從104機(jī)到龍芯，國(guó)產(chǎn)CPU今天發(fā)展得怎么樣了？

首先，讓我們先把時(shí)間倒回1957年，這一年，我國(guó)決定要仿制蘇聯(lián)的БЭСМ-Ⅱ計(jì)算機(jī)，由張效祥教授領(lǐng)導(dǎo)，赴蘇進(jìn)行計(jì)算機(jī)進(jìn)修，1958年8 月大部分進(jìn)修隊(duì)的成員回到北京，立即投入仿制機(jī)的試制工作。1958 年10 月完成部件生產(chǎn)，1959 年4 月完成調(diào)試，9月交付使用。這臺(tái)被命名為“104”機(jī)的計(jì)算機(jī)便順理成章的成為了中國(guó)第一臺(tái)大型數(shù)字電子計(jì)算機(jī)，其擁有22 個(gè)機(jī)柜，主機(jī)、電機(jī)組各占地200 平方米。全機(jī)共用4200 個(gè)電子管，4000 個(gè)晶體二極管，字長(zhǎng)39位，容量4K，每秒運(yùn)算1 萬(wàn)次，內(nèi)存2048 個(gè)全字長(zhǎng)磁芯體，2 臺(tái)2096全字長(zhǎng)臥式磁鼓。

中國(guó)第一臺(tái)大型通用電子計(jì)算機(jī):104機(jī)

張效祥在進(jìn)修之時(shí)就強(qiáng)調(diào)：“我們自己全面掌握技術(shù)是十分重要的?！?/span>

這一句簡(jiǎn)單的話，經(jīng)過(guò)了半個(gè)多世紀(jì)的光陰，經(jīng)過(guò)了無(wú)數(shù)的風(fēng)雨飄搖，歷經(jīng)了不少?gòu)澛?，一直伴隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展。如今，在2024年，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域在世界上已經(jīng)經(jīng)過(guò)了翻天覆地的變化，從最早的只有大型計(jì)算機(jī)，到如今的PC機(jī)占到了計(jì)算機(jī)的主流，性能也已經(jīng)是當(dāng)年的千萬(wàn)上億倍。經(jīng)歷了中美貿(mào)易戰(zhàn)，全球化進(jìn)程受阻等等不利條件，我國(guó)的計(jì)算機(jī)，特別是CPU的發(fā)展又一次牽動(dòng)著我國(guó)人民大眾的心，在2024年這個(gè)時(shí)間點(diǎn)之上，我國(guó)的國(guó)產(chǎn)CPU的發(fā)展到底如何了呢？

龍芯中科

提到國(guó)產(chǎn)CPU，那么首屈一指的必然是龍芯系列。自2002年“龍芯1號(hào)”誕生以來(lái)，歷經(jīng)二十多年的不懈努力，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有、從弱到強(qiáng)的跨越式發(fā)展。最近發(fā)布的龍芯3A6000，更是標(biāo)志著我國(guó)國(guó)產(chǎn)CPU邁入了新的發(fā)展階段。龍芯3A6000作為全新一代桌面級(jí)CPU，采用了我國(guó)自主設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)和架構(gòu)（LoongArch架構(gòu)），徹底擺脫了對(duì)外國(guó)技術(shù)的依賴(lài)。它采用了四核心八線程設(shè)計(jì)，主頻達(dá)到2.5GHz，使用12納米制程工藝，性能較上一代龍芯3A5000有了顯著提升。然而，與市場(chǎng)上的主流處理器相比，龍芯3A6000的性能仍存在差距。在測(cè)試中，其性能大致相當(dāng)于2011年發(fā)布的酷睿i7-2600k，這樣的性能在辦公場(chǎng)景中尚能勝任，但在更復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景中就顯得捉襟見(jiàn)肘。

龍芯3A6000

性能上的不足，固然是龍芯3A6000面臨的一大挑戰(zhàn)，但更為嚴(yán)峻的問(wèn)題在于軟件生態(tài)的構(gòu)建。龍芯的自研指令集導(dǎo)致了生態(tài)方面的缺失，這使得龍芯處理器的實(shí)用性受到了很大限制。雖然龍芯團(tuán)隊(duì)在努力提升x86翻譯性能，但目前實(shí)際翻譯性能與原生性能相比仍有較大差距。要構(gòu)建健康的軟件生態(tài)，芯片廠商不僅需要提供強(qiáng)大的硬件性能，更需要與開(kāi)發(fā)者社區(qū)緊密合作，共同完善開(kāi)發(fā)者工具鏈。這些工具鏈包括編譯器、調(diào)試器、開(kāi)發(fā)框架、庫(kù)和文檔等，它們對(duì)于應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)和維護(hù)至關(guān)重要。芯片廠商需要投入大量的精力和資金，與開(kāi)發(fā)者社區(qū)進(jìn)行深度合作，共同推動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)的繁榮發(fā)展。

此外，龍芯要想在全球CPU市場(chǎng)中占據(jù)一席之地，還需要進(jìn)一步拓展其應(yīng)用范圍。目前，龍芯主要以Linux桌面發(fā)行版為主，但Linux在桌面領(lǐng)域的市場(chǎng)份額相對(duì)較小。為了實(shí)現(xiàn)更大的發(fā)展，龍芯需要向Windows等更廣泛的操作系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)軍。這不僅要求龍芯在硬件性能上達(dá)到更高水平，還需要在軟件生態(tài)、驅(qū)動(dòng)程序等方面做出更多努力。

兆芯電子

而除了連指令集都是自己的龍芯之外，兆芯旗下的“開(kāi)先”系列同樣也是潛力無(wú)限，其最新的一代開(kāi)先KX-7000系列桌面處理器，于2023年12月發(fā)布，該處理器采用全新設(shè)計(jì)的自主微架構(gòu)“世紀(jì)大道”和先進(jìn)的 Chiplet 互連架構(gòu)。這款處理器在主頻上最高可達(dá) 3.7GHz，并且集成了高性能 GPU 顯卡，同時(shí)支持多種主流高速 IO 接口。相較于上一代產(chǎn)品，KX-7000 系列的計(jì)算性能提升了 2 倍，圖形性能提升了 4 倍。

其性能用一句話來(lái)概括就是其單核性能弱于i3-9100；多核性能略強(qiáng)于i3-9100。

如果和兆芯的上一代kx-6000G處理器產(chǎn)品作比，開(kāi)先KX-7000系列處理器的單核性能提升超過(guò)了50%，這一顯著的提升充分展示了兆芯在處理器設(shè)計(jì)上的實(shí)力和未來(lái)可期的潛力。在硬件配置上，開(kāi)先KX-7000系列處理器最高集成8個(gè)高性能核心，擁有4MB的L2緩存和32MB的L3緩存，最高工作頻率進(jìn)一步提高至3.7GHz。這樣的配置足以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的多任務(wù)處理和大型應(yīng)用程序運(yùn)行需求。同時(shí)，該處理器還支持雙通道DDR5-4800/DDR4-3200內(nèi)存，最大容量可達(dá)128GB，為大型數(shù)據(jù)處理和高效運(yùn)算提供了充足的內(nèi)存支持；在擴(kuò)展性方面，開(kāi)先KX-7000系列處理器提供了24條PCIe 4.0通道和2個(gè)USB4接口等，可滿(mǎn)足絕大多數(shù)市場(chǎng)的應(yīng)用及擴(kuò)展需求。這意味著用戶(hù)可以方便地連接各種高速存儲(chǔ)設(shè)備和外部設(shè)備，進(jìn)一步提升整機(jī)的性能和功能。

不過(guò)說(shuō)到開(kāi)先KX-7000在消費(fèi)電子市場(chǎng)上的優(yōu)勢(shì)，有一點(diǎn)筆者看來(lái)，在其支持windows 7系統(tǒng)，這一點(diǎn)在DIY市場(chǎng)之中的Windows 7愛(ài)好者眼中，估計(jì)是一大選購(gòu)的好理由。放眼市場(chǎng)上所有支持window 7的cpu，最新的只有6700k了，而先開(kāi)kx-7000的性能可是超過(guò)6700k，一舉成為了原生支持Windows 7的cpu之中，性能最強(qiáng)的存在，這一個(gè)“奇怪”的優(yōu)勢(shì)可能能成為，開(kāi)先KX-7000系列進(jìn)入消費(fèi)者眼中的一點(diǎn)點(diǎn)突破口；而至于對(duì)于國(guó)產(chǎn)CPU需求更強(qiáng)的辦公電腦領(lǐng)域，筆者并不看好它的表現(xiàn)，一個(gè)x86架構(gòu)很可能成為它進(jìn)入政府領(lǐng)域的掣肘；退一步講，如果能接受x86，還有性能更高的海光，很難有用戶(hù)會(huì)主動(dòng)選擇兆芯。

兆芯的CPU產(chǎn)品全系列

不過(guò)不管如何，國(guó)產(chǎn)cpu的企業(yè)越多，筆者越是樂(lè)于看到，對(duì)于兆芯來(lái)說(shuō)，雖然與部分競(jìng)品相比在某些方面仍存在一定的差距，但隨著兆芯在技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品優(yōu)化上的不斷努力，相信未來(lái)會(huì)有更多令人期待的產(chǎn)品問(wèn)世。

海光信息

而至于提到的海光信息，這家成立于2014年的公司，以高端處理器、加速器等計(jì)算芯片產(chǎn)品和系統(tǒng)研發(fā)為核心，于2016年和AMD達(dá)成了合作關(guān)系，可謂是踩在了巨人的肩膀上，AMD提供了旗下的“Zen1”架構(gòu)，使得海光的產(chǎn)品迅速得以發(fā)展，成為了我國(guó)高性能芯片首屈一指的企業(yè)。2018年10月，中科曙光更是以5.5元/股受讓海光信息1.948億股股權(quán)，受讓后合計(jì)持有海光信息36.44%股權(quán)，為海光信息第一大股東。2022年，海光信息于科創(chuàng)板上市。

在產(chǎn)品體系方面，其產(chǎn)品主要應(yīng)用于服務(wù)器高性能cpu領(lǐng)域。其處理器產(chǎn)品主要分為7000、5000、3000三大系列，滿(mǎn)足不同市場(chǎng)需求。例如，海光7000系列主要應(yīng)用于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等對(duì)計(jì)算能力要求較高的領(lǐng)域；而海光5000系列則適用于云計(jì)算、邊緣計(jì)算等多種應(yīng)用場(chǎng)景；海光3000系列則更側(cè)重于入門(mén)級(jí)服務(wù)器、工作站等市場(chǎng)。

目前網(wǎng)絡(luò)之中對(duì)于海光CPU的信息十分稀少，其最新產(chǎn)品為海光7390，其采用了32核64線程設(shè)計(jì)，最高頻率3.3Ghz，L3緩存給到了64MB，TDP為110W。主要運(yùn)用于服務(wù)器之中，在Geekbench 6 跑分之中，其成績(jī)約為單核885分，多核6238分。作為對(duì)比其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于上文介紹的龍芯和兆芯的產(chǎn)品，已經(jīng)接近英特爾i7-9700，是名副其實(shí)的“國(guó)產(chǎn)”高性能CPU。

但是，海光自身面臨的挑戰(zhàn)也很明顯，首先，由于美國(guó)實(shí)體名單的制約，海光在與美國(guó)公司及其使用美國(guó)技術(shù)占比超過(guò)25%的公司的產(chǎn)品和技術(shù)交易上受到限制。這在一定程度上影響了海光的研發(fā)和生產(chǎn)。其次，盡管海光擁有X86指令集永久授權(quán)，但自主創(chuàng)新程度仍然較低，需要支付授權(quán)費(fèi)，不僅如此，其手中AMD Zen架構(gòu)的授權(quán)是否到期，也是未知數(shù)，這也導(dǎo)致未來(lái)海光技術(shù)的后續(xù)升級(jí)也可能面臨一定難度。最后，海光不支持移動(dòng)生態(tài)，在移動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展上存在一定的劣勢(shì)。

就目前而言，除了文中提到的三家，我國(guó)的自主CPU品牌已經(jīng)越來(lái)越多，使用Arm指令集的有華為、飛騰；使用RISC-V的有香山和平頭哥?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，我國(guó)CPU進(jìn)步十分值得鼓勵(lì)。雖然，就現(xiàn)在的情況來(lái)看，龍芯的龍指令集生態(tài)較為貧瘠，兆芯的路線目前來(lái)看很難成為intel、amd的平替，未來(lái)大概率主要是做win7、winxp市場(chǎng)，以及少量的低端2c市場(chǎng)；海光則估計(jì)很長(zhǎng)一段時(shí)間都只能2b，而且是面向少量的大客戶(hù)做x86，飛騰的ARM指令集授權(quán)存在不穩(wěn)定因素，而剛剛誕生的香山、玄鐵還處于萌芽，未來(lái)如何發(fā)展還是十分不確定。但不管怎么說(shuō)，國(guó)產(chǎn)CPU企業(yè)能越來(lái)越多，性能逐漸突破，那么就是一件好事兒。未來(lái)能否打破AMD、Intel的壟斷，還得未來(lái)再看。

展望未來(lái)，芯芯之火，可以燎原。如今國(guó)內(nèi)的CPU企業(yè)數(shù)量已經(jīng)大大提升，這里面可能絕大部分企業(yè)都很難最終活下去，但是只要有企業(yè)愿意在這個(gè)領(lǐng)域加大投入，那么我國(guó)CPU就有殺出重圍的機(jī)會(huì)。

從市場(chǎng)的角度出發(fā)，國(guó)產(chǎn)CPU的發(fā)展呈現(xiàn)出積極的態(tài)勢(shì)。隨著國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)的技術(shù)積累和創(chuàng)新能力的提升，越來(lái)越多的國(guó)產(chǎn)CPU開(kāi)始采用先進(jìn)的制程工藝和架構(gòu)設(shè)計(jì)，性能得到了顯著提升。同時(shí)，國(guó)產(chǎn)CPU在功耗控制、安全性能等方面也取得了不小的進(jìn)步，使得其在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域具備了與國(guó)際品牌競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力。雖然客觀來(lái)說(shuō)，在最廣大的消費(fèi)電子領(lǐng)域，我國(guó)的CPU基本上競(jìng)爭(zhēng)不過(guò)英特爾和AMD，但是在大眾視角之外，特別是在政府、金融、能源等關(guān)鍵領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)CPU的替代需求更是迫切。這些國(guó)產(chǎn)替代的領(lǐng)域，便是國(guó)產(chǎn)CPU企業(yè)活下去的關(guān)鍵土壤。從國(guó)產(chǎn)替代數(shù)據(jù)來(lái)看，2022年中國(guó)服務(wù)器出貨量為376.81萬(wàn)臺(tái)，其中x86服務(wù)器占比達(dá)到97.6%。聚焦到服務(wù)器領(lǐng)域，2021~2022年，中國(guó)移動(dòng)PC服務(wù)器集中采購(gòu)中，整體國(guó)產(chǎn)服務(wù)器占比高達(dá)41.43%，采用海光芯片的服務(wù)器占比20.90%，采用鯤鵬芯片的服務(wù)器占比20.53%；中國(guó)電信服務(wù)器集中采購(gòu)中，整體國(guó)產(chǎn)服務(wù)器占比26.7%，其中，海光占比72%，鯤鵬占比28%。根據(jù) IDC 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中國(guó) x86 服務(wù)器出貨量持續(xù)增長(zhǎng)，在 2021-2025 年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到 8.8%，國(guó)產(chǎn)化替代空間可觀。

而在技術(shù)角度上看，x86架構(gòu)穩(wěn)坐第一把交椅。作為目前應(yīng)用最廣泛的高性能處理器架構(gòu)，x86在PC、服務(wù)器等市場(chǎng)的占比極高，在PC市場(chǎng)的占比超過(guò)90％，在服務(wù)器市場(chǎng)的占比超過(guò)95％。雖然近年來(lái)受到ARM等新架構(gòu)處理器的挑戰(zhàn)，基于其成熟技術(shù)、優(yōu)異性能、強(qiáng)大生態(tài)的優(yōu)勢(shì)，x86在這些領(lǐng)域的地位仍然是難以動(dòng)搖的。國(guó)產(chǎn)化替代市場(chǎng)上，大規(guī)模在用仍是基于x86指令集的“Wintel”聯(lián)盟（Windows & intel）產(chǎn)品，因此從綜合實(shí)力和體驗(yàn)考量，兼容x86的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品還是各領(lǐng)域信創(chuàng)替代的最優(yōu)選擇。對(duì)于國(guó)產(chǎn)CPU來(lái)說(shuō)，兼容x86架構(gòu)意味著能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)市場(chǎng)主流軟硬件的無(wú)感替代，降低用戶(hù)和開(kāi)發(fā)者的遷移成本。通過(guò)兼容x86架構(gòu)，國(guó)產(chǎn)CPU可以無(wú)縫替換原有系統(tǒng)中的處理器，保持軟硬件生態(tài)的一致性，從而為用戶(hù)提供更好的使用體驗(yàn)。但是筆者認(rèn)為，國(guó)產(chǎn)CPU在兼容x86架構(gòu)的基礎(chǔ)上，也應(yīng)積極創(chuàng)新，提升自身性能和技術(shù)水平。通過(guò)不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)、提高生產(chǎn)工藝、加強(qiáng)安全防護(hù)等措施，國(guó)產(chǎn)CPU可以逐步縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

在此以外，張效祥先生強(qiáng)調(diào)的技術(shù)要自己全面掌握，也是十分重要的，它決定了未來(lái)我國(guó)CPU能否和國(guó)外品牌分庭抗禮。所以，在兼容x86架構(gòu)的同時(shí)，國(guó)產(chǎn)CPU也應(yīng)關(guān)注其他新興架構(gòu)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，保持技術(shù)的前瞻性和靈活性。通過(guò)自主研發(fā)和創(chuàng)新，國(guó)產(chǎn)CPU可以逐步建立起自己的生態(tài)系統(tǒng)，為我國(guó)的信息化建設(shè)提供有力支撐。

國(guó)產(chǎn)CPU，黎明已近，國(guó)產(chǎn)通用CPU生態(tài)的崛起正在成為不可阻擋的趨勢(shì)。讓我們共同期待這一天的到來(lái)，見(jiàn)證國(guó)產(chǎn)CPU在信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)中綻放出更加璀璨的光芒。