字節(jié)跳動(dòng)前負(fù)責(zé)人離職創(chuàng)業(yè)，為何選擇這條冷門(mén)賽道？
盧山畢業(yè)于清華大學(xué)，擁有波士頓大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程博士學(xué)位。在 2019 年進(jìn)入字節(jié)跳動(dòng)圣迭戈美國(guó)辦公室工作前，他先后在英特爾和高通任職，有十余年從業(yè)經(jīng)驗(yàn)。創(chuàng)立藍(lán)芯算力后，盧山已回到國(guó)內(nèi)。
CPU 市場(chǎng)規(guī)模龐大，海外寡頭壟斷
全球 CPU 市場(chǎng)較為穩(wěn)定，疫情促進(jìn)桌面 CPU 市場(chǎng)規(guī)模增加。CPU 的重要應(yīng)用領(lǐng)域包 括桌面和服務(wù)器，在桌面領(lǐng)域，2015-2018 年全球出貨量增速呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)，但 是整體出貨量依然保持在 2.6 億臺(tái)/年左右。2019 年開(kāi)始全球桌面出貨量出現(xiàn)回升，2020 年疫情催生全球“線(xiàn)上化”浪潮，全球桌面出貨量較前 5 年有較大增長(zhǎng)，達(dá)到 3.03 億 臺(tái)。在服務(wù)器領(lǐng)域，2020 年全球服務(wù)器出貨量達(dá) 1,220 萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng) 3.92%。
2020 年國(guó)內(nèi)桌面 CPU 出貨量約 5000 萬(wàn)片，服務(wù)器 CPU 出貨量約 700 萬(wàn)片。根據(jù) IDC 數(shù)據(jù)，2020 年中國(guó) PC 出貨量為 4910 萬(wàn)臺(tái)，X86 服務(wù)器出貨量為 344 萬(wàn)臺(tái)。假設(shè)平 均每臺(tái) PC 用 1 片 CPU，服務(wù)器主要為雙路服務(wù)器（配置 2 片服務(wù)器 CPU），則 2020 年中 國(guó)桌面 CPU 市場(chǎng)出貨量約 5000 萬(wàn)片，服務(wù)器 CPU 市場(chǎng)出貨量約 700 萬(wàn)片。
Intel 和 AMD 兩大巨頭壟斷全球 CPU 市場(chǎng)。X86 為當(dāng)前全球信息化類(lèi) CPU 的主流架 構(gòu)，根據(jù) Mercury Research 數(shù)據(jù) 2021 年 Q3 全球 PC 和服務(wù)器中，X86 占比超過(guò) 90%。 Intel 和 AMD 作為全球信息化類(lèi) CPU 中的兩大巨頭，在 2021 年 Q4，Intel 占據(jù)全球 X86 總體市場(chǎng)的 74%，AMD 占比為 26%。2021 年兩大 CPU 巨頭 Intel 和 AMD 營(yíng)收合計(jì)超過(guò) 900 億美元。根據(jù)我們測(cè)算，2021 年 CPU 國(guó)產(chǎn)化率超過(guò) 10%。
自主可控不動(dòng)搖，國(guó)產(chǎn)CPU行業(yè)未來(lái)可期？
目前，CPU產(chǎn)業(yè)鏈巨頭大多集中在海外，位居產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)核心，對(duì)全球CPU行業(yè)影響力較大。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，英特爾和AMD幾乎壟斷通用型CPU市場(chǎng)；在設(shè)備、材料、EDA/IP等環(huán)節(jié)國(guó)內(nèi)龍頭與國(guó)外龍頭差距較大，國(guó)產(chǎn)化率較低；在制造環(huán)節(jié)，目前只有臺(tái)積電和三星有5nm制程生產(chǎn)能力，但均需使用美國(guó)設(shè)備；在封測(cè)環(huán)節(jié)，目前中國(guó)臺(tái)灣、中國(guó)大陸、美國(guó)三分天下。
從當(dāng)前國(guó)產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)口替代的視角來(lái)看：在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，華為鯤鵬，飛騰等龍頭已躋身世界一流水平；封測(cè)環(huán)節(jié)，通富承接AMD 7nm CPU 封測(cè)，14nm及以下結(jié)點(diǎn)的先進(jìn)制程；設(shè)備、材料、EDA/IP、制造等環(huán)節(jié)仍與國(guó)外龍頭差距較大，目前仍采用“外循環(huán)為主+內(nèi)循環(huán)為輔”的模式。
我國(guó)集成電力產(chǎn)業(yè)起步雖晚，但處于快速發(fā)展階段。2013-2020年市場(chǎng)規(guī)模CAGR近20%，芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)規(guī)模占比逐年攀升，發(fā)展質(zhì)量穩(wěn)步提高，CPU行業(yè)更是未來(lái)發(fā)展可期。
一方面，長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)對(duì)海外IT產(chǎn)品的依賴(lài)度較高，疊加美國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)打壓嚴(yán)重，為保證信息安全，IT信創(chuàng)建設(shè)勢(shì)在必行。另一方面，在“算力時(shí)代”，數(shù)字經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展下數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)價(jià)值凸顯，從數(shù)據(jù)的產(chǎn)生到數(shù)據(jù)的傳輸、再到計(jì)算、處理，都離不開(kāi)計(jì)算芯片，更離不開(kāi)CPU處理器?！皵?shù)據(jù)要素市場(chǎng)”、“東數(shù)西算”將為我國(guó)CPU產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供廣闊市場(chǎng)空間。
從全球CPU競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，集成電路產(chǎn)業(yè)頭部效應(yīng)較為明顯，少數(shù)領(lǐng)軍企業(yè)占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。其中Intel和AMD領(lǐng)跑全球CPU市場(chǎng)。2021年在x86領(lǐng)域，Intel市占率為76.65%，仍占據(jù)主導(dǎo)態(tài)勢(shì)。在非x86領(lǐng)域，ARM以低能耗、高效率、發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)占據(jù)移動(dòng)終端市場(chǎng)主導(dǎo)地位，市占率達(dá)到43.2%，呈現(xiàn)雙寡頭壟斷格局。自主可控大背景下，機(jī)構(gòu)建議可以關(guān)注國(guó)內(nèi)具備生態(tài)和性能優(yōu)勢(shì)的國(guó)產(chǎn)CPU廠(chǎng)商。
一種邏輯，三種路線(xiàn)
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)六大CPU廠(chǎng)商，均通過(guò)引入國(guó)外指令集的模式，進(jìn)行CPU設(shè)計(jì)研發(fā)。其中，華為鯤鵬、飛騰采用ARMv8架構(gòu)；海光、兆芯采用x86架構(gòu)；龍芯、申威早期采用了MIPS、Alpha架構(gòu)，后期在保留原始架構(gòu)核心的基礎(chǔ)上，延展了LoongArch架構(gòu)與SW-64架構(gòu)。
一種邏輯：不難發(fā)現(xiàn)，六大CPU廠(chǎng)商均不約而同的選擇了采用國(guó)外指令集的發(fā)展模式。這是因?yàn)橹噶罴切酒c軟件之間的“翻譯官”，其核心價(jià)值體現(xiàn)在芯片路線(xiàn)對(duì)應(yīng)軟件生態(tài)的豐富度。通過(guò)引進(jìn)國(guó)外指令集，獲得兼容此指令集的軟件的運(yùn)行權(quán)，即獲得了此指令集的軟件生態(tài)，這也是國(guó)內(nèi)CPU廠(chǎng)商采用引入而不是從頭自研指令集的根本原因。即便，龍芯后期通過(guò)自研實(shí)現(xiàn)的LoongArch架構(gòu)，為做到向下兼容MIPS架構(gòu)，也保留了MIPS架構(gòu)語(yǔ)言體系的核心。
三種路線(xiàn)：常見(jiàn)的指令集有兩種，即復(fù)雜指令集（CISC）與精簡(jiǎn)指令集（RISC）。從嚴(yán)格意義上來(lái)講，復(fù)雜指令集與精簡(jiǎn)指令集并沒(méi)有高下之分，主要是在不同領(lǐng)域與方向有著不同的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，在CPU領(lǐng)域x86架構(gòu)與ARM架構(gòu)占據(jù)主流市場(chǎng)。其中，ARM架構(gòu)以低功耗、高集成的特點(diǎn)占領(lǐng)移動(dòng)端市場(chǎng)，x86架構(gòu)以性能高、兼容性強(qiáng)、軟硬件生態(tài)豐富的特點(diǎn)占領(lǐng)PC及服務(wù)器市場(chǎng)。
回歸到國(guó)內(nèi)CPU發(fā)展來(lái)看，當(dāng)前六大CPU廠(chǎng)商在架構(gòu)發(fā)展上主要采用了以下模式：
第一種，基于ARM路線(xiàn)。華為鯤鵬和飛騰獲得了ARMv8架構(gòu)的授權(quán)，但基于ARM的版本授權(quán)方式，其迭代發(fā)展頗受限制。如不能持續(xù)購(gòu)買(mǎi)到ARM最新架構(gòu)版本，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)迭代升級(jí)。又礙于ARM的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)規(guī)則，自主升級(jí)實(shí)現(xiàn)新版功能也會(huì)陷入侵權(quán)困局。
第二種，基于x86路線(xiàn)。海光從AMD獲得了x86架構(gòu)的永久授權(quán)，受益于x86交叉授權(quán)模式，迭代自由度高。兆芯通過(guò)收購(gòu)臺(tái)灣威盛獲得了intel公司X86技術(shù)階段性授權(quán)，不過(guò)授權(quán)已于2018年到期，后續(xù)沒(méi)有再簽訂相關(guān)協(xié)議。
第三種，基于“授權(quán)+自研”路線(xiàn)。龍芯從MIPS公司獲得了 MIPS32 和 MIPS64 架構(gòu)的授權(quán)，后續(xù)自研形成LoongArch架構(gòu)。申威的核心技術(shù)則是來(lái)源于DEC的Alpha 21164，后續(xù)也在此基礎(chǔ)上延展了SW-64架構(gòu)。不過(guò)，為了做到對(duì)此前軟件生態(tài)的復(fù)用，兩大廠(chǎng)商在延展新架構(gòu)時(shí)，都保留了原有引進(jìn)架構(gòu)的核心內(nèi)容。
第四種架構(gòu)興起
新的技術(shù)趨勢(shì)是，ARM 和 RISC-V 都在往更高性能的市場(chǎng)發(fā)展，ARM CPU 走進(jìn)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，蘋(píng)果也自研了 ARM 架構(gòu)的個(gè)人電腦處理器 M 系列；也開(kāi)始有些團(tuán)隊(duì)嘗試基于 RISC-V 設(shè)計(jì)更高性能的 CPU，把它用到手機(jī)和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上，如參與蘋(píng)果 A 系列、AMD Zen 架構(gòu)設(shè)計(jì)的知名芯片工程師 Jim Keller 就已投身 RISC-V 通用 CPU 創(chuàng)業(yè)。藍(lán)芯算力選擇的也是這個(gè)方向，希望基于 RISC-V 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器 CPU。
2022 年出現(xiàn)過(guò)一輪 ARM 架構(gòu) CPU 創(chuàng)業(yè)潮。這之前，阿里平頭哥推出國(guó)產(chǎn) ARM 架構(gòu)服務(wù)器 CPU，平頭哥的一些技術(shù)人才此后陸續(xù)出走創(chuàng)業(yè)。
ARM 架構(gòu)由英國(guó)公司 Arm 開(kāi)發(fā)并掌握 IP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)），RISC-V 則是一個(gè)開(kāi)源和免費(fèi)的指令集，可以被自由地用于商業(yè)目的，任何人都能基于 RISC-V 設(shè)計(jì)、制造和銷(xiāo)售芯片，不受單一國(guó)家或公司制約，無(wú)需支付 IP 授權(quán)費(fèi)用。
RISC-V 基金會(huì)在 2019 年將總部注冊(cè)地從美國(guó)遷往中立國(guó)家瑞士，以確保全球的大學(xué)、政府和公司能免去地緣政治顧慮，繼續(xù)為 RISC-V 開(kāi)源社區(qū)貢獻(xiàn)。
開(kāi)源的 RISC-V 在謀求更多自主性的中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界備受關(guān)注。2018 年，中科院計(jì)算所牽頭成立中國(guó)開(kāi)放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟。據(jù) RISC-V 基金會(huì)數(shù)據(jù)，截至 2022 年底，RISC-V 芯片全球出貨量已達(dá) 100 億顆，其中約 50% 由中國(guó)公司設(shè)計(jì)。
有芯片投資人認(rèn)為，RISC-V 現(xiàn)階段還是更適合做物聯(lián)網(wǎng)芯片?！耙龊么笏懔π酒?，核心不是架構(gòu)開(kāi)源與否，而是生態(tài)。另起爐灶的架構(gòu)短期內(nèi)難以形成競(jìng)爭(zhēng)力?！?這位投資人說(shuō)。Jim Keller 今年 6 月接受 EE Times 采訪(fǎng)時(shí)則說(shuō)：“如果你走向開(kāi)源，你就沒(méi)法回到過(guò)去的條條框框了。我認(rèn)為 RSIC-V 是未來(lái)會(huì)獲勝的架構(gòu)?！?/span>
