国产 PC 及服务器 CPU,突围可能性有多大?(附PDF报告)

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全球PC出货量已经开始负增长

1981年,IBM推出革命性的个人电脑产品Model5150,人类开始进入PC时代。此后的三十多年里,PC逐渐走进普通人家庭,推动了PC互联网的大发展。2011年,全球PC销量达到创纪录的3.65亿台。在随后的几年中,随着移动互联网的兴趣,手机和平板销量的提升,PC销量开始下滑。从2012开始,全球PC销量呈现逐渐下滑态势,全球PC产业已经处于衰退期。

CPU单核性能提升速度放缓

电脑硬件评测团队LinusTechTips选取了2006-2016年期间英特尔的旗舰CPU进行对比。为了使不同年代的CPU性能具有可比性,测试过程中选取了同样的显卡和Win7操作系统,由于不同年份的CPU管脚及接口存在差别,在测试过程中为不同CPU配置了对应年代的主流高端主板和内存。在多线程CPUMark跑分中,越新的CPU展现出越强的性能,毕竟CPU的内核越来越多。2006年的PENTIUM955仅有2个内核,而2016年的6950X达到了十个内核。

但从单线程的测试来看,2016年的6950X的单线程跑分居然输给了2011年的几款CPU,表明单核性能的提升速度明显放缓。测试结果显示,虽然每一代芯片的性能都比上一代强,但性能提升的速度在逐步下降。即CPU整体性能的提升,主要靠的是内核的增多。在价格上,2006-2016年,旗舰CPU的价格基本稳定在1,000美金左右,但2016年6950X定价却高达1,723美金,2017年的旗舰机7980XE售价甚至达到1,999美金。定价的变化在一定程度上表明成本的下降也遇到瓶颈。

PU发展历史悠久,技术壁垒极高

提起CPU,不得不提到英特尔。1971年,英特尔推出世界上第一款商用计算机微处理器4004,作为划时代的产品,4004集成了2250个晶体管,晶体管之间的距离是10微米,能够处理4bit的数据,每秒运算6万次,主频0.74MHz,运行的频率为108KHz。“摩尔定律”的提出者、英特尔创始人之一戈登•摩尔将4004称之为“人类历史上最具革新性的产品之一”。

专利网构成很难逾越的障碍

1978年6月8日,英特尔推出第一代x86架构微处理器8086,至今已经接近40年。在过去的几十年里,英特尔投入了巨额的研发费用。以2017年为例,英特尔的研发投入高达130.98亿美金。在多年的持续投入中,英特尔申请了大量专利。截止2015年,英特尔在x86指令集上的专利超过1,600个。

Wintel联盟主导的软硬件生态形成很深的护城河

英特尔和微软的合作被称为Wintel联盟,两家公司在新产品的发布上紧密合作,以发挥硬件和软件的最大性能。Wintel联盟主导着全球PC市场,在全球PC产业形成了双寡头垄断的格局,打造了PC及服务器市场的生态系统。Wintel联盟在一定程度上推动了PC产业的高速发展,使得新产品的推出日新月异。但另一方面,Wintel联盟接近垄断了CPU和操作系统市场,提升了CPU和操作系统的进入门槛,阻碍了这两个领域的创新。

消费电子领域的软硬件生态系统一旦形成,新进入想要切入难度非常大。典型的例子是微软和英特尔在移动端的惨败。

微软折戟手机OS。2010年10月,微软正式发布WindowsPhone7进入手机操作市场市场(比谷歌发布Android1.0仅仅晚了约2年)。在随后的几年里,微软在手机OS领域投入巨资,包括研发、拉拢品牌手机厂商、打造软件生态圈等等,但最后遭遇彻底失败。2017年,微软将WindowsPhone移除出了继续投资名单。

英特尔移动端处理器Atom遭遇惨败。2010年,英特尔进军智能手机市场,收购英飞凌移动部,推出移动端处理器Atom。在随后的几年里,英特尔在低功耗处理器加大研发投入,联合合作伙伴推出移动芯片,但是由于大部分智能手机都已采用ARM架构处理器,最后遭遇惨败。2016年5月,英特尔宣布退出智能手机市场,结束景况不佳的Atom芯片产品线。

行业弱势厂商迫于竞争及盈利压力对外授权部分核心技术

AMD向海光授权x86CPU技术。在PC处理器市场,AMD长期处于行业老二的位置。AMD在二十一世纪初曾一度辉煌,但此后的十多年中,CPU市场被Intel逐渐蚕食。在与Intel长期的市场争夺战中,AMD节节败退,曾连续多年亏损,处境日益艰难,因此有动力通过技术转让获得新的收入来源。2016年Q1,AMD与天津海光先进技术投资有限公司(现更名为海光信息)达成成立合资公司协议,AMD向合资公司提供裁剪后的服务器芯片技术授权,合资公司利用该技术开发的产品仅限于中国市场的服务器芯片,AMD可获得2.93亿美元许可费。

上海兆芯在威盛的支持下开发x86架构的CPU。2011年,英特尔起诉威盛的处理器及芯片组产品侵犯其专利权,后于2003年达成和解,但长时间的官司削弱了威盛的实力。在CPU领域,威盛基本无力与英特尔和AMD竞争。2013年,上海国资委与威盛共同创立上海兆芯,上海国资委控股占80.1%,威盛占股19.9%。在威盛的支持下,上海兆芯成功开发x86架构的CPU并获得量产应用。

自主可控CPU的发展道路仍然漫长。虽然中国在PC及服务器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: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。更为重要的是,国内团队对于AMD先进CPU的消化、吸收再创新需要多年时间,并且未来能否实现可持续的技术创新,能否自主扩展指令集存在一定的不确定性。自主架构阵营:龙芯和申威虽然已经初步建立软硬件生态,但在实力上仍然弱小,无法与国外成熟的Wintel生态相抗衡,需要政府的持续支持。ARM服务器阵营:ARM架构服务器虽然有低功耗、并发优势,但ARM单核性能相对于x86较弱。值得一提的是,ARM服务器的重要推动者高通计划放弃在这个领域的进一步投入,因此ARM服务器的前景有待进一步观察。

2018年,中兴通讯危机为国人敲响了警钟,发展自主可控芯片对于一个企业乃至国家的重要性不言而喻。也许在未来很长一段时间,我国的自主可控软硬件生态尚不具备同Wintel竞争的实力,但至少在很大程度上可以保证国家的信息安全。更重要的是,通过这些软硬件生态的不断发展来积累技术实力,争取将来行业出现换道竞争机会的时候,我们有机会赢得战略主动。对于进一步发展国产CPU,我们的建议主要包含以下几条。

1.坚持长期的、高强度的投入

过去,国家对国产CPU的支持缺乏持续性,不少项目一开始进行了投入,后来这个项目盈利能力没跟上来,就降低投入甚至停止投入,这样的思路被证明是错误的。发展国产CPU产业需要持续的、高强度的投入。目前,国内自主架构CPU及配套软硬件企业的研发投入仅仅是国外巨头的零头,而CPU又是典型的资金和人才密集型行业,持续的高投入显得尤为重要。

2.均衡发展自主可控软硬件生态的各个环节

CPU是整个软硬件生态中的一环。根据木桶原理,一个硬件产品的性能由其最薄弱的一环来决定。目前,我国虽然已经初步建立自主可控的软硬件生态。但该生态的从业人员数量、研发投入都远远比不上国外成熟体系。并且自主可控软硬件生态中,存在发展不平衡等现象,这严重制约了生态的健康可持续发展,因此需要对自主可控软硬件生态的各个环节进行投入,实现均衡发展。

3.加大对国产CPU及软硬件生态产品的采购力度

目前,重点CPU企业的产品已经在政府和部分行业中得到了应用。虽然很多产品在性能上和进口产品相比相对偏弱,但已经能够满足一般的需求,下一步应该继续加大对国产自主可控产品的应用。2018年5月17日,中央政府采购网发布《2018-2019年中央国家机关信息类产品(硬件)和空调产品协议供货采购项目征求意见公告》,明确将国产服务器CPU,包括龙芯、申威和飞腾列入采购清单,这是一个很好的开始。

4.建立公平合理的评价和竞争机制

2006年的“汉芯事件”对国产芯片行业形成了较大的打击。我们应该建立公平合理的评价和竞争机制,减少骗补贴的行为,防止“汉芯事件”再次发生。

|更多内容,参见华鑫证券《国产 PC 及服务器 CPU,突围可能性有多大?》,点击下载:

中国芯系列-国产PC及服务器CPU

 

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