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CPU市场,正酝酿变局

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CPU市场,正酝酿变局

半导体产业纵横 2023-12-07 07:36:00 2687
那么从全球市场来看,中国CPU如今扮演者什么样的角色以及未来的发展前景如何?

11月28日,国产CPU厂商龙芯中科正式发布了基于龙架构的新一代四核处理器——龙芯3A6000。这款处理器采用我国自主设计的指令系统和架构,无需依赖任何国外授权技术,是我国自主研发的新一代通用处理器,可运行多种类的跨平台应用,满足各类大型复杂桌面应用场景。

据介绍,3A6000对标英特尔第十代酷睿处理器,采用四大核、四小核设计,基于LA664处理器核,单核定/浮点性能分别提升60%和90%,多核定/浮点性能分别提升100%和90%。新一代国产CPU的推出,也标志着我国自主研发的CPU达到了新的高度。

那么从全球市场来看,中国CPU如今扮演者什么样的角色以及未来的发展前景如何?在探究这些之前首先要了解当今的市场格局。

1、CPU两巨头的渊源

CPU作为计算机设备的运算和控制核心,负责指令读取、译码与执行,其研发门槛高、生态构建难。X86架构和ARM架构是两种主流的CPU架构,X86架构占据绝大多数的市场份额,由英特尔、AMD两大巨头领跑,英特尔凭借至强系列市场份额维持在 60%以上,AMD 的市场份额也在持续提升。

英特尔和AMD之间的竞争可以追溯到半个多世纪前。

1974年,英特尔推出8080处理器,AMD看到了微处理器市场的巨大潜力,决定着力研制并成功成为英特尔的第二供应商。随后,AMD的发展势头越发强劲,工艺和产能都得到了很大提升。它的崛起引起了英特尔的警觉,当英特尔推出8086处理器时,迟迟不肯授权给AMD。IBM扮演着促成英特尔与AMD合作的关键角色,迫使英特尔重新授予AMD第二供应商的地位。1984年,AMD的销售额达到了11亿美元。

80年代中后期,两家开始分道扬镳。1987年,英特尔单方面结束了与AMD在5年前签订的技术交流协议,停止向AMD公司授权386(指Intel 80386系列芯片)技术,AMD与英特尔开启了长达五年的官司斗争,最后AMD胜诉,也因此错过了PC发展的黄金时代。

与英特尔决裂后,AMD果断决策,加大了自己的研发投入。自此开始产品快速迭代,侵蚀英特尔的市场份额。2006年是一个临界点,为了进一步增强自己的技术实力,AMD 花费54亿美金收购了显卡巨头ATI,成为全球*一个同时拥有CPU与GPU研发能力的芯片公司,但是AMD也为此付出了巨大代价,桌面和移动市场更是节节败退,也就是从这一年开始,AMD开始在工艺上全面落后英特尔,与英伟达的竞争也处于下风,从此英特尔在高端处理器市场,就一直处于*地位。

2017年AMD再一次冲锋。AMD的CEO苏姿丰在发布会上说:“今天是个大日子,不论你是PC游戏玩家还是内存创造者,只要你需要高性能处理器,AMD都可以满足你。”发言之后,从口袋里掏出*款主流八核心的锐龙处理器,i7主流旗舰的价格,i7*的性能。自此AMD再一次踏上与英特尔瓜分天下的征程,市占率稳步提升。

时至今日,CPU市场又发生了诸多变革,在一系列变革的影响下,往日一家独秀的格局不知还会延续多久。

2、AMD攻上数据中心擂台

根据独立半导体分析师 Sravan Kundojjala 发布数据显示,2022年Q1-2023年Q1,英特尔在X86 PC市场市占率分别为81.4%、78.1%、88.9%、87.2%、89.5%,AMD在2022年Q1-2023年Q1的X86 PC市场市占率分别为18.6%、21.9%、11.1%、12.8%、10.5%。

在X86 PC市场,英特尔一直保持着强势的地位,哪怕是市占率*的一个季度,该数值也有78.1%,AMD反而是自2022年Q2达到21.9%的最高点后下滑严重。

在X86数据中心市场,2022年Q1-2023年Q1,英特尔的市占率分别为82.6%、75.8%、72.4%、69.7%、74.2%;AMD的市占率分别为17.4%、24.2%、27.6%、30.3%、25.8%。

可以看到,在X86数据中心市场上,英特尔的市占率下滑较为明显,AMD凭借其不断增加的产品组合市占迅速增长,从2022年Q1的17.4%增长至2023年Q1的25.8%,增长了8.4%。

过去一年,对AMD来说是突破性的年份,其市场份额增长迅速。据市场研究机构Mercury Research最新公布的数据显示,AMD 在 2023 年第三季度的出货量份额为 23.3%,同比增长5.8%,环比增长4.7%,收入份额也环比大幅增长 4.4%,同比增长 1.7%。这种增长可能归因于 AMD 最新的第四代 EPYC 处理器的高度受欢迎,该处理器是 AMD 第三季度*的数据中心产品,因为主要云提供商将其用于内部工作负载和公共实例。

如今AMD 正在成为数据中心基于 x86 CPU 的主导力量,越来越多地被云提供商和服务器公司采用。不过,虽然近年来AMD锐龙势头迅猛,但毕竟英特尔在此之前有着长达10年以上的**优势,英特尔这棵大树绝非轻易可以撼动的。

除了英特尔和AMD之外,在CPU市场的另一极,一个新的参赛选手正在博得越来越多的关注,那就是国产CPU。

3、国产CPU正迎头赶上

中国是全球*的芯片消耗国,在最近几年需求迫切以及供应环境动荡等背景的推动下,中国正涌现不少优秀的CPU处理器芯片后备军,包括龙芯、兆芯、华为鲲鹏、海光、飞腾和申威。

其中,华为鲲鹏是华为计算产业的主力芯片之一,包括服务器和PC处理器。它基于ARM V8架构,处理器核、微架构和芯片均由华为自主研发设计。

飞腾也是以ARM指令集为基础自研内核构架。目前其已形成了完善的CPU产品线,在党政信创市场占有很大优势,主要应用场景有桌面和服务器等。

兆芯和海光则分别采用X86架构。海光使用的是AMD授权的X86架构,此后海光基于*授权的x86架构不断进行自我研发,迭代升级,主攻服务器芯片。

兆芯使用的是英特尔授权的X86架构,个人PC和服务器都有涉及。架构来源的不同给海光和兆芯这两家的应用导向也带来了一定影响,比如:海光未获得桌面产品授权,而兆芯可以做到安装Windows。

龙芯中科是目前中国CPU企业中自主程度最高的企业之一,现已构建了面向嵌入式专门应用的龙芯1号、面向工控和终端类应用的龙芯2号、面向桌面/服务器类应用的龙芯3号系列处理器及配套桥片的完整产品矩阵。根据龙芯2022年底透露的消息,该公司的竞争优势目前还是在工控业务领域。与此同时,龙芯也在布局服务器CPU。

申威则主要用于超级计算机。目前在神威、太湖之光中使用的就是SW26010芯片。

在中国服务器市场,国产CPU厂商占据的份额逐步扩大。IDC报告显示,2022年国产服务器领域,海光信息以一己之力占据行业半壁江山,并超出第二名13.7%的市场份额。根据海光信息发布的三季度财报显示,海光信息前三季度净利同比高增38%。以下是具体营收:2023年前三季度营收约39.43亿元,同比增加3.22%;归母净利润约9.02亿元,同比增加38.27%。其中,第三季度营收13.33亿元,同比增长3.3%,第三季度归母净利润2.24亿元,同比上涨27.23%。

接下来,随着信创项目的大面积铺开,信创产业也随之出现了一个现象级的风口,将创造一个万亿元级别的市场,也将极大地带动国内CPU厂商的快速发展。彼时龙芯、海光、鲲鹏等国产CPU厂商将带给市场怎样的惊喜,我们拭目以待。

4、基于Arm架构的CPU混战

随着时间的推移,基于ARM架构处理器的市场增长正逐渐加速。目前,苹果的Mac电脑对ARM架构处理器的市场增长贡献*。 根据最新的数据,ARM架构的PC处理器在苹果的M系列芯片推动下,已经占据了个人电脑处理器市场份额的13.3%,高于去年的10.3%。 而在2020年,基于ARM架构的PC处理器仅占市场份额的1.4%。

除了苹果,高通、英伟达和AMD等公司也都在开发基于ARM架构的PC处理器。

据悉,英伟达正在采用Arm的技术,设计一款可运行微软Windows操作系统的中央处理器。 此外,AMD也计划研发基于Arm技术的PC处理器,预计最快将于2025年上市。

微软高管也注意到了苹果基于Arm架构芯片的效率,包括处理人工智能任务的能力,并希望在自家的Windows操作系统上获得类似的性能。 2016年,微软曾委托高通带头将Windows操作系统迁移到Arm的底层处理器架构上,微软授予高通在2024年之前*开发与Windows兼容的芯片。

ARM架构处理器在移动设备上具有显著的能耗优势,因此可能会成为越来越多厂商选择布局具备较高AI处理性能和低能耗PC处理芯片的重要因素。 对于英特尔来说,要想在未来的市场竞争中立于不败之地,必须加快技术研发步伐,推出更加优秀的产品来满足市场需求。

5、RISC-V 挑战 CPU市场

RISC-V是一种简单、开放、免费的全新指令集架构。RISC-V*的特点是“开放”,它的开放性允许它可以自由地被用于任何目的、允许任何人设计、制造和销售基于RISC-V的芯片或软件,这种开放性,在处理器领域是彻底的*次。

RISC-V这种开放架构的诞生可以说是时代发展的必然。RISC-V生态体系正在全球范围内快速崛起,成为半导体产业及物联网、边缘计算等新兴应用领域的重要创新焦点。

RISC-V 是继 x86、Arm 之后的第三大 CPU 架构。目前至少有 300 多家单位加入,包括阿里、谷歌、华为、三星、英伟达、高通、联发科、中科院计算所等。

RISC-V 开放式架构自2014 年8 月推出以来,已获显著进步。采用RISC-V 架构的芯片出货超过10 亿颗,预估到2030 年有160 亿颗RISC-V 架构芯片出货。在近日的RISC-V 论坛上,RISC-V International 执行长Calista Redmond 表示,预测未来几年RISC-V 采用率将以40% 年复合成长率成长,到2030 年,RISC-V 架构芯片出货160 亿颗,这比至今约10 亿颗出货量大幅成长。

中国工程院院士倪光南说:“可以毫不夸张地说,今天RISC-V是中国CPU领域*的架构,中国芯片产业和整个芯片生态将会越来越多地聚焦于RISC-V架构,中国的巨大市场将成为支撑RISC-V的重要基地。”

RISC-V 为何如此适合中国市场?

首先,RISC-V架构采用开源模式,具有设计精简、易于移植、可扩展、模块化、可定制等特点,十分适合新一代信息技术领域“需求定义软件,软件定义硬件”的定制化趋势,而中国在这方面具备超大规模市场优势,可以为RISC-V生态建设提供坚实支撑。

其次,与X86和ARM这两大成熟架构相比,RISC-V架构具备显著的后发优势。计算机架构经过多年演进,更趋于成熟,许多问题已被研究透彻,作为后来者的RISC-V架构可以自然而然的加以规避。同时,没有向后兼容的历史包袱。直观地说,X86和ARM架构的指令多达数千条,而RISC-V架构仅需100余条指令。此外,简洁的架构方案还可有效减少错误发生,要知道CPU流片成本极高,减少错误的发生便可以节省不少资金投入。

最后,开源意味着自由、免费、可控。对于 RISC-V 指令集的使用,RISC-V基金会不收取高额的授权费。开源采用宽松的BSD 协议,企业可以完全自由免费使用,同时也允许企业添加自有指令集,而不必开放共享,实现差异化发展。而且不必担心某一天像X86、ARM芯片架构一样,很容易被限。

目前,中国集成电路产业在芯片制造、封装测试等环节不仅存在严重制约,而且在芯片设计环节,特别是主流CPU架构方面受制于人的问题也需加以强调。应当看到,CPU架构不仅直接影响芯片设计环节,实际上CPU架构及其引领的整个生态对IT业都有重大影响。现在多种国产CPU架构并存虽然反映了国产CPU的进展,但并非长久之计,也不能改变主流CPU被x86和ARM两种架构垄断的局面。如能聚焦于开源RISC-V发展主流CPU,既有助于集中资源、降低内耗,也能打破x86和ARM两种架构的垄断,满足构建国内国际双循环新发展格局的需要。

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