字節(jié)跳動前負責人離職創(chuàng)業(yè)，為何選擇這條冷門賽道？
盧山畢業(yè)于清華大學，擁有波士頓大學電氣與計算機工程博士學位。在 2019 年進入字節(jié)跳動圣迭戈美國辦公室工作前，他先后在英特爾和高通任職，有十余年從業(yè)經(jīng)驗。創(chuàng)立藍芯算力后，盧山已回到國內(nèi)。
CPU 市場規(guī)模龐大，海外寡頭壟斷
全球 CPU 市場較為穩(wěn)定，疫情促進桌面 CPU 市場規(guī)模增加。CPU 的重要應用領(lǐng)域包 括桌面和服務器，在桌面領(lǐng)域，2015-2018 年全球出貨量增速呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢，但 是整體出貨量依然保持在 2.6 億臺/年左右。2019 年開始全球桌面出貨量出現(xiàn)回升，2020 年疫情催生全球“線上化”浪潮，全球桌面出貨量較前 5 年有較大增長，達到 3.03 億 臺。在服務器領(lǐng)域，2020 年全球服務器出貨量達 1,220 萬臺，同比增長 3.92%。
2020 年國內(nèi)桌面 CPU 出貨量約 5000 萬片，服務器 CPU 出貨量約 700 萬片。根據(jù) IDC 數(shù)據(jù)，2020 年中國 PC 出貨量為 4910 萬臺，X86 服務器出貨量為 344 萬臺。假設平 均每臺 PC 用 1 片 CPU，服務器主要為雙路服務器（配置 2 片服務器 CPU），則 2020 年中 國桌面 CPU 市場出貨量約 5000 萬片，服務器 CPU 市場出貨量約 700 萬片。
Intel 和 AMD 兩大巨頭壟斷全球 CPU 市場。X86 為當前全球信息化類 CPU 的主流架 構(gòu)，根據(jù) Mercury Research 數(shù)據(jù) 2021 年 Q3 全球 PC 和服務器中，X86 占比超過 90%。 Intel 和 AMD 作為全球信息化類 CPU 中的兩大巨頭，在 2021 年 Q4，Intel 占據(jù)全球 X86 總體市場的 74%，AMD 占比為 26%。2021 年兩大 CPU 巨頭 Intel 和 AMD 營收合計超過 900 億美元。根據(jù)我們測算，2021 年 CPU 國產(chǎn)化率超過 10%。
自主可控不動搖，國產(chǎn)CPU行業(yè)未來可期？
目前，CPU產(chǎn)業(yè)鏈巨頭大多集中在海外，位居產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)核心，對全球CPU行業(yè)影響力較大。在設計環(huán)節(jié)，英特爾和AMD幾乎壟斷通用型CPU市場；在設備、材料、EDA/IP等環(huán)節(jié)國內(nèi)龍頭與國外龍頭差距較大，國產(chǎn)化率較低；在制造環(huán)節(jié)，目前只有臺積電和三星有5nm制程生產(chǎn)能力，但均需使用美國設備；在封測環(huán)節(jié)，目前中國臺灣、中國大陸、美國三分天下。
從當前國產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)鏈進口替代的視角來看：在設計環(huán)節(jié)，華為鯤鵬，飛騰等龍頭已躋身世界一流水平；封測環(huán)節(jié)，通富承接AMD 7nm CPU 封測，14nm及以下結(jié)點的先進制程；設備、材料、EDA/IP、制造等環(huán)節(jié)仍與國外龍頭差距較大，目前仍采用“外循環(huán)為主+內(nèi)循環(huán)為輔”的模式。
我國集成電力產(chǎn)業(yè)起步雖晚，但處于快速發(fā)展階段。2013-2020年市場規(guī)模CAGR近20%，芯片設計產(chǎn)業(yè)規(guī)模占比逐年攀升，發(fā)展質(zhì)量穩(wěn)步提高，CPU行業(yè)更是未來發(fā)展可期。
一方面，長期以來，我國對海外IT產(chǎn)品的依賴度較高，疊加美國長期以來對我國芯片產(chǎn)業(yè)打壓嚴重，為保證信息安全，IT信創(chuàng)建設勢在必行。另一方面，在“算力時代”，數(shù)字經(jīng)濟蓬勃發(fā)展下數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，數(shù)據(jù)價值凸顯，從數(shù)據(jù)的產(chǎn)生到數(shù)據(jù)的傳輸、再到計算、處理，都離不開計算芯片，更離不開CPU處理器?！皵?shù)據(jù)要素市場”、“東數(shù)西算”將為我國CPU產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供廣闊市場空間。
從全球CPU競爭格局來看，集成電路產(chǎn)業(yè)頭部效應較為明顯，少數(shù)領(lǐng)軍企業(yè)占據(jù)市場主導地位。其中Intel和AMD領(lǐng)跑全球CPU市場。2021年在x86領(lǐng)域，Intel市占率為76.65%，仍占據(jù)主導態(tài)勢。在非x86領(lǐng)域，ARM以低能耗、高效率、發(fā)展時間長的優(yōu)勢占據(jù)移動終端市場主導地位，市占率達到43.2%，呈現(xiàn)雙寡頭壟斷格局。自主可控大背景下，機構(gòu)建議可以關(guān)注國內(nèi)具備生態(tài)和性能優(yōu)勢的國產(chǎn)CPU廠商。
一種邏輯，三種路線
當前，國內(nèi)六大CPU廠商，均通過引入國外指令集的模式，進行CPU設計研發(fā)。其中，華為鯤鵬、飛騰采用ARMv8架構(gòu)；海光、兆芯采用x86架構(gòu)；龍芯、申威早期采用了MIPS、Alpha架構(gòu)，后期在保留原始架構(gòu)核心的基礎上，延展了LoongArch架構(gòu)與SW-64架構(gòu)。
一種邏輯：不難發(fā)現(xiàn)，六大CPU廠商均不約而同的選擇了采用國外指令集的發(fā)展模式。這是因為指令集是芯片與軟件之間的“翻譯官”，其核心價值體現(xiàn)在芯片路線對應軟件生態(tài)的豐富度。通過引進國外指令集，獲得兼容此指令集的軟件的運行權(quán)，即獲得了此指令集的軟件生態(tài)，這也是國內(nèi)CPU廠商采用引入而不是從頭自研指令集的根本原因。即便，龍芯后期通過自研實現(xiàn)的LoongArch架構(gòu)，為做到向下兼容MIPS架構(gòu)，也保留了MIPS架構(gòu)語言體系的核心。
三種路線：常見的指令集有兩種，即復雜指令集（CISC）與精簡指令集（RISC）。從嚴格意義上來講，復雜指令集與精簡指令集并沒有高下之分，主要是在不同領(lǐng)域與方向有著不同的優(yōu)勢。當前，在CPU領(lǐng)域x86架構(gòu)與ARM架構(gòu)占據(jù)主流市場。其中，ARM架構(gòu)以低功耗、高集成的特點占領(lǐng)移動端市場，x86架構(gòu)以性能高、兼容性強、軟硬件生態(tài)豐富的特點占領(lǐng)PC及服務器市場。
回歸到國內(nèi)CPU發(fā)展來看，當前六大CPU廠商在架構(gòu)發(fā)展上主要采用了以下模式：
第一種，基于ARM路線。華為鯤鵬和飛騰獲得了ARMv8架構(gòu)的授權(quán)，但基于ARM的版本授權(quán)方式，其迭代發(fā)展頗受限制。如不能持續(xù)購買到ARM最新架構(gòu)版本，則無法實現(xiàn)迭代升級。又礙于ARM的知識產(chǎn)權(quán)保護規(guī)則，自主升級實現(xiàn)新版功能也會陷入侵權(quán)困局。
第二種，基于x86路線。海光從AMD獲得了x86架構(gòu)的永久授權(quán)，受益于x86交叉授權(quán)模式，迭代自由度高。兆芯通過收購臺灣威盛獲得了intel公司X86技術(shù)階段性授權(quán)，不過授權(quán)已于2018年到期，后續(xù)沒有再簽訂相關(guān)協(xié)議。
第三種，基于“授權(quán)+自研”路線。龍芯從MIPS公司獲得了 MIPS32 和 MIPS64 架構(gòu)的授權(quán)，后續(xù)自研形成LoongArch架構(gòu)。申威的核心技術(shù)則是來源于DEC的Alpha 21164，后續(xù)也在此基礎上延展了SW-64架構(gòu)。不過，為了做到對此前軟件生態(tài)的復用，兩大廠商在延展新架構(gòu)時，都保留了原有引進架構(gòu)的核心內(nèi)容。
第四種架構(gòu)興起
新的技術(shù)趨勢是，ARM 和 RISC-V 都在往更高性能的市場發(fā)展，ARM CPU 走進數(shù)據(jù)中心服務器，蘋果也自研了 ARM 架構(gòu)的個人電腦處理器 M 系列；也開始有些團隊嘗試基于 RISC-V 設計更高性能的 CPU，把它用到手機和數(shù)據(jù)中心服務器上，如參與蘋果 A 系列、AMD Zen 架構(gòu)設計的知名芯片工程師 Jim Keller 就已投身 RISC-V 通用 CPU 創(chuàng)業(yè)。藍芯算力選擇的也是這個方向，希望基于 RISC-V 設計數(shù)據(jù)中心服務器 CPU。
2022 年出現(xiàn)過一輪 ARM 架構(gòu) CPU 創(chuàng)業(yè)潮。這之前，阿里平頭哥推出國產(chǎn) ARM 架構(gòu)服務器 CPU，平頭哥的一些技術(shù)人才此后陸續(xù)出走創(chuàng)業(yè)。
ARM 架構(gòu)由英國公司 Arm 開發(fā)并掌握 IP（知識產(chǎn)權(quán)），RISC-V 則是一個開源和免費的指令集，可以被自由地用于商業(yè)目的，任何人都能基于 RISC-V 設計、制造和銷售芯片，不受單一國家或公司制約，無需支付 IP 授權(quán)費用。
RISC-V 基金會在 2019 年將總部注冊地從美國遷往中立國家瑞士，以確保全球的大學、政府和公司能免去地緣政治顧慮，繼續(xù)為 RISC-V 開源社區(qū)貢獻。
開源的 RISC-V 在謀求更多自主性的中國半導體產(chǎn)業(yè)界備受關(guān)注。2018 年，中科院計算所牽頭成立中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟。據(jù) RISC-V 基金會數(shù)據(jù)，截至 2022 年底，RISC-V 芯片全球出貨量已達 100 億顆，其中約 50% 由中國公司設計。
有芯片投資人認為，RISC-V 現(xiàn)階段還是更適合做物聯(lián)網(wǎng)芯片?！耙龊么笏懔π酒诵牟皇羌軜?gòu)開源與否，而是生態(tài)。另起爐灶的架構(gòu)短期內(nèi)難以形成競爭力?！?這位投資人說。Jim Keller 今年 6 月接受 EE Times 采訪時則說：“如果你走向開源，你就沒法回到過去的條條框框了。我認為 RSIC-V 是未來會獲勝的架構(gòu)?！?/span>
