2021年中國CPU（中央處理器）國產化程度現狀分析一、CPU產業概述CPU是計算機的運算和控制核心，主要功能是解釋計算機指令和處理數據。CPU主要用于個人電腦（PC）、服務器、智能手機等消費電子。筆記本和臺式整體硬件組成基本一樣，因為筆記本電腦需要追求輕薄屬性，加之臺式機存在DIY可能性，整體散熱可通過加裝機箱風扇或更換強勁風扇/水冷等提高散熱能力，相同配置下臺式機CPU整體性能和散熱效果遠高于筆記本。而服務器實際硬件與個人主機組成基本類似，全硬件相較個人主機要求更高，主要因為服務器需要保持高強度工作，在具備高性能和高速的情況下，具備最佳的穩定性，對CPU要求最高。1、應用情況PC機的硬件構成包括主板、CPU、內存、硬盤、電源、顯卡等。CPU也就是中央處理器，是計算機的運算和控制的核心，是信息處理、程序運行的最終執行單元，往往決定了一臺設備的性能；主板是PC機的主要電路板，上面安裝了一些電路系統，如BIOS芯片、I/O控制芯片、鍵盤和面板控制開關接口等；內存也稱為主存儲器，是外存與CPU進行溝通的橋梁，內存性能的強弱影響了PC機整體的水平。2、成本結構以一臺五千元左右的PC主機計算，CPU和獨立顯卡是主要成本組成，分別約占30%左右。實際主機電腦整體成本結構是處于變動且不確定的，當用戶購買整機品牌或類型有所差距時，搭配的CPU和獨立顯卡成本將有所浮動，如多媒體渲染為主的辦公用戶在購買電腦會偏重CPU，而建模為主的用戶購買時則會更偏向獨立顯卡。整體來看，CPU和獨立顯卡是PC主機中技術壁壘最后，工藝成本最高的兩個部分，也是最直接影響用戶體驗的兩大核心配件。3、系統架構CPU的內核由控制器和運算器組成，從存儲器中提取數據，根據指令集將數據解碼，再通過微架構運算得出結果，CPU內核的基礎就是指令集架構和微架構。指令集架構ISA規定了CPU可執行的所有指令，微架構則是完成指令的電路設計，基于相同指令集架構的CPU可以有不同的微架構。根據指令集架構，CPU包括CISC和RISC等類型，MIPS、PowerPC等精簡指令集性能較低非市場主流選擇。CISC型（復雜指令集）CPU以Intel和AMD的X86架構為代表，追求高性能，占據95%以上的PC機和服務器市場。RISC型（精簡指令集）的ARM架構則憑借低能耗的特點占據移動領域（平板電腦、智能手機等）95%以上的市場份額。二、CPU發展關鍵影響因素分析1、技術CPU系統架構設計包括處理器功能邏輯設計和微結構設計，對處理器功能、性能和生態至關重要。電路設計是將處理器芯片各個功能模塊用硬件語言設計出來，形成可供晶圓代工廠使用的電路版圖。微碼系統設計包括微碼軟件編程、微碼執行硬件研發。安全模塊設計包括處理器安全架構、專用硬件、軟件、密鑰管理等，貫穿處理器設計全過程，為可能出現的安全漏洞提供修復方案。仿真模擬是指利用專用軟件、高性能仿真模擬器對處理器核心和電路設計進行模擬驗證。產品設計根據終端應用需求，規劃公司具體產品配置及內部構成。處理器完成封裝以后，需要進行大量的測試工作，統稱為硅后驗證。2、政策政策東風陣陣吹來，為國產化芯片廠商成長保駕護航。集成電路作為信息產業的基礎和核心，是國民經濟和社會發展的戰略性、基礎性、先導性產業，國家給予了高度重視和大力支持。為推動我國集成電路產業的發展，增強信息產業創新能力和國際競爭力，國家出臺了一系列鼓勵、扶持政策，為集成電路產業建立了良好的政策環境。三、全球CPU發展現狀趨勢1、技術現狀目前全球個人電腦（PC）CPU基本由Intel和AMD占據主要市場，整體來看，Intel具備先發優勢，為全球X86CPU架構龍頭企業，AMD持續追趕，就技術而言，Intel和AMD不斷更新微架構，實現性能的不斷迭代提升，早期AMD屬于工藝技術追趕者，整體工藝在落后英特爾2-3年左右，隨著研發投入持續提高，加之英特爾作為行業開拓者市場受到瓶頸，AMD的CPU工藝技術一度反超，在單核心性能超越英特爾，但目前在整體多核穩定性仍有差距，而國產CPU的微架構在亂序執行、高速緩存、多核互聯等技術上，由于起步較晚，都與先進水平有一定差距。Intel微架構從P5到IntelHybrid逐步演化，1993年Intel推出基于P5微架構的奔騰（Pentium）處理器，相對于i486增加了第二條獨立的超標流水線，能夠并行的運行一些比較簡單的指令；在1995-2002年之間，亂序執行部件經過了數次重大改進，處理器中加入了更多寄存器并引入了單指令多數據，對整體性能的提升有著重要作用；2006年第一代酷睿（Core）微架構誕生，處理器被重新設計以適應雙核和四核的共享緩存結構；Intel自酷睿處理器以來，奠定了超標量流水線架構的基本形態，并隨著SandyBridge、Haswell、Skylake、IceLake、Hybrid微體系架構的迭代，處理器的性能也在不斷發展。2、需求現狀CPU主要用于個人電腦（PC）和服務器等，整體PC出貨量是CPU發展的基礎。根據數據，2012-2017年隨著全球發達國家整體個人電腦需求漸趨飽和，市場出貨量保持逐年下降趨勢，一度在2018年降至2.58億臺，隨著東南亞、印度等發展中國家持續發展，個人電腦需求持續回升，2020-2021年疫情背景疊加全球線上辦公需求上漲，個人電腦需求快速上漲，2021年達3.49億臺，同比2020年增長14.8%億臺。四、國產CPU發展現狀1、整體差距目前國產CPU與全球領先水平的差距主要分為性能差距和生態差距。性能上，國產CPU存在明顯劣勢。國產CPU的微架構在亂序執行、高速緩存、多核互聯等技術上，由于起步較晚，都與先進水平有一定差距，加之整體晶圓工藝水平相差較多，設計能力存在差距，導致了整體性能差距，另外，生態差距主要體現在軟硬件整體，由于國產CPU積累不夠，即使技術部分產品性能已基本滿足使用需求，但整體用戶體驗和穩定性仍有差距，加之前期巨額開發成本，但市場競爭力仍非常有限，而高新技術需要持續優化迭代，完全商業化更是難上加難。2、國產替代進度：海光芯片借力AMD進軍國產化x86芯片，實現產品自主研發，在服務器市場具備優勢。2016年,AMD公司曾經與天津海光達成了合作,雙方成立合資公司進行處理器的開發。海光三號及海光四號研發計劃分別于2018年2月和2019年7月啟動，各項研發工作進展正常。海光三號成功流片、海光四號完成了電路設計和性能模擬，證明了企業全面掌握了高端處理器設計技術，具備了產品迭代研發能力。考慮到芯片行業的特點并參照國際同行業領先芯片企業的定價模式，CPU行業主要采用階梯價格策略，接受針對項目的單獨特價申請。階梯價格主要適用于服務器廠商客戶的日常采購（根據采購數量區間階梯變動），特價一般用于戰略級競爭項目（最主要）、產品適配導入項目、產品促銷等。以海光芯片為例，CPU價格已經逐漸市場化。出貨量方面，海光信息三款產品出貨量合計約20-50萬片。3、國產替代進度：龍芯中科龍芯實現自主架構研發并重視生態建設，在PC及類PC市場具備競爭優勢。中科龍芯的工控類和信息類芯片的均價約400-600元，產品出貨量約100萬片，信息類產品出貨量約150萬片。海光芯片主要定位于服務器應用市場，而龍芯主要定位于PC及類PC市場。相比之下，天津飛騰及華為鯤鵬CPU產品主要定位于服務器應用場景。龍芯中科芯片產品依據應用領域的不同可分為工控類芯片和信息化類芯片。工控類芯片面向嵌入式專用設備、工業控制與終端等，系列產品在網安通信、能源、交通等行業領域已獲得廣泛應用；信息化類芯片面向桌面和服務器等，龍芯3號系列是目前最新產品，作為高性能通用處理器，通常集成4個及以上64位高性能處理器核，與橋片配