ARM派系CPU國(guó)產(chǎn)化，現(xiàn)狀和進(jìn)展如何？
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來源：智能計(jì)算芯世界
ARM處理器在國(guó)內(nèi)的興起，除了ARM在能耗、多核和制造工藝優(yōu)勢(shì)外，中美國(guó)際貿(mào)易摩擦也推動(dòng)了ARM（當(dāng)然也包括MIPS和RISC-V等）國(guó)產(chǎn)化發(fā)展進(jìn)程。目前ARM架構(gòu)的代表廠商包括華為海思、飛騰、高通、Cavium和Amazon等。此外，國(guó)產(chǎn)化主旋律下，以華為、飛騰、海光和兆芯等為代表的本土CPU廠商有望搶占國(guó)內(nèi)利基市場(chǎng)，包括政務(wù)、金融、電力等國(guó)產(chǎn)化需求強(qiáng)勁的部門。
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CPU國(guó)產(chǎn)化途徑主要有三種：一是獲得IP核授權(quán)，二是獲得指令集架構(gòu)授權(quán)，三是自主研發(fā)指令集。
其中，IP核授權(quán)以一個(gè)內(nèi)核為基礎(chǔ)加上自己的外設(shè)，技術(shù)門檻相對(duì)較低，功能上可以實(shí)現(xiàn)差異化，但自主可控程度較低；指令集架構(gòu)授權(quán)則可以對(duì)架構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展或縮減，自主可控程度高，但技術(shù)難度也比較大，同時(shí)面臨生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建的難題。目前商用的指令集架構(gòu)主要包括x86、ARM、MIPS和ALPHA等：
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x86架構(gòu)掌握在Intel和AMD手中，不對(duì)外開放，天津海光和兆芯通過IP核授權(quán)的方式嘗試CPU自研；
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ARM架構(gòu)為ARM公司所有，對(duì)外開放架構(gòu)授權(quán)和IP核授權(quán)，國(guó)內(nèi)華為鯤鵬和飛騰均獲得64位V8指令集授權(quán)；
MIPS架構(gòu)在2018年獲得Wave Computing的正式完全開源，國(guó)產(chǎn)廠商龍芯在2008年一次性買斷MIPS指令集永久授權(quán)；
ALPHA架構(gòu)為美國(guó)DEC所有，目前已經(jīng)停止更新，國(guó)產(chǎn)申威獲得該架構(gòu)授權(quán)，主要用于超算和軍用市場(chǎng)。
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架構(gòu)主要應(yīng)用在移動(dòng)端和服務(wù)器市場(chǎng)。由于ARM架構(gòu)高并發(fā)、低功耗、高集成的特點(diǎn)，不僅在移動(dòng)和云端設(shè)備廣泛應(yīng)用，而且在超算系統(tǒng)中奪魁。
ARM服務(wù)器的生態(tài)環(huán)境已初步建立，Linux、WindowsServer等大型操作系統(tǒng)，Docker、VMware、KVM、Kubernetes等容器化和虛擬化工具，CUDA、Java等平臺(tái)都已支持ARM架構(gòu)。從技術(shù)優(yōu)勢(shì)、市場(chǎng)應(yīng)用和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建等角度看，ARM架構(gòu)目前最具與x86抗衡的實(shí)力。
圖片來源：安信證券
在海外，國(guó)際上高通和Cavium等曾推出基于ARM架構(gòu)的服務(wù)器CPU；國(guó)內(nèi)方面，飛騰和華為是ARM架構(gòu)的主要擁護(hù)者：
飛騰基于ARMv8指令集，于2016年發(fā)布飛騰2000，最高支持64核心，主頻1.5GHz～2.0GHz，制程為28nm，功耗100W，在性能上與IntelE5服務(wù)器芯片持平。
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天津飛騰產(chǎn)品有CPU、ASIC和SoC等，CPU主要包括入門級(jí)服務(wù)器的FT-1500A/16、高端服務(wù)器的FT-2000+/64、桌面終端的FT-1500A/4、應(yīng)用于嵌入式工控的FT-2000A/2等。
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飛騰以Sparc架構(gòu)（開源）為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了FT-1000和FT-1500兩款CPU，分別在天河一號(hào)和天河二號(hào)超算中心獲得使用；2012年選擇ARM陣營(yíng)，獲得授權(quán)后開發(fā)出FTC660、FTC661兩款CPU核，以及FT-1500A/4、FT-1500A/16、FT-2000、FT-2000plus5款CPU。“天河三號(hào)”Ｅ級(jí)原型機(jī)采用全自主創(chuàng)新的飛騰CPU。目前，飛騰系列CPU已經(jīng)形成完整家族，可滿足黨政軍多個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際需求。
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在生態(tài)上，飛騰處理器與麒麟操作系統(tǒng)同為中國(guó)電子集團(tuán)旗下產(chǎn)品，兩者深度適配，組成“PK”（Phytium+Kylin）國(guó)產(chǎn)體系。將在移動(dòng)、云、虛擬化、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等領(lǐng)域構(gòu)建自主、安全、可靠的“中國(guó)體系”。
目前中國(guó)電子集團(tuán)已推出基于辦公和事務(wù)處理場(chǎng)景的PK體系1.0標(biāo)準(zhǔn)，并有多種應(yīng)用落地。基于最新型飛騰處理器的PK2.0體系在第六屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上被提出。
天河一號(hào)計(jì)算速度曾位居世界第一；2013年6月17日天河二號(hào)面世，計(jì)算速度再次登上全球榜首；2020年，運(yùn)算速度將達(dá)到百億億次的天河三號(hào)有望研制成功，首次實(shí)現(xiàn)所有元器件國(guó)產(chǎn)化，同時(shí)也是繼神威太湖之光之后第二臺(tái)全面搭載國(guó)產(chǎn)自主處理器的超算平臺(tái)。
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華為于2019年推出第二代鯤鵬920，同樣基于ARMv8指令集，最高支持64核心，主頻2.6GHz，采用7nm工藝，功耗較業(yè)界基準(zhǔn)降低30%。
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云巨頭方面，Amazon和Microsoft均布局使用基于ARM架構(gòu)的服務(wù)器CPU。此外，Amazon和華為均基于ARM架構(gòu)自主研發(fā)系列處理器芯片，即基于ARMv8架構(gòu)，自研處理器核、微架構(gòu)和芯片設(shè)計(jì)。目前均已實(shí)現(xiàn)商用。
Amazon于2015年以3.5億美元收購(gòu)以色列芯片公司Annapurna Labs，該公司主要研發(fā)服務(wù)器微處理器。2019年12月，Amazon推出基于ARM架構(gòu)的自研Graviton 2處理器，成本較上一代芯片降低45%。
華為在2019年發(fā)布ARM服務(wù)器芯片Kunpeng 920（鯤鵬920），以及基于該處理器的三款TaiShan（泰山）服務(wù)器。鯤鵬920采用7nm工藝，可支持64個(gè)內(nèi)核，主頻達(dá)2.6GHz，集成8通道DDR4和100G RoCE以太網(wǎng)卡；支持PCIe4.0，可提供640Gbps總帶寬。
在芯片布局方面，華為擁有ARMv8永久架構(gòu)授權(quán)，并完全掌握64處理器核芯片設(shè)計(jì)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上發(fā)布了基于ARM架構(gòu)的鯤鵬系列處理器，同時(shí)開發(fā)了包括“算、存、傳、管、智”在內(nèi)的全面芯片體系。
在生態(tài)上，華為大力拓展硬OEM和軟件（操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)和虛擬化等）合作商，從關(guān)鍵器件、核心部件（SSD卡、網(wǎng)卡、RAID卡、顯卡和內(nèi)存等）、基礎(chǔ)軟件到上層行業(yè)應(yīng)用，雖然受實(shí)體清單影響，鯤鵬處理器生產(chǎn)存在比較大的問題，但華為在ARM處理器研發(fā)，以及生態(tài)拓展的戰(zhàn)略上一往直前。
泰山服務(wù)器旨在樹立標(biāo)桿，使能整個(gè)鯤鵬計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈，解決服務(wù)器整機(jī)廠商硬件設(shè)計(jì)（包含BIOS、BMC芯片）能力不足問題，帶動(dòng)相關(guān)廠家發(fā)展基于鯤鵬處理器主板的自有品牌服務(wù)器。
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