今年,国产CPU在运营商集采中的占比再创新高。
据观察者网此前报道,经查询三大运营商采购数据发现,国产CPU在三大运营商集中采购中的占比实现了显著增长:
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中国电信自2020年首次将国产CPU服务器列入采购名单,当时国产CPU服务器占比仅为19.9%,而英特尔CPU占比高达79.4%。最新数据显示,2024至2025年,中国电信计划采购15.6万台服务器,指定采用国产CPU的G系列服务器占比跃升至67.5%,即10.53万台。
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中国移动积极增加国产CPU服务器的采购比例,2020年国产CPU占公司PC服务器采购的21%左右,如今这一比例接近43.5%。
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中国联通自2020年以来对国产芯片的需求也激增,尤其是鲲鹏920、海光7165、海光7185等国产CPU。
此外,国产CPU的多元化发展,包括ARM、C86、LoongArch等架构,也在中国电信的最新集采中得到了体现,其中国产ARM服务器需求接近7万台,占比44.6%,华为鲲鹏、飞腾等有望成为主要供应商。
这些数据表明,国产CPU正逐渐成为运营商集采的主流选择,国产化趋势有望在未来继续加强,不仅反映了国产CPU技术的进步和市场认可度的提升,也显示了运营商对国产化支持力度的增强。
01
国产CPU的四大技术路线
CPU全称为中央处理器(Central Processing Unit),是电子计算机系统的核心部件,是整个计算机系统的“大脑”。指令集是计算机运行指令的集合,是CPU底层的核心技术之一。国产CPU厂商出于自身考量,选择了四种指令集路线,各有优劣。
主流国产CPU厂商梳理
x86架构指令集
x86架构是计算机领域中最为广泛应用的指令集架构之一,其主要特点包括:复杂指令集(CISC)、高度可编程性、强大的处理能力、向下兼容性以及封闭的源代码。x86架构广泛应用于个人电脑和服务器领域,支持广泛的软件和操作系统,具有强大的生态系统和向下兼容性。
无论在服务器市场还是PC市场,x86处理器都是绝对的主流。赛迪顾问在刚刚发布的《2023-2024年中国服务器市场研究年度报告》就提到,x86服务器依旧占据主力市场,且未来三年市场规模保持增长,预计到2026年市场规模突破1600亿元。
海光和兆芯使用x86架构,可以与主流操作系统高度兼容,生态优势明显。其中,海光获得了x86指令集永久授权,在自主迭代和指令集扩展上不受限制;兆芯的授权来自于威盛,后者将自己的x86技术、专利、团队、以及GPU、芯片组团队等并入兆芯,而威盛的x86授权则来自于曾经收购的Cyrix和Centaur。
ARM指令集
ARM指令集通过收取授权费,开放授权给CPU厂商。飞腾和华为鲲鹏采用ARM v8架构,性能提升较快,生态适配较好,并发布了一系列基于ARM架构的PC、服务器产品。然而,ARM授权模式同样是悬在头上的达摩克利斯之剑,一旦出现断供,后续自主迭代难以为继。
值得一提的是,2023年7月12日,中国电子与华为决定合并鲲鹏生态和PKS生态,共同打造同时支持鲲鹏和飞腾处理器的 “鹏腾”生态,携手产业界伙伴共同发展,开创通用算力新格局。
授权+自研指令集
与前两者路线不同,龙芯选择获得MIPS指令集授权后自主研发LoongArch指令集,申威则是在Alpha指令集基础上自研SW-64指令集,虽然在自主可控方面有其必要性和紧迫性,但其生态成熟度还有待完善。
其中,龙芯上层应用生态逐步搭建,在党政及特殊市场都有一定的应用,申威产品则侧重特种超算服务器领域,全可控技术与生态均有独家壁垒。
今年6月,中国自动化学会自主指令系统技术与应用专委会(筹)正式成立,标志着国产CPU自主指令系统的发展迈入了新的阶段。该专委会的核心目标是推动自主CPU指令系统技术体系和产业生态的发展,通过产学研的深度融合,构建一个独立于x86体系和ARM体系的新型信息技术体系。
据悉,龙芯中科董事长胡伟武担任筹备组组长,加入专委会的成员将有机会获得龙芯LoongArch龙架构指令系统的使用授权,并以优惠价格获得龙芯中科IP授权、SoC设计服务。这不仅促进了国产CPU技术的发展,也为相关企业提供了实质性的支持和便利。
自主开源指令集
在六大国产CPU之外,平头哥于2019年发布的RISC-V处理器玄铁910,将RISC-V架构正式带入大众视野。RISC-V最大的优势在于开源免费,开放的属性和丰富的指令集库从根本上杜绝了“卡脖子”的可能性,发展前景广阔。
RISC-V架构凭借其开源、精简、可扩展性强的特性,极有希望成为半导体领域的第三大架构生态。2023 RISC-V中国峰会发布数据显示,经过约5年时间建设,中国的RISC-V生态已初具规模,全球采用RISC-V架构的处理器已出货100亿颗,中国企业RISC-V芯片出货量达50亿颗,占据半壁江山,预计2025年全球RISC-V处理器出货量将突破800亿颗。
三大指令级架构对比
近年来,国内涌现出了众多RISC-V赛道的处理器企业,如阿里平头哥已推出3大系列8款RISC-V处理器,是中国RISC-V领域影响力和市占率最大的处理器企业;华为海思于2021年底发布了首款商用级别的RISC-V架构CPU,并基于此打造了高清电视芯片。
RISC-V作为一个开源指令集架构,其生态系统的丰富程度直接影响着未来发展,健全的RISC-V生态将促进其快速商业化,使其成为可竞争的通用芯片架构选择。为此,RISC-V基金会应运而生,累计吸引了全球3000多家芯片设计公司加入,其中中国公司占比将近一半。
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。
由此可见,RISC-V有望助力中国在处理器芯片领域绕开ARM和X86的高昂授权费以及贸易战下的卡脖子风险,为芯片产业链自主可控提供可贵的历史机遇。
02
行业信创加速,成长空间广阔
CPU和GPU作为信创基础硬件发展环节的重中之重,也是决定信创底层发展逻辑的关键所在。目前,信创产业已经从 “试点实践期”进入到“规模化推广期”的关键阶段,产业需求正在全面打开,市场订单正在井喷式增长,产业红利预计将会持续到2027年前后。
自2020年信创发展元年以来,国家政策的顶层规划和多轮试点的推进,为国产CPU的规模化推广奠定了坚实基础。党政领域作为信创落地的先行者,已经实现了广泛的应用覆盖,落地实践率迅速提升,截至2021年末已达到57.01%。
此后,信创产业由党政逐渐向其他行业覆盖,以金融、电信等为代表的行业信创也进入规模化应用阶段。电信领域中,国产CPU多次入围大型运营商集采,为电信级关键应用提供服务。金融领域中,国产CPU在银行、证券、保险等行业均有落地应用,推动了金融信息化转型。能源、交通、工业、教育等领域,国产CPU也提供了全面的技术解决方案,支持了行业的数字化升级。
随着全国一体化算力网络和“东数西算”工程的部署,我国各地计算中心加快布局,根据国家信息中心联合发布的《智能计算中心创新发展指南》,当前我国超过30个城市正在建设或提出建设智算中心,已建成的、在建中的和规划中的智算中心数量已逾40家。
在此背景下,运营商正积极承担算力基础设施建设任务。中国电信、中国移动和中国联通等运营商纷纷加大AI算力服务器的采购力度。
其中,中国电信2023至2024年AI算力服务器集中采购规模为4050台,2024至2025年的规模达1.56万台,较上一轮增长224%;中国移动2024至2025年新型智算中心集采项目计划采购7994台AI服务器及配套产品;中国联通2024年计划采购AI服务器2503台。
值得注意的是,从中标结果综合来看,国产服务器占比超过40%,这显示出国产CPU在信息安全、供应链自主可控等方面的优势正逐步被市场认可,随着中国信息化和数字化进程的推进,国产高端处理器的需求将持续攀升。
随着信创的持续推进,国产CPU或将获得较大的增长空间。Canalys数据显示,2023年中国政府及教育部门的PC采购量达到272万台,占到全国出货量的6%。2024年3月,中央政府采购网发布公告称,在采购计算机时应当将CPU、操作系统符合安全可靠测评要求纳入采购需求。
03
国产CPU,发展到哪一步了
目前Intel、AMD领跑通用CPU市场。根据CPU市场追踪机构Mercury Research的报告,2024年第二季度,Intel在PC市场占据78.9%的市场份额,AMD市占率为占据21.1%;在服务器CPU市场,Intel市占率高达75.9%,AMD为24.1%。
从国内CPU市场格局来看,龙芯、海光、飞腾、鲲鹏、兆芯、申威等六大国产CPU齐头并进,均已纳入我国CPU安全可靠名录。但因其指令集架构路线不同,六大厂商在生态、性能等方面的市场表现各有差异。
龙芯中科
作为喊出100%自研的国产芯片厂商,龙芯CPU的自主程度较高。尤其在MIPS版权纠纷中胜诉之后,更验证了其LoongArch架构的自研程度。LoongArch架构充分考虑了兼容需求,在定义时参考了MIPS、x86、Arm、RISC-V等主要指令系统的特征,在硬件方面更易于高性能、低功耗设计,软件方面易于编译优化和操作系统、虚拟机的开发。
在生态方面,由于龙芯采用自研的LoongArch架构,生态有待进一步完善,这对其CPU的销售也存在不小的影响。龙芯中科2024年前三季度实现营业收入3.08亿元,同比下降21.94%;归属于上市公司股东的净利润为-3.43亿元。按单季度数据看,第三季度营业收入8819.37万元,较去年同期增长2.05%。归属于上市公司股东的净亏损为1.05亿元。
龙芯3A6000
2023年,龙芯发布3A6000处理器,进一步体现了LoongArch架构的性能迭代能力,相较于前一代龙芯芯片而言,在采用相同制程工艺的情况之下,单线程性能提升了60%以上,多线程性能更是成倍提升。根据测试结果,3A6000处理器总体性能已经与英特尔10代酷睿四核处理器相当。
龙芯3A6000在市场上赢得了广泛认可。根据龙芯中科公布的数据,截至2024年第一季度,3A6000芯片与3A5000芯片的出货量已与2023年全年持平。若龙芯中科在接下来的三个季度中保持这一出货量,预计2024年的芯片出货量有望达到2023年的四倍,年增长率将高达400%,这是一个备受期待的业绩飞跃。
目前,已经有数十家国内的PC电脑厂商与龙芯中科展开合作,发布了搭载龙芯3A6000芯片的桌面计算机、笔记本、存储产品以及网络安全设备、工业控制计算机等各种产品,在信息化、办公、娱乐以及工业控制、智能制造等多种场景当中开始大规模应用。
值得关注的是,龙芯中科还带来了两个令人瞩目的好消息:一是龙芯3A6000芯片很有可能将与鸿蒙系统展开合作,打造搭载国产芯片和操作系统,完成软硬件结合的PC电脑。
其次,则是龙芯中科最新的两款CPU处理器芯片龙芯3B6600芯片以及龙芯3B7000芯片即将问世。其中龙芯3B6600芯片将采用3.0GHz的主频,搭载集成LG2000核显,而龙芯3B7000芯片则是拥有3.6GHz主频。
海光信息
海光信息一直被视为X86国产化赛道龙头。作为唯一一家拿到X86完整指令集的国产芯片,海光的自主化程度和性能、生态实力起步较高,并且近几年市场化进程也非常抢眼。
从指令集路线上来看,目前海光CPU已经迭代出独有的C86架构体系,这一点已经在官方最新的安全可靠测评结果得到证实。基于自主架构的可持续迭代能力,海光可以自由扩展算法指令,不仅在性能上一直处于国内前列,CPU安全性也达到了业内最高标准。
截至目前,海光相关产品已成功服务于工商银行、中国银行等金融机构,以及中国石油、中国石化等能源化工企业。此外,在电信运营商的数据中心业务中,海光CPU也得到了广泛应用。据最新的市场数据显示,海光信息在国内服务器市场的份额约为53.6%,同比增长显著。金融和通信领域分别以57.9%和60%的份额领先。
2024年前三个季度,海光信息营业总收入61.37亿元,同比上升55.64%,归母净利润15.26亿元,同比上升69.22%。按单季度数据看,第三季度营业总收入23.74亿元,同比上升78.33%,第三季度归母净利润6.72亿元,同比上升199.9%。
海光C86 3350
海光在对x86架构授权的吸收、转化的基础上,于2023年发布了基于自研微架构的“海光C86-4G”CPU。在GeekBench 6测试中,海光C86 3350单核心得分为980分,多核心得分高达5418分,在多核性能上达到了AMD Zen2架构的主流水平,已经能够与国际主流高端处理器相媲美。
值得注意的是,今年3月,在中央政府采购网发布《关于更新中央国家机关台式计算机、便携式计算机批量集中采购配置标准的通知》,在公布的配置更新参数中,明确指定了海光CPU的配置要求,即需满足或高于C86 3350标准。
这也说明,C86处理器凭借其出色的性能表现与对广泛软件生态的兼容能力,以及内置的高安全性设计,赢得了国家的充分认可。作为国产处理器领域的一项重要成果,C86已然成为国产处理器的主流发展方向之一。
飞腾信息
作为国内首批获得64位ARMv8指令集授权的芯片设计企业,飞腾在处理器内核设计上实现了完全自主研发。飞腾公司成功研发出8、6、3三大系列处理器内核,以满足不同产品系列的需求,并推出了新一代FTC870系列高性能处理器核心,性能持续追赶国际先进水平。
飞腾的最大特点在于其全面的安全架构创新。飞腾发布了国内首个处理器安全架构规范PSPA1.0,并在2023年下半年推出了PSPA2.0规范,进一步扩展和深化了安全内涵。飞腾CPU内嵌硬件密码加速引擎,支持国密算法,内嵌支持硬件隔离的TCM/TPCM,实现主动防御机制,满足等保2.0以及可信计算3.0的可信计算要求。
飞腾公司的产品已广泛应用于政务、金融、电信、能源、交通、教育、医疗、智能制造等众多领域。截至2024年8月,飞腾芯片累计销售已超过850万片,市场份额稳步递增。
在政府信息化领域,飞腾CPU在全国32个省市和121个部委单位部署应用,覆盖了政务办公、电子政务、数字政府的核心应用领域。在金融行业,飞腾CPU面向200余家金融机构提供核心基础算力,成为国有六大行等金融机构主流路线之一。
飞腾腾云S5000C
飞腾成功研制了多款基于ARM架构的高性能CPU产品,且自主研发的新一代 FTC870 系列高性能处理器核心的性能持续追赶国际先进水平。2023年,飞腾推出了新一代高性能服务器CPU飞腾腾云S5000C和新一代桌面CPU飞腾腾锐D3000,在性能、功能和安全性上实现新的突破。
2024年3月,在飞腾第一大股东中国长城的公告中,公布了新一代服务器CPU腾云S5000C开发成功、并已对部分重点客户进行送样测试的消息。随后4月,飞腾正式发布了腾云S5000C服务器液冷解决方案,5月又发布了S5000C在金融行业反洗钱业务领域提供算力,意味着这款产品在高端服务器和关键行业中已经打开了市场应用。
飞腾腾云S5000C是飞腾新一代高性能服务器CPU,相比上一代产品,该产品单核计算性能大幅提升,拥有64核、32核、16核3种产品形态,兼容ARMv8指令集,支持硬件虚拟化,产品支持商业和工业分级,主要面向计算服务器、存储服务器、AI服务器、高端网安、行业级业务主机服务器系统、大型互联网数据中心等场景。
上海兆芯
相对于海光,兆芯虽然没有拿到完整的X86指令集授权,但其同样继承了X86的生态和性能优势,并且在中端产品性价比上别开生面,打造出一系列极具应用价值的国产处理器。
从产品层面看,目前兆芯同时掌握中央处理器、图形处理器、芯片组三大核心技术,具备相关IP自主设计研发的能力,已成功研发并量产多款通用处理器产品,形成PC/嵌入式处理器“开先”、服务器处理器“开胜”、IO拓展芯片/芯片组三大产品系列。
兆芯KX-7000系列
兆芯最新推出的基于x86架构的开先®KX-7000系列处理器性能抢眼,达到与英特尔Comet Lake相当的性能水平,具备英特尔10代酷睿的水准。KX-7000/8处理器配有8核心8线程,采用全新“世纪大道”自主内核微架构和先进的Chiplet互连架构,计算性能提升2倍。IO接口升级至DDR5、PCIe 4.0、USB4。集成高性能显卡,图形性能提升4倍,支持H.265硬件编解码,最高支持双路4K显示。
2024年是AI PC发展的元年,随着大模型为主的生成式AI技术取得快速发展,各大PC厂商都在积极探索全新的AI PC形态。联想开天基于兆芯开先KX-7000系列处理器平台推出了信创首款 AI PC——P90z G1t 台式机,配备“小天智能体”,内嵌本地大模型,支持异构 GPU 加速。
华为鲲鹏
华为鲲鹏是中国自主研发的高性能计算平台,具有显著的技术优势和市场影响力,是华为基于ARM v8架构自主设计的64位服务器处理器。然而,鲲鹏主要面向的是数据中心服务器领域,ARM作为精简指令集的代表,在PC、服务器等领域,性能和生态方面一直与x86差距不小。
在生态层面,由于ARM路线较为封闭,与主流Wintel环境互不兼容,鲲鹏采用了自建生态等方式,依托于强大的技术团队支持,优先给大客户提供定制化迁移服务。2023年,中国电子与华为决定合并鲲鹏生态和PKS生态,共同打造同时支持鲲鹏和飞腾处理器的 “鹏腾”生态,携手产业界伙伴共同发展,开创通用算力新格局。
消息显示,华为目前正在研发自己的灵犀指令集,以实现全面自主化。随着ARM v9架构的推出,华为有望基于ARM v9推出鲲鹏最新的产品系列。
鲲鹏920
2019年初,华为正式发布鲲鹏920系列。该处理器采用7nm制造工艺,基于ARM架构授权,由华为公司自主设计完成。通过优化分支预测算法、提升运算单元数量、改进内存子系统架构等一系列微架构设计,大幅提高处理器性能。典型主频下, SPECint Benchmark评分超过930,超出业界标杆25%。同时,能效比优于业界标杆30%。鲲鹏920以更低功耗为数据中心提供更强性能。
基于ARM v8.2的麒麟9000C作为华为的信创终端芯片,也同鲲鹏920一起通过了国家的安可测评,具备高安全性能,尤其在保障信息安全方面展现出色潜力。
申威
申威是由上海高性能集成电路中心研制的全国产处理器,以Alpha指令集为基础进行拓展,主要面向特种领域,自主化程度毋庸置疑。出于安全性能以及知识产权角度,申威在研发出第一代基于Alpha指令集的CPU后,将指令集替换为自研的自主可控SW64指令集,完全区别于原有Alpha指令集。
目前,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。相对于主流指令集路线,生态短板也比较明显,目前在民用/商用领域并无大规模落地,广泛应用于政府、金融、能源、电信、医疗等关键领域,推动了国产化产品在这些领域的应用。
申威SW26010-Pro
申威SW26010-Pro处理器性能比上一代提高四倍,是中国采用自主指令集、具有完全自主知识产权的处理器系列产品。SW26010-Pro由6个核心组和1个协议处理单元构成,总计384个内核,支持DDR4-3200内存,理论带宽达307.2 GB/s,最大FP64吞吐量为13.8 TFLOPS。
申威威鑫H8000处理器于2024年9月发布,采用自主指令集架构SW64,是一款高性能通用处理器,内部集成64个第四代申威通用高性能核心,配备国内最高128MB三级缓存,最高主频可达2.5GHz,支持多种内存类型和扩展槽位,综合性能国内领先。
大模型掀起的AI浪潮,不仅拉动了CPU的需求增长,也对CPU的功能提出了更高的要求。
TechInsights 数据显示, 到 2028年,全球服务器市场规模将达到2730亿美元,年复合增长率为18%,专为AI应用设计的服务器将占市场份额的59%,复合年增长率为49%。 中国市场方面,IDC预计,2023年中国AI服务器市场规模将达到91亿美元,同比增长82.5%; 2027年将达到134亿美元,年均复合增长率为21.8%。
在AI服务器和AIPC的带动下,CPU的需求也将快速增长。 根据头豹研究院数据,中国计算机CPU市场规模在2019-2021年间以6.91%的平均增速稳步快速增长,预计到2027年将达5109.49亿元。
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