现代社会的运行与电子产品的关系可以理解为：电子产品是外衣，信息社会是内芯，没有人会不穿衣服就外出。与电子产品息息相关的核心就是处理器即CPU，CPU作为电子产品的核心元件，实际应用渗透到了我们生活的方方面面：小至每天用到的手机，办公用到的电脑和计算机软件的应用都需要CPU计算；大到天问号、月兔号从发射到着陆都需要CPU精准的计算，如果没有CPU就无法传回原始数据。

CPU市场现状：x86占据计算机和服务器市场，ARM占据移动端市场

x86是目前主流的复杂指令集，x86的IP主要由Intel和AMD掌握，几乎占据整个计算机和服务器处理器市场，具有高性能高功耗特点。自1978年英特尔推出第一台中央处理器8086以来，x86凭借先发优势迅速建立专利技术壁垒、坚固的生态系统和通用标准，在近40年发展中战胜MIPS、SPARC、Power等架构，占据高性能计算机及服务器的绝大部分市场份额。x86架构中指令集可以直接在存储器中执行微代码，利于编程和更新；同时拥有较为丰富的指令集，如双运算元格式、寄存器与存储器之间指令传递格式等，综合性能比较强大。在硬件设计方面，x86处理器可以通过“桥”与硬盘、内存等其他硬件连接，拓展性能较强且配件市场成熟；在生态建设方面，Intel和Windows共同打造了坚固的Wintel联盟，软件生态完善。

ARM指令集架构作为目前市场最大的RISC架构之一，广泛应用于移动端和物联网。虽然在综合性能上ARM不及x86处理器，但高并发、低功耗、高集成的优势让ARM在移动端和IoT市场占据主导地位。根据ARM公告，截至3Q21，基于ARM架构的芯片已累计出货2000亿颗，在智能手机芯片、车载信息芯片、可穿戴设备、物联网微控制器等领域占到90%以上市场份额，且其与Android形成的AA体系也占据广泛手机生态。ARM指令集主要的特点：1）体积小，功耗低，成本低，性能高；2）寄存器使用量更高，指令操作在寄存器中完成，执行速度快；3）寻址方式灵活多变；4）可处理的指令长度固定，“流水线式”操作提升处理效率。

RISC-V指令精简、模块化&可扩展、免费开源优势明显，有望抢占x86和ARM指令集的部分市场份额。面对现有的x86及ARM指令集知识产权限制、研发门槛高且昂贵、客户需求复杂等困境，加州大学伯克利分校于2010年发布了以开源精简为主要特征的RISC-V指令集。RISC-V创建时间短，无需考虑向后兼容，故指令短小精简（RISC-V指令集文档只有200多页，相较于ARM的2700多页及x86指令集的5000多页少90%以上），在减小系统功耗和提高运行效率上优势明显；基本指令集模块只有47条，基本+标准扩展的形式（1+N）奠定了为客户提供灵活定制化服务的基础，更利于厂商间差异化竞争；知识产权方面，RISC-V采用BSD License开源协议，提供开放免费、可授权、封闭设计三种知识产权模式，且具有全套开源免费的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE），允许使用者修改、重新发布开源代码。

缺芯少魂”，国产CPU的软肋与铠甲

CPU（central processing unit，中央处理器）是信息产业中最基础的核心部件，设计技术门槛高、研发周期长，且具有极高的生态壁垒。通用CPU也被称作是集成电路中的“珠穆朗玛峰”，对集成电路和软件产业具有基础性和带动性作用。

按照采用的指令集，CPU可以分为复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC）两大类。其中，x86架构是复杂指令集的代表，而ARM架构、MIPS架构和Alpha架构等是精简指令集的代表。

目前，国内CPU产品大多数是基于X86和ARM指令系统。

Intel于上世纪80年代自研X86指令系统架构，凭借先发优势迅速扩大市场份额并构建生态优势，并通过与Windows联盟形成“Wintel”联盟逐步占领桌面CPU市场；ARM则在苹果、高通、三星、华为、英伟达等方面的努力下，凭借其指令系统开源、异构运算、可定制化等一系列优势，立足于低功耗的移动市场。

从近两年市场情况看，国产CPU的桌面和服务器产品发展迅速，但市场份额仍不足5%。我国对进口通用处理器的过度依赖已经成为我国信息产业发展的一大软肋。受国际供应链不确定性影响，部分企业的CPU供应也成为问题。

我国CPU技术水平与国外相比虽然存在一定差距，但正在快速逼近国际先进水平。国产CPU企业目前主要有6家，分别是龙芯中科、申威科技、华为海思、飞腾信息、海光信息、上海兆芯。

国产 CPU 各条路怎么样？

目前国产 CPU 的服务器主要应用于电信运营商、金融、互联网等领域，例如，电信运 营商云服务资源池系统支撑云业务应用，银行和证券公司查询、交易系统，互联网的搜索、 计算服务、存储等应用；国产 CPU 的工作站主要应用场景为工业设计和应用、图形图像处 理，例如 VR、AR 图形渲染场景，以及智能工厂数字孪生应用等。 当前，国产 CPU 公司根据使用的架构走出三条不同的道路：

1）X86 架构：兆芯、海光。此种模式属于 IP 内核授权的模式，目前是仅内核层级的 授权，优点是技术门槛低、性能起点高、没有生态壁垒，缺点是自主可控的程度低，且购 买授权的成本较高。以这条路线发展，不存在生态壁垒，可以借鉴本文 1.3 中 AMD 崛起 的路线和策略，在技术上通过不断迭代逐步缩小差距。但是这种购买授权的方式，没有从 根本上解决自主可控的需求，在中美关系不明朗的背景下，确实面临授权中断的风险，市 场上一些激进的声音甚至认为使用 X86 的不能称为“国产芯片”。

2）ARM 架构：飞腾、鲲鹏。此种模式为指令集架构授权，自主化程度相对较高，ARM 主要有三种授权等级：其中指令集层级授权等级最高，企业可以对 ARM 指令集进行改造以 实现自行设计处理器，此前海思、飞腾已经获得 ARMV8 永久授权，今年 4 月 Arm 确认Armv9 架构不受约束,华为海思可获授权。以这条路线发展，存在较高的技术门槛，ARM 架构目前在桌面和服务器端的生态远不如 X86，但是指令集架构的永久授权，一定程度上 满足了自主可控的需求，但是依然存在未来更新版本被断供的风险。

3）MIPS 等自主架构：龙芯、申威。此种模式是自主研制的指令集，高度自主可控， 但是技术门槛高，生态构建极其困难。以这条路线发展，最大的困境是生态上的建设，如 何在落后的情况下，建立起可靠可持续的生态，是重要课题。 CPU 的下游应用市场主要分为：政务及重点行业市场、企业级市场、消费级市场。其 中，政务及重点行业市场对安全性以及自主可控要求最高，同时对生态的要求相对最低， 是与国产 CPU 前期发展水平相匹配的，因此这部分市场是国产 CPU 成长的根基所在。未 来，随着产品性能不断优化，生态逐步趋于完善，企业级市场将为国产 CPU 提供巨大市场 空间。

基于目前国产 CPU 替代市场的主要特征，我们认为，使用 ARM 架构的国产 CPU， 将在短期内受益于重点领域信创市场的快速增长；使用自主架构的国产 CPU，生态建立需 要一定的时间，中长期看，有望实现党政及特殊领域的大面积甚至全面替代；使用 X86 架 构的产品，性能和生态显著较好，短期内可利用成本优势打开一部分企业市场，但长期看 受外部影响较大，存在较大的不确定性。

政务及重点行业助力CPU国产化

当前国内CPU市场仍由海外厂商主导，大陆厂商正处于追赶阶段。我国人口红利丰富，下游市场空间增量大，同时拥有有利的产业政策环境，使得中国大陆成为CPU行业增长的主要市场之一。然而国内服务器和桌面CPU市场主导地位仍由x86占据，代表厂商为Intel和AMD，手机SoC市场则由高通、联发科、苹果等占据主力地位，IDC数据显示2020年中国x86服务器出货量为343.9万台，占国内服务器总出货量的98.26%。在不断追赶国外CPU先进技术的过程中，我国也涌现了龙芯、海光、鲲鹏、申威、飞腾、兆芯等一批优秀CPU设计企业。

短期内国产CPU的核心市场以政务与重点行业应用为主，后续逐步拓展至企业及消费市场。国内CPU下游应用场景主要分为政务与重点行业应用、企业级应用和消费级应用三类。由于国产CPU起步晚，生态建设上落后于海外厂商，因此我们认为对软硬件安全性能要求较高且个性化定制化需求较大的政务与重点行业应用与国内CPU当前的技术和生态建设水平比较契合，因此这也是短期内国产CPU想要快速发展需抓住的核心市场。而企业级应用方向对生态环境的要求比政务与重点行业应用的高，从中期来看也是国产CPU未来发展的增量市场。

当前国产CPU较薄弱的方向是消费级应用市场，该方向市场化程度高、对价格及性价比敏感、更新周期短，因此需要较为长期的技术和市场积累，把它作为国产CPU发展的长期目标市场更为合适，尤其是在桌面CPU生态方面，海内外厂商的差距仍然较大。

虽然我国CPU厂商技术与海外仍有一定差距，但产业存在赶超机会。关键技术国产化与自主创新发展的重要性推动国产化生态体系加速发展和应用落地。

中国或将长期是最大CPU消费市场之一，下游需求旺盛。国内计算机用户全体庞大，能够有力为服务器平台迭代升级带来的CPU需求增量；在政务和重点行业领域，政府、金融、电信等行业将带动全国CPU置换潮；国内云计算市场规模持续增长，服务器CPU将在云计算和企业数字化中实现需求提升；在工控领域由制造大国向制造强国的智能化转型也将拉动CPU市场扩容。

文章来源：机器之能，中金研究，未来智库