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

      芯片指内含集成电路的硅片，体积很小，常常是计算机或其他设备的一部分。是由大量芯片体组成的，是当代社会科技上最伟大的一项发明。

       今年以来，随着中美芯片战争的加剧，导致全球的电子芯片产业链受到了严重的影响，因此，很多行业都出现了芯片短缺的态势，其中汽车产业受到的影响将会更大。因为由于双碳的目标，新能源汽车的发展迅速，从而对于芯片的需求将会持续上涨，但是由于芯片的短缺，很多家汽车企业都出现了停产的现象，这对于公司的发展无疑是带来了一定的困扰。而且，芯片的应用不仅仅只是汽车行业，它几乎应用于所有产品，近到我们生活中的常用设备——微波炉，远到军事设备——国防工业，基本上现在只要是用电的东西都会涉及到芯片这个东西。目前只是在汽车行业的影响比较大，汽车工业最大的瓶颈就是芯片短缺，严重影响了生产。而且，如果中美的芯片战争没有得到一定的缓解，那么后期的话不仅是汽车产业受到影响，而且也会波及到其他产业。由此可见，芯片对于发展是多么的重要，所以发展芯片产业刻不容缓。

下面给大家盘点10家芯片龙头企业

新洁能：功率半导体芯片和器件设计龙头

该公司年底或将会推出SiC 二极管系列产品，是公司未来市场发展的主要方向。其次，公司还曾是我国半导体功率器件十强企业之一，主要在半导体芯片和功率器件的研发设计及销售。其次，目前该公司的产品广泛应用于消费电子、汽车电子、5G和光伏新能源等领域，公司的未来发展有望得到进一步的提升。

观点：公司是是我国功率半导体芯片和器件设计龙头

斯达半导：IGBT里边的龙头股

该公司是我国IGBT领域领军企业和唯一进入全球前十的IGBT模块供应商，其次，该公司的IGBT产品广泛应用于新能源、汽车电子、家用电器等领域，是电力行业的CPU。自成立以来。公司把市场为导向，技术为支撑，从而不断的研究出更加优秀的半导体芯片。

观点：该公司是IGBT里边的龙头股，目前，该公司的IGBT是我国产品线最集全的供应商，其次，公司的产品未来将会走向替代国产的趋势，而且加上芯片被市场炒作时，该公司是最有希望受到青睐的一个企业。

上海贝岭：电子芯片的龙头企业

国内智能电表领域品种最全的集成电路供应商，计量芯片在国家电网及南方电网统招市场的出货量均排名第一。公司的当前经营模式是经过转型而来的，具有一定的核心竞争力。当前，该公司始终跟随电子市场的趋势，使得公司的电子产业得到了快速的发展，公司的电子产品在未来的估值价值有望得到进一步的提升。

观点：该公司是电子芯片的龙头企业，其次，该公司与一些知名芯片厂商之间建立起来良好的战略性关系，从而使得公司的营销网络体系得到了完善。

北方华创：半导体设备龙头企业

该公司是世界级半导体设备后备军，目前，半导体相关领域产品是该公司的主要经营业务，而且公司的半导体产品的发展得益于5G的不断推进和半导体需求的不断增长，相信未来公司的业绩将会得到进一步的发展。

观点：该公司是我国半导体设备龙头企业，其中半导体设备的营收占66.67%左右，是该公司目前最主要的业务和估值来源，其次，公司的部分产品成功打破了国外市场的垄断，后期有望提升市场份额。

中芯国际：芯片圆代工龙头企业

世界第三的芯片先进代工，该公司主要从事集成电路芯片圆代工等业务，目前该公司的集成电路芯片圆代工在世界上占据首位。其次，随着芯片产业的不断发展，对于集成电路芯片圆代工的需求将会呈现上涨的趋势，这对于公司的发展具有很大的促进作用。

观点：该公司是我国芯片圆代工龙头企业，其次，公司旗下子公司在全球上拥有领先的集成电路芯片圆代工，是我国技术最先进和规模最大的国家。而且该公司在行业高景气中具有一定的竞争优势。

长电科技：集成电路封装测试的龙头企业

世界前三的先进芯片封装，是我国集成电路封装测试的龙头企业，主要的经营业务是集成电路制造和技术服务。其次，公司在关键应用领域中拥有行业领先的半导体高端封装技术优势。

观点：作为集成电路封装测试的龙头企业，该公司通过不断的优化公司治理等，相信该公司的未来发展将会与中芯国际协同发展的前景广阔。

圣邦股份：模拟IC行业龙头

中国模拟IC芯片设计龙头，该公司的主要经营业务是模拟半导体设计，其次，由于该公司拥有较强的自主研发和创新能力，因此通过多年的不断发展，公司在市场上抢占先机，不断拓展公司在市场上的份额。

观点：该公司作为模拟IC行业龙头，紧跟市场的发展趋势，不断拓展公司的业务，为公司的发展提供了一定的条件，其次，公司专注于模拟芯片的研究开发，使得公司在多个领域中取得了一定的条件。

中环股份：光伏硅片领域的龙头

世界级大硅片潜力后备军，其次该公司供应光伏新能源材料在世界上具有领先的地位，半导体硅片、半导体功率等是公司当前最重要的经营业务。在光伏新能源领域中，公司重视技术创新，不断研发出新一代的电池技术，这对于该公司在市场上的竞争力得到有效的提升。

观点：该公司作为我国光伏硅片领域的龙头，在半导体产业领域中，与优秀企业进行战略性的配合，从而使自身的技术和质量控制能力得到有效的提升。其次，目前公司在逻辑芯片和存储芯片也取得了较大进展，未来公司的估值价值有望翻倍上涨。

TCL集团：显示龙头企业

世界前四的半导体显示，其次，公司的主要经营业务为半导体技术以及材料。目前，公司把半导体显示以及材料作为公司的核心主业，使得公司更加有优势巩固自身在行业中的领先地位。

观点：作为显示龙头企业，公司在半导体光伏和半导体材料业务中进行一定的布局，目前布局的新赛道成效显着，从而使得公司的第二增长曲线得到成功的建造。公司自成立以来，一直沿着电子产业链逆流而上，展望未来，公司的发展前景广阔。

中微公司：半导体设备龙头

该公司是世界级半导体设备的后备军，当前，该公司主要在半导体设备行业中深究发展，其次，该公司经过多年的不断发展，拥有深厚的技术积纍，而且该公司的核心竞争力强大，未来增长可期。目前，由于数码设备的不断发展，我国的泛半导体产业持续成长，从而对公司的发展奠定了一定的发展空间。

观点：作为半导体设备龙头，该公司的刻蚀设备空间巨大，其次随技术的进步，诸多新兴领域的市场规模将有望进一步扩大。

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