我国研发CPU的战略意义

　　CPU是电子信息产品的核心，是半导体产业技术最密集、最具战略价值的产品，也是一个国家技术实力的象征。基于安全与市场利益的考虑，欧美、日、韩等集成电路强国一直致力于本国CPU的设计与研制。中国作为一个大国，发展具有自主知识产权的国产CPU是提高信息产业自主创新能力、转变经济增长方式的重要抓手和着力点。我国作为世界的重要一极，经济发展和国家安全客观要求必须发展自主可控的CPU产品和相关生态系统。

　　我国是CPU发展后进国家，发展自主可控的CPU面临错综复杂的国际形势，认清形势，选准方向是谋求CPU发展的重要前提。

　　1、 竞争形势

　　在全球通用CPU市场，呈现两家竞争、一家独大的局面。通用CPU的代表产品是Intel、AMD的x86处理器，主要应用于PC和服务器。在服务器领域，Intel占据了超过60%的市场份额，高端高可靠服务器主要由IBM占据。在PC领域，Intel和AMD两家占领了99%的市场份额，其中Intel一家的市场占有率在80%左右。在PC市场，Intel凭借Wintel联盟和多年营造的生态系统独霸市场，近十年来鲜有企业挑战Intel霸主地位成功。Power是另一种架构的通用处理器，但市场份额有限，逐渐式微，已基本退出PC市场，目前在网络、服务器和工业控制领域尚有一席之地。

　　在嵌入式CPU市场，呈现百家争鸣，日趋集中的局面。嵌入式CPU是用作SOC芯片处理器的IP核。当前国际主流嵌入式CPU以ARM、MIPS为典型代表。嵌入式CPU在移动通信终端、消费类电子、数字电视、工业控制和汽车电子等领域应用广泛。2009年基于ARM核的芯片出货量达到40亿颗，这些芯片占全球手机基带芯片95%，数码摄像机的70%。MIPS在1999年进入高性能嵌入式CPU市场领域，2009年基于MIPS架构的芯片出货约为5亿颗，主要应用领域为数字电视领域，市场占有率约为80%。

　　从竞争形势看，嵌入式CPU市场给我国留有更多的发展空间。从2000年到2009年，全球的集成电路消费市场在计算机领域下降了15%，而在消费电子、通信&网络、汽车电子等嵌入式领域增长了15%，从统计数据及主要企业的发展战略看，全球集成电路的消费已从计算机消费为主进入嵌入式产品驱动的后PC时代，这是嵌入式CPU崛起的市场基础。另外，嵌入式CPU应用领域的终端产品大多采用开放式架构，即芯片和OS软件都有多家供应商在竞争，尚未出现类似PC市场上的Wintel绑定所形成的垄断局面。

　　2、 合作形势

　　全球CPU企业主要有两种业务模式：一种是直接销售芯片;一种是内核授权或架构授权。前者以通用CPU企业Intel和AMD为代表，后者以嵌入式CPU供应商ARM和MIPS为代表。

　　嵌入式CPU供应商一般不直接生产和销售芯片，而是采用一种把CPU设计或者架构作为知识产权(Intellectual Property，IP)授权给系统芯片(System-on-Chip，SoC)设计企业，并从中收取相应版税的商业模式。例如，ARM授权CPU核心架构给苹果，再由苹果的工程师开发出适合苹果产品的系统芯片，然后在韩国三星的半导体工厂里制造，最后在中国深圳富士康的工厂里组装进iPhone和iPad，并销往全球各地。苹果每卖出一台iPhone或者iPad，ARM从中收取几美分的版权费用。这是完全有别于 Intel销售芯片产品的一种商业模式。

　　嵌入式CPU厂商对芯片设计企业的授权方式又可以分为三种，即硬核、软核和架构授权(architecture license)。

　　硬核IP是指基于特定代工线的工艺库生成的设计物理版图，在频率、功耗、面积等方面都作了充分的优化，有着较完整的预知性。硬核IP的灵活性和可移植性都较差。只能使用指定的代工厂和工艺，速度、功耗、面积等参数俱已不可改动，目前模拟IP更多的是以硬核出现。

　　软核IP一般是指可综合的电路设计，由于不涉及具体的物理实现，因此有着很好的灵活性，其性能参数在一定范围内可以进行调整。但同时也存在着性能上(比如时序、面积、功耗等方面)的不可预知性的弱点，需要SoC设计企业有着较强的后端设计能力。

　　架构授权又可称为指令集授权，指允许用户自行定义和设计CPU，但是指令集格式兼容。架构授权模式下嵌入式CPU供应商其实不需要向用户提供任何技术(不过通常情况下会提供一些文档和测试程序供用户使用)，只是一纸授权协议。具体客户的CPU设计水平如何，由用户自己的技术能力决定。目前MIPS对龙芯的授权就是此种方式。龙芯在MIPS原有的近300条指令基础上新增了500多条指令，主要包括虚拟机指令、向量指令、数字信号处理指令、媒体指令等。已经得到MIPS认可，可以把龙芯处理器支持的指令系统称为“MIPS兼容”的“龙芯指令系统”。架构授权跟软核授权是完全不同的，软核授权的最大好处是工艺和foundry可以自己移植，但是除了几个配置选项(如cache的大小通常可配)不允许做任何设计改动——改动软核只有拥有架构授权的权利才可以。架构授权从CPU规格定义开始就可以自己掌控，可以根据自己需求设计最合适的处理器。在规格、研发计划和产品路线图上都由自己决定。

　　从合作形势看，和采取架构授权业务模式的国外企业合作更有助于我国自主可控CPU的发展。

　　3、 发展形势

　　当前全球CPU的发展呈现融合互动、综合竞争、跨越创新的特点。广泛在通用市场使用的X86 CPU向嵌入式领域进军，而在嵌入式领域应用的ARM CPU则向桌面、服务器领域延伸;CPU的竞争已不单纯是CPU自身的竞争，更多的体现在适配的OS等产业生态系统的竞争上;芯片加工工艺的进步使得CPU在性能、成本、功耗等多因素的综合推动下，新架构、新理念、新形态CPU不断涌现。从发展形势看，发展自主可控的CPU应综合考虑产业生态系统的建设。同时，也要警惕ARM和Android在移动互联等嵌入式领域形成新的垄断。

　　ARM自己会辩解授权模式不会产生垄断，但是任何“买-卖”关系中一旦出现卖方市场，追求垄断利润是无可避免的，如果一个CEO说他不准备这么做，那么这个CEO会被解雇，这是不以个人意愿为转移的经济规律。现在缺乏此类第三方的冷静思考，特别是针对国内行业的思考。世界上的强势芯片公司如高通、苹果，也许永远能对ARM保持强势谈判地位，但是对国内公司来说，因为只能跟风而缺乏备选方案，被垄断的苗头已经出现。每一种新兴事物、或力量、或阵营兴起之时，必定是机遇和挑战并存的，最后总是会形成新的既得利益集团和失败群体。现在的移动互联浪潮也如此。从国内行业的角度来看，我们只看到了移动互联的美好前景和迅猛发展，以及Wintel的衰落;但是没太多危机考虑，比如我们是不是会又一次在下一个5-10年成为简单的消费市场提供者，而不能扮演市场的搏击者?这是很有可能的。至少从CPU和OS角度看，有了ARM和Android的进入，下一步很可能是两家隐形结盟，即表面上Android支持多种架构的CPU,但只针对ARM核进行优化设计。如果此种预言成真，国产CPU和OS发展将面临十分不利的局面，又很可能会耽搁数年。