【热门】国产CPU的“飞腾”之路

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来源:半导体风向标

去年的中兴事件和今年的华为被禁止以来，自主控制、国产替代成为现在最受欢迎的话题，也成为了国产半导体产业的势头。 这正是可以自主控制的国产芯片制造商受到顺风的影响，国产cpu领导的天津飞腾新闻技术有限企业(以下简称“飞腾”)就是其中之一。

2019年12月19日，飞涨在北京召开了以“同心筑生态，前路共飞”为主题的第一届生态合作伙伴大会，两院士、行业专家、政府主管部门、领域协会、客户单位、硬件制造商、系统集成商、媒体 国产cpu代表制造商的飞跃引起了产业界的关注。 另外，腾飞与数十家制造商合作，在大会上发表、展示了近100种基于腾飞cpu的终端新产品，展示了日益繁荣的腾飞生态。

一、国产cpu可以自主控制的路线之争

在高端cpu市场，众所周知是英特尔x86架构的世界。 目前英特尔在服务器市场占90%以上。 另外，得益于pc时代的wintel联盟，Intel X86架构在pc和服务器市场上有着强大的生态屏障。

在这样的背景下，以往，我国即使高端通用芯片的高度也很依赖进口，特别是cpu芯片在pc和服务器行业中国产厂商的存在感很小，基本上被国际大工厂垄断了。 在这样的背景下，要实现国产cpu的自主限制，只有3条路线。

1、从头构建cpu软件生态

很明显，这是最难的，不现实的。 暂且不论能不能做到，因为无论做好cpu核心，都没有生态，只有少数中国制造商自己玩，依然是“废品”。

2、获得x86体系结构许可证，设计自己的x86 cpu。

这是最省力的方法。 最终，英特尔的x86体系结构在性能方面有很大的特点，起点很高，可以充分共享服务器和pc市场上的英特尔生态环境。

但是，x86体系结构是英特尔的知识产权，国产芯片制造商要制作x86体系结构芯片，必须首先处理x86技术许可问题。 对英特尔来说，显然不能向中国大陆的芯片制造商许可x86体系结构。 幸运的是，amd和台湾威盛拥有x86技术许可证。 但是，根据英特尔最初与amd、威盛签订的x86技术许可协议，英特尔无权向第三方许可x86技术。 因此，国产cpu制造商选择成立合资企业获得授权。

例如，年成立的上海兆芯(上海国资委下属的上海联和投资有限企业和台湾威盛合资企业)通过威盛获得了x86结构的授权(威盛早就有了x86结构的授权)。 年成立的天津海光( amd和中国天津海光先进技术投资有限企业的合资企业)通过amd获得x86架构和soc ip，用于芯片开发。 因此，amd获得了2.93亿美元的现金，包括专利权采用费。

但是，通过这种合资企业获得x86架构授权的形式虽然效果迅速，但依然存在这种“不可控制”的因素。 其技术来源一直是被合资束缚的外资企业，因为技术的后续升级也有一定的困难。 例如，今年6月，amd宣布不再向中国企业(天津海光)授权新的x86 ip产品。 这意味着继天津海光之后x86 cpu的重大升级可能会成为瓶颈。

，选择开放的cpu架构。

目前世界闻名的开源或对外开放许可的芯片架构以arm、mips、alpha、sparc、power、risc-v等为主。 选择现有的开源或可许可的体系结构意味着不需要从头开始，可以利用现有的开放生态，也可以说是国产cpu的好选择。

请注意，除了x86和arm，其他mips、alpha、sparc、power和risc-v体系结构在生态系统中非常弱。

那么，如果选择开放的cpu架构，应该选择哪个架构呢？

国产cpu制造商龙芯选择了mips架构，现在也做得很好，mips生态最重要的是嵌入式市场，龙芯也有pc和服务器产品，也加入了政府的服务器购买目录，现在也在国内pc和服务器市场

-2019年政府采购国产芯片服务器的具体参数要求

另一家国产cpu制造商的申威选择了阿尔法架构，目前在超计算行业成绩很高。 至今为止获得世界第一的“神威太湖之光”超级计算机上搭载的是“申威26010”的核解决器。 申威也推着服务器产品，进入了政府的服务器购买目录，但因为阿尔法框架的生态很弱，现在申威的服务器产品在国内市场的影响也相当有限。

然后，飞涨首先考察了sparc、mips、alpha架构。 这三种指令集体系结构都非常便宜(据说sparc的授权价格是99美元，alpha不用钱)。 然后，腾飞选择了sparc架构进行了cpu的开发。

2006年，飞腾团队成功研制了二代国产cpu，在重要行业实现了规模化应用。 “十一五”期间，在国家“核高基”科技重大专家的支持下，以ft-1000/ft-1000a和ft1500为代表的第三代飞腾cpu走向了商业应用。 但是，sparc弱的生态系统延缓了飞跃cpu的大规模商业化进展。

▲腾飞总经理窦强

飞腾社长窦智信对芯智信说:“在arm之前，我们根据sparc架构进行过一代超计算，制造过好几代解决器，当时宣传国产化非常困难。 一是芯片本身的性能低，第二软件的生态也差，所以当时顾客体验也非常差，推广非常困难。 但是，我们也没有其他选择。 x86我们没有路，至今也没有确定的商业模式。 arm当时也只有32比特的指令集。 中国身材高大，必须正面对抗，竞争，想避免是不可避免的。 如果必须有自己的it产业，发言权一定会越来越多，选择项会越来越少。 ”。

但是，这种情况在年中发生了变化。 年，arm正式推出了自己的64位指令集解决方案体系结构armv8，希望进入服务器等新行业。 之后，腾飞果断放弃了sparc，得到了armv8指令集体系结构的授权，全面转向了arm阵营。

另外，还有选择arm指令集体系结构的国产cpu制造商——防火墙。 farway也开始基于arm系统构建从芯片到服务器的系列产品线。 目前，固件arm架构服务器相关产业产品的三种主线: hi16系列cpu、鲱鱼鹏系列arm cpu、泰山服务器。 但是，鲱鹏920是华为第一个基于armv8指令集体系结构自主设计的服务器芯片，今年正式宣布。

二、arm服务器生态之战

由于arm在高端智能手机市场上的强大生态积累，选择arm体系结构作为服务器比x86以外的体系结构更环保。 但是，基于arm架构的服务器cpu的迅速发展也不顺利，很难突破x86的区块。

从一面看百花齐放

首先，arm芯片由于服务器行业性能的劣势，难以与中高端的x86服务器芯片竞争。 在手机市场，低功耗、高能效是arm成功的重要特征之一，但在服务器芯片行业，arm的这一特征并不明显。

飞腾社长窦强也说，在服务器行业，对性能的要求更高。 在相同的计算能力前提下，arm的功耗不一定低于x86。 当然，从价格的角度来看，arm与x86相比仍然具有很大的特征。

其次，在生态建设中，与经过多年深耕繁荣的x86生态相比，arm生态的迅速发展可以说是极其困难的。

applied micro、三星、英伟达、博通、marvell、高通、amd、华芯通等厂商迄今进行了大量投资，但结果并不理想。 去年，高通放弃了几年投入的arm服务器芯片业务，但高通和贵州省合资的arm服务器芯片企业华芯通也于今年4月底关闭了。 一个小时内，arm服务器上衰弱的声音不断。

但是，正如硬币有两面一样，一个制造商退出了arm服务器市场，投入了很多新的力量。

年初，英特尔前总裁rene james也成立了arm服务器cpu企业ampere，参加了与x86服务器的竞争。 年11月末，亚马逊正式宣布arm架构服务器芯片graviton，以降低对英特尔的依赖。 今年1月，farway推出了基于armv8架构整体自主设计的第一台服务器芯片鲱鱼920。 今年3月，富士通也从sparc体系结构迁移到了armv8体系结构，推出了新的a64fx芯片，在arm体系结构中实现了新的可扩展矢量扩展。 今年11月，marvell新一代arm服务器cpu路线图曝光，据说下一代性能是现在thunderx2的两倍。 今年12月初，亚马逊在“aws re:invent”大会上发布了基于自主第二代arm架构的服务器芯片graviton2，单核性能超过了Intel Xeon版。

arm服务器的生态从一面衰退，直到突然百花齐放，这一切看起来都突然到来，但实际上有很多必然性。

云计算体系结构的拐点。

首先，arm去年推出了新的比较服务器市场neoverse体系结构解决方案ip路线图，大大提高了性能。 另外，每一代后续平台的性能比上一代提高30%。 这提高了arm体系结构在服务器和基础设施行业的竞争力，强调了arm对服务器的重视程度，提高了arm服务器场制造商的信心。

其次，随着arm移动端的繁荣和云端合作的趋势，支持arm相关生态的基础系统和上层应用程序也在增加，三个linux版本( ubuntu、SSE、redhat )支持arm server的巴

第三，在云市场中，随着人工智能计算的迅速发展，新的趋势和拐点的出现也是最重要的。

随着近年来数据的爆炸性增加和人工智能的兴起，对云市场计算的诉求也开始发生了巨大变化，计算架构也开始发生变化。 由于cpu不是ai计算的最佳载体，因此云计算也开始由原来的x86体系结构统一，转向了异构计算。

例如，在云ai训练中，迄今为止利用cpu+gpu的架构很多，但现在cpu+专用的ai芯片集群也开始出现了。 在ai推论中，选择cpu+fpga和cpu+专用云ai芯片的人在增加。 随着云计算对ai计算能力的要求不断提高，彻底打破了传统云计算只依赖cpu的局面。

除了许多ai芯片制造商发布了比较云的ai芯片外，云服务制造商也发布了比较云的ai芯片。 比如去年7月，百度发布了第一款云全功能ai芯片“昆仑”。 亚马逊去年11月发布了第一批云ai芯片inferentia。 今年9月，farway发布了与云相比的ai训练集群atlas900。 蚂蚁今年9月也发布了被认为是世界上比云更强的ai推理芯片“包括光在内的800”。 因为对这些云服务制造商来说，他们更了解自己对ai能力和ai应用行业的诉求。 其背景是，云对传统英特尔服务器cpu的依赖度进一步减弱，arm服务器cpu也有很大的机会。

另一方面，云服务制造商不断推出自己的云ai芯片，同时积极降低对英特尔cpu的依赖。 法航、亚马逊推出了自己的arm服务器芯片就是实例。

“只有头大的云服务制造商才有资金制作自己的arm服务器芯片。 因为他们自己有很大的诉求。 另一方面，这也是他们平衡供应商的重要筹码。 ”。 窦强说:“云服务巨头开始推自己的arm服务器芯片是件好事，有助于加快arm服务器生态的繁荣。 另外，对越来越多的中小型云服务提供商和服务器制造商来说，他们没有制作自己的服务器芯片的研发能力和资金能力，因此成为了我们arm服务器芯片制造商的机会。 ”。

三五年坚守，腾飞生态已有规模

提到了很多arm服务器芯片制造商，其中既有退出者，也有新入局者，但常年坚持arm服务器芯片制造商的“守护者”很少，是其中最坚固的房子。 自2010年推出第一款arm服务器芯片以来，已经过了5年多，飞跃的生态也已经有了规模。

全面迁移到arm指令集体系结构

年4月，中国电子集团和天津滨海新区人民政府签订了合作协定，使中国电子集团旗下的飞腾cpu项目落户滨海新区。 之后，去年8月，天津飞腾新闻技术有限企业正式成立，注册资本为6亿元。 天津腾飞成立时，腾飞首次支持arm指令集的cpu，ft-1500a已经准备好了。

年10月，飞腾ft-1500a正式发布，各性能指标非常优异，在业界引起了极大的关注。 从年armv8指令集正式发售到ft-1500a正式发表，飞跃只需要约3年。 更何况，腾飞刚从sparc体系结构迁移到arm。 这也引起了当时外部的疑问，ft-1500a被认为是直接使用了arm的ip核。

“实际上，年开始了比较arm架构的研究。 在那一年，arm 64位指令集正式上市后，我们找到了arm，目标是基于arm架构的服务器cpu。 因为arm生态非常丰富，许可模式也很明确，不仅有ip核心许可，还有脚本体系结构许可。 当时的arm也希望有支持进入服务器市场的芯片制造商，所以双方一拍即合，我们也获得了armv8指令集的许可开发了自己的cpu。 ”。 窦强解释说。

迁移到arm体系结构后，快速增长也开始加快。 在ft-1500a上市仅仅一年多后的一年5月，腾飞推出了第一个64核解决方案ft-2000，性能指标接近英特尔e5服务器芯片的水平。 几个月后，飞涨宣布了面向台式机和嵌入式行业的双核cpu ft-2000a/2。 另外，ft-2000实现了与国际主流cpu相差无几的性能，但在1个cpu上加上8片内存riser卡的机器整体构筑价格非常高，ft-2000的产业化道路不顺畅。 为了进一步降低价值成本，年3月，飞腾流片发布了优化升级的ft-2000+。

时隔两年多，今年9月推出了新一代台式机级四核解决方案ft-2000/4，集成了四个飞腾自研解决方案核心ftc663，使用16nm工艺流程，主频率高达3.0ghz，杜 芯片性能比上一代台式机cpu提高了一倍，访问带宽提高了三倍，功耗减少了三分之一。

ft-2000/4在cpu核心技术上实现了新的突破，进一步缩小了与国际主流台式机cpu的性能差距，可以说在嵌入式安全方面实现了独自的创新。

新的安全体系结构标准

另外，现在自主限制成为大趋势，但如果是国产的解决器，并不意味着一定是“安全”。 中国工程院院士沈昌祥也指出，可靠的计算技术是一个系统和整体，需要在各环节予以支持。 当然，在整个新闻系统中，cpu解决方案是其中最核心的要素。 这是为了加强安全方面的能力。

在12月19日的飞腾生态合作伙伴大会上，飞腾企业副总裁郭御风博士正式发表了pspa 1.0标准，并发表了该标准技术白皮书和相关技术规范。 pspa是飞腾定义的解决方案安全架构标准，介绍了从cpu级实现国产计算机系统的本质安全。

郭御风说:“以前我们的芯片和核心基础软件来自海外，所以内部机制不透明，只能站在旁观者的角度，看它是否做了坏事。 今天我们从最基础的小费开始。 如何工作的原理我们很清楚。 自主cpu的开发为我们内生安全提供了可能性。 ft-2000/4进一步增强了安全能力，全面支持pspa 1.0安全体系结构。 目前中国可靠计算系统的建设已经走在世界前列，随着pspa标准的出台，腾飞与生态伙伴合作构建了安全可靠的国产新闻系统。 ”。

繁荣的飞跃生态

在12月19日的飞腾生态合作伙伴大会上，飞腾公布了现在的国内生态合作伙伴数量。 与去年相比，今年国内的生态合作伙伴增长非常大，例如oem制造商从去年的9家公司到今年的33家公司，odm制造商从7家到37家，嵌入式制造商从15家到62家，网络通信和安全制造商从10家到26家，压力巨大。 也就是说，在一年中，腾飞硬件生态的合作伙伴增加了120人以上。 另外，追加了机器整体的设计410件，软件兼容认证顾客数也达到了157家。 我看到了飞翔的生态迅速发展。

值得注意的是，在这次腾飞生态合作伙伴大会上，数十家以上的公司发布了数百家基于腾飞cpu的新产品和系统。

例如，长城、联想、波浪、宇宙科学工、同方、曙光、紫外光恒越、超越、上升、电子六家公司等10家国内单元公司发表了基于ft-2000/4的计算机产品，长城、波浪、电金融基于ft-2000/4的金融设备、。

腾飞还与华迪、波、华宇、东软、东华软件、万达新闻、电气系统和中国软件8家国内领先集成商签订了战术合作协议，共同推进腾飞cpu在国内越来越多的行业中的应用。

特别是在这次大会上，腾讯云发表了基于飞涨的全栈云平台体系，百度也宣布云ai芯片“昆仑”适合飞涨cpu。 中兴也发布了基于飞腾cpu的全产品匹配方案。

另外，在大会同期的产品展示区，120多家国内公司展示了基于飞跃cpu的成熟产品和处理方案，产品形态丰富，应用行业广泛，引人注目。

“从现在飞跃的迅速发展来看，当时选择arm确实是最好的选择。 现在像mips和power一样开放，现在开放的就像生态衰退时的救济，能起到的作用有限。 相比之下，arm是开放的，生态也是繁荣的，如果拥有指令集体系结构的许可证，就可以掌握迅速发展的主动权。 ”。 窦强说。

四、今后五年计划:累计投入150亿，年收入突破100亿

关于将来的迅速发展计划，飞涨也发表了-2024年的5年总统计划。

1、企业管理水平:飞涨正在进行公司混改和股份制改革，计划开通资本市场与股票融资的渠道，使更多的资本顺利进入飞涨体系，帮助飞涨更好的快速发展。

今年6月，中国电子新闻产业集团有限企业宣布将旗下中国振华电子集团有限企业拥有的天津飞涨21.46%的股权以协商的方式转让给中国长城。 另外，华大半导体有限企业也持有的13.54%的飞涨所有权转让给了中国长城。 这使中国长城成为持有35%的飞涨大股东。

但是，飞腾总经理窦强表示，目前飞腾已经完成了团队持股的改革，团队持有10%的股份，明年我们将引进其他一些战术投资、财务投资，进一步优化股票结构。 各股东也支持将来的独立上市。 因为制作小费对资金的诉说量很大，所以为了加快快速发展，需要大量的资金支持。

2、研发投资:为了加快企业的快速发展，飞腾计划在今后5年内将继续在芯片的研发、生态建设和地区顾客的保障上投入150亿以上。

3、人才方面:公司的迅速发展在人才特别是芯片行业是不可或缺的。 因此，飞涨计划在2024年将团队规模扩大到3000人以上。

4、技术和产品创新方面:飞涨继续以国际领先水平为基准，加快技术创新，并为引领领域特色确立“按需定制”的流程。 重视生态伙伴的诉求，推进技术产品迭代。 将来以供给100万张为目标，提高产品的交货能力，成为服务良好的顾客。

5、市场方面:腾飞希望继续加强政务、领域的办公室市场，切实提高市场占有率，在进一步开拓金融、通信、能源、交通等领域的业务市场的同时，通过“一带一路”开拓国际市场。 另外，窦强说:“2019年和将来，我们将遇到it产业迅速发展前所未有的巨大机会，想抓住机会实现高速发展，从小市场到大众市场的未来，进入更广阔的公共市场。”

根据飞涨公布的收益目标，到2024年企业收益预计将超过100亿元。 与外部预计的腾今年10亿元收入相比，增加了10倍。 我对将来的成长有充分的信心。

6、生态建设方面:腾飞采取多次开放、合作、共赢的策略。

对此，腾飞总经理窦强表示:“现在ai芯片爆炸，腾飞时预研小组也在追踪最新的技术，将来cpu指令集可能会对各种ai算法更友好，但我们不能自己制作ai芯片。 我们还是倾向于和百度、云天激励飞等ai芯片的伙伴合作。 当然，这种协作形式可以是芯片和芯片的对接，芯片和芯片可以集成在一个芯片封装中，也可以集成在芯片内部。 我们非常开放，我们侧重于搞好自己的cpu，其他的与伙伴合作获胜。 ”。

五、如何看待航道的竞争？

如上所述，今年华为也推出了基于armv8指令集自主设计的服务器芯片鲱鹏920，进入服务器市场。 那么，对于飞涨来说，如何看待华为杀入呢？ 在会议后的采访中，芯智信把这个问题扔给了飞腾总经理窦强。

窦强说，航道对国产芯片产业的贡献确实很大，今年美国把航道列入黑名单后，他特意购买并支持了航道的产品。

“防火墙进入arm服务器芯片市场是件好事，不仅给整个生态带来了巨大的贡献，对顾客来说也有越来越多的选择。 毕竟，现在的市场大部分还是被英特尔占据，很多企业共同繁荣arm服务器的生态无疑是好的。 ”。

但是，窦强坦言，华为进入这个市场确实给了飞涨等其他国产cpu制造商不少压力。 毕竟法道自身的研究开发能力很强，产品方面和市场方面的推动力也非常强，将来大家都会在市场上竞争吧。 但是，有竞争不是坏事，可以促进国产cpu的迅速发展。

“腾飞和华为各有特点，各有优势，各自面临的课题也不同。 飞行时间比较长，在服务器芯片、安全技术的积累中，飞行时间积累得更深。 此外，在商业战略中，今天的大会证明了我们非常开放，希望有越来越多的合作伙伴与我们合作。 相比之下，航道的垂直整合力很大，自上而下的各个环节都自己介入，对其他整机制造商来说形成了一定的屏障。 在产品方面，我们也增加了研究开发的投资，很快就会推出更有竞争力的产品。 比如华为鲱鹏920，性能确实比飞涨的现在产品强，但他们是今年的7nm技术，我们是年的16nm技术。 我们现在也在推进新产品的开发，明年出现了新一代的服务器cpu，性能越来越强。 在竞争中提高国产cpu的水平和实力是很多客户想看到的，我们也面临着这种竞争。 ”。 窦强自信地说。

作者:芯智信-浪客剑

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