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国产化cpu架构 RISC

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【摘要】摩尔定律放缓、算力需求激增,CPU产业正在寻求新的架构突破口,全球半导体产业的竞争版图也正经历一场深刻的架构重构。

开放指令集生态的崛起与多元化技术路线的竞逐,为国产CPU架构的突围提供了前所未有的机遇。

从拥抱开源的RISC-V到自主安全的C86,中国芯片产业如何百花齐放是一个恒久的命题。

以下为正文:

01

RISC-V崛起

第五届RISC-V中国峰会上,英飞凌的演讲揭示了一个战略转折点。

这家欧洲半导体巨头在其下一代车规MCU中,首次将RISC-V作为安全控制核嵌入其中,并承担安全启动、安全状态监控、故障检测、异核隔离等关键任务,与ARM主核协同工作。

这种异构协同策略既不激进取代ARM,也不回避在汽车电子等新兴领域为RISC-V预留空间,由此,全球芯片产业架构迎来了新机遇。

后摩尔时代,算力需求爆发式增长与制程工艺进步放缓的矛盾,迫使产业寻找新突破点,芯片架构也逐渐向异构、专用化、开源化方向演进,RISC-V成为战略转型期的关键先生。

据RISC-V国际基金会数据,2024年全球基于RISC-V指令集的芯片出货量超百亿颗,其中30%应用于AI加速场景,而该基金会也已经吸引全球3000+会员,包括高通、谷歌、英伟达等科技巨头。

从技术层面来看,RISC-V具有开放、模块化、可扩展的特性,且其基础指令集仅40余条,远低于X86和ARM的千条指令量级,可有效降低芯片设计的技术门槛,便于软硬件研发工程师进行快速的研发验证。

02

C86破局

当然,RISC-V毕竟还年轻,火爆的同时,很多公司和机构也在面临交付甚至创收的压力,从原理做原型不是最难的,难的是从原型做出一个能解决实际问题的、达到可交付标准的产品。

这意味着,在更多新需求出现的当下,各个路线仍需百花齐放,共同承接市场,这方面,C86通过架构授权与自主迭代成长起来的本土潜力股,更重要的是,国产架构不仅仅需求自由度,也需求安全性、稳定性和及时性。

2016年,海光信息获得授权X86指令集永久授权与Zen微架构技术支持,在此基础上,公司可基于相关架构自由进行产品开发,并在渐进式创新的过程中逐步积累自主知识产权。

随后,海光基于自主可控的C86指令集架构,按照一到两年迭代一次的节奏,推出多代产品,每代性能均能实现有效提升,并逐步提高自主化程度。

由于C86处理器原生兼容x86指令集,天然适配主流软件生态,迁移部署无需牺牲效率和性能,可支持各类CAX工程软件、EDA、BIM、3D等专业工具场景需求,同时满足自主可控的信创要求,受到了市场的广泛关注。

今年7月,新一代海光C86处理器移动工作站及工作站首发亮相,十余家主流整机厂商共同推出数十款C86终端新品,覆盖办公、科研、工程、设计等多场景需求。

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图片来源:网络

测试结果显示,新一代移动工作站产品相较上一代单核性能提升62%,多核性能水平提升135%以上;工作站产品单核性能提升43%,多核性能提升68%,综合指标达到国际主流专业级芯片水准。

在安全层面,新一代产品延续了海光自研安全体系的优势,内置密码协处理器CCP等多项安全技术,为终端应用带来可信计算全套解决方案,不占用计算核心资源,即可实现高性能与高安全的最佳平衡,并通过安全可靠Ⅱ级认证。

2024年财报数据显示,公司营业收入91.62亿元,同比增长52.4%,净利润19.3亿元,同比增长52.87%,其中,基于C86架构的CPU产品正不断提升市场份额并带来正向回报。

技术代差是国产厂商在对标国外成熟体系时必须面对的挑战,但真正影响替代进程的决定性因素,是生态体系的建设与落地能力。

官方信息显示,C86的生态体系已进入规模化发展新阶段,“光合组织”凝聚了超5000家上下游伙伴,形成了“芯片—整机系统—软件生态—应用服务”的完整闭环。

其中,联想开天、紫光计算机、软通华方(清华同方)、中兴等厂商已共计推出数十款C86处理器移动工作站及工作站整机新品,基本覆盖终端用户从日常办公到专业创作的多样化市场需求。

滚雪球效应之下,国产CPU的替代路径正不断拓展。

03

多点开花

除RISC-V和C86架构外,国产CPU架构市场还存在多个不断崛起的力量。

举例而言,作为国内少数掌握X86-64架构核心技术的半导体厂商,兆芯也于近日发布了开先KX-7000系列处理器,搭载全新"世纪大道"微架构,助力国产CPU自主创新。

当前,国产CPU架构市场正处于多点开花的新阶段,各条路线都在通过技术迭代、生态构建与产业链协同,加速生态成熟度并不断缩短商业化进程,向传统架构巨头发起冲击。

且随着国内AI、智能汽车等领域的快速增长,在自主化与安全性的考量之下,国产CPU架构企业也迎来了更为广阔的下游市场空间。

当然,国产CPU架构与国际主流大厂的竞争仍然需求更多合力。

从产业链生态来看,芯片设计上游EDA、IP等领域仍被新思、楷登等厂商垄断,国产企业的渗透率有限,这就意味着CPU架构想要实现全方位国产化适配还有较大的提升空间。

从市场占有率来看,全球服务器CPU市场中,Intel与AMD两家厂商仍呈现领跑态势,且与后发者在技术与生态层面拉开较大差距。

总的来看,国产CPU架构在多点开花的背景下,仍需增强产品迭代与安全能力及构建产业链生态支撑能力。

04

尾声

当前,RISC-V以其开放特性在全球新兴领域快速渗透,C86通过自主兼容性优势在主流市场稳步替代,多点开花的芯片架构往往需要各家互利共赢。

面对国际巨头在技术与生态上的深厚积淀,国产架构要真正实现从“可用”、“好用”到“追赶”、“超越”,仍需在核心微架构创新、安全体系构建以及产业生态的培育上持续投入。

这场关乎芯片根基的架构之战,未到终局,但已有曙光。

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