我國研發(fā)CPU的戰(zhàn)略意義

　　CPU是電子信息產(chǎn)品的核心，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)最密集、最具戰(zhàn)略價(jià)值的產(chǎn)品，也是一個(gè)國家技術(shù)實(shí)力的象征。基于安全與市場利益的考慮，歐美、日、韓等集成電路強(qiáng)國一直致力于本國CPU的設(shè)計(jì)與研制。中國作為一個(gè)大國，發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)CPU是提高信息產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式的重要抓手和著力點(diǎn)。我國作為世界的重要一極，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全客觀要求必須發(fā)展自主可控的CPU產(chǎn)品和相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)。

　　我國是CPU發(fā)展后進(jìn)國家，發(fā)展自主可控的CPU面臨錯(cuò)綜復(fù)雜的國際形勢，認(rèn)清形勢，選準(zhǔn)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，呈現(xiàn)兩家競爭、一家獨(dú)大的局面。通用CPU的代表產(chǎn)品是Intel、AMD的x86處理器，主要應(yīng)用于PC和服務(wù)器。在服務(wù)器領(lǐng)域，Intel占據(jù)了超過60%的市場份額，高端高可靠服務(wù)器主要由IBM占據(jù)。在PC領(lǐng)域，Intel和AMD兩家占領(lǐng)了99%的市場份額，其中Intel一家的市場占有率在80%左右。在PC市場，Intel憑借Wintel聯(lián)盟和多年?duì)I造的生態(tài)系統(tǒng)獨(dú)霸市場，近十年來鮮有企業(yè)挑戰(zhàn)Intel霸主地位成功。Power是另一種架構(gòu)的通用處理器，但市場份額有限，逐漸式微，已基本退出PC市場，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，呈現(xiàn)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(dāng)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(fèi)類電子、數(shù)字電視、工業(yè)控制和汽車電子等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。2009年基于ARM核的芯片出貨量達(dá)到40億顆，這些芯片占全球手機(jī)基帶芯片95%，數(shù)碼攝像機(jī)的70%。MIPS在1999年進(jìn)入高性能嵌入式CPU市場領(lǐng)域，2009年基于MIPS架構(gòu)的芯片出貨約為5億顆，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)閿?shù)字電視領(lǐng)域，市場占有率約為80%。

　　從競爭形勢看，嵌入式CPU市場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(fèi)市場在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域下降了15%，而在消費(fèi)電子、通信&網(wǎng)絡(luò)、汽車電子等嵌入式領(lǐng)域增長了15%，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及主要企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略看，全球集成電路的消費(fèi)已從計(jì)算機(jī)消費(fèi)為主進(jìn)入嵌入式產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)的后PC時(shí)代，這是嵌入式CPU崛起的市場基礎(chǔ)。另外，嵌入式CPU應(yīng)用領(lǐng)域的終端產(chǎn)品大多采用開放式架構(gòu)，即芯片和OS軟件都有多家供應(yīng)商在競爭，尚未出現(xiàn)類似PC市場上的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：一種是直接銷售芯片;一種是內(nèi)核授權(quán)或架構(gòu)授權(quán)。前者以通用CPU企業(yè)Intel和AMD為代表，后者以嵌入式CPU供應(yīng)商ARM和MIPS為代表。

　　嵌入式CPU供應(yīng)商一般不直接生產(chǎn)和銷售芯片，而是采用一種把CPU設(shè)計(jì)或者架構(gòu)作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)(Intellectual Property，IP)授權(quán)給系統(tǒng)芯片(System-on-Chip，SoC)設(shè)計(jì)企業(yè)，并從中收取相應(yīng)版稅的商業(yè)模式。例如，ARM授權(quán)CPU核心架構(gòu)給蘋果，再由蘋果的工程師開發(fā)出適合蘋果產(chǎn)品的系統(tǒng)芯片，然后在韓國三星的半導(dǎo)體工廠里制造，最后在中國深圳富士康的工廠里組裝進(jìn)iPhone和iPad，并銷往全球各地。蘋果每賣出一臺(tái)iPhone或者iPad，ARM從中收取幾美分的版權(quán)費(fèi)用。這是完全有別于 Intel銷售芯片產(chǎn)品的一種商業(yè)模式。

　　嵌入式CPU廠商對芯片設(shè)計(jì)企業(yè)的授權(quán)方式又可以分為三種，即硬核、軟核和架構(gòu)授權(quán)(architecture license)。

　　硬核IP是指基于特定代工線的工藝庫生成的設(shè)計(jì)物理版圖，在頻率、功耗、面積等方面都作了充分的優(yōu)化，有著較完整的預(yù)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和工藝，速度、功耗、面積等參數(shù)俱已不可改動(dòng)，目前模擬IP更多的是以硬核出現(xiàn)。

　　軟核IP一般是指可綜合的電路設(shè)計(jì)，由于不涉及具體的物理實(shí)現(xiàn)，因此有著很好的靈活性，其性能參數(shù)在一定范圍內(nèi)可以進(jìn)行調(diào)整。但同時(shí)也存在著性能上(比如時(shí)序、面積、功耗等方面)的不可預(yù)知性的弱點(diǎn)，需要SoC設(shè)計(jì)企業(yè)有著較強(qiáng)的后端設(shè)計(jì)能力。

　　架構(gòu)授權(quán)又可稱為指令集授權(quán)，指允許用戶自行定義和設(shè)計(jì)CPU，但是指令集格式兼容。架構(gòu)授權(quán)模式下嵌入式CPU供應(yīng)商其實(shí)不需要向用戶提供任何技術(shù)(不過通常情況下會(huì)提供一些文檔和測試程序供用戶使用)，只是一紙授權(quán)協(xié)議。具體客戶的CPU設(shè)計(jì)水平如何，由用戶自己的技術(shù)能力決定。目前MIPS對龍芯的授權(quán)就是此種方式。龍芯在MIPS原有的近300條指令基礎(chǔ)上新增了500多條指令，主要包括虛擬機(jī)指令、向量指令、數(shù)字信號(hào)處理指令、媒體指令等。已經(jīng)得到MIPS認(rèn)可，可以把龍芯處理器支持的指令系統(tǒng)稱為“MIPS兼容”的“龍芯指令系統(tǒng)”。架構(gòu)授權(quán)跟軟核授權(quán)是完全不同的，軟核授權(quán)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(xiàng)(如cache的大小通?？膳?不允許做任何設(shè)計(jì)改動(dòng)——改動(dòng)軟核只有擁有架構(gòu)授權(quán)的權(quán)利才可以。架構(gòu)授權(quán)從CPU規(guī)格定義開始就可以自己掌控，可以根據(jù)自己需求設(shè)計(jì)最合適的處理器。在規(guī)格、研發(fā)計(jì)劃和產(chǎn)品路線圖上都由自己決定。

　　從合作形勢看，和采取架構(gòu)授權(quán)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(dāng)前全球CPU的發(fā)展呈現(xiàn)融合互動(dòng)、綜合競爭、跨越創(chuàng)新的特點(diǎn)。廣泛在通用市場使用的X86 CPU向嵌入式領(lǐng)域進(jìn)軍，而在嵌入式領(lǐng)域應(yīng)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(xiàn)在適配的OS等產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)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(gòu)、新理念、新形態(tài)CPU不斷涌現(xiàn)。從發(fā)展形勢看，發(fā)展自主可控的CPU應(yīng)綜合考慮產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。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(quán)模式不會(huì)產(chǎn)生壟斷，但是任何“買-賣”關(guān)系中一旦出現(xiàn)賣方市場，追求壟斷利潤是無可避免的，如果一個(gè)CEO說他不準(zhǔn)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(zhuǎn)移的經(jīng)濟(jì)規(guī)律?，F(xiàn)在缺乏此類第三方的冷靜思考，特別是針對國內(nèi)行業(yè)的思考。世界上的強(qiáng)勢芯片公司如高通、蘋果，也許永遠(yuǎn)能對ARM保持強(qiáng)勢談判地位，但是對國內(nèi)公司來說，因?yàn)橹荒芨L(fēng)而缺乏備選方案，被壟斷的苗頭已經(jīng)出現(xiàn)。每一種新興事物、或力量、或陣營興起之時(shí)，必定是機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存的，最后總是會(huì)形成新的既得利益集團(tuán)和失敗群體?，F(xiàn)在的移動(dòng)互聯(lián)浪潮也如此。從國內(nèi)行業(yè)的角度來看，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;但是沒太多危機(jī)考慮，比如我們是不是會(huì)又一次在下一個(gè)5-10年成為簡單的消費(fèi)市場提供者，而不能扮演市場的搏擊者?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(jié)盟，即表面上Android支持多種架構(gòu)的CPU,但只針對ARM核進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。如果此種預(yù)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(shù)年。