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国产化CPU企业格局详解（2022）

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国产化CPU企业格局详解（2022）
国内服务器CPU市场的主要玩家？按指令集分类：基于x86架构的兆芯、海光：性能起点较高，生态迁移难度小，替换空间大。

国产化CPU企业格局详解（2022）

基于ARM架构的飞腾、鲲鹏：架构迭代空间广阔，性能提升较快，生态适配较好。

基于自研指令集架构的龙芯、申威：全栈自研，自主可控程度极高，在当前紧迫性和必要性进一步提升的背景下，有望加速迭代迎来重大发展机遇。

当前海光、兆芯、飞腾、鲲鹏、龙芯、申威六大国产CPU厂商均为上市企业。从当前行业信创的推进节奏看：短期内鲲鹏、海光两家，凭借领先的性能+较为完善的生态适配+被验证过的项目经验，最为受益；飞腾于2021年发布新产品，性能表现突出，预计后续将实现订单增长。

本文选自“2022年国产服务器CPU研究框架”，重点分析的海光、兆芯、飞腾、鲲鹏、龙芯、申威六大国产CPU厂商均为上市企业。

国产化CPU企业格局详解（2022）

当前阶段，国内主流的CPU厂商主要有海光、兆芯、飞腾、海思、龙芯、申威六家领军企业，从指令集授权的角度看，主要可以分为三类：

1）IP内核授权：以兆芯为代表，获得x86内核层级的授权，可基于指令集系统进行SoC集成设计，具备良好的生态和性能起点，当下阶段具备快速放量潜质，但自主可控程度较低。

2）指令集架构授权：以海光为代表，获得x86指令集授权；以鲲鹏和飞腾为代表，获得ARM架构级授权，可基于指令集架构进行核心CPU设计，安全可控程度较高，但ARM的生态适配需进一步打造。

3）指令集架构授权+自研：以龙芯和申威为代表，分别获得MIPS和Alpha架构授权，并在此基础上进行自主研发，形成自有的指令集架构，安全可控程度极高，但当前生态适配极为困难。

01

兆芯——合资CPU探路者


由上海联合投资有限公司（上海市国资委控股）和台湾威盛电子合资创建，同时掌握CPU、GPU、芯片组三大核心技术，形成台式机、笔记本、一体机、云终端、服务器以及嵌入式工业主板和工业计算平台等产品线，利用x86生态优势，为党政、金融、教育、工业、交通等行业提供可靠的解决方案。

国产化CPU企业格局详解（2022）


兆芯的核心理念是“自主创新和兼容主流”，公司产品可兼容Win7、Win10等主流操作系统，桌面端可流畅运行日常办公应用、主流游戏及4K视频解码；持续引入知名整机合作伙伴，联想、同方、AOC、东海、浪潮等产品已上线京东、淘宝等电商平台。

CPU方面，公司已形成PC处理器“开先”和服务器处理器“开胜”两大产品系列，实现了“从双核心到八核心”、“从1.6GHz到3.0GHz”、“从处理器+芯片组方案到SoC单芯片方案”等多方面的发展与创新，具备自主演进发展的能力和条件。

2019年发布的开先-KX6000和开胜KH-30000，制程达到16nm，是首款主频达到3.0GHz的国产通用处理器，支持双通道DDR4-3200内存，采用SoC设计，包含CPU、GPU和芯片组，芯片集成度进一步增强，性能功耗比上一代产品提升3倍，单芯片性能接近intel7代i5水平，SPEC 2006 INT RATE成绩为170分。

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由于兆芯获得的是源自威盛电子相对老旧的x86CPU架构，其版权已于2018年到期，导致兆芯过去的产品性能相较同期竞品仍有所差距；但随着威盛电子将其IP产权的出售，兆芯以获得了大部分后续x86芯片开发所需的核心技术和专利，自主可控能力开始强化。

根据公司公布的CPU路线图，公司已着手7nm一下工艺产品的定义和研发工作，预计于近期推出KX-7000和KH-40000产品系列。KX-7000采用全新CPU微架构，不仅支持DDR5，还将演进到PCIe 4.0总线，预计对标AMD Zen2；KH-40000单核性能将比上一代提升60%以上，多核性能提升高达5倍，支持多路互联、128PCIe Lane、16内存通道，具有高效的虚拟化性能，并且采用的是可插拔的LGA封装，能够有效减低开发维护成本，可全面支持国内外主流的OS。

02

海光——性能领先的实干者


从事高端处理器、加速器等计算芯片产品和系统的研究和开发；2016年海光信息同AMD达成合作，共同成立两家子公司，引入x86以及Zen微架构授权，其中成都海光微电子拥有授权IP所有权，并负责芯片生产，成都海光集成电路设计有限公司负责芯片设计及销售工作；

公司以“性能强劲、安全可信、完善生态”作为主打标签，提供通用处理器（CPU）和协处理器（DPU）两大类别，能够适配主流的x86、Linux操作系统，支持多个版本的数据库、中间件、AI算法、云计算平台等，已广泛应用于电信、金融、教育、科研、人工智能、大数据等领域的服务器及工作站。

国产化CPU企业格局详解（2022）

CPU方面，面向不同的市场需求，公司已形成高中低端的全方位覆盖，分别对应7000、5000、3000三大产品系列；其产品节奏按照“量产一代、研发一代、规划一代”稳步推进，海光一号和海光二号两代产品实现了商业化应用，海光三号已经完成产品验证，海光四号处于研发阶段。

DPU方面，公司产品兼容“类CUDA”环境，软硬件生态丰富，迁移成本低，典型应用场景下性能达到国际同类高端水平。

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基于AMD Zen1架构的优势明显，产品性能起点较高，典型场景下，公司最新一代CPU和DPU相关产品均已接近国际同类高端产品水平。
2019年公司被列入美国“实体清单”，AMD不再提供相关技术服务，公司自行实现了后续产品和技术的迭代开发。

生态方面，公司高性能CPU已经得到众多OEM支持，自2018年起，浪潮、联想、新华三、同方等国内知名服务器厂商已经搭载海光CPU芯片，并成功应用到工商银行、中国银行等金融领域客户，中国石油、中国石化等化工领域客户，以及三大运营商的数据中心类业务。

国产化CPU企业格局详解（2022）

行业信创相较党政信创更为市场化，而海光的服务器CPU性能优异叠加生态迁移难度低，对于原有的x86服务器有较大替换空间，我们预计海光或成为行业信创浪潮下最为受益的国产CPU厂商之一。

此外，海光于2021年实现DPU的规模化出货，当期即实现收入2.4亿元，表现亮眼。

03

飞腾——PK生态的主导者


由国防科技大学研究团队创造，起步于1999年，由中国电子信息产业集团、天津市滨海新区政府和天津先进技术研究院于2014年联合支持成立。

飞腾CPU产品具有谱系全、性能高、生态完善、自主化程度高等特点，基于飞腾CPU的产品覆盖多种类型的终端（台式机、一体机、便携机、瘦客户机等）、服务器和工业控制嵌入式产品等，在国内政务办公、云计算、大数据以及金融、能源和轨道交通等行业信息系统领域已实现批量应用。

CPU方面，公司经历20余年研发，形成高性能服务器CPU（飞腾腾云S系列）、高效能桌面CPU（飞腾腾锐D系列）和高端嵌入式CPU（飞腾腾珑E系列）三大产品系列。

服务器CPU方面，公司于2020年发布S2500处理器，采用16nm工艺，集成64个FTC663内核，2.0到2.2GHz频率。面向多路互联市场，S2500重点改进体系架构，高可扩展性是该芯片的最大特点，增加了64MB L3 Cache，配备4个直连接口，带宽800Gbps，支持8通道DDR4-3200内存，功耗为150W，并提升了可靠性。

根据飞腾负责人表示，该芯片性能相较上一代FT-2000产品有大幅提升，整体表现与intel XeonE5相当。

公司在2006年曾经研制出两代国产CPU，曾先后尝试过x86、Epic、SPARC、ARM四个指令集，并以SPARC开源代码为基础设计了FT-1000、FT-1000A、FT-1500等CPU。之后出于生态考虑，重点转向ARM系列产品的开发。

生态方面是飞腾最大的优势，公司与国内1000余家软硬件厂商构建起了国内最完善最庞大的生态体系，仅2019年就新开案板卡设计430余款，已与千余家软件进行了适配和应用。此外，飞腾兼容安卓生态，在飞腾台式机上可以运行200万级安卓应用，极大拓展了飞腾生态。

此外，公司作为聚焦国家战略需求和重大项目的CPU国家队，还是CEC主导的PK体系（即飞腾Phytium CPU+麒麟Kylin操作系统）的重要参与者之一，已经建立起覆盖云边端的全栈体系。

04

鲲鹏——垂直生态的领导者


鲲鹏是华为在芯片领域布局的重要一环，主要聚焦通用计算领域；华为针对不同的计算场景，自研打造了一系列芯片矩阵，除了主要应用在服务器领域的鲲鹏，还包括手机SoC芯片麒麟、人工智能芯片昇腾、5G基站芯片天罡、5G终端芯片巴龙，以及凌霄、NB IoT等一系列其他专用芯片。

在一系列芯片矩阵中，华为致力于围绕“鲲鹏+昇腾”双引擎形成两大计算产业，其中鲲鹏计算产业是基于鲲鹏处理器的基础软硬件设施，行业应用及服务，涵盖从底层硬件、基础软件到上层行业应用的全产业链条，可为下游各大行业应用提供全面、完整、一体化信息化解决方案。

国产化CPU企业格局详解（2022）

近年来，华为先后推出Hi1610、Hi1612、Hi1616等服务器CPU产品，不断实现主频与核数的提升，并最终开发出当下的旗舰产品鲲鹏920与鲲鹏920s，分别用于服务器和PC机。

鲲鹏920基于ARM V8架构，是首款国产的7nmARM服务器，其处理器核、微架构和芯片均由华为自主研发设计，相比X86异构最高能够提升3倍性能。规格方面，支持64内核，主频可达2.6GHz，集成8通道DDR4，支持PCIe4.0及CCIX接口，可提供640Gbps总带宽。鲲鹏920主打低功耗、强性能，在典型主频下，SPECint Benchmark评分超过930，超出intel Xeon 8180系列25%，并且能效比优于Xeon30%。

与鲲鹏920同期推出的还有基于鲲鹏920的TaiShan服务器和华为云服务，形成独特的“端边云算力同构”的优势，通过软硬件协同进一步提升处理器性能。

05

龙芯——自主架构的先驱者


龙芯起步于中科院计算所，曾得到863、973、核高基等项目的支持，先后成功流片我国首款通用CPU龙芯1号、首款64位通用CPU龙芯2B、首款主频超过1GHz的通用CPU龙芯2E、首款四核CPU龙芯3A等，完成底层核心技术的积累。2010年，中科院、北京市政府共同牵头出资，龙芯中科技术有限公司正式成立，开始产业化运作。

经历20年深耕，龙芯CPU已实现工控类和信息类的全方位覆盖。工控类芯片主要面向嵌入式专用设备、工业控制终端等，赋能通信、能源、交通等领域；信息类芯片面向桌面和服务器等，在政务、金融、电信、教育等行业广泛应用。

龙芯亦有完善的高中低端产品矩阵，主要分为龙芯1号、龙芯2号、龙芯三号三大系列：龙芯1号系列为低功耗、低成本专用嵌入式SoC或MCU处理器，通常集成1个32位低功耗处理器核；龙芯2号系列为低功耗通用处理器，采用单芯片SoC设计，通常集成1-4个64位低功耗处理器核；龙芯3号系列为高性能通用处理器，通常集成4个及以上64位高性能处理器核。

2021年发布最新一代龙芯3号5000系列芯片产品，采用12/14nm工艺，处理器核升级为LA464微结构，主频最高为2.5GHz，集成双通道DDR4-3200和HT3.0接口。单核SPEC CPU2006Base定浮点分值均超过26分，是上一代4000系列的1.5倍水平，逼近市场主流水平。

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在过去取得了MIPS架构授权，并以此为基础研发出自有的LoongISA指令系统，但部分关键IP仍需向MIP付费。为彻底解决关键技术“卡脖子”问题，龙芯于2020年推出自主指令系统LoongArch，从整个架构的顶层规划，到各部分的功能定义，再到细节上每条指令的编码、名称、含义，均为自主重新设计。

性能方面，LoongArch相较MIPS运行效率更高，动态执行指令数平均可以减少10%-20%，并且仍留有一半的指令编码空间，可用于未来扩展。
生态兼容方面，LoongArch指令系统融合X86、ARM等国际主流指令系统的主要功能特性，可实现跨指令平台应用兼容，高效运行MIPS、X86、ARM平台上的二进制应用程序。

基础软件方面，公司基于LoongArch构建了完整的基础软件技术生态体系，开展操作系统内核、编译器、编程语言虚拟机、云计算等基础软件领域的研发工作，形成了面向信息化应用的基础版操作系统Loongnix、面向工控类应用的基础版操作传统LoongOS以及面向云计算的龙芯云。

06

申威——特种领域的引领者


申威研发中心成立于2003年，在国家863计划支持下，于2006年成功研制出第一代国产64位通用处理器——“申威1”；在国家“核高基”专项支持下，于2010年成功研发世界首款16核通用处理器SW1600，该芯片成功应用于国内首台采用国产处理器的千万亿次计算机系统——神威蓝光超级计算机系统；2016年，搭载40960颗申威2610处理器的神威·太湖超级计算机荣获世界性能榜首，速度比第二名“天河二号”快近2倍，效率提升3倍。

2016年，成都申威科技有限责任公司成立，从事对申威处理器的产业化推广，现已形成申威高性能计算处理器、服务器/桌面处理器、嵌入式处理器三个系列的国产处理器产品线，以及申威国产I/O套片产品线。

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公司最初取得了Alpha指令集的所有涉及资料，并基于此架构研制出首颗芯片SW-1；后续出于安全可控考虑，公司设计出完全自主可控的指令集SW_64，完全区别于原有Alpha指令集，主要面向军用等对安全性要求极高的特种领域提供CPU处理器及其相关解决方案。

性能方面，申威26010双精度峰值算力可达到3.168TFLOPS，达到同期产品的国际领先水平，在超算领域表现突出。

生态方面，虽然采用完全自主的指令系统在兼容方面有天生劣势，但公司仍旧秉持“全国产自主研发，全流程安全可控”宗旨，积极建设申威信息安全产业联盟，现已发展出中标软件、中电科技、deepin、达梦数据等在内的50多家成员，形成了覆盖芯片设计、硬件平台、系统软件、支持平台、数据库、中间件、应用软件的全链条自主生态。

07

六大国产服务器CPU格局演绎


从性能角度看，海光7000系列、鲲鹏920分别是x86、ARM架构下的性能领先，飞腾在最新一代S2500发布后性能参数也跻身第一梯队；兆芯、龙芯、申威三家产品相对性能较弱，核心数仅为8/16核，内存通道、Pcle通道等参数也较弱，影响处理器I/O性能。

从生态角度看，海光、兆芯基于x86指令系统的天生优势，生态适配度最高，当前x86架构仍占据服务器市场90%以上份额，替换空间巨大；以飞腾和鲲鹏为代表的ARM架构近年来生态迁移成本逐渐降低，且两家厂商已分别主导构建“PK生态”与“鲲鹏计算产业生态”，正快速发展成为市场另一极；申威、龙芯由于自研指令集系统，虽然在自主可控方面有其必要性和紧迫性，但其生态成熟度还有待完善。

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综合考虑各项因素：




1）兆芯成立于2013年，获得x86授权较早，在早期安全可控项目中占据一定份额，但其产品主要是桌面端，且x86 IP授权来自威盛电子，架构较为落后使其性能产品受到一定影响，IP内核授权的自主性也较低。

2）海光虽然进入市场较晚且只有AMD服务器授权，但凭借其先进的Zen架构和良好的生态起点，于2020年开始在电信、金融等行业信创领域快速放量，伴随行业信创的爆发，预计海光订单有望持续提升。

3）飞腾老一代产品性能相对落后，在信创前期主要集中在PC端出货，但伴随其新一代产品S2500发布后，性能已跻身国内先进水平，并且公司主导的PK生态正逐步完善，预计后续渗透率将持续提升。

4）鲲鹏920发布之初表现十分亮眼，凭借国际先进的制程工艺与性能，叠加鲲鹏生态的组建完备，快速取得电信、金融等行业订单，但仍需注意美国制裁带来的产量受限等一系列负面影响，预计后续将在行业的选择上有所侧重，限制其爆发式增长。

5）龙芯研发起步最早，在党政市场原始份额较大，其产品集中于桌面PC和工业领域，伴随其新一代产品和全自主的指令集发布，后续在服务器市场的商业应用能力还有待验证。

6）申威主要聚焦军用市场，产品侧重特种超算服务器领域，全可控技术与生态均有独家壁垒，预计后续仍将专注深耕原有领域。

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结合上文分析，当前服务器行业主要有两条主线驱动：1）数字经济新基建：主要为超算中心、智算中心等建设过程中的增量采购；2）信创：党政信创进入常态化模式，行业信创接棒爆发，对国产化率有明确目标。整体而言，服务器行业进入更为市场化发展的阶段，除考虑自主可控的强弱要求和股东背景外，性能、生态、性价比、功耗等均是相关企业衡量的重要指标。

因此，我们认为短期内鲲鹏、海光、飞腾三家最有望受益于行业信创及新基建的爆发节奏。客观来看，当下国产服务器CPU无论在性能还是生态方面都有较大的进步空间，短期订单的爆发是前期“天时、地利、人和”的集中表现，远期格局还存在不确定性；长维度看，各家均有弯道超车的机会，仍然是资金投入、技术团队、迭代能力决定未来的企业核心竞争力。

来源：《架构师技术联盟》公众号
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END




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