数字化发展浪潮中，国产CPU的破局之路

信息技术应用创新产业(简称:信创),自2016年中国电子工业标准化技术协会信息技术应用创新工作委员会成立起,逐步进入大众视野,成为保障国家信息安全、推动信息技术自主可控的关键力量。历经多年发展,信创产业从概念萌芽到试点推进,再到如今的全面推广,已然构建起涵盖基础硬件、基础软件、应用软件和信息安全的庞大产业生态。在这一生态体系中,CPU作为核心硬件,犹如计算机的“心脏”,发挥着无可替代的关键作用。

一、CPU在信创产业中的核心地位

CPU,即中央处理器,作为计算机系统的运算和控制核心,承担着解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据等关键任务,其性能优劣直接决定了计算机系统的整体运行效率,其设计代码自主程度决定了计算机系统数据的安全程度。在信创产业里,CPU是实现全产业链自主可控的基石,从党政办公到金融、电信、能源等关键行业的核心业务系统,CPU无处不在,支撑着各类信息系统的稳定运行。以党政信创为例,大量的公文处理、信息流转以及政务系统的后台运算,都依赖于CPU的安全、高效的数据处理;在金融领域,银行的核心交易系统、证券的交易清算系统等,对CPU的性能和可靠性更是有着极高的要求,一旦CPU出现故障或遭受后门攻击,将直接影响金融秩序的稳定。

二、技术路线的多样探索

目前,国产CPU的技术路线呈现多元化发展态势,依靠中国庞大的国内市场,国产CPU三大技术路线x86架构、ARM架构以及自研指令集架构的六家CPU厂商展开激烈的市场竞争。

·x86架构:海光与兆芯是采用x86架构的典型代表。海光通过与AMD合作获得x86架构授权,在AMD Zen1基础上展开CPU设计,实现了一定程度的自主迭代发展 ,在数据中心领域取得了较大市场份额;兆芯基于VIA的x86授权,主打桌面和嵌入式市场,产品兼容性具有一定优势。x86架构凭借着Intel+Windows数十年的经营,打造了牢固的成熟的生态体系壁垒,兼容数百万款系统软件和应用软件,在桌面PC及服务器领域占据重要地位。然而,由于授权限制、技术水平等因素,X86架构芯片在自主创新方面存在较大的局限性。

·ARM架构:飞腾与鲲鹏基于ARM架构发展。飞腾基于ARMv8指令集,推出多款服务器和桌面CPU,依靠ARM架构较为良好的软件生态,在国内信创市场取得一定的份额,在政务云、金融数据中心等领域广泛应用;鲲鹏作为自研的ARM架构CPU,采用7nm工艺,支持多路互联和分布式计算,在云计算和边缘计算场景中发挥着关键作用,适配认证软件超过15,500款 。ARM架构以低功耗、高性能著称,在移动设备和服务器领域具有广阔的应用前景,但国内厂商在技术授权方面也面临着相当大的不确定性。

·自研指令集架构:龙芯与申威是这一领域的佼佼者。龙芯采用自研的LoongArch指令集架构,产品性能接近国际主流水平,在党政、教育等领域实现规模化应用,并逐步向关基行业等场景拓展;申威采用自主研发的SW-64指令集,在高性能计算等特定领域有着出色的表现 。自研指令集架构虽然自主可控程度高,但在生态建设方面面临着较大的挑战,软件适配积极性不高,商业市场应用的拓展相对缓慢,主要集中在超算领域。

三、生态特点分析

CPU的生态系统涵盖了从硬件设备、操作系统、中间件到应用软件等多个层面,各层面之间相互依存、协同发展。不同技术路线的CPU在生态建设方面呈现出各自的特点和优劣势。x86架构CPU得益于Windows+Intel长期的市场积累和广泛的应用,拥有最为丰富和成熟的软件生态,几乎所有的主流办公软件、大型商业软件以及各类专业应用都原生支持x86架构,这使得基于x86架构的信创产品在业务迁移和用户使用习惯的延续上具有天然的优势,能够极大地降低应用成本和推广难度。ARM架构在移动终端领域的广泛应用,使其积累了庞大的移动应用生态,随着国内ARM CPU企业向桌面及服务器领域的拓展,这些移动应用的开发经验和技术可以在一定程度上移植到相应终端,为ARM架构生态建设提供了有力的支撑。对于采用自研指令集架构的CPU厂商来说,在经历一段痛苦的软件生态适配的周期后,因为做到了从指令集到开发语言、应用程序的全自主化,可以完全摆脱对国外技术的依赖,形成一套完整的信息产业体系。在那时依赖国外授权的ARM和x86架构CPU,在国际形势复杂多变的背景下,面临着技术断供、授权受限等风险,一旦授权出现问题,相关企业的技术发展和产品迭代将受到严重影响,产业链的安全稳定也将面临严峻挑战。

四、兼容开放、长期主义和市场竞争是国产CPU发展的必由之路

回顾信创产业中CPU的发展历程,从最初的技术引进、消化吸收,到如今的自主创新、多元发展,每一步都充满了艰辛与挑战。尽管当前国产CPU在性能提升、生态建设等方面取得了显著的成绩,但与国际先进水平相比,仍存在一定的差距。要想在全球数字化浪潮中形成具有中国特色的信息产业生态,在兼容全球信息技术的同时形成可控可靠的自有生态体系是关键。

为什么一定要发展自有生态体系并兼容全球技术而不是完全融入于全球技术体系?答案显而易见。即核心技术是买不来、要不来的。历史的实践也反复的证明了核心技术一定要掌握在自己手里。

·开放兼容

随着全球数字化进程的加速,各国在信息技术领域的竞争越来越激烈。从互联网到5G,再到人工智能、物联网等技术的应用,全球信息产业的发展趋势已经从封闭式的技术垄断转向开放与兼容。自主可控强调的是关键技术的掌握,而不是自我封闭。过于封闭,可能会被国际技术体系孤立,影响技术进步和产业升级。同时,开放兼容也能增强产业韧性,通过市场和技术双重抓手不断洗涤沙里淘金。

·长期主义

长期主义意味着持续的技术研发投入。CPU技术的发展是一个长期而复杂的过程,需要大量的资金、人力和时间投入。从芯片设计、制造工艺到指令集优化、生态建设,每一个环节都需要深入研究和不断创新。只有通过长期的技术积累和持续的研发投入,才能逐步缩小与国际先进水平的差距,实现技术的突破和超越。以龙芯为例,经过多年的自主研发,不断迭代升级其指令集架构和芯片性能,才能在芯片性能上在完全依靠自主研发的前提下性能达到国内领先水平,才在党政、教育等领域实现了规模化应用,并逐步向其他行业拓展。

长期主义还体现在生态建设的持之以恒。CPU生态的完善并非一蹴而就,需要产业链上下游企业的共同努力和长期协作。无论是操作系统、数据库、中间件还是应用软件开发商,都需要与CPU厂商紧密合作,进行产品的适配和优化,共同构建一个繁荣的生态系统。这一过程需要各方保持长期的耐心和合作意愿,不断投入资源进行生态建设和维护。

此外,长期主义要求具备战略眼光和定力。在市场竞争和技术发展的浪潮中,我们会面临诸如软件适配简单等各种短期利益的诱惑和培育自主可控产业链需要一二十年的耐心的挑战,但只有坚守长期发展战略,坚持把核心科技掌握在自己手中的原则,瞄准建立中国特色信息产业生态的最终目标,不被短期波动所影响,才能最终依靠本土市场建立“随心所欲”的自主信息产业。

·市场竞争

面对国内的信创CPU的三条技术路线6家CPU厂商,以及蠢蠢欲动的RISC-V第四条技术路线,对于国产化的认知逐步向自主化过渡,充分的市场竞争也是一步一步利用市场带动技术自主的必由之路。以国内大市场为培养载体,让多家CPU厂商进行残酷的市场抉择,从产品性能、系统性价比、软件生态、企业品牌、服务支持等多个角度出发进行角逐,优胜略汰,逼迫自研指令集技术路线走出温床一同竞争,不断增强企业韧性,如此才能将中国特色的信息化产业底座打的更加牢固。我们可以相信下一步的技术自主在指令集层面必将是自主指令集的主根技术,在操作系统层面必将是如纯血鸿蒙般的自主操作系统。

信创产业中CPU的发展任重而道远。在未来的发展道路上,只有坚持长期主义,持续投入技术研发,坚定不移地推进生态建设,保持战略定力,才能在全球信创产业的竞争中实现突破,为我国信息技术的自主可控和信息安全提供坚实的保障。（中国网）