国产CPU的生态大考:有人刚起步,有人开新局

国产CPU的生态大考:有人刚起步,有人开新局
2023年05月12日 15:30 半导体圈

经过多年努力,国产CPU的性能已经接近甚至追平国际主流水平,像龙芯性能已追上几年前的Intel至强、海光三号与AMD Zen3架构的EPYC已是同时代的产品。这毫无疑问是国产CPU厂商持续研发投入的成果。

但CPU作为计算机的核心,性能达到主流标准只是第一步。能否建立起软硬件配套,构建自己的商业生态,并进而形成商业生态发展与产品性能提升相互促进的飞轮效应,才真正决定CPU厂商市场地位,这也是国产CPU厂商面临的真正考验。

围绕CPU的商业生态有天然的垄断性,一旦形成生态,先发者的规模优势难以超越,因此,速度是竞争的关键。而当前国产CPU厂商中,有的刚刚开始生态建设,有的已经开始了新的布局,这可能直接影响未来的市场格局。

飞轮效应决定CPU厂商的市场地位

CPU是计算机的计算核心,但只有CPU,计算机也没有任何用处。一款CPU能发挥其性能,需要硬件、操作系统、软件、网络等各方面完成适配,形成一套完成的生态,CPU才能发挥其强大作用,因此性能指标不代表CPU必然取得市场上的成功。

而形成适配的关键,是硬件、操作系统、软件等各个环节的厂商,是否愿意基于CPU的指令集进行配套开发。指令集可以理解为是CPU定义的工作语言,只有语言统一,计算机各种硬件和软件才能协同工作。

而各开发厂商支持哪种指令集,则与CPU的市场规模有关。市场规模越大,应用越广泛,越能摊薄开发成本,而最初决定CPU市场规模的,则是CPU的性能。一款CPU的性能越强,选择这款CPU的用户越多,则市场规模越大,进而愿意支持这款CPU开发相应配套硬件和软件的厂商也越多,而配套越成熟,使用这款CPU的计算机越容易获得更多用户,从而进一步扩大市场规模。

而更大的市场规模,又使得CPU企业能够投入更多的研发成本,提升CPU的性能和市场竞争力,又再次吸引用户,扩大市场规模,又吸引越来越多的企业加入这款CPU配套开发的行列。

这就像说汉语的人越多,汉语的应用就越广泛,就会有更多人要学习汉语,又扩大汉语使用规模一样,CPU形成商业生态的标志,就是能形成这种自生长,自扩散的“飞轮效应“。

这种产品性能与商业生态的相互促进的“飞轮效应”,是CPU产品的商业特点,也决定了CPU厂商的市场地位。也只有建立起这种飞轮效应,CPU厂商才能形成可持续的增长,最终靠规模效应形成天然的垄断。

国产CPU厂商发力补生态短板

由于Intel所代表的x86指令集在PC和服务器市场都已经建立起自己的生态并形成主流地位,国产CPU厂商无论走哪条技术路线,都必须发力建设自己的生态。补生态短板是国产CPU厂商的大考。

走授权+自研指令集技术路线的龙芯,在生态建设上是最辛苦的。龙芯前期基于MIPS指令集开发产品,后期又在借鉴的基础上,自主开发了LoongArch架构。然而,无论MIPS还是LoongArch,都与主流指令集不兼容,都需要从头自建生态系统。

就像在大多数人说汉语普通话的环境里,龙芯坚持要说一种汉语的方言,那么龙芯只有两条路可走:第一是建立一个也说这种方言的小圈子,在小范围里活动,第二是配一个能把方言翻译成普通话的翻译。

现在,龙芯在同时走这两条路线。一方面是在特种领域和政策市场建立自己的生态,另一方面是开发转译器,兼容ARM和x86架构。前者可看出,龙芯希望从小市场走向大市场,长远来看有希望形成真正意义上的商业生态;而后者则是牺牲性能打补丁的举措,可作为短期计策。

走ARM指令集路线的鲲鹏,则需要依赖华为的云体系。对于鲲鹏而言,生态建设的阻力一方面来源于ARM指令集CPU在服务器上应用占比较低,并未形成能够自生长、自扩散的生态体系,不与主流x86兼容;另一方面来源于,鲲鹏拿不到最新的v9指令集版本,长时间停留在v8版本会逐渐与ARM生态脱节。近期也有些观点,认为既然ARM断供已成事实,长痛不如短痛,不如摒弃ARM架构,再选新路。

但从头自研实在太艰难。目前华为的路线,在于依托通讯和云计算领域的优势地位,为鲲鹏保底,并希望围绕其建立起华为主导的生态小圈子。

不过这种生态建设方式,有种拔苗助长的意味。实际上,由于市场上的排他性,鲲鹏不会单卖芯片,只卖整机和主板,希望其他厂商拿现成的解决方案帮助其开拓市场。这种方式下,生态话语权掌握在上游手中,下游集成商和整机厂商的发展权较为受限。

从小市场着手建设生态发展,这种道路没有问题,不过需要仔细做好规划,不然容易陷入细分市场的“温室舒适区”。希望龙芯、鲲鹏等,尽快转起性能与生态的飞轮,走向更广阔的天地。

既然x86生态健全,我们能借力吗?

目前,采用x86指令集的CPU是市场绝对主流。根据IDC统计数据,2022年全年,中国x86服务器市场出货量为376.81万台,预期2023年还将增长4.5%,无论市市场份额还是增速,x86指令集CPU都有明显优势。

其实国内也有在x86基础上研发的厂商,例如兆芯、海光等,因为可以直接兼容x86指令集生态而建立先发优势,更容易跑起良性循环。

其中,海光从AMD获得了 ZEN架构的完全授权和x86指令集永久授权,因x86交叉授权模式,从而规避了在基础专利和进阶专利上的限制,能够进行独立的开发和自主设计,从而可以直接利用x86指令集早已建立的软硬件生态。

而在生态方面,海光不只是借力。通过建立光合组织,看得出海光希望借市场份额优势,发力软硬件生态国产化发展,通过联合产业链上下游共同开发海光CPU产品的配套适配和解决方案。官网显示,光合组织目前已聚合3000+成员,完成5000+软件优化,15+个区域分会,20+生态适配中心,推出10000 +联合解决方案,覆盖金融、能源、电信等多个行业。

另外,海光在漏洞防御、可信计算技术、密码技术和机密计算等安全领域也发挥了一定作用。国密处理、机密计算方面,也有明显的性能优势,从而在核心关键业务场景中,可提供高安全性的算力支持。

2018年,Intel暴露出熔断漏洞和幽灵漏洞两个大漏洞,而海光因其具在x86指令集基础上独立开发相关产品,目前已经确认对熔断漏洞免疫,并快速修复了幽灵漏洞。事实上,这比Intel响应速度还快。

总之,最近几年国内CPU厂商,在技术研发上不断发力,产品性能越来越好,与国外代差也快速缩小。面对生态建设的考验,也是走出了各有千秋的道路。

但生态建设并不只是一家CPU厂商的事情,也不是仅靠技术能解决的问题。还需国内市场参与者共同努力,一起培育出枝繁叶茂的国产CPU生态。

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