说起CPU，或许大多数人的印象还停留在英特尔的x86时代。的确，从1978年诞生至今，x86还仍然稳坐桌面及服务器领域CPU核心架构的宝座。而追溯国内的CPU自主化之路，起步就晚了近20年。
如今，以龙芯、飞腾、海光、鲲鹏、兆芯、申威等为代表的国产CPU厂商正在逐步崛起，并且产品性能正在逐步提升，应用领域也在进一步扩展。极大的扭转了中国长期以来无“芯”可用的尴尬局面。
近期，飞腾相关负责人表示，其桌面CPU单颗年出货量实现了百万级的突破；龙芯方面相关负责人表示其桌面和服务器CPU市占率从去年10%提升至今年40%。这也意味着国产CPU的市场地位在逐渐稳固，同时也为安全、自主可控的国产化计算机平台发展奠定了基础。
为加快芯片生产制造进程速度，国家于今年设定了将在2025年将自研芯片提高到70%的目标。那么，CPU国产替代将如何替代的？自主可控又要控制哪些领域呢？
自主创新是唯一出路
要说近年来，国内CPU市场崛起的龙头厂商，谁最有望完全实现自主创新的国产化，还得从它们自身的核心架构说起。
CPU按指令集架构区分为CISC和RISC，而CISC阵营以Intel、AMD的x86架构为代表，而RISC阵营则包括ARM、MIPS、Alpha等架构。
对指令集架构的掌握程度决定了国产化的程度。在此背景下，我国在高端CPU芯片上严重依赖进口，国内CPU企业大多数选择购买国外的架构授权，完全实现自主创新的难度较大。
此外，生态的构建也是国产CPU发展的关键所在。所谓生态，指的是产业链条上的企业所形成的一种紧密的分工协作的关系。
举个例子，在传统PC市场，英特尔引领着CPU的发展并领导着一批PC硬件和制造企业为其适配，而微软及合作伙伴在操作系统和应用软件方面同x86芯片进行紧密协作。通常，微软新操作系统发布后，会拉动一波新的PC更换，进而带动新的CPU的需求，循环往复，双方都达成双赢的效果。
来源：华经产业研究院，国金证券研究所
飞腾是中国最早获得ARMv8指令集架构授权的芯片设计厂商，在基于ARM指令集架构下，集成全自主处理器内核，形成了覆盖桌面、服务器和嵌入式等领域的完整产品线。据悉，飞腾联合了国内1000余家软硬件厂商，累计研制了6大类900多种整机产品，将打造一个完整开放的国产生态体系，其ARM生态正在逐步丰富。
鲲鹏是华为计算机产业主力芯片之一，同样也是基于ARM架构，处理器核、微架构和芯片均由华为自主研发设计，性能优异。在移动领域、服务器和云计算领域均有广阔市场。在生态构建上，华为积极适配其他操作系统，从底层构建好鲲鹏生态。
龙芯坚持走自主创新与生态建设之路，基于MIPS架构，处理器核心的微结构和物理设计全部自主研发。但是，龙芯基于的MIPS架构在国内外基本只有龙芯采用，龙芯需要完全依托自身实力建设完善生态难度很大。
海光CPU由于引入x86架构IP内核授权，以芯片性能领先著称，在国家级超算等项目应用广泛。但由于主要指令集仍掌握在海外厂商手中，实现完全自主创新难度较大。不过，其产品性能和x86生态同样也是其最大优势，可以进一步借力发力。
兆芯CPU基于x86架构，同样存在着一些“不可控”的因素。
申威CPU基于Alpha架构，并进行了指令集扩展和微结构自主创新，成功应用在国产超级计算机中，其自主创新能力较强。虽然申威CPU坚持自主创新可信，但生态建设存在难度，目前申威也在积极适配更多国产自主可控厂商，全力构建申威生态。
综合看来，国产CPU走出了三条不同的路线：
自主派：为了对抗x86架构，国产CPU在基于MIPS、Alpha原始架构基础上，从基础指令集出发，通过对芯片自主研发设计来实现对授权指令集不同程度的自主创新，建构一套完全自主可控的CPU。如龙芯、申威等。
市场派：基本遵循引进-消化-吸收-创新的路径，被迫采取迂回策略。但是，授权或购买基于x86架构的国产CPU仍然受限指令集，想要实现高度自主创新难度很大。如海光、兆芯等。
生态派：依托自有研发实力，在与x86的竞争中，试图利用新兴起的ARM生态，逐步蚕食x86存量市场。如飞腾和鲲鹏等。
看似三条不同的“曲线救国”路线，但是目标都指向一处，即为了实现国产CPU的完全自主可控。抛开性能等因素能不说，论自主可控程度最高的当属龙芯和申威了。
国产替代市场空间大
研究显示，2020年上半年，中国服务器市场出货量为149.89万台，市场规模为92.77亿美元。其中，x86服务器市场出货量为148.09万台，市场规模为89.44亿美元。可见，在服务器市场，x86的市场垄断地位难以撼动。
据调查，在计算CPU领域，以x86为代表的CISC架构处理器，占据90%以上市场份额；在类似于手机、平板等移动端设备领域，以ARM为代表的RISC架构的处理器占据90%以上市场份额。
在此背景下，留给国产CPU发挥的空间小之又小。国产CPU当前在党政军及重点行业应用较多，由于该类行业对安全性和定制化要求远高于消费级市场。如2016年申威推出的神威-太湖之光，堪称当时世界上运算能力最强的超级计算机，还有在科学计算和航空航天等领域较为出众的龙芯系列，销量也不错。
然而，由于CPU工作原理不同，用于这些特殊行业的CPU无法在消费级市场大展拳脚。企业级市场注重CPU性能，而消费级市场对CPU性能提出更高要求的同时，对基于主流架构的软件生态更加敏感，令人遗憾的是，国产CPU恰恰在这两方面均存在短板，因此与距离国际主流差距较大。
我国作为全球CPU主力消费市场，国产CPU的出路又在哪里呢？
近年来，在国际环境压力下，国家大力推进芯片自主化进程，陆续出台了相关扶持政策，如税收减免和优惠、科创板上市补贴资金等，为加速CPU国产化创造了良好的市场环境。同时，5G、大数据等新一代信息技术的发展和智能制造的推进，CPU也有望迎来一波国产替代潮。
据中国通信院数据显示，2019年，我国智能手机出货量3.72亿台，其中，5G手机1376.9万台；2020年上半年，智能手机的总出货量达到了2.489 亿台，其中5G机型共计出货了6360万台。我国迎来5G智能手机换机潮，集成5G基带的CPU处理器也将得到较快推广。
据统计，2020年我国将有超过500亿个终端与设备联网，其中超过50%的数据需要在网络边缘进行分析、处理与储存，而现有的网络带宽将会成为物联网网络发展的瓶颈。因此，在5G网络高速扩张的背景下，边缘计算服务器市场需求有望得到充分释放。
在工业、政府、金融等toB领域，云计算都将成为必然的选择。目前，国内以腾讯云、阿里云、浪潮、瑞友等为代表的云计算企业更是在5G时代获得蓬勃发展，并积极打造属于自己的国产化云产品，由云服务器拉动的国产CPU市场需求高涨。
随着工业4.0的推进，我国作为制造业大国，在向制造强国转型的过程中，智能化升级改造将成为重要方向。CPU作为智能化设备核心部件，将广泛应用于工控系统中。未来，工业控制领域对自主可控的国产CPU需求强劲。
工控小编认为，受益于“国产替代”大势中巨大的内需增长与政策支持，CPU国产替代弯道超车的空间较大，但或许只有当国产CPU全面打入消费级市场之时，才是其真正崛起之时。不过，CPU的设计和制造，是一个涉及多种尖端技术的全球产业链。完全实现CPU国产化不光要打破技术壁垒，还需要面对政策、成本、市场、用户习惯等诸多难关。总归，拨开了云雾，终会看见曙光，自主虽难，但探索永不止步。
*参考文献：
《计算机行业专题：国产CPU全对比 飞腾有望异军突起》
《详解六大国产CPU处理器》
《谁主沉浮：国产CPU的三大路线之战》
