000萬(wàn)顆，2009年在國內市場(chǎng)中約占5%-10%的市場(chǎng)份額，主要應用覆蓋數字電視和多媒體音視頻等消費類(lèi)電子產(chǎn)品、信息安全和安防類(lèi)產(chǎn)品、儀器儀表和辦公設備等工業(yè)控制類(lèi)產(chǎn)品，以及移動(dòng)存儲、醫療電子等多個(gè)嵌入式應用領(lǐng)域。

　　(4) 北京君正XBurst

　　北京君正的核心技術(shù)是具有自主知識產(chǎn)權的32位嵌入式CPU技術(shù)XBurst，主要產(chǎn)品為32位嵌入式CPU芯片及其解決方案?；谧灾鲃?chuàng )新的XBurst CPU內核，北京君正推出了一系列具有高性能、低功耗的32位嵌入式CPU芯片及其對應的Android/Linux/WinCE軟件平臺。

　　北京君正芯片主要應用于便攜消費電子、教育電子、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端等移動(dòng)便攜設備和其他嵌入式設備。該公司根據嵌入式CPU芯片及目標市場(chǎng)的特點(diǎn)，制訂了“開(kāi)放平臺、縱橫擴展”的市場(chǎng)推廣策略。允許用戶(hù)獨立地進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，使得公司處理器芯片的通用性得到充分發(fā)揮。隨著(zhù)公司Android平臺的推出，公司芯片的應用領(lǐng)域將更為廣泛。自2007年以來(lái)，公司嵌入式CPU芯片年出貨量分別突破88萬(wàn)顆、550萬(wàn)顆和1,000萬(wàn)顆，截止到2010年，公司嵌入式CPU芯片總出貨量已超過(guò)2500萬(wàn)顆，實(shí)現了國產(chǎn)CPU芯片的產(chǎn)業(yè)化。

4、國產(chǎn)CPU發(fā)展面臨的問(wèn)題

　　首先，CPU整體性能上還有待提高。在設計能力上不可否認國內的CPU企業(yè)和研發(fā)機構與國際領(lǐng)先水平還有不小的差距。目前國產(chǎn)CPU在芯片設計方面的主要困難在于后端生產(chǎn)、封裝、測試等環(huán)節仍受制于外協(xié)(流片代工廠(chǎng)、封裝、測試廠(chǎng)商等)，導致生產(chǎn)進(jìn)度與效率較低。國產(chǎn)CPU在主頻方面與主流處理器仍有較大差距。目前國產(chǎn)CPU的典型工作頻率是1GHz，而Intel和AMD主流處理器主頻超過(guò)3GHz，IBM Power7處理器的頻率超過(guò)4GHz。主頻的差距導致國產(chǎn)CPU單核性能與國際主流處理器的單核性能有較大差距。主頻差距主要來(lái)自采用半導體工藝生產(chǎn)線(xiàn)、工藝與CPU設計的結合等。國產(chǎn)CPU多在TSMC和SIMC生產(chǎn)，采用代工工藝。而國際主流CPU，如Intel、IBM等都采用自己的標準CPU工藝，便于物理優(yōu)化。

　　其次，生態(tài)系統建設難以取得突破。眾所周知，CPU的競爭絕不僅是CPU本身的競爭，而更多的體現在生態(tài)系統的競爭。國際主流處理器(如Intel、AMD、ARM)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)建立了成熟的產(chǎn)業(yè)環(huán)境。例如，以Wintel聯(lián)盟舉例，Intel提供處理器芯片，微軟提供操作系統，HP、DELL等提供基于Intel CPU的產(chǎn)品，很多應用廠(chǎng)商基于“Wintel”平臺開(kāi)發(fā)應用。而相比之下，國產(chǎn)CPU起步較晚，研制歷史只有10年左右，性能尚顯不足，軟件及整機企業(yè)對國產(chǎn)CPU還存在諸多質(zhì)疑，真正走向市場(chǎng)的時(shí)間還不長(cháng)，生態(tài)系統建設困難重重。

　　最后，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程舉步維艱。產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題是困擾國產(chǎn)CPU的最大難題。產(chǎn)業(yè)化方面的困難主要在于產(chǎn)業(yè)環(huán)境仍不夠強壯，由于國際主流CPU廠(chǎng)商已經(jīng)造成了市場(chǎng)上的事實(shí)壟斷，并設置了較高的技術(shù)與市場(chǎng)壁壘，國產(chǎn)CPU與產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴綁定不夠緊密，導致某種程度上與國產(chǎn)CPU相關(guān)的產(chǎn)品研發(fā)與市場(chǎng)推廣工作仍主要由CPU企事業(yè)單位自身為主。國產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)化是一個(gè)漫長(cháng)而艱苦的過(guò)程，每一步都要走穩，走扎實(shí)，而不應急于求成。要從一些壟斷程度較低的特殊領(lǐng)域入手，和用戶(hù)共同提高產(chǎn)品性能和服務(wù)質(zhì)量，樹(shù)立國產(chǎn)CPU在國人心目中的良好形象，逐漸擴展到其他領(lǐng)域，實(shí)現大規模產(chǎn)業(yè)化。