國產(chǎn)CPU研究單位及現(xiàn)狀

　　1、國產(chǎn)CPU主要研制單位

　　(1)高性能通用CPU(“大CPU”，主要應(yīng)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(shè)計中心

　　(2)安全適用計算機用CPU(“中CPU”，主要應(yīng)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(yīng)用于移動通信終端、消費類電子、數(shù)字電視、工業(yè)控制和汽車電子等領(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(tǒng))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、開發(fā)工具鏈(編譯器、調(diào)試器等)匱乏、應(yīng)用程序的開發(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(jié)構(gòu)，在GNU社區(qū)系統(tǒng)軟件開發(fā)規(guī)范中注冊，編號為“110”。UniCore指令系統(tǒng)在指令密度、通用寄存器設(shè)置等方面都有特別的設(shè)計，還包含了DSP擴展指令，以滿足更廣泛的應(yīng)用需求。北大眾志在擁有全新自主指令系統(tǒng)Unicore的同時還獲得了X86指令架構(gòu)授權(quán)，目前正在開發(fā)兼容X86架構(gòu)的系統(tǒng)芯片。之所以選擇這種“兩手抓”的發(fā)展模式是因為推動一個全新的指令集架構(gòu)是一個耗資百億元,費時數(shù)年而結(jié)果難測的冒險，短期內(nèi)與國際主流CPU正面對抗難度較大，但因為完全自主可控，是搶占未來先機的希望所在，因此必須緊抓。而獲得X86授權(quán)，就可開發(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(tǒng)，有利于國產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)化進程。

　?、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，由浙江大學(xué)、蘇州國芯、杭州中天三家共同設(shè)計及產(chǎn)業(yè)化的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)嵌入式CPU。在2010年9月，出于爭奪汽車電子、網(wǎng)絡(luò)通信、物聯(lián)網(wǎng)等熱點市場的考慮，蘇州國芯取得了IBM轉(zhuǎn)移的PowerPC指令架構(gòu)授權(quán)，并與國內(nèi)芯片企業(yè)深入交流，針對戰(zhàn)略新興市場，開發(fā)完全兼容PowerPC架構(gòu)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，也選擇了兼容合作的發(fā)展道路，力圖在自己并不擅長的熱點應(yīng)用領(lǐng)域有所突破。另外，兩種完全不同的體系架構(gòu)或許可以取長補短、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(shè)計中心--申威

　　上海高性能集成電路設(shè)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(guī)律的技術(shù)體系，獨立完成處理器研發(fā)的所有環(huán)節(jié)：包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、前端邏輯設(shè)計、正確性驗證、后端物理設(shè)計、工藝分析等。其處理器的定位在高性能，低功耗，在滿足性能要求的前提下追求低功耗。主要應(yīng)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(tǒng)”CPU(簡稱“兼容CPU”)：

　　優(yōu)點：擁有架構(gòu)授權(quán)可以自己按需定義規(guī)格，并按自己日程進行開發(fā)、交付和使用，一次架構(gòu)授權(quán)費涵蓋全部的應(yīng)用定義。生態(tài)環(huán)境比較健全。

　　缺點：對處理器設(shè)計水平要求較高，長期技術(shù)演進路線受架構(gòu)的制約。

　　①中國科學(xué)院計算所--龍芯系列

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

　　②國防科技大學(xué)—FT

　　SPARC兼容，SPARC架構(gòu)是開放的，任何機構(gòu)或個人均可研究或開發(fā)基于SPARC架構(gòu)的產(chǎn)品。主要面向國家戰(zhàn)略和重大軍事應(yīng)用中的高性能計算應(yīng)用需求。

　　③北京君正—Xburst

　　MIPS兼容，2011年1月獲得MIPS32架構(gòu)授權(quán)。主要面向消費電子、教育電子、移動互聯(lián)網(wǎng)終端等移動便攜設(shè)備和其他嵌入式應(yīng)用。

　　3、國產(chǎn)CPU主要產(chǎn)品及應(yīng)用現(xiàn)狀

　　(1)北大眾志Unicore

　　北大眾志通過多年的技術(shù)積累和研發(fā)攻關(guān)，制定了自主知識產(chǎn)權(quán)的UniCore指令系統(tǒng)，并基于該指令系統(tǒng)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(tǒng)包括64位的UniCore64、32位的UniCore32和16位的UniCore16，還包括浮點指令系統(tǒng)UniCoreF64和擴展指令系統(tǒng)UniCore2D/3D。

　　北大眾志UniCore系列CPU目前已實現(xiàn)十幾萬片銷售，主要應(yīng)用于農(nóng)村教育信息化領(lǐng)域。預(yù)計2011年出貨量將達幾十萬片。

　　(2)中科院計算所龍芯

　　中科院計算所從2001年開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IO設(shè)計等關(guān)鍵IP上掌握了自主設(shè)計的技術(shù)。龍芯在架構(gòu)設(shè)計和工藝上也處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。在軟件方面，龍芯在國際開源社區(qū)設(shè)立了分支，獲得了風(fēng)河公司Vxworks操作系統(tǒng)的直接支持，并與國內(nèi)Linux企業(yè)結(jié)盟，共同開發(fā)支持龍芯的操作系統(tǒng)和應(yīng)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，實現(xiàn)數(shù)十萬片銷售。龍芯3A主要面向低成本國產(chǎn)服務(wù)器、高端嵌入式應(yīng)用和軍用信息處理等市場。目前，基于龍芯3A已經(jīng)研制出中科大KD-60萬億次高性能機、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(yīng)用及生產(chǎn)能力等諸多原因限制，龍芯還未實現(xiàn)大規(guī)模商用。從2010年經(jīng)營的情況看，龍芯在安全應(yīng)用、消費類電子、工業(yè)控制方面將是近兩年的重點，在電腦類應(yīng)用中，云服務(wù)器和云終端也有較大的市場機會。未來，龍芯將采用“技術(shù)平臺化，市場行業(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，實施了C-CORE CPU的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化工程。到2005年完成了C300、CK500兩個系列的CPU產(chǎn)品設(shè)計與研發(fā)，技術(shù)水平分別與ARM7和ARM9相當。

　　經(jīng)過多年的產(chǎn)業(yè)化推廣，基于C300和CK510的產(chǎn)品累計銷售超過5000萬顆，2009年在國內(nèi)市場中約占5%-10%的市場份額，主要應(yīng)用覆蓋數(shù)字電視和多媒體音視頻等消費類電子產(chǎn)品、信息安全和安防類產(chǎn)品、儀器儀表和辦公設(shè)備等工業(yè)控制類產(chǎn)品，以及移動存儲、醫(yī)療電子等多個嵌入式應(yīng)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(quán)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(nèi)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(yīng)的Android/Linux/WinCE軟件平臺。

　　北京君正芯片主要應(yīng)用于便攜消費電子、教育電子、移動互聯(lián)網(wǎng)終端等移動便攜設(shè)備和其他嵌入式設(shè)備。該公司根據(jù)嵌入式CPU芯片及目標市場的特點，制訂了“開放平臺、縱橫擴展”的市場推廣策略。允許用戶獨立地進行二次開發(fā)，使得公司處理器芯片的通用性得到充分發(fā)揮。隨著公司Android平臺的推出，公司芯片的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鼮閺V泛。自2007年以來，公司嵌入式CPU芯片年出貨量分別突破88萬顆、550萬顆和1,000萬顆，截止到2010年，公司嵌入式CPU芯片總出貨量已超過2500萬顆，實現(xiàn)了國產(chǎn)CPU芯片的產(chǎn)業(yè)化。

4、國產(chǎn)CPU發(fā)展面臨的問題

　　首先，CPU整體性能上還有待提高。在設(shè)計能力上不可否認國內(nèi)的CPU企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)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(shè)計方面的主要困難在于后端生產(chǎn)、封裝、測試等環(huán)節(jié)仍受制于外協(xié)(流片代工廠、封裝、測試廠商等)，導(dǎo)致生產(chǎn)進度與效率較低。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3GHz，IBM Power7處理器的頻率超過4GHz。主頻的差距導(dǎo)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。主頻差距主要來自采用半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)線、工藝與CPU設(shè)計的結(jié)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(tǒng)建設(shè)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(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)的競爭。國際主流處理器(如Intel、AMD、ARM)經(jīng)過幾十年的發(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(tǒng)，HP、DELL等提供基于Intel CPU的產(chǎn)品，很多應(yīng)用廠商基于“Wintel”平臺開發(fā)應(yīng)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，真正走向市場的時間還不長，生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)困難重重。

　　最后，產(chǎn)業(yè)化進程舉步維艱。產(chǎn)業(yè)化問題是困擾國產(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廠商已經(jīng)造成了市場上的事實壟斷，并設(shè)置了較高的技術(shù)與市場壁壘，國產(chǎn)CPU與產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴綁定不夠緊密，導(dǎo)致某種程度上與國產(chǎn)CPU相關(guān)的產(chǎn)品研發(fā)與市場推廣工作仍主要由CPU企事業(yè)單位自身為主。國產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)化是一個漫長而艱苦的過程，每一步都要走穩(wěn)，走扎實，而不應(yīng)急于求成。要從一些壟斷程度較低的特殊領(lǐng)域入手，和用戶共同提高產(chǎn)品性能和服務(wù)質(zhì)量，樹立國產(chǎn)CPU在國人心目中的良好形象，逐漸擴展到其他領(lǐng)域，實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。