是時(shí)候使用國(guó)產(chǎn)CPU了嗎？

國(guó)內(nèi)的幾支CPU研發(fā)力量各自選擇的指令體系都有自己的優(yōu)點(diǎn)和問(wèn)題，選擇其中的哪一支都會(huì)有對(duì)應(yīng)的成本和風(fēng)險(xiǎn)。最終誰(shuí)能擔(dān)大任，且拭目以待。

用上內(nèi)置國(guó)產(chǎn)CPU的個(gè)人電腦是不少國(guó)人的夢(mèng)想，中國(guó)的IT產(chǎn)業(yè)也為這個(gè)目標(biāo)奮斗了將近二十年。

然而在過(guò)去，由于技術(shù)落后、成本高昂、軟件兼容性較差等因素，國(guó)產(chǎn)CPU的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力低下，只能在實(shí)驗(yàn)室和特定領(lǐng)域少量應(yīng)用，無(wú)法在商業(yè)市場(chǎng)同進(jìn)口處理器正面抗衡。

隨著技術(shù)進(jìn)步、IT產(chǎn)業(yè)變革及國(guó)際形勢(shì)的變化，如今以國(guó)產(chǎn)CPU取代進(jìn)口產(chǎn)品已經(jīng)不是一個(gè)遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想。在政府機(jī)關(guān)、國(guó)企單位等關(guān)鍵領(lǐng)域，換用國(guó)產(chǎn)CPU也成為一項(xiàng)需要盡早完成的任務(wù)。

那么，這項(xiàng)任務(wù)該如何執(zhí)行，由誰(shuí)來(lái)肩負(fù)取代進(jìn)口處理器的使命，成了擺在決策機(jī)關(guān)面前的一項(xiàng)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

為什么要改用國(guó)產(chǎn)處理器?

如果CPU產(chǎn)業(yè)不存在“軟件兼容”這個(gè)問(wèn)題，中國(guó)或許早就有能力在關(guān)鍵領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用國(guó)產(chǎn)處理器了。遺憾的是，CPU的設(shè)計(jì)直接決定了其能夠運(yùn)行哪些應(yīng)用程序，這成了擺在國(guó)產(chǎn)CPU面前最大的障礙。

從上世紀(jì)90年代開始，微軟和英特爾分別以Windows系統(tǒng)和奔騰處理器橫掃個(gè)人電腦市場(chǎng)，并確立了x86體系的壟斷地位。

x86是一種計(jì)算機(jī)底層指令規(guī)范，其專利主要掌握在英特爾公司手中。個(gè)人電腦上使用的Windows系統(tǒng)和奔騰、酷睿等處理器以及成千上萬(wàn)的應(yīng)用軟件，都是在這一規(guī)范基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，因此即便是2005年生產(chǎn)的電腦也可以運(yùn)行新一代的Windows 10系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件，反之亦然。

其它廠商想要設(shè)計(jì)制造兼容x86指令規(guī)范的CPU，就要得到英特爾公司的授權(quán)，但是英特爾出于自身利益的考慮，極少同意這樣的授權(quán)請(qǐng)求。

這樣一來(lái)，新晉CPU研發(fā)企業(yè)要開發(fā)CPU就只能使用不同于x86的指令規(guī)范，開發(fā)出的產(chǎn)品也就無(wú)法運(yùn)行基于x86規(guī)范設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。由于x86在個(gè)人電腦領(lǐng)域的壟斷地位，其它企業(yè)也就很難與英特爾公司正面較量。

IT產(chǎn)業(yè)的變革速度超過(guò)了大多數(shù)人的想象。雖然x86體系在PC產(chǎn)業(yè)一直保持著壟斷，但到了最近幾年，這一狀態(tài)有了松動(dòng)的跡象。這也為中國(guó)自主CPU的大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造了條件：

首先，為非x86體系的CPU開發(fā)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序變得不像從前那么困難，只要有足夠的需求、資金支持，在一個(gè)新的體系上建立一套軟件生態(tài)環(huán)境，是可以做到的;

其次，英特爾CPU的性能增長(zhǎng)速度在最近幾年大大放緩，給了后起之秀追趕的機(jī)會(huì)。即便國(guó)產(chǎn)CPU在性能、功耗等指標(biāo)上達(dá)不到英特爾高端產(chǎn)品的水平，依舊可以滿足一般用戶的需求;

最重要的一點(diǎn)是，政府、國(guó)企、軍隊(duì)等關(guān)鍵領(lǐng)域迫切需要用國(guó)產(chǎn)芯片取代進(jìn)口產(chǎn)品，消除信息安全隱患，并預(yù)防可能的貿(mào)易封鎖。

近年來(lái)，美國(guó)多次對(duì)國(guó)內(nèi)敏感單位、國(guó)營(yíng)企業(yè)簽發(fā)出口禁令，更加劇了相關(guān)行業(yè)、單位對(duì)過(guò)度依賴進(jìn)口CPU的憂慮。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，重要部門、企業(yè)在CPU、操作系統(tǒng)等IT產(chǎn)品使用方面實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，是無(wú)可爭(zhēng)議的目標(biāo)。

國(guó)產(chǎn)CPU的體系之爭(zhēng)

雖然重要領(lǐng)域換用國(guó)產(chǎn)處理器已經(jīng)是一項(xiàng)亟待完成的任務(wù)，但是在具體的實(shí)現(xiàn)方式上，中國(guó)如今面臨著“選擇困難癥”的尷尬。

當(dāng)年國(guó)內(nèi)研發(fā)自主CPU的相關(guān)機(jī)構(gòu)在選擇CPU使用的底層指令規(guī)范時(shí)，因?yàn)檎l(shuí)都無(wú)法獲得英特爾的x86授權(quán)，因此大家各自選擇了其它的規(guī)范體系。

其中，中科院計(jì)算所的龍芯使用了名為MIPS的標(biāo)準(zhǔn)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展出了自己的一套規(guī)范;江南計(jì)算技術(shù)研究所的申威芯片選擇了Alpha規(guī)范;國(guó)防科大的飛騰芯片則最終確定使用了ARM規(guī)范。

除了這幾家國(guó)家級(jí)科研機(jī)構(gòu)外，民營(yíng)企業(yè)中也有佼佼者在進(jìn)行自主CPU的開發(fā)。最典型的是華為，其正在使用ARM規(guī)范開發(fā)自己的CPU核心。

最近，上海的兆芯和中科院的曙光相繼同境外企業(yè)合作，提出了與外方合作開發(fā)x86體系CPU的計(jì)劃。

由于x86專利授權(quán)的限制，兩家單位無(wú)法完全掌握CPU的研發(fā)流程，因而在自主性上差于上面提到的單位。但在合作研發(fā)的過(guò)程中，兆芯和曙光還是能做到避免產(chǎn)品出現(xiàn)后門，并獲得自主生產(chǎn)的決定權(quán)。因此這兩家的產(chǎn)品也可以作為決策部門的備選方案。

綜合下來(lái)，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)CPU研發(fā)單位選擇的指令體系就存在MIPS、Alpha、ARM、x86四種。為其中一種體系開發(fā)的操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件無(wú)法直接運(yùn)行在其它體系上，這就成了國(guó)內(nèi)需求方面臨的最大困境。

出于軟件兼容性、便利性和成本等因素考慮，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)未來(lái)只可能容納一個(gè)CPU指令體系，也就必須在現(xiàn)有的幾種方案中做出選擇。一旦選定某個(gè)體系并在此基礎(chǔ)上發(fā)展出一套軟件生態(tài)，其它體系就基本告別大規(guī)模應(yīng)用的可能，頂多在特定領(lǐng)域小范圍部署。

換句話說(shuō)，決策部門的選擇將直接影響幾大研發(fā)單位的市場(chǎng)前景，乃至影響全球CPU市場(chǎng)的產(chǎn)業(yè)格局。

誰(shuí)更適合中國(guó)國(guó)情?

那么，國(guó)產(chǎn)CPU的幾大備選體系方案各有什么特點(diǎn)和優(yōu)劣呢?我們一一來(lái)看。

Alpha：申威芯片選擇的Alpha的優(yōu)勢(shì)是，其指令體系的相關(guān)專利大都過(guò)了保護(hù)期，可以自由使用。但問(wèn)題在于，當(dāng)前軟件行業(yè)對(duì)Alpha體系的支持薄弱，如果選擇這一體系，就需要在軟件生態(tài)方面投入大量資源進(jìn)行建設(shè)，并需要較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)完善。

MIPS：大名鼎鼎的龍芯選擇的是MIPS指令體系，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展，發(fā)展出了自己的一套標(biāo)準(zhǔn)，完全掌握了指令體系的修改權(quán)利，未來(lái)根據(jù)國(guó)內(nèi)需要進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)無(wú)需再向國(guó)外企業(yè)尋求授權(quán)，因而在自主性方面擁有最佳條件。

不過(guò)，龍芯同申威一樣面臨著軟件生態(tài)支持薄弱的困境，因此雖然多年來(lái)龍芯一直以主流PC市場(chǎng)為目標(biāo)，但實(shí)際成果不如人意。如果決策部門最終選定龍芯體系，也需要付出很大的代價(jià)來(lái)建設(shè)軟件生態(tài)。

ARM：國(guó)防科大和華為都選擇了在智能手機(jī)、平板設(shè)備中廣泛應(yīng)用的ARM體系來(lái)開發(fā)CPU。原因是ARM體系的軟件生態(tài)已經(jīng)相當(dāng)成熟，未來(lái)的發(fā)展基本不需要國(guó)家的支持。

從全球市場(chǎng)的大趨勢(shì)來(lái)看，ARM體系也是最有希望和x86體系直接競(jìng)爭(zhēng)的一方。當(dāng)然，選擇ARM體系的問(wèn)題在于，國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)和單位需要每隔五年向ARM公司購(gòu)買一次授權(quán)，靈活程度上無(wú)法與Alpha、MIPS相比。

x86：兆芯和中科曙光分別與臺(tái)灣VIA、美國(guó)AMD合作，計(jì)劃推出合作開發(fā)的CPU產(chǎn)品。他們的方案的自主程度遠(yuǎn)不如以上三種，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看也難以避免被“卡脖子”的風(fēng)險(xiǎn)。

但合作開發(fā)意味著國(guó)內(nèi)單位可以直接獲得CPU的原始代碼并檢查其中是否存在后門，因此能滿足關(guān)鍵部門基本的信息安全需求。

與此同時(shí)，x86體系幾乎沒有軟件兼容方面的問(wèn)題，可謂“拿來(lái)就用”。短期來(lái)看，如果相關(guān)需求方需要迅速過(guò)渡到?jīng)]有安全隱患的國(guó)產(chǎn)CPU產(chǎn)品上，兆芯和曙光的方案是最現(xiàn)實(shí)的選擇。

國(guó)產(chǎn)CPU：中國(guó)該如何選擇?

顯然，國(guó)內(nèi)的幾支CPU研發(fā)力量各自選擇的指令體系都有自己的優(yōu)點(diǎn)和問(wèn)題，選擇其中的哪一支都會(huì)有對(duì)應(yīng)的成本和風(fēng)險(xiǎn)。

如果需求方面臨的形勢(shì)不是那么迫切，那么國(guó)家大可多等幾年，待各家研發(fā)的產(chǎn)品足夠成熟后再作出最終的決定。只是現(xiàn)實(shí)情況可能不允許長(zhǎng)時(shí)間的等待，短期內(nèi)中國(guó)就需要為進(jìn)口芯片確定一個(gè)國(guó)產(chǎn)替代方案，并在此基礎(chǔ)上投入大量資源進(jìn)行相關(guān)的軟件生態(tài)體系的建設(shè)。

綜合來(lái)看，ARM體系是幾種方案中的一個(gè)較為折衷的選擇，既滿足了自主研發(fā)的相關(guān)要求，又有著成熟的軟件配套資源，很容易發(fā)展出一套軟硬件生態(tài)滿足政府、國(guó)企等單位的辦公PC、服務(wù)器等需求。

當(dāng)然，前提是國(guó)內(nèi)各單位和企業(yè)使用ARM指令授權(quán)開發(fā)真正自主的CPU核心，而不是直接買ARM的CPU核心來(lái)制造芯片，那樣和直接進(jìn)口并沒太大區(qū)別。

如果選擇龍芯或申威的自主方案，國(guó)家需要迅速確定方向并盡快開始配套軟件生態(tài)體系的建設(shè)，并大大增加對(duì)研發(fā)單位的投入，前期付出的代價(jià)會(huì)比較高昂，但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這種選擇能夠徹底擺脫對(duì)國(guó)外廠商的依賴。

至于兆芯和曙光的合作開發(fā)方案，很適合應(yīng)付眼下的急迫需要，但并不是徹底治本的選擇。

無(wú)論中國(guó)選擇哪種體系來(lái)取代進(jìn)口CPU，最終都會(huì)對(duì)全球IT產(chǎn)業(yè)格局乃至國(guó)際形勢(shì)帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。今天的國(guó)產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)已經(jīng)走到了十字路口，未來(lái)將由誰(shuí)來(lái)主導(dǎo)大局、完成在重要領(lǐng)域取代進(jìn)口處理器的重任，讓我們拭目以待。