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国产PC及服务器CPU,突围可能性有多大?

出处:www.sun1860.com  分类:资讯中心  发布:2018/7/7 11:21:36  阅读:(50)
摘要:为了使不同年代的CPU性能具有可比性,测试过程中选取了同样的显卡和Win7操作系统,由于不同年份的CPU管脚及接口存在差别,在测试过程中为不同CPU配置了对应年代的主流高端主板和内存。

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CPU发展速度放缓

全球PC出货量已经开始负增长

1981年,IBM推出革命性的个人电脑产品Model5150,人类开始进入PC时代。此后的三十多年里,PC逐渐走进普通人家庭,推动了PC互联网的大发展。

2011年,全球PC销量达到创纪录的3.65亿台。在随后的几年中,随着移动互联网的兴趣,手机和平板销量的提升,PC销量开始下滑。

从2012开始,全球PC销量呈现逐渐下滑态势,全球PC产业已经处于衰退期。

在PC产业下滑的背景下,作为PC及服务器CPU行业的龙头,英特尔首当其冲。

2016年4月,英特尔宣布裁员1.2万人,占员工总数的11%,成为英特尔有史以来波及员工人数最多的一次裁员。

CPU单核性能提升速度放缓

近几年,尽管英特尔公司不承认摩尔定律失效,但CPU性能的增长速度放缓已经是不争的事实。

电脑硬件评测团队LinusTechTips选取了2006-2016年期间英特尔的旗舰CPU进行对比。

为了使不同年代的CPU性能具有可比性,测试过程中选取了同样的显卡和Win7操作系统,由于不同年份的CPU管脚及接口存在差别,在测试过程中为不同CPU配置了对应年代的主流高端主板和内存。

在多线程CPUMark跑分中,越新的CPU展现出越强的性能,毕竟CPU的内核越来越多。2006年的PENTIUM955仅有2个内核,而2016年的6950X达到了十个内核。

但从单线程的测试来看,2016年的6950X的单线程跑分居然输给了2011年的几款CPU,表明单核性能的提升速度明显放缓。

测试结果显示,虽然每一代芯片的性能都比上一代强,但性能提升的速度在逐步下降。即CPU整体性能的提升,主要靠的是内核的增多。

在价格上,2006-2016年,旗舰CPU的价格基本稳定在1,000美金左右,但2016年6950X定价却高达1,723美金,2017年的旗舰机7980XE售价甚至达到1,999美金。

定价的变化在一定程度上表明成本的下降也遇到瓶颈。

LinusTechTips的实验结果显示,英特尔旗舰CPU性能的增长已经由单核性能提升转向内核数量的提升,单核性能的提升速度逐步放缓。

这意味着CPU的制造过程中,进一步缩小工艺制程变得越来越难,成本也越来越高。

专利网和软硬件生态构筑高壁垒,中国厂商参与竞争机会渺茫

CPU发展历史悠久,技术壁垒极高

提起CPU,不得不提到英特尔。1971年,英特尔推出世界上第一款商用计算机微处理器4004,作为划时代的产品,4004集成了2250个晶体管,晶体管之间的距离是10微米,能够处理4bit的数据,每秒运算6万次,主频0.74MHz,运行的频率为108KHz。

“摩尔定律”的提出者、英特尔创始人之一戈登·摩尔将4004称之为“人类历史上最具革新性的产品之一”。

1978年,英特尔发布的第一款16位微处理器8086,同时也是x86架构的鼻祖。

随后于1979年,又推出了Intel8088。IBMPC采用了8088微处理器,带领人类进入PC时代。

1993年,英特尔开始推出奔腾系列处理器,极大地提升了CPU的新能。2006年,英特尔推出双核酷睿处理器,英特尔的CPU开始进入酷睿时代。

自第一代处理器4004推出至今,CPU的复杂度越来越高,制造工艺越来越先进,行业的技术壁垒一直在提升。

2017年5月,英特尔发布旗舰处理器酷睿i9-7980XE。酷睿i9-7980XE核心代号Skylake-X,采用14nm工艺制造,TDP功耗达165W,18核36线程设计,基础频率为2.6GHz,TurboBoostMax3.0技术可以让单核心频率最高达到4.4GHz。

专利网构成很难逾越的障碍

1978年6月8日,英特尔推出第一代x86架构微处理器8086,至今已经接近40年。在过去的几十年里,英特尔投入了巨额的研发费用。

以2017年为例,英特尔的研发投入高达130.98亿美金。在多年的持续投入中,英特尔申请了大量专利。截止2015年,英特尔在x86指令集上的专利超过1,600个。

在历史上,每当竞争对手站出来挑战英特尔的技术或者市场地位时,英特尔往往采用专利武器进行打压。

Cyrix、VIA等曾经辉煌一时的挑战者,均倒在英特尔的专利大棒和市场地位下。AMD虽然凭借其较强的技术实力在与英特尔的专利战中不落下风,但由于受英特尔的排挤,曾长期处于亏损状态。

Wintel联盟主导的软硬件生态形成很深的护城河英特尔和微软的合作被称为Wintel联盟,两家公司在新产品的发布上紧密合作,以发挥硬件和软件的最大性能。

Wintel联盟主导着全球PC市场,在全球PC产业形成了双寡头垄断的格局,打造了PC及服务器市场的生态系统。

Wintel联盟在一定程度上推动了PC产业的高速发展,使得新产品的推出日新月异。但另一方面,Wintel联盟接近垄断了CPU和操作系统市场,提升了CPU和操作系统的进入门槛,阻碍了这两个领域的创新。

▌正面追赶虽难,但实现部分CPU自主可控的机会已来临

ARM的开放生态降低了CPU细节不透明的风险

在PC及服务器领域,英特尔的CPU占据统治地位。英特尔的x86架构CPU虽然性能强,但功耗和成本较高。

ARM处理器凭借着体积小、低功耗、低成本、高性能在嵌入式系统、移动设备中取得了巨大的成功。目前,使用ARM架构的芯片无处不在。

智能手机、智能电视、可穿戴设备、移动基站、医疗器械、智能驾驶以及物联网等其他科技领域,ARM均有涉猎。在智能手机市场,几乎所有的品牌,其手机处理器芯片均采用ARM架构或者支持ARM指令集。

英特尔是以IDM(IntegratedDeviceManufacture,集成器件制造)模式运营。即从设计,到制造、封装测试以及投向消费市场一条龙服务。

因此,英特尔对外出售CPU芯片不提供其底层技术细节,类似于一个不透明的黑箱子,客户无法看到底层设计源代码。而ARM只设计芯片架构,再将技术授权给其他半导体制造商,本身并不生产芯片。

ARM有多种授权方式,其中软核层面的授权被广泛采用。

在该授权模式下,客户可以基于ARM处理器的源代码进行进一步的配置与开发。这一点与英特尔提供的不透明的黑箱子完全不同。

国内SoC芯片研发人员虽然不可以修改ARM处理的内核架构,但可以看到ARM处理器的底层设计细节,并在此基础上进行配置和整合;此外,由于ARM架构的先进性,中国的自主CPU架构设计人员也可以进行参考借鉴,在一定程度上少走弯路。

因此,ARM的生态大大降低了处理器不透明的风险,并且为国内CPU技术的发展培养和积累了人才队伍。

行业弱势厂商迫于竞争及盈利压力对外授权部分核心技术

AMD向海光授权x86CPU技术。

在PC处理器市场,AMD长期处于行业老二的位置。AMD在二十一世纪初曾一度辉煌,但此后的十多年中,CPU市场被Intel逐渐蚕食。

在与Intel长期的市场争夺战中,AMD节节败退,曾连续多年亏损,处境日益艰难,因此有动力通过技术转让获得新的收入来源。

2016年Q1,AMD与天津海光先进技术投资有限公司(现更名为海光信息)达成成立合资公司协议,AMD向合资公司提供裁剪后的服务器芯片技术授权,合资公司利用该技术开发的产品仅限于中国市场的服务器芯片,AMD可获得2.93亿美元许可费。

中国CPU行业发展现状及建议

国产PC及服务器CPU已经呈现多点开花的局面。

从产品线上可以分成几大阵营,主要包括自主架构阵营、x86阵营和ARM阵营。

其中,自主架构主要包括龙芯与申威;x86阵营包括上海兆芯和天津海光(中科曙光参股);ARM阵营包括飞腾(中国长城拟参股)和华芯通。

值得一提的是,国内媒体广泛报道的华为麒麟芯片是属于ARM阵营应用在移动领域。

由于篇幅限制,本篇报告我们重点介绍PC及服务器CPU领域的部分重点中国厂商(排名不分先后),移动领域CPU在本报告中暂不涉及。完整报告下载:乐晴智库网站 www.767stock.com

自主架构CPU软硬件生态已经初步建立。

前面我们已经提到,CPU的发展需要软硬件生态,没有整机厂商和软件厂商的支持,是无法形成自主架构CPU的可持续发展。

对于x86阵营的CPU,可以较好地切入成熟的Windows/Linux等生态。

对于自主架构CPU,例如龙芯和申威,目前已经初步具备了自主架构的软硬件生态。

例如,在申威的软硬件生态中,申威处理器和I/O套片等作为硬件平台,中标麒麟、深度和睿思提供系统软件;达梦、金仓、神州通用和南大通用提供数据库支持,东方通、金蝶和中创提供中间件支撑,并完成办公软件、多媒体、浏览器等应用移植,具备了日常办公、娱乐、专有业务和个人事务处理的能力。

在龙芯的生态中,已有国内的众多软件、硬件和整机厂商均参与其中,共同打造龙芯生态。

自主可控CPU的发展道路仍然漫长。

虽然中国在PC及服务器CPU发展上已经实现多点开花,并初步建立了自主可控的软硬件生态,但与国外巨头相比,各个阵营的力量仍然比较单薄。

x86阵营:以海光信息为例,虽然得到AMD的授权和支持,其CPU在综合性能上比较领先,但由于其成立时间较短,产品的稳定性有待市场检验,这需要较长时间的大规模应用来验证。

更为重要的是,国内团队对于AMD先进CPU的消化、吸收再创新需要多年时间,并且未来能否实现可持续的技术创新,能否自主扩展指令集存在一定的不确定性。

自主架构阵营:龙芯和申威虽然已经初步建立软硬件生态,但在实力上仍然弱小,无法与国外成熟的Wintel生态相抗衡,需要政府的持续支持。

ARM服务器阵营:ARM架构服务器虽然有低功耗、并发优势,但ARM单核性能相对于x86较弱。值得一提的是,ARM服务器的重要推动者高通计划放弃在这个领域的进一步投入,因此ARM服务器的前景有待进一步观察。

2018年,中兴通讯危机为国人敲响了警钟,发展自主可控芯片对于一个企业乃至国家的重要性不言而喻。

也许在未来很长一段时间,我国的自主可控软硬件生态尚不具备同Wintel竞争的实力,但至少在很大程度上可以保证国家的信息安全。更重要的是,通过这些软硬件生态的不断发展来积累技术实力,争取将来行业出现换道竞争机会的时候,我们有机会赢得战略主动。

对于进一步发展国产CPU,我们的建议主要包含以下几条:

1.坚持长期的、高强度的投入

过去,国家对国产CPU的支持缺乏持续性,不少项目一开始进行了投入,后来这个项目盈利能力没跟上来,就降低投入甚至停止投入,这样的思路被证明是错误的。

发展国产CPU产业需要持续的、高强度的投入。目前,国内自主架构CPU及配套软硬件企业的研发投入仅仅是国外巨头的零头,而CPU又是典型的资金和人才密集型行业,持续的高投入显得尤为重要。

2.均衡发展自主可控软硬件生态的各个环节

CPU是整个软硬件生态中的一环。根据木桶原理,一个硬件产品的性能由其最薄弱的一环来决定。目前,我国虽然已经初步建立自主可控的软硬件生态。

但该生态的从业人员数量、研发投入都远远比不上国外成熟体系。并且自主可控软硬件生态中,存在发展不平衡等现象,这严重制约了生态的健康可持续发展,因此需要对自主可控软硬件生态的各个环节进行投入,实现均衡发展。

3.加大对国产CPU及软硬件生态产品的采购力度

目前,重点CPU企业的产品已经在政府和部分行业中得到了应用。虽然很多产品在性能上和进口产品相比相对偏弱,但已经能够满足一般的需求,下一步应该继续加大对国产自主可控产品的应用。

2018年5月17日,中央政府采购网发布《2018-2019年中央国家机关信息类产品(硬件)和空调产品协议供货采购项目征求意见公告》,明确将国产服务器CPU,包括龙芯、申威和飞腾列入采购清单,这是一个很好的开始。

4.建立公平合理的评价和竞争机制

2006年的“汉芯事件”对国产芯片行业形成了较大的打击。我们应该建立公平合理的评价和竞争机制,减少骗补贴的行为,防止“汉芯事件”再次发生。

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