CPU是底層硬件基礎設施中的核心，當前主流芯片架構為 ARM 和 X86，均為國外主導，芯片國產化率較低。國家啟動發展國產 CPU 的泰山計劃，863 計劃也提出自主研發 CPU。2006 年核高基專項啟動，國產 CPU領域迎來新一輪的國家支持，鯤鵬、飛騰、龍芯、兆芯、海光、申威等一批優質國產 CPU 廠商快速崛起。 ? 本文內容來自“中流擊水：六大國產CPU廠商分析（2022）”以及六大國產CPU分析。

1、國內CPU廠商概述

海光信息和兆芯采用 x86 架構 IP 內核授權模式，可基于公版 CPU 核進行優化或修改，優點是性能起點高、生態壁壘低，缺點是需要支付授權費、自主創新程度較低。海光最新一代 CPU 已接近國際同類高端產品水平，并兼容x86 指令集。 ? 鯤鵬和天津飛騰采用 ARM 指令集架構授權，可自行設計 CPU 內核和 SOC，也可擴充指令集，自主化程度相對較高。華為鯤鵬 920 處理器是業內首款 7nm 數據中心 ARM 處理器，非 X86 架構芯片中鯤鵬 920 芯片在算力維度方面優勢領先，且發展至今已經達到可以與 X86 芯片相匹配的性能。 ? 龍芯中科采用自研的 LoongArch 指令集，擁有較強的自主性和可靠性，其秉承獨立自主和開放合作的運營模式，從指令集/IP 核授權、到芯片級/主板級開發以及系統內核應用等方面對生態伙伴進行全方位的開放支持。

申威采用自研的申威 64 位指令集，重點應用于特種領域，努力實現在國防和網絡安全領域芯片的自主可控。隨著其產品技術的日益成熟，其生態也不斷趨于完善。 ? 海思、飛騰均已經獲得 ARMv8 永久授權，盡管 ARM 此前表態 ARMv9 架構不受美國出口管理條例約束，華為海思等國內CPU產商依然可獲授權，但是ARMv9不再提供永久授權，采用 ARM 架構仍有長期隱患。

RISC-V 因其相對精簡的指令集架構（ISA）以及開源寬松的 BSD 協議近年來發展較快，國內阿里平頭哥、國芯科技等企業推出了該架構相關產品。MIPS 和 ALPHA 指令架構相對小眾，對應國產 CPU 的代表性企業分別是龍芯和申威。

2、鯤鵬920處理器

鯤鵬920處理器。該芯片支持 ARMv8.2 指令集，是行業內首款 7nm數據中心 ARM 處理器，專為大數據處理以及分布式存儲等應用而設計。鯤鵬 920 采用多發射、亂序執行、優化分支預測等多種手段提升單核性能。 ? 鯤鵬920 擁有 64 個內核，集成 8 通道 DDR4，可以提供多個接口，主頻可達 2.6GHz，總內存帶寬最高可達 1.5Tb/s，支持 PCIe 4.0 及 CCIX 接口，總帶寬 640Gbps。華為 Cache一致性總線（HCCS）的 480Gbps 片間互聯支持最多四顆鯤鵬 920 互聯和最高 256 個物理核的 NUMA 架構，保證了鯤鵬 920 超強算力的高效輸出。此外，在 Memory 子系統上也進行了大量的優化，采用當前典型的 3 級 Cache 的架構，對 Cache 大小以及延時進行了優化設計。

鯤鵬 920 不同核心下與競品芯片的對比，其在 48 核的時候，整數打平 intel 至強 8180，功耗低 20%。而 64 核心的鯤鵬 920，則比過 intel至強 8180 33%左右。其中至強 8180 是 intel 用于服務器的旗艦芯片，采用 28 核心，2.5GHz 頻率，廣泛應用于 X86 服務器中。

3、飛騰處理器

飛騰對高性能服務器 CPU、高效能桌面 CPU、高端嵌入式 CPU 三條產業線進行了全面的品牌升級。高性能服務器CPU產品線統一以飛騰騰云S系列進行命名，高性能桌面 CPU 產品線以飛騰騰銳 D 系列進行命名，高端嵌入式 CPU 產品線統一以飛騰騰瓏 E 系列進行命名，提供定制化、契合各行各業嵌入式應用的解決方案。

PKS 體系最早由飛騰 CPU（Phytium）和麒麟操作系統（Kylin）的“PK 體系”發展而來。依托飛騰全新的硬件級安全機制，以相關可信技術為支撐，PK 體系融合“S-Security”的立體防護安全鏈，升級為 PKS體系，并全球首創將“可信計算 3.0”技術融入到 CPU、操作系統和存儲控制器中，實現底層構架的本質安全，并成為國內首個計算機軟硬件基礎體系標準。

4、海光處理器

海光信息與 AMD 公司合作密切，授權海光微電子 x86 指令集和Zen 架構，AMD 獲得 2.93 億美元的授權費。海光集成電路購買海光微電子的 IP 授權，以此為基礎開發 CPU。海光集成電路與海光微電子的股權結構保證了公司在規避了英特爾的 x86 授權限制的同時，又使得海光 x86 CPU 成為內資公司開發的產品，滿足了國家產業政策和創新的需求。

基于 AMD Zen1 架構，產品性能起點較高。選取 Intel 在 2020 年（與海光7285 同期）發布的 6 款至強鉑金系列產品（能夠反映 Intel 2020 年發布的主流 CPU產品的性能）與海光 7285 進行性能對比可以發現，在典型場景下，公司最新一代 CPU相關產品均已接近國際同類高端產品水平。

5、兆芯“開先、開勝”處理器

兆芯自主研發的通用處理器產品涵蓋“開先”、“開勝”兩大系列，具備良好的操作系統和軟硬件兼容性，生態體系成熟，支持構建臺式機、筆記本、一體機、云終端等多種類型的桌面整機以及服務器、存儲等產品。此外，在嵌入式領域，也已經有不同規格基于兆芯通用處理器的工業主板、模塊化電腦、工業整機、Box PC、工業級服務器、網絡安全平臺等產品陸續推出。

開先 KX-6000/開勝 KH-30000 系列處理器是業內第一款完整集成 CPU、GPU、芯片組的SoC 單芯片國產通用處理器，這為整機系統的開發提供了較大的便利條件，同時也更利于控制成本。 ? 通過 KX-6000 系列處理器橫向對比，8 核心的 KX-U6780A 產品性能與第七代的 4 核心英特爾 i5 整體水平仍存在差距，尤其是單核性能不足 7 代 i5 一半，但整數性能方面對英特爾 i5 實現了反超。

6、龍芯LoongISA 指令系統

龍芯中科采用自主LoongISA 指令系統，兼容 MIPS 指令，所有 IP 模塊皆為自主設計，擁有片內安全機制，可信性高。龍芯處理器以 32 位核 64 位單核及多核 CPU/SOC 為主，主要面向高端嵌入式、個人電腦、服務器和高性能機等應用。2002 年 8 月誕生的“龍芯一號”是我國首枚擁有自主知識產權的通用高性能微處理芯片。 ? 龍芯 1 號系列為低功耗、低成本的專用嵌入式 SoC 或MCU 處理器；龍芯 2 號系列為低功耗通用處理器，采用單芯片 SoC 設計，應用場景面向工業控制與終端等領域；龍芯 3 號系列為高性能通用處理器，通常集成 4 個及以上 64 位高性能處理器核，與橋片配套使用，應用場景面向桌面和服務器等信息化領域，對標 Intel的酷睿/至強系列。

LoongArch 具有較強的擴展性和自主性。LoongArch 包括基礎架構部分和向量指令、虛擬化、二進制翻譯等擴展部分近 2000 條指令，具有較好的擴展性。自主性方面，LoongArch 指令系統從整個架構的頂層規劃，到各部分的功能定義，再到每條指令的編碼、名稱、含義，都進行了自主設計，具有充分的自主可靠性。

基于自主指令系統（LoongArch）的 3A5000/3B5000 是龍芯當前重點發展產品。龍芯3A5000/3B5000 是面向個人計算機、服務器等信息化領域的通用處理器，基于龍芯自主指令系統（LoongArch）的 LA464 微結構，并進一步提升頻率，降低功耗，優化性能。

從 3A5000 在 SPEC CPU 2006 BASE 性能測試中的表現來看，龍芯 3A5000 單核定點為25.1 分，單核浮點為 26 分。相比 intel i5 9500 六核 14nm 的確有不小的差距，但單核定點與國產 ARM V8 四核 7nm 處理器不相上下，單核浮點略優于國產 ARM V8 四核 7nm 處理器。龍芯 3A5000 對比國產 ARM V8 八核 14nm 處理器的單核定點則高出近 10 分，單核浮點則高出近一倍。多線程測試中，intel i5 9500 六核 14nm 處理器依然表現最佳，而龍芯 3A5000 的多核定點與多核浮點均高于國產 ARM V8 四核 7nm處理器，由于國產 ARM V8 八核 14nm 處理器核心數量上具有一定的優勢，因此定點和浮點的分數要高于龍芯 3A5000 和國產 ARM V8 四核 7nm 處理器。

7、申威Alpha 指令處理器

申威處理器以 Alpha 指令集為基礎進行拓展，高度自主可控。Alpha 指令集由美國 DEC公司研制，主要用于 64 位的 RISC 微處理器。 ? 江南計算所基于原來的 Alpha 指令集，開發出了更多的自主知識產權的指令集，并研制了申威指令系統，推出了申威處理器。申威處理器是在國家"核高基"重大專項支持下，由上海高性能集成電路中心研制的全國產處理器。首顆申威處理器代號“SW-1”,于 2006 年研制成功，“SW-1”基于 DEC公司 Alpha 架構，130nm 制程，主頻為 900MHz。

申威在研發出第一代基于 Alpha 指令集的 CPU 后，將指令集替換為自研的自主可控申威 64 位指令集，完全區別于原有 Alpha 指令集。申威處理器專注于高性能計算，尤其是在服務器領域，浮點運算算力與同期外國處理器相當。申威 SW26010 是中國首個采用國產自研架構且性能強大的計算機芯片。

申威 26010 處理器的峰值性能大于每秒 12.5 萬萬億次浮點運算結果，峰值速度、持續性能、性能功耗比排在世界前列。 ? 2016 年，搭載了 40960 顆申威 SW26010 并運行國產操作系統神威睿思的神威太湖之光獲得全球超級計算機第一名，神威太湖之光峰值計算速度達每秒 12.54 億億次，是全球首臺峰值計算速度超過十億億次的超級計算機，持續性能為每秒 9.3 億億次，軟件硬件并行，均為申威自主設計。

申威 8A 芯片采用最新的第四代申威處理器核心（簡稱 Core4）。Core4 核心繼續采用超標量流水線結構，支持亂序發射、亂序執行、推測執行，并首次采用 SMT 技術，支持每個核心同時運行兩個線程。申威 831 相比上一代 4 核 CPU 申威 421 在功耗相當的前提下，性能提升 2 倍以上，下一代產品申威 4E 相比申威 831 性能再提升 50%以上，與 Intel 中端桌面處理器相當；申威下一代服務器產品威鑫 8A 與 Intel 中端服務器處理器相當。 ? ?

編輯：黃飛

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