曾经，我们以为“地球村”是大势所趋，大家取长补短，合作共赢。

然而，2018年开始的那一场断供，让芯片自主从一个产业的隐忧变成了我国的一个“明伤”。近几年“卡脖子”事件屡屡上演，“缺芯”、“芯痛”成为国产芯片市场的常态。

为寻求破局，中国多年来一直在积极推动建立自主把握的IT底层架构和标准，打造不受制于人、开放生态的信息技术应用创新产业(信创产业)。

作为信创产业的根，CPU的国产化势在必行。经过几年的埋头苦干，中国芯片市场目前已形成了ARM、x86、RISC-V、自研四大流派以及华为、飞腾、龙芯、海光、兆芯、申威、阿里等一批优质国产 CPU 厂商的崛起。

乐观地说，国产芯片如今正处于百花齐放、百家争鸣的阶段。但从产业发展趋势来看，目前国内芯片企业数量虽多，但都属于“小而散”，未来随着芯片产品进入市场，国产芯片厂商“内卷”将进一步加剧。

那么，从长远发展的角度出发，哪一家国产CPU有可能通过未来产业资源的整合做大做强呢？

▉ 不同指令集架构有何不同？

要了解芯片厂商的发展潜力，我们需要先知道什么是指令集架构。

维基百科是这样说的：指令集架构指的是计算机体系结构中和程序设计有关的部分，它定义了计算机可以执行的指令集合、数据类型、寄存器、内存访问方式等。常见的指令集架构有x86、ARM、MIPS以及近两年爆火的RISC-V。

可能有人会问，指令集架构跟处理器有什么关系 ？

其实，简单来说，指令集架构就是软件与硬件之间沟通的"翻译官"，是芯片产业中不可或缺的基础部分。

使用不同的指令集，代表着不同的CPU。目前市面上的CPU分类主要分有两大阵营，一个是复杂指令集（CISC）CPU，另一个是精简指令集（RISC）CPU。

不同的指令集决定着CPU的处理方式。从指令集架构角度来看，CPU的效率主要通过两种思路来提升：要不通过降低每个程序所需的指令数来提升效率，要不通过降低每条指令所需的时间周期数来提升效率。

目前来看，CISC指令集较为复杂，但提供了丰富的指令，能够减少程序员的编程工作量。RISC指令集的每条指令较为简单，但能提高处理器的性能和能效，在移动端领域成为新兴主导。

说了这么多，你可能还处在云里雾里，我们拿做饭来说说下精简指令集和复杂指令集的区别：

精简指令集需要定义做饭中的每个动作，需要包含拿钱、拿篮子、买菜、买面、烧水、和面、炒菜等指令。程序要完成做饭这个指令，需要下达这些指令来合成做饭这个动作，否则程序不知道该怎么做。对于CPU来说，每条指令都很简单

复杂指令集则不需要知道这么多指令，只需要下达做饭这个指令即可，很简单。下单完做饭指令，程序会直接完成全部的动作。但是对于CPU来说，每条指令都很复杂。

那么为啥我们不都用复杂指令集呢？一条命令就可以轻松完成一整套动作？

因为，有一些时候，人们只想完成"和面"这一个步骤，我只想"和面"，那么在复杂指令集中则没有这个指令，你必须来一套这样的动作，这也导致复杂指令集的CPU在一些专用的领域的性能和能效下降。

所以不同指令集的的指令是不可以通用的，即使是相同阵营的指令集，每家的指令也是不同的。例如英特尔可能用"111"表示做饭，AMD则可能用"666"表示买菜。因此，CPU和指令集不同，导致相关产业生态不同。

▉ 行业百家争鸣 细看国产芯片的四大流派

不同品牌的CPU，其产品的架构也不相同。目前，x86架构为复杂指令集架构（CISC）；ARM、MIPS、RISC-V、Alpha等架构为精简指令集架构（RISC）。

国内芯片市场，由于发展较晚，目前落后较多，芯片厂商采用的指令集架构也各不相同，同时发展了多条路线，目前国内芯片厂商呈现四大流派：主要包括x86阵营、ARM阵营、自主架构阵营和RISC-V阵营。

目前，华为、飞腾代表的Arm体系，兆芯、海光代表的x86体系，龙芯、申威代表的自研体系，阿里、字节、腾讯等互联网巨头基本都是RISC-V体系。

四大流派可以说各具特色，各有优劣，那么哪一条才能真正支撑中国信创未来？

x86流派

x86第一次出现是在1978年英特尔发布的8086微处理器中。而这台8088微处理器，被IBM用来制作出了全世界第一台个人计算机（PC）。

PC产业自此开始诞生，x86架构也打开了一个新时代。经过半个世纪的发展，在x86的兼容性和处理运算能力也在不断提升。如今x86家族横跨了桌面、服务器、便携式电脑，超级计算机等领域，甚至曾一度在服务器市场占有90%的市场份额。

整体来看，x86架构以性能高、兼容性强、软硬件生态丰富等特点，在主流市场优势非常明显。唯一的短板是追求高性能的同时，没有做到足够低功耗，在移动领域无法大展拳脚。

目前，x86架构一直由英特尔和AMD牢牢掌握话语权，因此获取架构授权极为艰难。在国内市场，只有海光信息获得了完整的指令集授权。另外就是被兆芯收购的台湾威盛，也曾获得x86架构Licence授权。但多年来没有第四家授权，其他芯片公司想用也用不了。

超高的授权门槛背后，是更高的自主芯片设计空间。这对于已获得授权的国产厂商意义重大。

从授权模式上来看，x86指令集为AMD和Intel的交叉授权协议约定，AMD和Intel及相关正式获取授权的企业，不会因为指令集造成知识产权问题。即无论哪一方发布了新的指令集，其他方都可以基于该新的指令集来进行CPU设计，而不会造成侵权。

当然，新的指令集的实现方式（即处理器设计）是保密的，也可以有不同的实现方式，需要通过自身的微架构、系统架构和版图设计来实现。但从长远看，这对国产芯片自研是有利的。

X86自研芯片的价值毋庸置疑，曾经宝德与英特尔合作，推出了定制CPU产品“暴芯”，但这种定制版CPU并不能算国产自研芯片。

在最新的“信创产品目录”中，唯二得到官方标准认可的X86芯片就是海光和兆芯。这也表明，真正拿到X86授权的厂商，才具备实现芯片自研和自主可控的条件。从这一点来看，两大国产厂商未来想象空间非常诱人，X86对国产芯片自研的意义业已举足轻重。

ARM流派

ARM架构的历史没有x86架构悠久，其自于ARM公司的前身——Acorn公司。这个公司1985年时开发除了ARM1样本，1986年开始实际生产32位的ARM2。1990年正式成立ARM公司，负责ARM架构的研发。

ARM公司在市场上站稳脚跟后，就屡屡受到IC巨头的青睐。2016年，日本软银集团以320亿美元收购了ARM；2021年，英伟达拟以600亿美元收购软银旗下ARM（最后宣告失败）；2022年，韩国SK海力士拟联合收购ARM，最终宣布放弃。

由于基于RISC精简指令集架构，ARM更加灵活高效，尤其是能效突出，在移动市场相比x86架构优势明显，同时由于没有历史积累，又有Android、Linux两大成熟系统辅佐，生态也非常丰富。

但和英特尔不同，ARM并不涉足生产或销售CPU的业务。ARM主要采用的是授权处理器架构给第三方的商业策略，目前ARM的授权权限分为三个等级：·

• 使用层级授权：使用封装好的ARM芯片，但不能进行任何修改。·

• 内核层级授权：可基于购买的ARM内核进行芯片开发和设计，有一定的自主研发权。·

• 架构层级授权：可以对ARM架构进行改造，甚至对ARM指令集进行扩展或缩减。    

前研发架构大多都是自用，ARM的这种IP授权方式反而打开了市场并帮助ARM在移动端站稳了脚跟，吸引了高通、华为、苹果在内的一众客户。目前，ARM基本已经主导了当前的智能手机和移动终端的芯片市场。

相比之下，中国ARM派在自主性、生态和商业发展上更加均衡。

一方面，华为、飞腾等国内厂商都拿到了ARM的永久授权，可以在现有的基础上持续地进行自研开发；另一方面，ARM+安卓生态在移动端拥有极为丰富的应用品类，可以轻松迁移到桌面版ARM系统下。在商业化方面，华为、飞腾等都实现了规模出货，特别是华为基于ARM技术打造的麒麟CPU已经被规模应用于华为擎云系列商用台式机、笔记本电脑等产品上。

但缺点就是由于采用精简指令集架构，让ARM芯片的性能一直受到制约，尤其是在服务器、高性能计算等对性能要求较高的领域，ARM喊了这么多年一直没有什么水花。

RISC-V流派

过往20多年中，x86和ARM一直都处于双雄争霸的格局。自从2010年RISC-V诞生之后，指令集架构领域就逐渐呈现出了三足鼎立的趋势。

RISC-V之所以能够迅速崛起，离不开它开源、成本低、可复用IP、能够缩短研发时间等优点。凭借这些优点，RISC-V基金会吸引了高通、英伟达、恩智浦、三星、美光、华为海思、平头哥、联发科、谷歌、IBM，乃至竞品英特尔在内的一众IC企业。

去年年末，RISC-V国际基金会宣布：市场上已经有超过100亿颗RISC-V核。这100 亿颗出货的 RISC-V 核中，有一半来自中国市场。

中国工程院院士倪光南也在今年的玄铁 RISC-V 生态大会上表示：“今天 RISC-V 是中国 CPU 领域最受欢迎的架构，中国芯片产业和整个芯片生态将会越来越多地聚焦于 RISC-V 架构，中国的巨大市场将成为支撑 RISC-V 的重要基地。”

如今倪光南院士的话完全可以在市场上得到印证。华为、阿里、字节等知名企业都在积极研发RISC-V芯片，他们的加入为RISC-V架构的发展带来了更多的可能性和机遇。目前，中国目前有300家以上公司在关注RISC-V或以RISC-V指令集进行开发。

然而，尽管RISC-V架构值得我们对其未来充满信心，但也不可避免地会有人对其做出一些担忧和质疑。其中一个主要的担忧是RISC-V作为一个开源项目，是否会面临知识产权的风险。因为各个芯片厂商可以自由使用、设计和制造RISC-V芯片，这在某种程度上可能造成技术泄漏和知识产权不受保护的问题。

而且据国外媒体The Register报道，美国商务部正在考虑美国国内关于限制中国使用RISC-V指令集架构(ISA)的呼吁。这一消息也为国内基于RISC-V开发的芯片厂商的未来蒙上了一层迷雾。

自研流派

相比于购买授权和机遇开源RISC-V开发芯片，国内也有一些厂商为了更好的安全性，采用了最难的芯片研发模式——自研。在自研方面，主要以龙芯和申威两家代表厂商。

龙架构的诞生并不是一帆风顺。因为龙芯中科在2019年之前，旗下产品一直使用MIPS指令授权，MIPS是X86和ARM之外的另一大指令集，拥有开源特性同时可以自由更改增加指令，龙芯十分看重这一点，因此龙芯中科在2010年开始产业化时，选择与MIPS合作，购买了终身授权，希望能在MIPS上构建自治生态。

但是很遗憾，从2018国内芯片行业受到打压后，MIPS在合作上也跟龙芯产生分歧，2019年MIPS更是直接宣布关闭开源计划。MIPS的闭源让龙芯意识到，依靠国外授权发展自主芯片产业只是在温水煮青蛙，不掌握芯片核心架构设计根本无法打造国内自己的芯片产业，依旧受制于人。

所以在2020年，龙芯推出了完全自主指令集架构：龙架构（LoongArch），龙架构不是MIPS，也不是其他指令系统授权，而是完完全全脱离授权的自主研发指令集。

目前，经过多年的发展，龙芯无论是服务器处理器或是PC端处理器，在单核上与全球主流水平的差距基本在2-3年之间；可以说“纯血国产”的龙芯，经过近10年的努力，虽然与英特尔、AMD等全球巨头还有差距，但已经看到车尾了，平起平坐的时间不远了。

相比较龙芯，申威的自研芯片发展要顺利很多，申威的技术来源是于DEC的Alpha 21164。DEC的技术实力很强，Alpha性能更是惊艳，AMD就曾经购买了Alpha 21264的技术资料，挖走了部分DEC的技术人员后，开发出自己的K7微结构。

DEC是技术实力比人强，但商业模式不如人而失败的典型例子，Alpha也被几经转手，先被康柏收购，后被惠普雪藏。目前Alpha已经被束之高阁，指令集和微结构都已经不再更新，技术专利大多已过期或快过期了。申威是目前Alpha阵营中仅存的硕果，拥有自主扩展指令和发展路线的自主权。

申威开发了自己的神威睿智编译器，研发了基于Linux的神威睿思操作系统。加上超算领域不像PC领域那样存在软件生态的掣肘，申威构建自主技术体系的道路可谓一片坦途——于2012年9月投入使用的神威蓝光超算使用了8704片申威1600，搭载神威睿思操作系统，实现了软件和硬件全部国产化。

自研芯片相比较其他三个流派，无疑是一条最难走的路，但是如果成功，哪怕只是在某一领域的成功那对于我国国产芯片的价值都是极为重要的。但同时由于走的是自研道路，芯片的生态，应用都面临着更大的挑战，但在当前信创大趋势情况下，定制化的应用也让自研芯片的生态建立更容易一些。

▉ 谁能扛起国产芯片大旗？

中国并没有真正“开创性”的自主指令集，各家走的都是“引进、消化、吸收、小创新、大创新、自主创新”的中国高铁发展模式。

在国产化芯片之路上，有的厂商从基础芯片上砥砺前行、不断突破，华为鲲鹏、龙芯中科、天津飞腾、上海申威、海光信息都是个中杰出代表。

我们来依次看下每个厂商的特点：

兆芯，合资CPU的探路者，作为仅有的x86 IP授权厂商，在系统应用上步步深入、逐渐破局，凭借成熟的软硬件生态，为用户提供性能卓越、兼容性优异且安全可靠的通用处理器和芯片组等产品。

海光则是一位性能领先的实干者。处理器兼容市场主流的 X86 指令集，具有成熟而丰富的应用生态环境。主要从事高端处理器、加速器等计算芯片产品和系统的研究开发。由于掌握完整的指令集架构 ，海光芯片性能提升迅速，实现了可持续自主迭代。在典型场景下，公司最新一代 CPU相关产品均已接近国际同类高端产品水平。

华为鲲鹏则是国产片芯片的快速崛起者，凭借着其慷慨的研发投入以及基于ARM架构的优势，从 2004 年开始投资研发第一颗嵌入式处理芯片，迄今形成了以“鲲鹏+昇腾”为核心的基础芯片族。如今华为已经围绕鲲鹏处理器打造了“算、存、传、管、智”五个子系统的芯片族，实现全场景处理器布局。

飞腾则是生态领导者，它的生态发展迅速，为行业自主创新做出了重要贡献。如今飞腾联合了众多国产软硬件生态厂商，提供基于国际主流技术标准、中国自主先进的全国产信息系统整体解决方案，支撑国家信息安全和重要工业安全。

作为自研架构的先驱，如今龙芯从指令系统到IP 模块皆为自主设计，拥有片内安全机制，可信性高。此外，LoongArch充分考虑兼容需求，摒弃了传统指令系统中部分不适应当前软硬件设计技术发展趋势的陈旧内容，吸纳了近年来指令系统设计领域诸多先进的技术发展成果。对于龙芯来说，最近好消息不断，龙芯宣布福建省某区采购了千台基于龙芯3A6000处理器的电脑，并首次实现了规模化应用。同时，基于龙芯处理器的储迹NAS凭借其操作流畅、性能强劲、稳定高效等特性，落地江苏省某公安局，完成国产化替代。

申威一直在特种领域深耕，申威处理器专注于高性能计算，尤其是在服务器领域，浮点运算算力与同期外国处理器相当。申威 SW26010 是中国首个采用国产自研架构且性能强大的计算机芯片。在 2016 年法兰克福世界超算大会上，“神威·太湖之光”搭载该处理器登顶国际 TOP500 榜单之首。

在RISC-V芯片领域，以阿里为代表的互联网巨头们也初见成效，尤其是阿里，已推出多款RISC-V处理器，涵盖多种应用场景。平头哥已经在包括物联网等中低端场景有了规模化应用，下一步是向需要较高算力要求的高端场景迈进，其中最容易实现突破的是存储、网络通信相关场景。”

在别无选择的国产化信创之路上，中国软硬件厂商都付出了艰苦卓绝的努力，发挥了前所未有的韧劲，正一步步走出了自己的特色之路。

这条路注定艰难曲折，但只有迈过去，才能将未来，真正掌握在自己手中。国产CPU具备政策驱动、市场需求释放以及国产化替代多重机遇，近年来通过吸收引进再创新，各大厂商在自主研发层面进展迅速，四大流派已基本实现可控可用。

最后，有人可能依然会问，未来谁会是技术主流？其实从中国芯片行业的发展现状来看，我国芯片行业仍处于快速发展时期。2023年，中国芯片市场规模为12277亿元，同比增长2.3%。这意味着，这片市场有足够巨大的市场空间来推动技术革新。

四大派系抢夺这么大的市场，各有短板，却也各有所长。目前短期来看大家的关系更多的是还是互为补充的差异化竞争，共同推进国产芯片及信创市场的快速发展。如果从长期来看，在国外流派基础上走出自己研发路线的处理器才是国产芯片的终极目标。

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