【行业】国产CPU全对比,飞腾有望异军突起(24页)

CPU,即中央处理器是计算机的运算和控制核心,其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU 主要由控制器、运算器、存储器和连接总线构成。其中,控制器和运算器组成 CPU 的内核,内核从存储器中提取数据,根据控制器中的指令集将数据解码,通过运算器中的微架构(电路)进行运算得到结果,以某种格式将执行结果写入存储器。因此,内核的基础就是指令集(指令集架构)和微架构。指令集是所有指令的集合,它规定了 CPU 可执行的所有操作,微架构是完成这些指令操作的电路设计。相同的指令集可以有不同的微架构,如 Intel 和 AMD 都是基于 X86指令集但微架构不同。

CPU 按指令集的架构区分,分为 CISC( Complex Instruction SetComputing , 复 杂 指 令集 )型 和 RISC( Reduced Instruction SetComputing,精简指令集)型两类。CISC 的设计者希望通过直接在硬件中构建复杂的指令从而使编程更方便、程序运行速度更快,其架构中每个指令可执行若干低端操作,诸如从存储器读取、存储、和计算操作,全部集于单一指令之中;与之相反,RISC 架构中只包含使用频率高的少量简单指令,并提供一些必要的指令以支持操作系统和高级语言。

国产芯片种类繁多,基于 ARM 架构授权的芯片厂商最有可能形成自主可控指令集。由于指令集的复杂性和重要性,自主研发一套全新的指令集难度较大且效益不高。国产 CPU厂家大多选择购买国外授权,以实现不同程度的自主可控。目前,国产 CPU架构大体可以分为三类:第一类,是以龙芯为代表的 MIPS 指令集架构和以申威为代表的 Alpha 架构,申威已基本实现完全自主可控(申威 64 已经完全形成了自己的架构),龙芯部分关键技术需付专利费。第二类,是以飞腾和华为鲲鹏为代表基于 ARM 指令集授权的国产芯片。ARM 主要有三种授权等级:使用层级授权、内核层级授权和架构/指令集层级授权,其中指令集层级授权等级最高,企业可以对ARM 指令集进行改造以实现自行设计处理器,如苹果在 ARM v7-A 架构基础上开发出苹果 Swift 架构,其他如高通 Krait、Marvell 等都是基于 ARM指令集或微架构进行的改造。因此,已经获得 ARM V8 永久授权的海思、飞腾等厂家凭借自身的研发能力,亦有可能发展出一套自己的指令集架构。第三类,是以海光、兆芯为代表的获得 x86 的授权(仅内核层级的授权),未来扩充指令集形成自主可控指令集难度较大。因此,可以看出,在自主可控程度上申威、龙芯>飞腾、鲲鹏>海光、兆芯,但未来鲲鹏和飞腾如果基于 ARM V8 发展出自己的指令集,则创新可信程度将显著提升。同时在未来 ARM V9 V10 等新架构拿不到授权的情况下,依然可以维持先进性。

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