半导体系列（三）：芯片设计篇之CPU研究，国产CPU到底行不行

CPU又称中央处理器，作为计算机系统的运算和控制核心，是半导体产业技术最密集、最具战略价值的产品，是一个国家技术势力的象征。

目前CPU的市场基本被美国的两大公司垄断，分别是大哥Intel和小弟AMD，两家几乎占领了99%的市场份额。

目前Intel和AMD以X86指令集和微软共同建立了庞大的生态系统并且不对外开放，这样一来，中国队想要自己做CPU的空间不多了。

01 CPU定义

CPU在半导体行业中是人们常接触到的一种芯片，最常见的应用就是在电脑中，其中有名的有Intel的 i9-11980HK 和AMD的 R7-5800X 。

按照CPU种类来分类，可以分为服务器CPU、家用电脑CPU、嵌入式设备CPU和手机CPU，服务器CPU需要更出色的性能、稳定性和安全性，要求服务器365天开机运行，连续工作，一个服务器可以安装多个CPU；而家用电脑CPU性能要求相对较低，容量较小，不要求连续工作，一个电脑只能安装一个CPU；嵌入式设备和手机对CPU的性能要求相对更低。

按照CPU指令集架构来分类，CPU可以分为RISC和CISC。

CISC 即复杂指令系统计算机，物如其名，CISC是比较复杂的，指令系统比较丰富，有特定的指令来完成对应的功能，可以处理特殊任务。

RISC及精简指令集计算机，把精力集中在经常使用的指令上，对不常用的功能，通过组合指令来完成，实现简单高效的特点，一次RISC不能处理特殊任务。通俗来说就是经常用的功能简单化，不经常用的功能复杂化。

这其中CISC代表的指令集有X86，RISC代表的指令集有ARM、MIPS、RISC-V、Alpha、SPARS，除了这两种之外，还有我国自主研发的指令集DEC和LoongArch。

02 六大国产CPU

首先我们来了解一下什么是CPU的生态环境， CPU的生态环境就是一块CPU推出后，系统和软件对它的支持和优化有多少， 比如国产CPU龙芯就没有一个好的生态，不论是采用MIPS还是自主研发的LoongArch都不能支持Windows系统。

自主建立生态环境又难于上青天，而生态如果没有建立，软件商店就不会有软件（比如QQ在Linux中停更），这也是国产CPU发展最大的瓶颈之一。

目前国内有六大CPU设计厂商，他们是华为、飞腾、兆芯、申威、龙芯、海光（均未上市），他们分别以不同的方式参与CPU的设计。

CPU国产替代的故事得从Intel开始。

Intel趁着PC的东风迅速发展，建立了X86架构，标识了一套通用计算机指令集合，并且与微软一起在X86指令集上建立了庞大的生态。

目前的X86指令集不对外授权，只被英特尔和AMD所掌握，而X86又是PC、服务器领域做得最好的，别的指令集的生态环境远远抵不过X86，留给中国队的发展空间实属有限。

中国队CPU分为3个路线。

其一是由 龙芯 和 申威 代表的：自研指令集

龙芯最初采用的是MIPS精简指令集，制作通用CPU，主要产品是自主可控消费类例如服务器、台式机、嵌入式、航天器等领域。

申威最初采用的是Alpha精简指令集，主要应用在超级计算机和军事领域。

龙芯和申威都因为生态的原因，很难发展起来，尤其是龙芯，想要打入服务器和台式机市场必须有很好的生态。

龙芯因为MIPS的分崩离析，开始发展自己的指令集—— LoongArch ，它是完全有龙芯自主研发，可以兼容MIPS生态， 并且开始尝试用二进制翻译兼容ARM、X86处理器，龙芯的目标是在2025年消除指令集之间的壁垒，彻底搞定兼容问题。

申威也因为Alpha被收购，开始发展自主研发的指令集—— SW64 ，它是由Alpha改进而来，申威制作的神威·太湖之光超级计算机便采用SW64指令集，被称为“国之重器”，在国际上都有一定的地位，多项指标全球第一。

第二路线是由 华为 和 飞腾 代表的：ARM指令集授权

华为芯片“四大天王”麒麟、鲲鹏、巴龙、升腾中，除了巴龙以外，均采用ARM指令集授权来开发。这其中最著名的就是“麒麟”了，在手机领域一度领先，直至海外因畏惧华为的崛起，开始了制裁华为事件，就此“麒麟”短暂隐身。

飞腾也是国内目前使用ARM架构制作CPU的厂商之一，其技术不弱于高通，目前公司也被美国列入黑名单，其芯片制造环节同样被卡脖子，可能成为第二个华为。

除了华为和飞腾以外，国内以ARM架构制作芯片的厂商还有很多，例如贵州华芯通、展讯通信等。

第三路线是由 兆芯 和 海光 代表的：合资获取X86授权

兆芯的X86架构授权是源自于VIA公司将部分X86处理器相关技术、资料等IP产权以1.18亿美元价格卖给兆芯。兆芯基于X86的生态和技术，性能方面普遍高于龙芯，但还是不能和英特尔比肩。

海光的X86架构授权是通过和AMD合资公司来拥有AMD授权IP，但并不是完整的技术转让，而是阉割后的残缺版，所以性能上面和AMD锐龙、高通骁龙差一个档次。

03 RISC-V

RISC-V近些年流行的新型指令集，它是一种开源式指令集，对使用者免费开放，也是这种特性使它被众多专家认为是中国处理器产业的一次机会，而且可能是最后一次机会。

目前全球CPU的市场格局是以X86架构垄断PC、服务器行业；ARM架构垄断移动设备行业，这两家几乎涵盖了所有CPU市场需求。

X86架构归“Wintel”（英特尔+微软）所属，是一种封闭指令集，不对外授权， 简单说就是谁也别想用，就我自己能用 ；ARM架构属于可授权指令集+可授权设计， 简单说就是你用需要经过我同意并且收费，你想再它基础上设计还得再经过我同意并且再收费。

正因为如此，RISC-V作为开放式指令集，被中国队大力支持，看作救命稻草。

那RISC-V究竟有没有那么好呢？我们主要得看两方面： 一个是它的生态好不好，生态是决定指令集发展空间的最大因素；另一个就是它到底是不是彻头彻尾的免费，日后会不会再被卡脖子。

第一，RISC-V的生态怎么样。

RISC-V具有性能高、功率低、面积小、易于扩展等技术特点，最重要的是它的开源、免费的独特属性，为其带来众多合作商，影响力逐步扩大。

从2015年组织RISC-V基金会成立是的25个成员，到现在已经有超过300多个单位的加入，其中包括阿里、谷歌、华为、英伟达、高通、中科院、麻省理工等等。

日前，有知情人士表明，英特尔将以20亿美元收购RISC-V领域的重量级公司SiFive，这也表明了英特尔的态度。

虽然英特尔靠X86架构在PC、服务器领域无人能敌，但是移动设备一直是他的心病，ARM在移动设备领域是他无法抗衡的，而RISC-V的出现，给了机会。

但是看好归看好，ARM的垄断地位依旧很难撼动，RISC-V后续可能与X86联手对抗ARM，但更大的可能是打入嵌入式设备市场中，做物联网领域的“一哥”。

总体来说，不论是PC、服务器，还是移动设备，都很难被RISC-V介入，相反一些嵌入式设备比如空调、冰箱、扫地机器人、电动车等等发展环境更好。

第二，RISC-V是否永远免费。

RISC-V源于2010年，加州大学伯克利分校的一个研究团队研发，当时他们因为市场已存在的指令集相当复杂，且成本和门槛太高，所以建立了新的指令集。

“开源架构RISC-V将永久免费，成为人类共有财产。相较于X86和ARM架构的高门槛，开源架构RISC-V将带来芯片设计的革命”——RISC-V架构开发者之一Krste Asanovic博士。

这是RISC-V架构开发者的原话，表明该指令集是完全开源免费的，到目前为止他们也很好的履行了，甚至把基金会总部搬离美国，迁移至瑞士（永久中立国）以防止美国地方政策的限制。

尽管RISC-V从表现来看做得很优秀，但抽丝剥茧，终究还是有隐患在的。

实现RISC-V指令级架构的处理器内核有很多个不同的微架构实现，而微架构实际的模式是分不同类型的，其中有开放的、需授权的以及封闭的。

虽然基于RISC-V开发CPU不需要支付授权费用，但如果直接用RISC-V内核设计，也是需要支付授权费的。通俗来说就是你用我不需要收费，但是想在它的基础上设计得经过我同意，甚至收费（我们目前是全免费，但我有权利在以后收些钱）。

总结来说，目前全球的指令集呈现以X86、ARM、RISC-V三足鼎立的局势，RISC-V作为新时代的弄潮儿得到了各大厂商的认可，有发展的空间，但它不足以撼动其他两个指令集的地位，不过可以预料到的是，等RISC-V成长起来，仍然有可能对我国CPU发展卡脖子，我们需要保持隐患意识，在跟随洋人步伐的同时，发展自身CPU业务。

纵观国内厂商在电脑CPU领域，龙芯以自研为主，开发属于中国的指令集，目前已经可以满足一些党政领域以及机密工作的需求，但打入家用电脑领域仍需要提升CPU的生态和性能；服务器CPU中，申威在超算上小有成绩；华为近期也有消息称完成40nm去美化工作线投产，在明年更将攻破20nm的工作线，麒麟可能会重新归来；一些未上市公司如芯来 科技 、平头哥等也有在尝试RISC-V领域。

种种迹象都在证明，虽然我们起步慢了30年之久，但国产CPU一直在突破，路途艰辛却一路披荆斩，长夜漫漫，但黎明终将到来。

全文由各种资料查证，如有专业领域上的错误，希望可以抛砖引玉，有所探讨。

芯片全产业链图（绿底已经写完）

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福州瑞芯微、珠海全志、珠海炬力、上海晶晨、上海盈方微。目前来说，中国的IC芯片设计的公司，还不像因特尔、高通、苹果、三星这样有很大的名气。

就拿平板/盒子芯片来说，国内的芯片设计公司中福州瑞芯微、珠海全志、珠海炬力、上海晶晨、上海盈方微在技术上和销售量上国内算是都还不错，在IC芯片业都算是第三梯队的。

芯片设计：国内的十大芯片设计公司如下，按营收规模排序：华为海思/紫光展锐/中兴微电子/华大半导体/智芯微电子/汇顶科技/士兰微电子/大唐半导体/敦泰科技/中星微电子。

国内厂商仅有四家，北方华创、中微半导体、盛美半导体和Mattson。

扩展资料：

芯片设计公司排名

中国前十强依次为华为海思、清华紫光展锐、中兴微电子、华大半导体、智芯微电子、汇顶科技、士兰微、大唐半导体、敦泰科技和中星微电子。

第一名：海思

海思在长时间内将是中国最大的芯片设计公司，大家用的华为手机里面就有大量的海思处理器和海思基带芯片，另外买的智能电视，安防系统也有海思的芯片，未来将随着华为集团的增长而上升。世界第一名高通，2016年营收154亿美元，是海思的3.5倍。

第二名：紫光展锐

展讯，锐迪科合并之后成立，目前是三星手机处理器和基带芯片除自家产品之外的最大供应商，你买的三星手机，主要是中低端系列，里面的芯片是紫光展锐的。

第三名：中兴微电子

主要是自家的通信设备用的部分芯片，手机芯片也还是外购。

第四名：华大半导体

是中国电子信息产业集团有限公司(CEC)整合旗下集成电路企业而组建的集团公司。在智能卡及安全芯片、智能卡应用、模拟电路、新型显示等领域占有较大的份额。目前华大半导体旗下已经有三个上市企业，包括A股上海贝岭和港股公司中电控股、晶门科技。

第五名：智芯微电子

智芯微电子是国网信息产业集团全资子公司，涉及芯片传感、通信控制、用电节能三大业务方向，致力于成为以智能芯片为核心的高端产品、技术、服务和整体解决方案提供商。

第六名：汇顶科技

汇顶科技是一家上市公司，该公司在指纹识别芯片设计领域已经做到了世界第二，在全球范围内仅次于给苹果提供指纹识别芯片的AuthenTec。

第七名：士兰微电子

LED照明驱动IC是其主要业务收入之一，还给家电企业提供变频电机控制芯片。

第八名：大唐半导体

以智能终端芯片、智能安全芯片、汽车电子芯片为核心的产业布局。

第九名：敦泰科技

于2005年在美国成立，致力于人机界面解决方案的研发，为移动电子设备提供最具竞争力的电容屏触控芯片、TFT LCD显示驱动芯片、触控显示整合单芯片(支持内嵌式面板的IDC)、指纹识别芯片及压力触控芯片等。

第十名：中星微电子

占领全球计算机图像输入芯片60%以上的市场份额。2005年，中星微电子在美国纳斯达克证券市场成功上市， 2016年初，中星微推出了全球首款集成了神经网络处理器(NPU)的SVAC视频编解码SoC，使得智能分析结果可以与视频数据同时编码，形成结构化的视频码流。

该技术被广泛应用于视频监控摄像头，开启了安防监控智能化的新时代。

从事芯片设计业务的重点上市公司有：紫光国芯、汇顶科技、士兰微(IDM)、大唐电信、兆易创新(存储器)、全志科技、中颖电子(家电MCU、锂电等)、北京君正、艾派克、富瀚微等。

以上芯片设计公司中，目前势头最好是的展讯跟RDA，华为海思的布局和前景最好，这三家算是国内技术、前景最好的。

中星微和炬力虽然也是第一批上市的，有些名气，但下滑得比较厉害，前景一般。nufront算是新生势力吧，离一线的技术和知名度还有很大一段距离。国民技术/君正之类布局太窄了。

参考资料：百度百科-中国芯

半导体行业在2019年日子并不好过，整个行业的公司业绩都不太好，严重依赖半导体行业的韩国人均GDP还出现了下降，半导体需求低迷，各类芯片出货量大幅下降，产业链的各个环节都受到了明显的影响。

但随幐5G时代的加速到来，将成为半导体行业拐点的催化剂，5G网络需要全产业链的支撑，包括5G基站、高速PCB以及相关的元器件，5G建设期大概三至五年，会首先带来相关行业的需求复苏。而由5G带来的技术升级，对相关新应用的的驱动，将会带来半导体行业的拐点。

未来几年，半导体行业将会重新进来景气周期，在这个过程中，整个产业链都有望获得复苏，从而带来预期差修复机会，对各细分行业的龙头公司来说，更有可能分享到行业增长的红利，并且半导体行业的全面国产化将为国内的集成电路产业公司创造更多增量市场，从而带来业绩驱动和估值提升的双重利多预期。

挖掘半导体行业的机会，主要从这几个角度来思考：

第一，是芯片设计行业，芯片设计行业属于芯片产业链中的高附加值部分，包括高通、华为海思、三星、ARM、英特尔等公司，主要就是抢占了芯片设计制高点，通过积累的技术专利，最大化获得行业红利。在A股上市公司中，也有部分芯片设计公司，虽然不能与国际 科技 巨头抗衡，但在各自的细分领域具有明显的垄断优势。

第二，是国产化替代，虽然国内有些半导体公司，实力和美国先进公司尚有一定差距，但从过去几年的情况来看，未来半导体行业将会全面推行国产化替代，只有这样，才不会被西方国家掐脖子，这为很多具有竞争力的国内芯片公司提供了非常好的市场机会，比如在视频芯片方面，国产SOC芯片公司可以很好的替代美国英伟达的芯片。

第三，需补短板的环节，在半导体行业，我们目前在芯片设计方面已经有了海思等实力强大的公司，但在生产环节则不具优势，目前最具竞争力的是中芯国际，已经可以量产14nm制程的芯片，但更高技术的晶圆代工则需要借助于荷兰ASML的光刻机。未来我国将会投入更多技术和资金进行扶持，所以在光刻机方面有研发的公司，有预期支撑。

第四，优势环节公司，虽然在半导体产业链中，我国目前依然有些环节需继续追赶，但也有优势环节。比如说半导体封装行业，我国上市公司中有几家公司都在全球十大封测之列，虽然封测行业的毛利率和净利率都不高，但它是半导体最终成品的必须环节，这些公司具有很高的市场份额，一旦行业复苏，会明显受益。

从这四个方面入手，寻找行业中盈利能力最强、市占率最高、且一直在持续对开发进行投入的公司，这些公司将会进一步巩固自身在行业中的地位，在新一轮半导体行业上升周期中，业绩将会出现明显的改善，同时各环节将会更紧密合作，实现我国半导体行业的强劲发展和全面的国产化，为 科技 产业未来的发展提供坚实的支撑。

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