• 以上數據所選取的CPU晶元，是軟妹兎認為比較有代表性的產品，能反映該品牌的最高水平或者階段性最高水平。比如申威的SW26010就用在屌炸天的超級計算機太湖.神威之光上（蟬聯2016和2017兩年的全球超算冠軍）。判斷晶元性能的主流依據是SPEC 2006跑分情況。國產CPU裏，申威和飛騰的SPEC跑分情況我實在找不出來，但是貼吧一個網友找過飛騰高管拿過數據，他說單核CPU依舊是龍芯的SPEC分最高。我覺得這就夠了。拿單核性能最高的龍芯和AMD十多年前的產品X3比，SPEC分還沒趕上人家呢。當然，現在處理器都是眾核架構，單核性能不高不代表處理器不行。
• 說完SPEC跑分，我們再來看看其他方面。從數據裏可以發現，制約國產CPU性能的主要因素是主頻不夠高，與此相對，我們的功耗比較有優勢，龍芯的功耗基本是Intel和AMD的三分之一，製程也沒有差距很大。那麼我們就來小白式科普一下什麼是主頻，以及制約我國CPU主頻增長的瓶頸究竟在哪裡？
• 主頻是什麼？
• 主頻也叫時鐘頻率，表示CPU內數字脈衝信號震蕩的速度，常用來衡量CPU的運算速度（只是其中一個指標，並不直接相關）。
• 制約我國CPU主頻增長的瓶頸在哪裡？
• 要縮小主頻，有兩種方法：一種是縮小製程，從而導致晶體管尺寸縮小以及同一塊晶元上所能容納的晶體管數量變多。晶體管尺寸縮小，寄生電容變小，不必要的延遲就短了，從而性能提高；晶體管數量變多，便有了更大的設計空間去提高性能。而我國的晶圓主要靠進口，這個帶來一定的成本壓力。目前臺積電最先進的製程是7nm。另一種是結構優化。縮小製程使得一塊晶元上可以使用的晶體管變多，打個比方，這就像你蓋房子所用的磚頭變多了，但如果沒有設計好結構，那可能你並沒有用到所有的磚頭，蓋出來的房子也住的不舒服。我們所說的ARM、X86等架構，大概就是表示這種蓋房子的專利性結構設計吧，不止包括怎麼用磚頭（晶體管）來堆出不同功能的房間、客廳、洗浴室等，還包括怎麼佈置窗簾、地毯、掛件、水管等（其他元器件）。【注意，這種解釋獨此一家，因為都是軟妹兎自己瞎理解的= =，如果有錯，請大佬及時在後臺指點。】X86性能高，是因為它用到了更多的晶體管，所以同時功耗也比較高。而ARM省電，是因為它用到了相對少的晶體管，而且在後端設計上也更加優化。
• 看到這裡，你可能沒啥感覺。但是一個優化得很到位的架構，其複雜程度遠超你想像。當一塊晶元上有幾億甚至幾十億晶體管時，互相之間的耦合電容所佔比重加大，連線間的信號串擾嚴重，矽片上的性能參數（如介電常數、摻雜濃度等）的漂移變化產生晶元內時鐘樹的偏差等等這些都導致設計難度幾何倍數上升。
• 好了，看完還不懂的，請假裝你懂了，因為再問下去我也說不上來了。當然，如果有大佬有更深刻的認識，歡迎來後臺進行指點。
• 導致國產CPU沒人用的元兇除了主頻不夠高從而性能不夠好以外，其實更關鍵的卻是缺乏像國外一樣完善的CPU生態系統。
• 還記得在《Intel、AMD、英偉達發家簡史》中，AMD第一次打敗Intel的原因所在嗎？因為Intel自視過高地把賭注投在了新的64位處理器上，它不兼容以往的應用程序。而以微軟為代表的那些軟體商則因為收取的是一鎚子的License費用，搬遷到新的硬體產品上重新開始有損他們的利益，導致Intel在處理器市場首次慘敗於萬年老二AMD（AMD的新產品可以兼容老舊程序）。連Intel這個老牌王者尚且要向生態低頭，更別提龍芯這個萌新+弟弟了。
• 上面只是列舉了生態圈裡軟體的重要性，但實際上，晶元的生態系統無比龐大，在其中，雖然CPU晶元和軟體佔據比較重要的位置，但其他環節同樣缺一不可，比如配套的操作系統、配套的其他晶元、資料庫、中間件、應用程序等。他們是共生的關係。
• 對於新進入者而言，如果你採用全新的架構，那麼不是人家願不願意和你合作的問題，而是你的產品可能在技術層面上就和它們的產品兼容不了。比如蘋果的ipad，用微軟的office就不是很方便，在辦公上就不如微軟的平板產品surface。這麼說小夥伴們是不是秒懂了？如果國產電腦買到手，光知道它運行速度挺快的，但是不能用office，不能用adobe、flash看視頻，不能打遊戲，只能用功能不是那麼強大、寥寥可數的幾款國產軟體，你買它幹嘛呢？
• 好了，瞭解到國產CPU所面臨的兩道天塹後，我們知道，中國要有自己的CPU，道阻且長，困難重重。所以我國進行了多條道路的探索，可以分為以下三種情況
• 第一種，地獄難度——探索能夠完全自主的架構
• 這也意味著將X86和ARM排除在外。因為這兩種架構生態體系已經很健全了，也是最賺錢的壟斷性架構，國外巨頭沒道理授權給你讓你享受生態的同時，又自主研發，在性能上進行超越的。換句話說，國內拿到X86或者ARM授權的廠商，自主研發的權利都極其有限。就拿ARM來說吧，它有三種授權級別：第一種自由度最大，是架構層級授權，目前只有蘋果、高通、三星拿到了。它們可以對ARM架構進行大幅度改造，也可以對ARM指令進行擴展或縮減，以達到更高性能、更低功耗、更低成本。第二種自由度中等，是內核層級授權，華為海思的麒麟處理器就是這個層級。它可以在不改變ARM核心的前提下，加上自己的外設（比如基帶）。第三種沒啥自由度，是使用層級授權，大部分中國企業拿到的就是這種授權，拿到的是封裝好的ARM核心，然後在外面可以加點DSP。
• 國內自主派的槓把子要屬龍芯、申威和飛騰了（然而飛騰後來叛變了，不走自主路線了，因為太他喵難了）。分別用的是MIPS、Alpha、Sparc架構。
• 完全自主有好處也有壞處。好處就是，一方面完全自主嘛，當然比較安全，不會有米國人留下的後門、漏洞等隱患。另一方面，利潤全留在中國，不用給國外大佬們吸血了。壞處嘛，那當然是地獄難度啦。一方面自主設計，要短時間內走完人家已經走了十幾年的路，這肯定有難度；另一方面，也代表著你不但要自主研發CPU，你還要自主研發軟體、配套的操作系統、其他所有的配套產業。這一聽就是巨大的工程。
• 第二種，跪舔ARM和X86的大佬們拿到授權，然後進行有限的架構改造，簡稱半自主派；
• 比如華為麒麟。這裡就不多贅述了。其實軟妹兎嘗試著想要梳理國內所有的國產CPU的自主化程度的，比如拿到授權做了哪些自主研發工作，商業化程度如何，和國外大佬之間有怎樣的博弈等。但是進行了艱苦卓絕的努力後發現，資料實在是太難找了，這裡先放棄吧。留個框架在這裡，以後有機會單獨成文。
• 第三種，拿來就用派。
• 國內大多數廠商就是這一派。

② 中科曙光牽手AMD進軍國產晶元

• 讓我們把話題轉回中科曙光。在上一篇《Intel、AMD、英偉達的發家簡史》中，我們在①部分提到了中科曙光的轉型思路。其中便有向上游出手，和AMD聯手進軍國產化晶元，成立海光半導體。
• 那麼，中科曙光和AMD是如何走到一起的呢？這又要從AMD和intel的競爭說起了。我們知道，AMD自從和大哥Intel撕破臉後，就在Intel的陰影下掙扎著尋找發展機會。而中國又是非常大的晶元進口國，是晶元廠商非常重要的戰場。AMD曾嘗試打開中國市場，從Intel牙縫裡撕扯幾塊肉出來，但成效甚微。
• AMD和Intel的戰鬥中，唯一取得的一次勝利，是因為從摩托羅拉那裡拿到了64位處理器的核心技術，並趁著Intel戰略失誤，在2003年搶先推出了性能上超過奔騰、又兼容原有X86體系的64位處理晶元皓龍Opteron。中科曙光正是在這時注意到了這家美國公司，它技術實力不遜於Intel，又非常急切地想要進入中國市場。雙方一拍即合，開始了密切的技術接觸。中科曙光在這段合作中得到了非常多的實惠。2003年，中科曙光推出了「紅色網格」超級計算機計劃——中國第一臺10萬億次超級計算機，它使用了2560顆AMD的皓龍處理器，而這些處理器不是以超低價格購得，就是免費拿到的。之後，中科曙光正式推出使用皓龍處理器的伺服器產品「曙光4000A」，成為全球首家支持皓龍處理器的伺服器廠商。
• 但是中科曙光和AMD的合作關係也並非牢不可破，後來的曙光伺服器裏也依舊以Intel處理器為主。基本是哪家的處理器好用，就用哪家的。隨著AMD在處理器領域和Intel的競爭越來越弱勢，曙光伺服器中AMD處理器的佔比也越來越低。從2012年的40%到了最近幾年的15%。（數據來自「投資者紀要」）
• AMD始終想要進入中國市場，而它又恰恰有國產CPU企業所看重的X86授權。2016年，AMD和幾家中國機構通過複雜的股權設計，進行了X86授權，正式達成合作進軍國產晶元，而那幾家中國機構中就有中科曙光。具體股權設計是這樣的：

• 那麼，海光得到的X86授權，是內核級別授權，還僅僅是使用級別授權呢？這一點軟妹兎並沒有找到明確的答案，僅在中科曙光的投資者紀要裏找到一點委婉的暗示：「海光向AMD支付了知識產權購買費用，並不僅僅是License授權費」。由此推斷，海光得到的是有一定自由的內核級別授權，可以進行一定程度的自主研發優化。但自由程度有多大不得而知。我們假設自由程度不大吧，海光只是拿了X86授權來做晶元，這對於我國企業來說有什麼好處呢？好處就是賺錢了呀。相比較國內公司直接買Intel和AMD的晶元，利潤全進了它們的口袋，這種操作就讓我們也有分蛋糕的權利。當然，也僅此而已。能否進一步爭取到更多的蛋糕，依舊要看龍芯自主化的征程能否有所斬獲了。
• 而中科曙光入股海光，對於它的意義來說，可能就是如果將來海光量產了，中科曙光可以用比較優惠的價格買到X86的海光晶元。畢竟，從前面的文章我們知道，曙光伺服器毛利率低，很大程度是因為上游intel晶元太貴了！

③ 總結

• 好了，進入今天的總結吧，寫完這篇，軟妹兎感到整個人彷彿被掏空。最重要的是，我還是餓著肚子寫完的（減肥）！
• ①第一部分介紹了晶元國產化的宏大背景。首先，從2007年稜鏡門所揭露的安全隱患，講到天朝為何對網路安全如此重視。原因就在於，現在的病毒太厲害了，它居然能定點攻擊核設施！有沒有嗅到世界大戰的味道？而要避免我國的核武器被這種病毒影響，我們的工廠必須用自己生產出來的晶元。另一方面，晶元行業背後也有著巨大的利益，天朝作為全球最大的晶元消費市場之一，沒有理由不想有自己的國產晶元，在晶元行業分一杯蛋糕。其次，軟妹兎介紹了晶元國產化的兩大難題，第一是主頻提升很困難，第二是生態系統壁壘森森。最後，軟妹兎介紹了國內晶元國產化的三條道路，第一條是完全自主的研發CPU（地獄難度），第二條是得到架構授權，進行一定程度的自主研發（normal模式），第三條是直接交授權費，拿到架構就用，主要是賺錢，對國家的貢獻也就體現在稅收上了（easy模式）。有情懷的龍芯選擇了地獄難度，卻進展緩慢。大部分的中國企業，依舊是賺快錢，選擇了easy模式。
• ②第二部分介紹了中科曙光的晶元國產化戰略。它和AMD通過複雜的股權結構設計，聯手生產X86晶元。戰略意義在於，如果海光量產成功，曙光將拿到成本較低的X86晶元，進而大幅度提高伺服器這塊的毛利率。

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