突破封锁！国产芯片终于有了自己的指令集

在半导体芯片领域， 指令系统是一切软硬件生态的起点 。

以大家最熟悉的ARM和X86为例，它们就分别隶属于RISC精简指令集和CISC复杂指令集。

随着物联网、5G、AI新兴领域的兴起，RISC-V和MIPS两大精简指令集架构也频繁出现在我们的视野内。

所谓芯片，其实都是由半导体堆出来的硬件电路，晶体管越多往往代表性能和功能越强。但无论是超级计算机还是智能手环， 它们搭载的处理器都只能识别二进制数据 。

想让这些芯片正常运行，处理复杂的应用场景，首先就要教会它们学会类似九九乘法表的“算法口诀”和“数学公式”， 而这些算法口诀/公式其实就是所谓的“指令集” 。

换句话说， 指令集的功能和效率（算法口诀/公式的类型），在很大程度上就决定了各类芯片的成就和算力的上限 。

虽然海思麒麟、龙芯、兆芯、海光、紫光、澎湃等国产芯片都在各自领域取得了不俗的成绩，但无论是它们，还是其他采用X86、ARM、MIPS、RISC-V、Alpha和Power，选择封闭、授权还是开源的国产芯片项目，其底层的指令集根基都掌握在别人手里。

因此， 只有从指令系统的根源上实现自主，才能打破软件生态发展受制于人的枷锁 。

好消息是，日前龙芯中科就正式发布了自主指令系统架构“Loongson Architecture”，简称为“龙芯架构”或者“LoongArch”。它包括基础架构部分，以及向量扩展LSX、高级向量扩展LASX、虚拟化LVZ、二进制翻译LBT等扩展部分，总共接近2000条指令。同时不包含龙芯此前使用的MIPS指令系统， 并具有完全自主、技术先进、兼容生态三个方面的特点 。

目前，采用LoongArch的龙芯3A5000处理器芯片已经流片成功，完整 *** 作系统也已稳定运行，它能对多种国际主流指令系统的高效二进制翻译链，并成功演示了运行基于其它主流指令系统的复杂应用程序。

LoongArch对MIPS指令的翻译效率是100%性能，对ARM指令翻译的效率是90%性能，对x86的翻译效率是80%性能。

此外，龙芯中科还在联合产业链伙伴在适当的时间建立开放指令系统联盟，在联盟成员内免费共享LoongArch及有关龙芯IP核。

所谓IP核，我们可以理解为ARM旗下的Cortex-A78和Cortex-A55等，后置都是基于ARMv8指令集打造的核心IP架构，并授权给了高通、三星、联发科等芯片商开发SoC移动平台。

目前，ARM刚刚发布了ARMv9指令集，如果不出意外将在下半年发布的Cortex-A79和Cortex-X2架构就将采用这套指令集。

近10年来32位手机处理器都是基于ARMv7指令集打造，在A75之前的处理器则是基于ARMv8-A设计，随后都是ARMv82-A一统江湖

ARM指令集可以细分为Cortex-A（ARMv-A）、Cortex-R（ARMv-R）和Cortex-M（ARMv-M），分别适用于不同类型的芯片

比如车载芯片使用的就是Cortex-R（ARMv-R）核心IP

总之， 设计出一个纯国产的自主指令集只是万里长征的第一步 ，关键是后续要做出懂这个指令集的CPU（已经有了龙芯3A5000），再往后还需要让和人类交互的“翻译家”——编译器懂这个指令集。也就是需要不断完善软硬件生态，让我们熟悉的系统、办公、 娱乐 和 游戏 程序都能运行在这套指令集打造的芯片之上。如果做不到这一步，国产指令集和相关芯片也只是空中楼阁而已、

作为国人，我们真心希望LoongArch这种国产指令集可以取得成功，今后无论手机、电脑、车载还是其他半导体芯片都能以使用国产指令集为荣，并走向世界。

扩展小知识

那么，指令集又是如何影响芯片执行效率的？

我们以RISC和CISC，让它们分别执行“清洁地面”的命令为例，看看其背后的指令逻辑差异。

逻辑上，“清洁地面”的大概思路是先拿起扫帚，扫地；拿起簸箕，用扫帚把垃圾扫进簸箕；放下扫帚和簸箕，润湿墩布；再用墩布擦地，直至清洁地面完成。

对CISC复杂指令集而言，很容易理解“清洁地面”这套逻辑，下达“清洁地面”命令后，就能按照规则和顺序，一步步自动完成。

对于RISC精简指令集而言，它一下子可理解不了如此复杂的逻辑，必须将复杂的逻辑顺序拆分，然后按照一项项简单的命令去完成复杂的 *** 作。

比如，想让RISC精简指令集完成“清洁地面”命令，就必须依次下达“拿起扫帚”、“扫地”、“拿起簸箕”、“把垃圾扫进簸箕”、“放下扫帚和簸箕”、“润湿墩布”、“墩地”……

看起来CISC复杂指令集方便又强大？没错，如果要同时清洁无数房间地面，你只要对着不同的房屋说“清洁地面”、“清洁地面”、“清洁地面”……即可。

而对RISC精简指令集，你需要对着每个房间都重复一整套复杂的命令，如果下达指令的人嘴巴不够快（带宽不够大），那清洁地面的效率自然受到影响，难以和CISC复杂指令集抗衡。

但是， 现实生活中，并非所有房间的地面都需要一整套的清洁流程，比如你只需要墩地一个步骤。

对RISC精简指令集而言，你只需对着需要清洁的房间说“墩地”、“墩地”、“墩地”即可。而由于CISC复杂指令集没有单独的“墩地”动作， *** 作起来就要麻烦许多，完成相同的墩地 *** 作会消耗更多资源，翻译过来就是发热更高更费电。

这就是RISC和CISC的本质区别。 说不上谁好谁坏，只能说它们所擅长的领域各不相同。

以ARM架构为代表的RISC精简指令集，最适合针对常用的命令进行优化，赋予它更简洁和高效的执行环境，对不常用的功能则通过各种精简指令组合起来完成。

RISC是将复杂度交给了编译器，牺牲了程序大小和指令带宽，从而换取了简单和低功耗的硬件实现。

对以X86架构为代表的CISC复杂指令集，则适合更加复杂的应用环境。

CISC是以增加处理器本身复杂度作为代价，以牺牲功耗为代价去换取更高的性能。不过，X86架构则可通过对新型指令集的支持（如SSE41、AVX-512等），在一定程度上提高指定任务的执行效率和降低功耗。

现在芯片领域是RISC攻，CISC守的格局。以苹果M1为代表的ARM架构RISC指令集芯片正在染指传统的X86 PC市场，而且大概率会取得成功。虽然以英特尔为代表的X86阵营曾多次试图反击Android生态（如早期的Atom芯片），但最终却都以失败告终。ARM最新发布的ARMv9指令集，就给了ARM芯片入侵X86 PC大本营更多d药，也许用不了多久Windows ARM版PC也将成为一个更加重要的PC品类。

美中两国角力，由贸易战打到 科技 战，美国更在九月中扩大制裁 ，祭出华为禁令，令华为高端晶片面临严重的「断供」危机。英媒便指出，有消息人士表示，华为将在上海设立一座不使用美国技术的晶片厂，以确保华为就算在美国的制裁下，仍可获得核心电信基础设施业务方面所需的晶片。
根据《金融时报》报导，有消息人士透露，这座工厂将由华为的合作伙伴，即「上海集成电路研发中心」（ICRD）营运。上海集成电路研发中心是大陆政府支持组建、产学研合作的国家级集成电路研发中心。这座晶片厂初期将先试产低阶45奈米制程晶片，且华为希望明年底前能以28奈米制程生产晶片，此一动作将使华为有能力生产智慧电视等物联网（IoT）装置。
报导并指出，华为期望这座工厂能在2022年底前以20奈米制程生产晶片，让华为多的数5G电信设备都可使用这些晶片，如此一来，就算华为仍面临美国制裁也能营运下去。
对此，有专家表示，这座工厂将可协助在缺乏晶片制造经验的华为，开创一条可以长期生存的道路，未来可望成为华为的半导体供货新来源。
不过，也有半导体产业的高层不完全认同。他认为，在这项计画中的新生产线，将不会对华为的智慧型手机业务有所帮助，因为智慧型手机所需的晶片组，必须在更先进的技术节点上生产。但这座工厂如果成功的话，将可成为华为基础设施业务通向未来可持续下去的一座桥梁。
然而，在此之前，华为禁令生效的前一天，华为合作伙伴曾对外表示，针对晶片断供，华为没有B方案，主要还是寻求国产替代方案。可见抓紧自研晶片技术研发，推动「去美化」早已是华为未来的方向。

行业主要企业：大富科技(300134)、梦网集团(002123)、共进股份(603118)、胜宏科技(300476)、润和软件(300339)、立昂技术(300603)

本文核心数据：全球物联网市场规模、全球物联网连接数量、全球物联网下游行业分布

处于市场验证期

物联网是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等 信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与因特网连接起来，进行信息交换
和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网发 展历史悠久，可分为三个阶段：

物联网连接数超120亿个

根据全球移动通信系统协会(GSMA)统计数据显示，2010-2020年全球物联网设备数量高速增长，复合增长率达19%;2020年，全球物联网设备连接数量高达126亿个。“万物物联”成为全球网络未来发展的重要方向，据GSMA预测，2025年全球物联网设备(包括蜂窝及非蜂窝)联网数量将达到约246亿个。万物互联成为全球网络未来发展的重要方向。

下游制造业/工业占比最大

从下游领域来看，根据IoT
Analytics的数据，2020年全球物联网行业下游占比中，制造业/工业占比22%排在首位，其次是交通/车联网，占比15%。智慧能源、智慧零售、智慧城市、智慧医疗和智能物流分别占比14%、12%、12%、9%和7%，排在第3至7位。

2020年物联网链接内容90%属低功耗、广域网领域

2020年整个物联网90%连接属于低功耗、广域网领域。万物互联趋势下，传统移动蜂窝网络的高使用成本和高功耗催生了专为物联网连接设计的低功耗广域连接技术，对应中低速率应用场景，拥有广覆盖、扩展性强等特征，更符合室外、大规模接入的物联网应用。

2026年市场规模接近155万亿美元

根据知名国际信息技术数据公司lDC的测算，2019年全球loT市场规模为6860亿美元，到2022年，这一数字将突破万亿美元;与此同时，2019年全球通过万物互联传输的数据规模已达到14ZB，2025年传输规模则将达到80ZB。在loT行业本身的从全球来看，目前全球物联网相关的技术、标准、产业、应用、服务处于高速发展阶段。整体上物联网核心技术持续发展，标准体系正在构建，产业体系处于建立和完善过程中。移动互联网连接和工业互联网连接是未来发展的主要趋势，根据lDC的测算数据，2020年全球物联网市场规模为7490亿美元，年平均增长率为1220%;预计2026年，全球物联网市场规模将会接近155万亿美元。

以上数据参考前瞻产业研究院《中国物联网行业细分市场需求与投资机会分析报告》。

物联网卡主要是由移动、电信、联通等移动通运营商提供的针对物联网、特别是M2M领域的SIM卡，按物理形态分类可分为插拔式MP卡和贴片式MS卡。物联网卡外观和普通的SIM卡基本一样，但与之不同的是，物联网卡主要针对企业开发生产，主要用来研发开发设备上，没有语音功能，且主要是面向企业用户，一般不对普通消费者开放。

近年来我国物联网卡得到了良好的发展，蜂窝物联网终端用户不断增长。我国三家基础电信企业发展蜂窝物联网终端用户达13亿户。物联网卡市场良好发展得益于下游市场的发展。目前我国物联网卡主要应用在智慧公共事业、智能制造、智慧交通。

具体来看：

（1）智慧公共事业是基于物联网技术的智慧应用，主要集中于服务于民生领域的供水、供电、供气、供热、公共安全、环保、交通等领域。近年来受益于智慧城市的快速发展而得到了良好的发展，市场呈现不断增长态势。

（2）智能制造是基于新一代信息技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节，具有自感知、自决策、自执行、自适应、自学习等特征，旨在提高制造业质量、效益和核心竞争力的先进生产方式。

（3）智慧交通主要是指在交通智能调度系统的基础上，融入物联网、云计算、大数据、移动互联等IT技术，通过信息技术对交通信息的汇集和处理，提供实时交通数据服务。

面对市面上五花八门的物联卡公司，需要辨别、筛选出稳定性强的物联卡公司。

（1）最简单直接从三大运营商的官方渠道购买，比如中国电信物联网卡，中国联通物联网卡，中国移动物联网卡；

（2）通过官网、公众号或者其他网站直观的了解公司的经营现状，对于注册时间比较临近的，经营显示异常的这些公司，大家在选择此类物联卡公司合作的时候需酌情对待，这种一般实力不强，容易出问题。

（3）有实力、有规模且稳定的物联卡公司一般都会重视品牌宣传、产品介绍等信息，因此查看一家物联卡公司稳不稳定可以在公司官网、抖音、公众号以及其他官方宣传账号了解一下公司近况的更新。

（4）物联网卡属于长期使用的产品，其在使用过程中需流量查询、机卡绑定、充值续费、卡号重置、激活等问题，就需要有长期售后、技术人员的及时响应与解答，考量一家物联卡代理商是否稳定，还要看是否有售后人员提供咨询服务。

---