2021年4月19日，中國關鍵信息基礎設施技術創(chuàng)新聯(lián)盟和《網(wǎng)信自主創(chuàng)新調研報告》編委會主辦第四屆關鍵信息基礎設施自主安全創(chuàng)新論壇，正式發(fā)布了《2020網(wǎng)信自主創(chuàng)新調研報告》。報告由30多位專家、100多家廠商、200多名網(wǎng)信從業(yè)者，近6個多月編寫完成，系統(tǒng)地回顧了過去五年網(wǎng)信產(chǎn)業(yè)取得的成果和面臨的問題，分析了用戶的現(xiàn)實需求以及新技術、新應用帶來的機遇和挑戰(zhàn)。
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從近幾年信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，以國產(chǎn)CPU、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、整機為代表，自主研發(fā)能力不斷提升，生態(tài)愈發(fā)繁榮，呈現(xiàn)出創(chuàng)新、生態(tài)重構、融合和不斷成熟的態(tài)勢,實現(xiàn)了從基本“可用”到“好用”、“易用”的大跨步發(fā)展。2020網(wǎng)信自主創(chuàng)新調研報告，覆蓋基礎篇、安全篇、應用篇和支撐篇。1.1 國產(chǎn)芯片從無到有，從可用到好用
1.2 國產(chǎn)芯片的發(fā)展著眼于提升性能和做強生態(tài)
1.3 未來五年芯片產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展路徑
2.1國產(chǎn)固件的艱苦突圍和快速發(fā)展
2.2 國產(chǎn)固件探索可持續(xù)發(fā)展
2.3創(chuàng)新發(fā)展支撐未來產(chǎn)業(yè)規(guī)模
3.1國產(chǎn)操作系統(tǒng)完成了跨越式發(fā)展
3.2 應用需求引領操作系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展
3.3 圍繞"融合"開創(chuàng)國產(chǎn)操作系統(tǒng)發(fā)展的新路徑
4.1 國產(chǎn)整機產(chǎn)品形態(tài)多樣化
4.2 整機產(chǎn)品性能仍有差距，欠缺行業(yè)解決方案
4.3采取多領域層次化協(xié)同迭代的發(fā)展路徑
5.Ⅰ存儲產(chǎn)業(yè)生態(tài)基本完成
5.2 提高產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性是主要目標
5.3 加速完成存儲網(wǎng)絡的升級
6.1 國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)業(yè)取得長足進步
6.2 核心技術和產(chǎn)品成熟度面臨挑戰(zhàn)
6.3 協(xié)同創(chuàng)新推進數(shù)據(jù)庫產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展
7.1 國產(chǎn)中間件即將步入發(fā)展快車道
7.2 中間件產(chǎn)業(yè)面臨供給側和需求側的雙重考驗
7.3 產(chǎn)業(yè)技術市場三管齊下謀發(fā)展
8.1 國產(chǎn) IP 網(wǎng)絡設備達到業(yè)界領先水平
8.2 業(yè)務需求和知識產(chǎn)權壁壘促使國產(chǎn) IP 網(wǎng)絡創(chuàng)新發(fā)展
8.3 國產(chǎn) IP 網(wǎng)絡的創(chuàng)新發(fā)展路徑
9.1 國內(nèi)辦公軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速
9.2 協(xié)同辦公和設備多樣化為辦公軟件提出創(chuàng)新要求
9.3 以融合創(chuàng)新驅動國產(chǎn)辦公軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展
10.1 安全瀏覽器的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段
10.2 安全瀏覽器產(chǎn)業(yè)需要解決的四個問題
10.3 安全瀏覽器的創(chuàng)新發(fā)展路徑
11.1 國產(chǎn)打印機由中低端向高端邁進
11.2 國內(nèi)廠商在適應市場需求的同時關注信息安全
11.3 國產(chǎn)化適配是未來關注的重點
CPU是計算機系統(tǒng)的核心和 大腦，主要由控制器、運算器、存儲器和連接總線構成。其中，控制器和運算器組成CPU的內(nèi)核，內(nèi)核從存儲器中提取數(shù)據(jù)，根據(jù)控制器中的指令集將數(shù)據(jù)解碼，通過運算器中的微架構（電路）進行運算得到結果，以某種格式將執(zhí)行結果寫入存儲器。因此，內(nèi)核的基礎就是指令集（指令集架構）和微架構 。
指令集是所有指令的集合，它規(guī)定了CPU可執(zhí)行的所有操作微架構是完成這些指令操作的電路設計。相同的指令集可以有不同的微架構，如Intel 和AMD都是基于X86指令集但微架構不同。指令集架構（ Instruction Set Architecture ），又稱指令集或指令集體系，是計算機體系結構中與程序設計有關的部分，包含了基本數(shù)據(jù)類型，指令集，寄存器，尋址模式，存儲體系，中斷，異常處理以及外部 I/O 。指令集架構包含一系列的 opcode 即操作碼（機器語言），以及由特定處理器執(zhí)行的基本命令。簡單地來說，指令集一般被整合在操作系統(tǒng)內(nèi)核最底層的硬件抽象層中，屬于計算機中硬件與軟件的接口，它向操作系統(tǒng)定義了CPU的基本功能。
CPU 按指令集的架構區(qū)分，分為 CISC復雜指令集和 RISC精簡指令集型兩類 。CISC 的設計者希望通過直接在硬件中構建復雜的指令從而使編程更方便、 程序運行速度更快，其架構中每個指令可執(zhí)行若干低端操作，諸如從存儲器讀取、存儲、和計算操作，全部集于單一指令之中；與之相反， RISC 架構中只包含使用頻率高的少量簡單指令，并提供一些必要的指令以支持操作系統(tǒng)和高級語言 。CISC陣營以 Intel、AMD的X86架構為代表，而RISC陣營則包括 ARM 、MIPS 、 Power PC 等架構。
1）從硬件角度來講， CISC處理的是不等長指令集，而 RISC 執(zhí)行的是等長精簡指令集，在并行處理方面 RISC 明顯優(yōu)于CISC 。由于RISC執(zhí)行的是精簡指令集，相比CISC在硬件層面需要更少的晶體管，所以它的硬件制造工藝更簡單且成本更低廉。RISC型CPU 與CISC的CPU在軟件和硬件上都不兼容，這是由指令集的特性而決定的。2）從性能角度來說， CISC 與 RISC 并無絕對的孰優(yōu)孰劣之分 。但在發(fā)展過程中， CISC 陣營的Intel 和 AMD在提升芯片性能上做出了持續(xù)的努力，芯片的功耗被放在了性能后的第二位；而 RISC 本身出現(xiàn)時間較CISC晚十年左右（ARM誕生于1985年， X86誕生于1978年），ARM 、 MIPS 在創(chuàng)始初期缺乏與Intel產(chǎn)品對抗的實力，專注于以低功耗為前提的高性能芯片。RISC 陣營的Power PC架構最初是為個人計算機產(chǎn)品而設計，但其出現(xiàn)時已是 1992 年，此時 Intel 旗下的 80386和 80486 占據(jù)了大部分 PC 市場。次年， Intel 赫赫有名的奔騰系列發(fā)布并助力 Intel 占領了絕大部分 PC 市場，這是第五代基于 CISC 的X86 架構微處理器， Intel 將其命名為“ Pentium ”。在整個 1990 年代中期， PowerPC 處理器均達到或超 過了最快的x86 CPU的基準測試成績。但由于PowerPC面向Windows、OS/2 和Sun的客戶都存在應用軟件極度缺乏的問題，所以最終并未在 PC 市場濺起水花。但其后 Apple 因為 PowerPC 處理器的更高性能，在 Macintosh 個人電腦系列使用了 PowerPC 處理器。2005 年，出于發(fā)熱量和能源消耗有關的考慮， Apple 宣布不再在其 Apple Macintosh 計算機中使用 PowerPC處理器，轉而支持 Intel 生產(chǎn)的處理器。此后 PowerPC 開始往超高性能服務器方向發(fā)展。
3）CISC 與 RISC 已 逐步走向融合，兩方處理器互相借鑒互相優(yōu)化 。例如，Intel 公司的 Pentium Pro 種內(nèi)含三個能夠把 x86 指令轉換成 118 位定長的 RISC 風格微操作的譯碼器。
4）整體來看，在移動芯片領域， ARM 架構的芯片占據(jù)了 90% 以上的市場份額，在 計算 CPU 市場上，英特爾 X86 處理器占據(jù)超過 90% 市場份額。MIPS和 Power 雖然已經(jīng)不是主流，卻也有部分廠商仍在使用 。5）國產(chǎn)CPU與X86產(chǎn)品尚存在差距主要體現(xiàn)在：1）專業(yè)人才 是技術和水平的承載體，國內(nèi)專業(yè)人才數(shù)量少、 整體規(guī)模尚小；2 ）硬實力包括軟硬件設計開發(fā)環(huán)境 EDA 等存在短板；3 ）軟實力包括 CPU 的設計方法學、CPU 的設計流程與規(guī)范等存在差距。關于國產(chǎn)CPU的發(fā)展現(xiàn)狀，中國自200 年開始啟動處理器設計項目，至今 將近 20 年，產(chǎn)生了以中科龍芯、天津飛騰、 海光信息、 上海申威、上海兆芯等為代表的國產(chǎn) CPU并且產(chǎn)品的性能逐年提高，應用領域不斷擴展，使中國長期以來無“芯”可用的局面得到了極大扭轉，為構建安全、自主、可控的國產(chǎn)化計算平臺奠定了基礎。目前， 國產(chǎn)主要CPU廠家有六家。
對指令集的掌控程度決定了國產(chǎn)化的程度。對指令集的消化吸收和創(chuàng)新程度決定了 CPU的創(chuàng)新可信的程度 ，通常 自主研發(fā) 國產(chǎn) CPU 可以通過授權或者完全自研的方式，授權方式主要有兩種：指令集架構授權、 IP內(nèi)核授權 。
國產(chǎn)芯片種類繁多 基于ARM 架構 授權的芯片廠商最有可能形成自主可控指令集。由于指令集的復雜性和重要性，自主研發(fā)一套全新的指令集難度較大且效益不高。國產(chǎn)CPU廠家大多選擇購買國外授權，以實現(xiàn)不同程度的自主可控。目前， 國產(chǎn)CPU架構大體可以分為三類：
第一類，是以龍芯為代表的MIPS 指令集架構和以申威為代表的 Alpha 架構，申威已基本實現(xiàn)完全自主可控（申威64已經(jīng)完全形成了自己的架構），龍芯部分關鍵技術需付專利費。第二類，是以飛騰和華為鯤鵬為代表基于 ARM 指令集授權的國產(chǎn)芯片。ARM主要有三種授權等級：使用層級授權、內(nèi)核層級授權和架構 指令集層級授權，其中指令集層級授權等級最高，企業(yè)可以對ARM 指令集進行改造以實現(xiàn)自行設計處理器，如蘋果在 ARM v7 架構基礎上開發(fā)出蘋果 Swift 架構， 其他如：高通、Krait 、Marvell等都是基于ARM指令集或微架構進行的改造。因此， 已經(jīng)獲得ARM V8 永久授權的海思、飛騰 等廠家憑借自身的研發(fā)能力， 亦有可能發(fā)展出一套自己的指令集架構 。第三類，是以海光、兆芯為代表的獲得X86的授權（僅內(nèi)核層級的授權），未來擴充指令集形成自主可控指令集難度較大。因此， 可以 看 出， 在 自主可控程度上申威、龍芯 飛騰 、鯤鵬 海光、兆芯，但未來鯤鵬和飛騰如果基于 ARM V8 發(fā)展出自己的指令集， 則創(chuàng)新可信程度將顯著提升 。同時，在未來ARM V9、V10 等新架構拿不到授權的情況下，依然可以維持先進性 。
簡單總結：綜合對比六大國產(chǎn)CPU廠商，市場競爭格局進一步明晰。申威由于過去主要市場在軍隊，且其產(chǎn)品偏向底層應用及超算領域， Alpha 生態(tài)應用較少 預計其可獲得的市場份額有限 。海光、兆芯受制于X86 內(nèi)核層級授權自主性較弱， 且海光僅獲得AMD 服務器授權，暫未獲得桌面應用授權， 兆芯由于使用臺灣威盛電子的X86 早期授權，產(chǎn)品性能相對落后，且兆芯早期市場開拓不佳 。因此在黨政信創(chuàng)市場，預計飛騰、鯤鵬和龍芯三家將成為主導 。龍芯研發(fā)起步最早，黨政市場原始份額較大（約占 70以上），國產(chǎn) 整機及 應用適配廠商較多，但MIPS 整體生態(tài) 、性能是劣勢商用前景較一般，隨著鯤鵬進入市場及飛騰逐步成熟， ARM體系的生態(tài)和性能優(yōu)勢逐步體現(xiàn)。另一方面，在黨政信創(chuàng)市場通過投資給當?shù)貛矶愂占熬蜆I(yè)機會是獲得份額的一大途徑。鯤鵬和中國長城均在多地成立了子公司 ，預計龍芯未來在黨政信創(chuàng)領域的市占率會有所下降。鯤鵬當前因為海思受到美國制裁，未來存在一定不確定性，預計其在黨政信創(chuàng)市場拓展會有所取舍 。
過去的五年，具有自主創(chuàng)新屬性的整機產(chǎn)品完成了近 300 萬臺的銷售量。其中 2020 年度銷售量達到近 200 萬臺，累計銷售額達數(shù)百億元。從產(chǎn)品細領域來看，終端產(chǎn)品占比約為 90%，服務器產(chǎn)品占比約為 10%。上述數(shù)據(jù)的絕大部分比例來自于黨政領域。除此之外，在金融領域、國有大中型企業(yè)方面，也有部分產(chǎn)品的采購，但是采購規(guī)模相對較小，范圍也不大，還處于摸索階段。
文章來源：2020網(wǎng)信自主創(chuàng)新調研報告（基礎篇）
報告下載：2020網(wǎng)信自主創(chuàng)新調研報告
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