1. CPU 是PC及服务器的大脑
1.1. CPU 是计算机的核心配件
中央处理器 CPU（Central Processing Unit）作为 PC及服务器的大脑， 是计算机的运算和控制核心。CPU 与内部存储器和输入/输出设备合称 为电子计算机三大核心部件。CPU 的本质是一块超大规模的集成电路， 主要功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU 的内部 结构可分为控制单元，运算单元和存储单元三大部分。
1.2. CPU 指令集分为复杂和精简两类
指令集是 CPU 性能体现的重要标志。指令集一般被整合在操作系统内 核最底层的硬件抽象层中。指令集属于计算机中硬件与软件的接口，它 向操作系统定义了 CPU 的基本功能。指令集包括指令格式、寻址方式和 数据形式。一台计算机的指令集反映了该计算机的全部功能，机器类型 不同，其指令集也不同，因而功能也不同。CPU 要有较好的性能，需要 具备功能齐全、通用性强、内含丰富的指令集。
按照指令集，CPU 可划分为复杂指令集（CISC，Complex Instruction Set Computer）和精简指令集（RISC，Reduced Instruction Set Computer） 两大类。其中，复杂指令集 CISC：由一条指令完成一个复杂的基本功能； 单条指令集功能强，指令类型丰富完善，编译后指令数量较少，通用场 景下性能具有优势。复杂指令集以 x86 架构为代表，主要用于桌面 PC 及服务器领域，配套软硬件丰富完善。精简指令集 RISC：由一条指令完 成一个基本动作，多条指令组合完成一个复杂的基本功能；译码效率高， 偏向低功耗领域优化。精简指令集以 ARM 架构为代表，主要用于手机、 平板等移动终端，软硬件生态逐步建设完善。
1.3. CPU 主流架构为 x86 与 ARM 架构
如今 CPU行业在全球形成了 Wintel和 AA两大信息化生态体系，均由 美国主导。Wintel 体系即 “Windows+Intel” ，由 Windows 操作系统与 X86 指令集组成，其实质是 Microsoft 与 Intel 的商业联盟。在硬件上， Wintel 通过捆绑销售，掌控了对产业链下游生产商的控制权；而 Intel 作 为芯片 IDM 厂商，占据了市场话语权。在软件上，Windows 平台凝聚了 大批的开发者，使 Microsoft 能快速迭代出不同层次的应用软件产品。
目前，除了主流的 X86、ARM 架构外，还有 MIPS、POWER、RISCV 等架构，其余架构简介如下：
MIPS 架构：由 MIPS 科技公司开发并授权，广泛被使用在许多电 子产品、网络设备、个人装置与商业装置上。最早的 MIPS 架构是 32 位，最新的版本已经变成 64 位。它包含大量的寄存器、指令数 和字符、可视的管道延时时隙，这些特性使 MIPS 架构能够提供最 高的每平方毫米性能和当今 SoC 设计中最低的能耗。
POWER 架构：由 IBM 公司设计开发，具有高度通用、高性能等 特性，支持从嵌入式系统到超级计算机等平台，在汽车、医疗设备、 军事、航空航天等领域都有一席之地。可以说 Power 是适用于物联 网、网络和无线、工业和环境控制系统、个人计算、企业服务器以 及手持设备和移动设备等领域的一款 CPU 架构。
RISC-V 架构：RISC 系列指令集的第五代产品。2010 年，加州大 学伯克利分校的研究团队设计出 RISC-V。虽然与 ARM 同属于精简 指令集架构，但 RISC-V 推出晚，没有背负向后兼容的包袱，架构 短小精悍。目前 RISC-V 被认为最适合应用在 IoT 市场。因为 IoT 市场更为灵活，客户需求相对多样化，目前尚无任一架构统一市场， RISC-V 具有低功耗、低成本、灵活可扩展及安全可靠的特性。
X86 架构仍是主力，ARM 架构正奋起直追。X86 架构起步较早，生态 环境具有明显优势，目前 X86 架构占领了服务器、桌面和 PC 电脑市场 绝大部分份额。根据 IDC 统计，截至 2020 年，X86 架构服务器CPU 在全球服务器市场中销售量占比超过 97%，处于显著领先的地位。随着 5G 的发展，移动终端正在快速取代传统 PC 在终端市场中的地位。根据 IDC 数据，移动终端在全球终端（包括个人电脑、平板电脑和智能手机）出 货量所占的比例已经由 2010 年的 44.7%上升到了 2018 年的 77.6%，预 计到 2023 年将超过 80%。而 ARM 架构占领了绝大多数移动终端，将对 X86 架构全球市场份额发起挑战。
1.4. CPU 三大研制环节对应不同细分产业链
现代 CPU 产品研制主要有设计、制造、封装与测试三大环节。CPU 设 计环节是决定芯片功能、性能最为关键的研发环节，由芯片设计工程师 基于 CPU 指令集，使用专业 IC 设计软件进行设计，过程极为复杂、繁琐。
CPU产业链主要由上游基础环节、中游制造环节以及下游应用环节构成。上游基础环节： 主要包括 EDA 软件、IP、半导体设备、半导体材料。中游生产环节：主 要包括 CPU 研制的三大环节：设计、制造和封装测试。下游应用环节： CPU 广泛应用于通讯、汽车、电力、物联网、人工智能、工业、医疗等 行业领域。
2. CPU 行业具备寡头垄断特质
2.1. 全球 CPU 市场呈现双寡头垄断格局
Intel 霸主地位强势，AMD 欲与之争锋。目前 X86 架构占据了服务器、 桌面及 PC 电脑等终端的主要市场份额，其中代表厂商为 Intel 和 AMD， 尤以 Intel 产品市场占有率遥遥领先。
2.2. 双雄在竞争中迭代，占据全球 CPU 市场
从英特尔公司和 AMD 公司的较量中，看 CPU 的历史变迁。二者的发 展历程可大致划分为四个阶段：第一阶段是发家起步期，第二阶段是初 始合作期，第三阶段是正面交锋期，第四阶段是持续较量期。
2.3. 英特尔：CPU 的先行者
从单核到多核。自英特尔在 1978 年推出第一颗 x86 处理器 8086 后， CPU 的发展方向一直都是整合更多的指令集与外部控制器，以及更高的 主频。单核性能的提升除了架构以外很重要的一点是取决于频率和缓存， 而频率限于 CPU 温度和功耗不可能增长太快，缓存限于 CPU 面积和成 本同样不能快速增长，这样频率和缓存只能依靠半导体工艺的进步来逐步提升。当 CPU 的单核效能与频率都到瓶颈之后，英特尔与 AMD 都开 始向多核发展。 第一款双核处理器问世。2005 年 4 月，英特尔的第一款双核处理器平台 包括采用英特尔 955X 高速芯片组、主频为 3.2 GHz 的英特尔奔腾处理 器至尊版 840，此款产品的问世标志着一个属于多核心的新时代已经来 临。
第一款四核处理器问世。2006 年，Pentium D 处理器的继任者是非常经 典的 Core 2 Due 处理器，而且他们还用当年炮制首款双核处理器的手法 造出了首款四核处理器 Core 2 Quad。首款桌面级的四核处理器诞生于 2006 年 11 月 2 日，首发产品为 Core 2 Extreme Edition QX6700。
制成和架构交替进步。从 2005 年开始，英特尔就制定了一套“钟摆计 划”（Tick-Tock 战略）。Tick-Tock 就是时钟 “嘀嗒” 的意思，一个嘀嗒 代表着一秒，而在 Intel 的处理器发展战略上，每一个嘀嗒代表着 2 年一 次的工艺制程进步。每个 Tick-Tock 中的“Tick”，代表着工艺的提升、 晶体管变小，并在此基础上增强原有的微架构，而 Tick-Tock 中的“Tock”， 则在维持相同工艺的前提下，进行微架构的革新，这样在制程工艺和核 心架构的两条提升道路上，总是交替进行。
2.4. AMD：CPU 的挑战者
AMD公司成立于 1969年，是一家生产微处理器、提供闪存和低功率处 理器解决方案的公司，是英特尔公司最强劲的竞争对手。
与英特尔携手前进，巩固“第二供应商”地位。1976 年，英特尔推出了 整合指令集代码的 CPU，同年，两家公司达成授权合作，AMD 获得了 英特尔开发 CPU 的代码使用权，进一步巩固了“第二供应商”的地位。 1981 年，AMD 和英特尔签署了行业最重要的授权协议，AMD 获得了英 特尔 X86 系列处理器的授权。1983 年，AMD 成为了全球第九大集成电 路制造商。
英特尔停止授权，陷入官司大战。1987 年，Intel 宣布停止对 AMD 进行 386 产品授权。AMD 面对反向攻关 386 产品的难题，度过了一段艰难的 岁月。最终，仅仅 18 个月，AMD 拿出了 Am386 这款优秀的处理器产 品，其能耗甚至比 Intel 的 386 芯片更好，且完全兼容 Windows 等各项 软件。其上市一年后销售收入就达到 1.1 亿美元，销售量超过 100 万枚。
官司胜利后，AMD 加大研发力度。1990 年代初 AMD 加大自主研发力 度，并于 1995 年成功推出首款自研微处理器 K5，用于对抗英特尔当时 风头正劲的奔腾处理器。随后几年又陆续推出 K6、K7 等系列，即 AMD 为世人熟知的速龙系列。 在自研过程中，AMD 逐渐对英特尔形成赶超之势。
3. 国产化助力打破 CPU 行业垄断格局
3.1. 国产 CPU 起步较早，但发展历经坎坷
国产 CPU 起步较早，但发展历经坎坷，大致可概括为开始起步、发展 受限、初具规模三大阶段。 国产 CPU 事业开始起步（1950-1970 年）：1956 年，半导体科技被列为 国家新技术四大紧急措施之一。
国产 CPU 事业初具规模（1991 年至今）：随着国内信息化与电子硬件制 造业的快速发展，“缺芯”的问题再次受到国家高度重视。从“十五”开 始，国产 CPU 自主性的问题再度提上议程，产业政策不断加码。在核高 基、泰山计划、863 计划等的大力支持下， 国产 CPU 奋力追赶，以鲲 鹏、海光、龙芯、飞腾、兆芯、申威等为代表的厂商全力打造出“中国 芯”。
3.2. 国产 CPU 紧跟全球发展进程，择优引进和自主研发并进
国产 CPU 架构各异，三大路线各有所长，择优引进和自主研发并进。 国产 CPU 主要采用 X86 架构、ARM 架构、MIPS 架构和 Alpha 架构， 不同架构下厂商的自主化程度也有所区别。采用 X86 架构的代表厂商有 兆芯和海光，使用 IP 内核授权方式，基于指令集进行 SOC 集成设计， 自主化程度偏低，。采用 ARM 架构的代表厂商有飞腾和华为，使用 ARM 指令集授权方式，基于指令集授权自主设计 CPU，自主化程度较高。采 用 MIPS 架构和 Alpha 架构的代表厂商有龙芯和申威，自研指令集自主 设计，自主化程度极高。
3.3. 国内 CPU 市场呈现多点开花局面，国产化道路曲折而光明
国产 CPU目前呈现三大阵营，主要包括自主架构阵营、x86阵营和ARM 阵营。其中，自主架构主要包括龙芯与申威；x86 阵营包括上海兆芯和 天津海光（中科曙光参股）ARM 阵营包括飞腾（中国长城拟参股）和华 芯通。
多点开花但各阵营力量单薄，自主可控的发展道路仍然漫长。虽然中国 在 CPU 发展上已经实现多点开花，并初步建立了自主可控的软硬件生 态，但与国外巨头相比，各个阵营的力量仍然比较单薄。X86 阵营下， 以海光信息为例，虽然得到 AMD 的授权和支持，其 CPU 在综合性能上 比较领先，但由于其成立时间较短，产品的稳定性有待市场检验，这需 要较长时间的大规模应用来验证。
3.4. CPU 战略地位显著，国产化势在必行
俄乌冲突外溢多重危机，国家大安全战略下，仍将维持对国产 CPU的 强支持。俄乌冲突爆发后，越来越多的迹象显示现代战争已经不仅限于 热战，更像是一场信息科技战争。对比 1991 年海湾战争中的信息化、数 字化形态，眼下的俄乌冲突更体现了现代战争的智能化、算力化形态。 俄乌冲突表明，战争打响后 CPU 生产等高技术企业瞬间就会变成攻城 掠地的马前卒，杀伤力不亚于精确制导武器。突破国外技术垄断，实现 自主可控，不仅仅局限于技术和商业层面。面对残酷的现代化战争，全 球不确定性和风险加剧，保卫国家安全离不开国产 CPU 的建设。
对于国产化厂商的影响较大。对于六大信创 CPU 厂商，首先鲲鹏、海 光、飞腾、申威为实体清单企业，无法使用美国技术和产品进行流片； 其次，六家厂商目前正在销售的主力芯片制程都在 16nm 及以下（飞腾 16nm/7nm、申威 16nm、兆芯 16/7nm、景嘉微 14nm、海光 14/7nm、龙 芯 14/12nm、鲲鹏 7nm），因而美国此次新品出口管制新规对信创芯片实 现了全面打击。
4. 国产 CPU 六大主流厂商发展模式各异
4.1. 海光：国产 X86 CPU 的领航者
海光信息是一家从事高端处理器、加速器等计算芯片产品和系统研发的 公司，是国产 X86 CPU 领航者。公司发展经历了四大里程碑：2014 年， 海光有限公司成立；2016 年，公司与 AMD 合资成立海光集成、海光微 电子两家子公司，并获得高端处理器的技术授权；2020 年，公司变更为 股份有限公司，中科曙光成为公司第一大股东；2022 年，公司于科创板 上市。
4.2. 兆芯：合资 CPU 的探路者
上海兆芯是一家专注于研发自主可控 x86处理器的厂商，是合资 CPU 的探路者。公司于 2013 年由台湾威盛与隶属于上海市国资委的上海联 和投资公司所合资成立，威盛持股 20％，上海国资委持股 80%。威盛与 Intel 交叉授权协议，拥有设计、生产 X86 芯片权利。兆芯专注 x86 处理器研发，技术授权来自威盛。2020 年 10 月 26 日，威盛作价 2.57 亿美元 将部分 X86 技术出售给兆芯，兆芯拥有了部分 X86 技术产权。
4.3. 鲲鹏：垂直生态的领导者
鲲鹏计算产业拥有完备的技术和商业基础。鲲鹏满足高性能、低功耗、 低延时的绿色计算要求，有巨大的市场空间， 同时又有中国电子技术标 准化研究院、Arm 中国、华为等行业翘楚支持。发展鲲鹏计算产业已经 具备了技术和商业基础。鲲鹏计算产业是基于 Kunpeng 处理器构建的全 栈 IT 基础设施、行业应用及服务，包括 PC、服务器、存储、操作系统、 中间件、虚拟化、数据库、云服务、行业应用以及咨询管理服务等。
鲲鹏计算产业计划分三个阶段实现。开放、共享的生态体系是鲲鹏计算 产业成功的基础，要构建全行业、全场景鲲鹏计算产业体系，完成鲲鹏 计算产业从关键行业试点到全行业、全场景产业链建设目标，分为三个 阶段来实现：试点阶段、推广阶段、深化阶段。试点阶段重点打造标杆 行业典型场景，推广阶段注重行业拓展和数字化业务创新的发展机会， 深化阶段打通全行业全场景，最终实现鲲鹏处理器完整生态结构的构建。
4.4. 飞腾：PK 生态的主导者
飞腾信息技术有限公司是国内领先的自主核心芯片提供商，是PK生态 的主导者。公司由中国电子信息产业集团、天津市滨海新区政府和天津 先进技术研究院于 2014 年联合支持成立。中国电子旗下两大子公司，中 国软件（麒麟操作系统）+中国长城（飞腾芯片），组成国产基础软硬件 PK 体系（对标 Win-tel），飞腾芯片扛旗 PK 体系 CPU。中国长城为飞 腾的第一大股东（持股 28%），天津滨海新区金投集团持股 25%。 近年来营利双升，信创高景气助力公司更上层楼。2021年，飞腾实现营 收 22.18 亿元，同比增长 74%；净利润 6.53 亿元，同比增长 91%。净利 率为 29%，同比增加 2%。2022 年 H1, 飞腾实现营业收入 11.85 亿元， 净利润 2. 51 亿元。ARM 是中国国产 CPU 未来发展重要方向，飞腾在 党政市场市占率较高，获得党政客户广泛认可，在 2022 年下半年招标有 望加速背景下，预计飞腾全年有望保持较快增长。
4.5. 龙芯：自主可控程度最高的 CPU
龙芯产品均基于自研的 LoongArch 架构。区别于使用国外授权主流 X86 和 ARM 架构的公司，龙芯从建立之初强调“自主可控”，最新产 品 3A5000/3B5000 处理器是基于自研的 LoongArch 架构。公司目前已 经全面掌握 CPU 指令系统、处理器 IP 核、操作系统等计算机核心技 术，打造自主开放的软硬件生态和信息产业体系。龙芯中科芯片产品在 电子政务、能源、交通、金融、电信、教育等行业领域已获得广泛应用。
公司不断推出新产品，为多场景提供解决方案。2022 年 8 月 21 日，世 界传感器大会在郑州开幕。龙芯中科董事长胡伟武在大会开幕式发表主 旨演讲并发布龙芯 2K0500 及其解决方案。胡伟武在演讲中表示，基于 自主核心技术能力，龙芯成功打造 2K0500 芯片。该芯片是一款高集成 度处理器芯片，片内集成64位LA264处理器核（基于龙架构LoongArch）， 可为工控互联网应用、打印终端、BMC 等提供多种解决方案。
4.6. 申威：特征领域的引领者
为解决在国防和网络信息安全无“芯”可用的困境，国家于2003年创建 国家高性能集成电路（上海）设计中心，负责对国产自主可控芯片进行 设计开发，并将芯片命名为“申威”。在国家 863 计划支持下，于 2006 年成功研制出第一代国产 64 位通用处理器——“申威 1”；在国家“核 高基”专项支持下，于 2010 年成功研发世界首款 16 核通用处理器SW1600， 该芯片成功应用于国内首台采用国产处理器的千万亿次计算机系统— —神威蓝光超级计算机系统。
神威·太湖超级计算机搭载了 40960 颗申威 26010 处理器。2016 年，搭 载 40960 颗申威 26010 处理器的神威·太湖超级计算机荣获世界性能榜 首，速度比第二名 “天河二号”快近 2 倍，效率提升 3 倍。2016 年， 成都申威科技有限责任公司成立，从事对申威处理器的产业化推广。
申威现已形成申威高性能计算处理器、服务器/桌面处理器、嵌入式处理 器三个系列的国产处理器产品线，以及申威国产 I/O套片产品线。多线 程处理器方面，公司产品为申威 26010，主要用于超算。单核处理器方 面，公司产品为申威 111，产品已达到国军标 B 级标准，可以面向军工、 工控等领域应用。多核处理器方面，公司具有 221、411、421/421M 等一 系列产品，满足桌面和服务器领域需求。
4.7. 主流 CPU 厂商横向对比情况
CPU是信创工程硬件生态的核心，国产 CPU企业在信创浪潮中大有可 为。CPU 作为信创底层硬件基础设施中的核心，提供最底层的计算能力， 是信创国产化替代过程中的重中之重，当前主流芯片架构为 ARM 和 X86， 均为国外主导(主要有 Intel、AMD) ，芯片国产化率较低，目前国内 CPU 企业有 6 家, 海思、龙芯、兆芯、飞腾、申威，各有优势和侧重点。
