国产CPU技术突破之后，下一道难关在哪？

近几年，中国算力高速发展，总规模已居世界第二。算力发展的底层支撑在于芯片，如果将算力发展视为“时代淘金”，芯片厂商则相当于“卖铲子的人”。

算力基础设施建设，带动了对高端处理器旺盛需求，国产化成为关键词，国内CPU厂商在努力追赶中。但在CPU研发领域国内起步较晚，且面临着Intel、AMD等巨头垄断之势。芯片领域遵循强者恒强的规律，国内厂商从零研发一款高端处理器，将面对怎样的难点？

CPU研发三大难关，技术还不是最难的

从零研发CPU，第一关即是技术难关。

CPU技术研发的重点，在于汇编指令集与架构设计。亦如电脑计算需要CPU来指挥，CPU内的部件也需要受到指挥协调才能工作。用于协调CPU内部电路工作的命令，被称为指令，多类指令的集合被称为指令集。指令集也需要CPU硬件结构与之相适配，这种硬件结构被称为CPU架构。而CPU架构设计，首先是用硬件描述语言（HDL），表达出电路逻辑功能，不断仿真修改HDL代码直到逻辑正确之后，再用EDA工具将其转换成逻辑门电路。直到这里，才刚刚完成CPU架构的前端设计。

当前最先进的CPU，晶体管数量高达1100亿。如此精密复杂的结构，研发步骤繁杂且试错成本高昂，需要高质量人才与大量资金投入。据统计，一款CPU从设计到流片再到试产，至少需要1.3亿元成本，3年左右的时间。这还是在获得架构授权、流片一次成功的前提下。

但就算是从指令集开始，研发出一款性能世界顶尖的CPU，能不能大范围普及，还是未知数。CPU研发的第二关，即在于生态难关。

CPU发明至今50年，出现过众多指令集，唯有x86和ARM分别在商用IT市场和移动市场成为主流，而其他像是SPARC、PowerPC、Alhpa、MIPS等指令集，要么被迫开源，要不终止更新，消失在CPU发展的历史长河。

究其失败原因，没有丰富的软件生态支持，新生指令集犹如无根之木。不同的指令集，不同的CPU架构，就需要不同开发环境，由此也就形成了不同的软件生态。若没有软件应用支持，CPU性能再强也无法体现，也就没人使用。而生态建设不是一个公司、一个团队能够完成，需要一个产业链与其配合。

因此，与生态难关伴生出现的，即CPU研发第三关，商业化难关。

除了海量推广投入，围绕CPU产品打造出产业链，还需要保证有足够稳定的利润，以保持迭代研发投入，巩固技术领先优势。CPU厂商只有在产品迭代、技术研发、市场推广之间找到平衡，形成商业发展的良性循环，才能被视为存活下来。

从上可以看出，CPU研发技术层面的难度还在其次，最难点在于如何持续迭代及培育生态，构建起良性的商业发展循环。国产CPU厂商，要怎样找到突围捷径？

借势而为，主流国产CPU指令集皆来自国外

从零自研CPU最难点在于生态建设，x86与ARM主流地位建立在垄断性的生态根基上。当前国产CPU发展的突围捷径，有且只有借势而为主流指令集生态。

事实上，我国六大主流CPU厂商，兆芯、海光、鲲鹏、飞腾、龙芯、申威，其指令集技术皆来自国外，主要目的在于借势已成熟的指令集生态。

兆芯、海光选用x86架构，兼容了最广泛的x86生态，在服务器、PC领域是平替Intel、AMD的最佳选择。对于用户而言，这意味无需繁琐的编译开发工作，即可将业务数据迁移国产CPU平台，减少时间、人力成本，顺畅过渡到国内的x86体系。

鲲鹏、飞腾则选用ARM架构，一方面在于ARM架构的商业模式，厂商可在授权公版架构基础上进一步研发，从技术角度开发门槛低，成品速度快；另一方面，ARM近些年有意进军服务器市场，虽目前占比仅在7%，但上下游生态发展较为迅速。

而龙芯的LoongArch，也是基于MIPS架构借鉴而来，可直接兼容MIPS架构生态。不过MIPS架构其实早在几年前就已名存实亡，因此龙芯面临着从零建设生态的困难。一边以转译器等方式兼容主流x86生态，一边积极开拓原生应用。好在攻难克艰，生态发展稳步推进。例如，近期腾讯会议宣布已原生支持龙芯系列。

从国内主流CPU厂商的架构选择可看出，发展道路殊途同归。指令集都引自国外，生态也要兼容国外。那么问题又来了，国内以技术引进的方式寻求CPU产业突围，这样还能算是自主发展吗？

国外引进与自主并不相悖，技术可控才是关键

在国外CPU巨头先发优势下，后来者从零赶超难如登天。国内CPU技术发展道路，亦如国产高铁、大飞机“引进消化再创新”一样，国外引进与自主创新并不相悖。

在“引进消化再创新”的过程中，评判技术自主的标志在于，专利不侵权，同时不依赖国外完成差异化创新；更关键的在于可控，即产品有是否的迭代空间、技术是否有进化潜力。当前，国内称得上“自主且可控”，主要为龙芯、申威、海光、兆芯。

龙芯LoongArch架构已获得第三方专利认证，虽存在与MIPS的专利纠纷，但目前已基本解决，仅剩1条为待定事项。同时，龙芯产品经几年的发展追赶，性能基本将近2019年Intel发布的十代酷睿水平，体现出龙芯产品迭代发展的潜力，未来可期。

海光在ZEN1基础上，多年高强度持续研发投入，目前已完成对引进技术的消化吸收创新。从海光增添安全计算模块，解决漏洞堵掉后门，以及三年三款产品自主迭代可以看出，海光的确有能力、有权利动刀ZEN1内核，走出与AMD后续ZEN架构不同的道路。从而证明了海光对技术可以做到自主可控。

而鲲鹏、飞腾等国产ARM厂商，技术发展方面，更多表现为“自主但不可控”。虽然两家厂商在ARM授权架构基础上，可以自主研发出性能不错的ARM芯片；但问题在于ARM公司目前已经断供先进版本授权，这意味着掐断了国内ARM芯片的迭代发展之路。而受专利限制，国内ARM厂商也无权基于现有架构授权，自研微架构迭代。

并且随着ARM赴美上市进度加速，ARM公司卡脖子行为已实质发生。因此国产ARM技术发展，实际已做不到自主可控；国内对ARM架构的摸索，也成为一次错误尝试。

国内CPU发展的发力方向应该在于，完成引进技术的消化与创新，在国外的先进技术基础上实现自主可控。这样才能最大限度发挥后发优势，站在前人肩膀上实现后来者逆袭。