2024—国产CPU的转型之年

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CPU作为计算机系统的核心和大脑,在国内已经形成了多元化的技术路径,包括Arm、x86、LoongArch、SW64和RISC-V等不同的指令集架构,背后是华为、飞腾、海光、兆芯、龙芯、申威、平头哥等众多致力于CPU研发的企业。

多年来,国内CPU产业一直将自主可控作为发展的核心,随着国际政治格局的变化和数字经济的迅猛增长,下一步,国产CPU产业如何发展?2024快要过去了,国产CPU,过得好吗?

在地缘政治挑战下,国产CPU如何在先进工艺受阻等挑战下持续创新是关注焦点。并且,随着国产CPU走入新阶段,冲击高端显然是必经之路。

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。

龙芯中科方面,继2023年年末发布龙芯3A6000后,前不久在投资者互动平台表示:目前在研主芯片是3B6600,为8核桌面处理器,集成GPGPU及PCIE接口,设计性能达到市场主流产品先进水平,计划明年交付流片

根据官方测试,该产品上一代3A6000在2.5GHz频率下,SPEC CPU 2006 base单线程整数、浮点性能分别为43.1分、54.6分,多线程可达155分、140分。总体性能与英特尔2020年上市的第10代酷睿四核处理器相当。在此基础上,3B6600的性能值得期待。

要指出的是,在地缘政治影响下,国产CPU面临着供应链重组和技术发展受阻等挑战。目前,飞腾、龙芯、兆芯等国产CPU厂商,普遍采取的策略是通过使用成熟工艺,并基于Chiplet技术实现多核构建。由于Chiplet技术能集成多核、满足高效能运算处理器的需求,且相较于更先进的工艺制程,Chiplet综合成本更低,在当前情况下,不失为是延续产品路线图、迅速推出新产品的有效策略。

2024年,国产CPU发展正呈现出新的趋势。一方面,积极拓展开放型市场已经成为推动发展的关键因素;另一方面,行业正快速步入调整期,这一点在海光和龙芯的财报中表现得尤为明显。为了适应市场变化和需求,国产CPU企业正致力于构建多元化的产品结构、提供全栈式的产品解决方案,这不仅有助于提升竞争力,也为开拓更广阔的市场空间提供了有力支持。

根据公开的财报信息,海光2024年的营收和净利润显著增长,这与其产品线的多样性、市场定位、成本控制等因素密不可分。而龙芯则正处在关键调整期,营收和利润情况并不乐观,下文会进一步说明。


数据来源:公司财报,<与非研究院>整理
数据来源:公司财报,<与非研究院>整理

对比飞腾、海光和龙芯2019-2023年的营收和利润来看:飞腾、龙芯的营收和利润,在2021年达到空前高点后,之后有所波动,飞腾在2022年经历下滑后,2023年实现了营收增长(2023年利润未公布)。而龙芯是连年下滑的状态,并在2023年亏损3.28亿元。海光则呈现显著增长趋势,尤其在2022年和2023年增长迅速,到2023年达到营收60.12亿元。


数据来源:公司财报,<与非研究院>整理


数据来源:公司财报,<与非研究院>整理

分析海光近几年的显著增长,主要归因于几个关键因素:首先,服务器领域对国产CPU的需求增加,这直接推动了销售收入的大幅增长。其次,海光的产品线得到了丰富和加强,海光二号、深算二号等新产品的推出,满足了市场对高性能处理器的需求。

而龙芯的亏损,也反映了国产CPU在转型期间面临的一部分困境。龙芯在公告中解释:受宏观经济环境、行业周期变化以及电子政务市场调整期的影响,导致采购量减少,同时传统优势工控领域因客户内部管理事宜采购暂时停滞,加之市场竞争加剧,共同导致了营业收入的较大幅度下滑。并且,信息化领域产品销量下降,导致了单颗产品固定成本分摊增高,同时为了拓展市场份额,部分产品销售价格承压,双重因素导致毛利率较上年同期有较大下降。此外,所获政府补助低于往年同期也带来了一定影响。

与营收、利润的波动相比,三家CPU企业在的研发投入都在稳定增长,这也反映了高端处理器作为典型的技术密集型领域的一大特征。特别是海光,近几年的研发支出基本都处于高投入水平,从2019年的3亿元,增长到2023年的19.92亿元;飞腾研发投入从2019年的2.62亿元,增长到2023年的10亿元;龙芯研发投入从2019年的0.71亿元增长到2023年的4.25亿元。

数据来源:公司财报,<与非研究院>整理

持续加大的研发投入,有助于CPU企业在技术上保持领先,快速响应前沿应用需求。此外,多元的产品线布局,也是国产CPU企业呈现出的一大特点。海光以GPGPU架构为基础、采用“类CUDA”通用并行计算架构的DCU深算系列是其布局重点,公开信息显示,海光2023年在研项目投入中,DCU相关的投入占比达到40.39%,而2022年为21.41%。

龙芯方面,也传出在加大突破GPGPU技术、多线程技术、片间互连技术、基础软件技术等,以期总体提升市场竞争力,为后续可持续发展打下坚实基础。

这也反映了AIGC持续快速发展的时代背景下,国产CPU厂商在已有技术路径中,积极打开市场空间上限、加速寻求多元发展的业务战略。下一步,国产CPU企业与大模型的适配、产品生态方面进行综合提升将会是主要着力点。

对比国产六大CPU当前的产品情况,在制程工艺、架构、主频与核心数量、缓存等方面,展现出了不同的技术水平和应用方向。


图表:国产六大CPU主要性能、特性对比,<与非研究院>汇总整理

制程工艺方面,各品牌国产CPU展现出不同的水平。华为鲲鹏920以7nm工艺率先推出,龙芯3A6000采用12nm工艺,飞腾腾锐D2000基于 14nm 工艺。海光CPU部分产品应该与x86同类产品制程相近,以14nm为主。申威处理器多采用成熟的28nm工艺,主要面向特种领域应用,今年上半年开始流片的申威8A芯片未公布具体工艺,据称测试显示部分性能指标表现优于市场同类型产品。

处理器架构方面,国产CPU呈现出多样化的特点。龙芯基于自研的LoongArch指令集,强调自主可控;飞腾和华为鲲鹏则基于Arm架构,兼容全球Arm生态;海光和兆芯则采用x86架构,生态兼容性好。申威处理器则使用自研的申威64位指令集,针对特定应用场景进行优化。

主频和核心数量是决定CPU性能的重要因素。此外,缓存大小、能效表现等也对CPU的性能有重要影响(概况可参见上方图表)。兼容性和扩展性方面,国产CPU普遍表现较好。用户在选择时应根据具体需求和场景来选择合适的CPU型号,以充分发挥其性能和功能。

在信息技术应用创新产业的推动下,国产CPU近年来迎来了前所未有的发展机遇。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%。

在电信、金融、交通等行业,国产CPU同样展现出强大的市场潜力。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。

针对业界对于本土CPU持续提升竞争力、以及所面向应用领域的发展前景,<与非研究院>进行了几项调研。结果显示,持续提升产品性能、服务支持、实现技术自主可控这些因素,被认为是提升竞争力的关键;应用方面,数据中心、物联网、AI智算、高性能计算等领域,被普遍看好。

来源:<与非研究院>数据调研

来源:<与非研究院>数据调研

面临国际贸易环境变化、国内政策支持和市场需求增长的多重变化下,自主创新成为国产CPU发展的唯一出路,也是走向高端化的必由之路。

我们看到,国产CPU在继续加大研发投入,巩固市场地位的同时,不断探索新的增长点。并且,供应链管理、强化生态建设始终是国产CPU的发展重点。此外,实现优势互补,在生态上实现更高的效率和更垂直的深度合作等,都是需要继续探索的路径,从而实现国产CPU的升级和广泛应用。


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