自 2019 年发布首款 RISC-V 玄铁处理器，到去年发布 AI 芯片含光 800，再到今年发布的通用服务器芯片倚天 710，阿里旗下半导体公司平头哥在芯片上实现了“年更”。

在半导体领域被“卡脖子”的当下，阿里在芯片设计上的进展格外引发关注。
顶配？
对比之下，本次最新发布的倚天 710 芯片，是目前参数表现最为亮眼的一个：5nm 制程、单芯片容纳 600 亿晶体管、采用最新的 ARMv9 架构、DDR5 内存带宽、PCIe 50 接口，每一项都是 2020 年才启动的新技术，也是各自技术领域的“顶配”。跑出的 SPECint2017 440 分，也是同类芯片中的最高成绩。
在采用各项新技术的同时，倚天 710 的在面世前各个环节的进展也十分顺利。
阿里云智能总裁、达摩院院长张建锋在接受包括搜狐科技在内的媒体采访时表示，倚天芯片研发进展超过预期，在行业内普遍需要两次流片（像流水线一样通过一系列步骤制造芯片）的情况下，倚天 710 仅在 7 月进行一次流片，就已经基本符合需求。
出色的参数显然拔高了人们对于阿里这款芯片的期待。
从阿里公开披露的信息中，倚天 710“性能较业界标杆高 20%，能效比高 50%”的表述格外值得注意。
一位不愿具名的分析师对搜狐科技表示：“如果对标的是同为 5nm 的芯片，那么 20% 的性能提升是一个非常不错的成绩，但如果对标的是 7nm 芯片，则 20% 只能算是一个正常的提升。”
性能和能效比是衡量一款芯片好坏与否的重要参数。制程、架构、内核数对此都有影响。
张建锋坦承，由于是最新发布的产品，倚天 710 在表现优秀的同时，也必然存在技术红利。有业内人士也表示：“在这些最新的技术尚未成熟时提前布局，是阿里敢于承担风险的表现，且使用新技术也付出了更高的成本。”
不过，需要澄清的是，上述这些看似高超的技术大多是由外部授权提供。
如芯片架构可分为指令集架构和微架构等。通常厂商会对微架构进行调整，以适配产品，并侧面证明自己的研发实力，但此次倚天 710 并未对微架构进行技术改造，而是全盘采用了公版授权。相比之下，华为鲲鹏 920 芯片虽然早 2 年发布，基于的也是旧版的 ARMv82 架构，但却对微架构进行了自行设计。
在自研方面，阿里在对外宣传中着重强调了该芯片对云应用场景的适配。如解决云计算高并发条件下的带宽瓶颈。“倚天 710 针对片上互联进行了特殊优化设计，通过流控算法缓解了系统拥塞问题。”
考验
从实际投产商用的角度来看，倚天 710 也面临着诸多考验。
首先是芯片质量的稳定性。国际调研机构 Wit Display 首席分析师林芝称，由于是首次亮相，这款芯片的良率、稳定性以及可靠性都并没有获得市场的验证，在这个时间点来判断这款芯片的实际表现，为时尚早。
有业内人士也表示，目前的国产服务器芯片，大多表面数据好看，核多，内存通道多，但实际使用体验很差，在外设的兼容性等等方面的指标上和英特尔芯片还不在一个级别。
另外，由于采用了最先进的工艺，倚天 710 在生产制造上也面临难度。
“5nm 芯片在工艺上比较成熟的只有台积电、三星，目前主要生产消费级 5nm 芯片（如手机），能给到阿里服务器芯片的产能十分有限。”林芝表示。
除此之外，由于全部自用，这款芯片所能带来的利润难以量化，也更难证明它的商业价值。
相比之下，同样在大力发展云计算的华为，早在 2019 年就推出了基于 ARM 架构的 7nm 服务器芯片“鲲鹏 920”和服务器“泰山”。2020 年 6 月，泰山服务器先后中标三大运营商的服务器采购项目。
变局
倚天 710 芯片的发布，除了对阿里云业务自身产生影响外，还有可能因为规模效应，给服务器芯片市场带来变局。
有业内人士对搜狐科技评估表示，倚天 710 的研发成本在十几亿元左右，包括架构授权及几千万美元的流片费用，这相当于阿里云在今年上半年利润总额的 2-3 倍。
值得注意的是，经历了长达 12 年发展和投入，阿里云直到今年才开始正式盈利。
巨大的成本付出，对应的是潜在且更大的商业回报。关于这款芯片在未来所能带来的利润回报，张建锋并未给出明确答案。
不过，阿里云目前已经拥有超过 150 万台服务器，具备极强的规模效应，相比于外部采购，自研所能节省的成本相当可观。据了解，倚天 710 芯片将搭载在同期发布的磐久服务器上，并在今年开始部署。
林芝对搜狐科技表示，自研芯片不仅可以为阿里的云计算服务降低成本，从而提供更高的竞争力，甚至有可能会改变服务器芯片市场的竞争格局。
放眼整个整个服务器芯片市场上，X86 芯片占据主导地位，其中英特尔的芯片占据了 90% 以上的市场份额。
“英特尔的一款 10nm 制程的 X86 芯片，主频能达到 34GHz；AMD 7nm 制程的 X86 芯片，主频可以达到 35GHz”，林芝介绍道：“而阿里的这款芯片，尽管是 5nm 工艺，但由于采用了 ARM 架构，主频只有 32GHz。”
这主要是受架构的影响。相比于 X86 架构，采用 ARM 架构的芯片在性能上虽不占优势，但在功耗和价格上都更低，对于用电量和采购量都十分庞大的云计算公司来说，是个不错的选择。
同时，由于可以不完全依赖 X86 架构的服务器，也可以应对潜在的单一供应商风险。
2018 年，亚马逊开启了使用 ARM 架构自研服务器芯片的先河，并在接下来两年内发布两款命名为 Graviton 的服务器芯片。随后华为鲲鹏芯片、Ampere 的 Altra 芯片都采用了 ARM 架构。
随着多家云计算尝试 ARM 架构芯片自研业务，这个拥有 7000-8000 亿规模的市场或许也将迎来新的变化。
溯源
时间回到 2018 年 4 月，阿里巴巴全资收购当时大陆唯一一家自助嵌入式 CPU IP Core 公司中天微系统有限公司，开启了自研芯片之路。
在此之前，阿里巴巴已经先后投资了多家芯片公司，如寒武纪、Barefoot Networks、深鉴、耐能（Kneron）、翱捷科技（ASR）等等。马云也被媒体称为“要买下大半个芯片产业”。
马云表示：“阿里投入数十亿美金研发芯片并不是为了控制技术，而是想让每个年轻人，每家小公司都能以性价比更高的方式分享这项技术。”
关于自研芯片的目的，张建锋表示，主要是为了更适配云服务场景。“原来 CPU 并不完全为了云上负载来设计的，难以完全适配大规模、高并发的的云计算需求。”
不过，对于外界猜测的阿里是否打算涉及更为核心的芯片制造业务，张建锋表示否认。
“产业有分工，像我们服务器最大的提供商是浪潮，交换机最大提供商是锐捷，还有很多大大小小的厂商。他们不仅满足了我们自己的需求，也给产业带来更大的空间。”
目前，平头哥拥有处理器 IP、AI 芯片及通用芯片等产品家族，旗下玄铁系列处理器出货量已达 25 亿颗；两年前问世的阿里第一颗芯片含光 800 已实现规模化应用，通过阿里云服务了搜索推荐、视频直播等行业客户。截至目前，阿里云已经完成了从芯片、部件到整机的云基础设施闭环。是的，服务器需要芯片来完成指令的处理，存储和传输。芯片可以提高服务器的性能，改善服务器的能效，并使服务器能够处理更多的任务。此外，芯片还可以提高服务器的可靠性，使服务器能够更好地满足用户的需求。对于串口服务器，STM32系列的芯片是非常常用的。在STM32系列中，比较适合用于串口服务器的芯片有STM32F107、STM32F407和STM32F767等。
其中，STM32F107是一款性价比较高的芯片，它具有高性能、低功耗、丰富的外设、易于扩展等特点，是适合初学者的一款芯片。 STM32F407和STM32F767则是更高端的芯片，它们具有更高的CPU频率、更多的存储空间以及更多的外设接口，可以更好地满足一些高端应用的需求。
除了芯片的性能外，还需要考虑开发板的选择、软件开发工具的选择等问题。在选择开发板时，需要考虑板子的价格、性能、扩展性、易用性等因素。在选择软件开发工具时，需要考虑工具的易用性、功能完整性、开发效率等因素。
总之，选择适合自己的芯片、开发板和软件开发工具，可以更好地开发出符合自己需求的串口服务器。在自研ARM处理器上，不只是苹果的M1系列取得了突破，中国厂商在这方面同样也有骄人的成绩，阿里云去年推出了倚天710处理器，这是全球首个5nm ARM架构服务器处理器，最高128核，现在已经开始商用了。
阿里云最近推出了ECS g8m 实例，是阿里云第一款使用自研倚天710 CPU的实例，主要针对通用计算、云原生以及Android in Cloud等场景，号称是阿里云算力性价比最高规格族。
此外，阿里还对比了上代使用第三代Intel Xeon可扩展处理器（Ice Lake）的情况，后者基频27 GHz，全核睿频35 GHz，倚天710是27GHz频率，ECS g8m 实例算力性价比提升100%，并且网络、存储性能指标对比上一代ARM实例提升100%。
2021年10月份，阿里巴巴旗下半导体公司平头哥发布自研云芯片倚天710。
该芯片是业界性能最强的ARM服务器芯片，性能超过业界标杆20%，能效比提升50%以上。倚天710是阿里云推进“一云多芯”策略的重要一步，也是阿里第一颗为云而生的CPU芯片，将在阿里云数据中心部署应用。
倚天710采用业界最先进的5nm工艺，单芯片容纳高达600亿晶体管；在芯片架构上，基于最新的ARMv9架构，内含128核CPU，主频最高达到32GHz，能同时兼顾性能和功耗。在内存和接口方面，集成业界最领先的DDR5、PCIe50等技术，能有效提升芯片的传输速率，并且可适配云的不同应用场景。
当下服务器信创国产化正在加速中，电力、金融、电信等领域大单频出。从近期的订单中可以看出，行业信创整体推进正在加快。电力、金融、电信等领域均有搭载国产CPU和 *** 作系统的国产服务器采购。相应的，随着底层国产化加大渗透，上层应用国产化需求亦有望快速放量。预计国产服务器销量这种双位数增长势头还会持续多年。
在信创和数字化转型的双重推动下，国产服务器出货量和出货金额稳步提升，并在多个行业投入使用，同时随着党政和八大行业信创项目的落地，国产服务器与国产服务器芯片的性能与可用性不断被验证，集采项目成为服务器芯片国产渗透率提高的重要推手之一。如中国电信的服务器集采中，标包8指定为全国产服务器，充分说明了行业头部对国产服务器性能和稳定性的认可。
另外从近日推出的“东数西算”政策来看，国产服务器厂商将会在算力资源服务、数据流通融合、数据安全防护等多维度积极参与进来。相信随着时间的推移，实现100%国产化率就变成了一个商业化决策，而不是一个能与不能的问题了，商业化一定需要多货源策略，通过市场竞争，实现每类部件的最高性价比，也确保供应链的可持续性，我们可以有理由相信，到2035年，国产服务器能占到绝大部分市场份额，数字可达70%以上，并且国产服务器应该也已经远销“一带一路”沿线国家了。
参考链接：国产信创服务器会有怎样的发展？
数字芯片是半导体行业里市场空间最大，技术壁垒最高的赛道。之前我们分析过的那些尖端设备和材料，主要都是为数字芯片打造的。
目前芯片设计这些赛道里，IGBT和模拟芯片领域都有IDM厂商，但数字芯片很少有做全产业链的，大家专注于自己的环节，分工合作。
这是因为IGBT和模拟芯片虽然技术和资金壁垒也很高，但生命周期长。数字芯片的发展却遵循摩尔定律，不但研发需要大量资金，晶圆代工需要大量资本购买设备，迭代又非常快。
等你把这一代产品全都配置好了，人家下一代产品又出来了，还得接着追，这就是数字芯片最难的地方。
数字芯片的工作原理简单来说就是通过晶体管控制电流的“开”和“关”，来表达数据信息的“1”和“0”，或者逻辑判断的“是”与“非”，所以数字电路也称开关电路或逻辑电路。
其组成主要就是工作在开关状态的晶体管，所以数字芯片的规模大小由其中的晶体管数量决定，摩尔定律说的也是每隔18个月晶体管数量增加一倍，因此晶体管数量对数字芯片性能起决定性作用。
数字芯片包含七种类别，分别是逻辑电路、通用处理器、存储器、单片系统SoC、微控制器MCU、定制电路ASIC和可编程逻辑器件。将来我们会对其中主要类别进行逐个分析。
简单的逻辑电路通常由门电路构成，基本是由与门、或门和非门电路排列组合而成，这些系列的电路也称为组合逻辑电路。
数量庞大的逻辑电路芯片经过不同的排列组合，理论上可以处理非常复杂的控制和运算问题。
但当下的芯片集成度很高，许多自成系统的逻辑电路可以集成在芯片内部，一个芯片就可以实现复杂的功能，也就没人愿意用大量小芯片去实现一个大系统。
所以目前逻辑电路芯片仅用于小型电子产品中，以及在大系统的通用大芯片之间的连接电路上。
通用处理器一般指服务器用和桌面计算用的CPU芯片，也包括GPU、DSP、APU等。
它是规模最大、结构最复杂的一类数字电路芯片，由海量逻辑电路组成，包含了控制、存储、运算、输入输出等完整的数据和信息处理系统，这次我们先分析CPU这一细分领域。
01 什么是CPU
CPU也叫中央处理器，是计算机的运算和控制中心，主要功能是完成计算机指令的执行和数据处理，因此CPU与内部存储器、输入输出设备被认为是计算机三大核心部件。
控制单元是CPU的控制中心，当下达指令时，控制单元负责将存储器中的数据发送至运算单元并将运算后的结果存回存储器中。
运算单元负责执行控制单元的命令，进行算术运算和逻辑运算。
存储单元是CPU中数据暂时存储的位置，其中寄存有待处理或者处理完的数据。寄存器相比内存可以减少CPU访问数据的时间，也可以减少CPU访问内存的次数，有助于提高CPU的工作速度。
按照处理信息的字长，CPU可分为四位微处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等，后续还在不断拓展。
CPU作为集成电路的一部分，现在全球集成电路市场受益于5G、可穿戴设备和云服务等应用领域发展，依旧在稳步增长。
中国是全球最大的集成电路市场，增速也是全球最快，2012-2020年九年间集成电路产业市场规模复合增长率达到1681%。
集成电路进出口市场上，我国存在较大逆差，而且逆差还在拉大，国产化替代空间广阔。
CPU的下游市场涵盖服务器、桌面端、移动 PC端、智能手机以及物联网、人工智能、 汽车 电子、智能穿戴等新兴应用领域。
目前桌面端和移动PC端发展平缓，服务器受益于云化趋势增速较快，智能手机受益于5G换机潮迎来一波周期性机会，行业中长期发展还得看那些新兴领域，但新兴领域并不完全是CPU的增量市场，比如新能源 汽车 。
目前全球新能源 汽车 销量持续增长， 汽车 三化（电动化、智能化、共享化）势不可挡，电子成本占总成本的比率逐步提升，发展空间很大，2021年全球 汽车 芯片市场规模预计可达到440亿美元。
按应用场景划分，车用计算芯片可以划分为智能座舱芯片和自动驾驶芯片、车身控制芯片。
由于单纯一个的CPU已经无法满足智能 汽车 的算力要求，将CPU与GPU、FPGA、ASIC等通用或专用芯片异构融合的SoC方案成了各大AI芯片厂商算力竞争的主赛道。
不仅智能 汽车 ，在物联网和人工智能等领域，传统CPU也出现了不能适应市场要求的情况。
随着物联网设备灵活性要求日益提高，芯片向低功耗、高性能方向发展，MCU和SoC脱颖而出。
人工智能常用的AI芯片通常是针对人工智能算法做了特定加速设计的芯片，如GPU、FPGA、ASIC和神经拟态芯片。
虽然深度学习算法上CPU不如AI芯片，但做大规模推理，CPU比较有优势，再加上CPU优势领域的市场空间广阔，应用场景丰富，国内 科技 企业持续研发国产CPU依然势在必行。
目前CPU主要市场份额仍在海外企业手中。随着国内技术进步，国内CPU也在变得更好用，再加上政策持续加码，国产替代确定性较高。
02 CPU芯片架构
芯片架构也叫指令集架构，简单来说就是芯片的执行流程，不同指令集架构的芯片就是执行步骤的不同。
目前CPU指令集架构主要分为复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC）两大类。
复杂指令集支持的指令更多，每种运算都有自己的完整指令。由于只有少部分指令会反复使用，精简指令集就是对其进行精简，不用每种运算都有完整指令。
复杂指令集更适用于运算复杂的电脑CPU，精简指令集更适用于运算要求较低，功耗也较低的手机CPU。
在这两种指令集基础上又产生了不同的架构，也就是在指令集基础上实现对CPU内的控制单元、运算单元、存储单元等部件的一系列完整设计和安排。
03 X86架构
CISC的架构主要就是X86架构，目前Intel和AMD两家独大。
Intel和Windows组成了“Wintel”联盟，击败了苹果、IBM、摩托罗拉的Power联盟，垄断桌面市场长达20多年。直到目前，服务器、桌面和移动PC主要使用的还是X86架构处理器，Intel依然占据大部分市场。
后来随着AMD第二代Epyc处理器“罗马”问世，AMD服务器CPU市占率在短短两年内从1%增长到了8%。接着第三代Epyc处理器“米兰”发布，其服务器市场份额有望达到15%。
由于AMD服务器芯片性价比较高，又有台积电7nm制程技术加成，越来越多数据中心开始采购AMD的产品。
X86架构之所以覆盖范围这么广，除了起步早、性能高、兼容性好之外，还跟它生态完善有关，目前全球65%以上的软件开发商都为X86提供服务，你想自己设计一个架构，没有生态也就没有人使用。
现在X86架构在中国市场依然广阔，尤其是在服务器领域具有绝对优势，几乎占据全部服务器销量。其他非X86架构的服务器占比很小，主要都是ARM架构。
除了Intel和AMD双寡头以外，国内还有兆芯、海光和MPRC几家X86芯片商。目前X86架构的国产化替代还不太明显，兆芯2019年市占率仅01%。
04 ARM架构
RISC的架构有ARM、MIPS、Power PC、Alpha、RISC–V等。
如今超过90%的智能手机采用ARM架构，MIPS在嵌入式设备中应用广泛，而且随着性能提升，技术层面的融合，RISC架构也在不断向X86的应用领域渗透。
ARM架构由于具有成本低、功耗低、体积小、性能高等特点，非常适用移动通讯领域，在智能手机、调制解调器、车载信息设备、可穿戴设备等领域都占据绝对统治地位。
目前ARM架构是非X86架构中应用最广泛，发展最成熟的架构，市占率达到了432%。
ARM完整产品线包括微控制器、微处理器、圆形处理器、实现软件、单元库、嵌入式内存、高速连接产品、外设以及开发工具。
目前国内外主要ARM厂商有ARM、联发科、高通Qualcomm、苹果、三星电子，飞腾、华为鲲鹏、展讯SPREAD TRUM。
世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。
联发科是世界上最大的ARM手机芯片供应商，苹果、三星、高通等行业巨头均在最近几年使用ARM架构，逐步实现基于ARM的全生态链。
截至2021Q1，联发科和高通是最主要的手机CPU供应商，市场份额分别为35%和29%，同比分别增长11%和-2%。
苹果市占率为17%，三星降至9%，华为海思由于受到美国升级制裁的影响，市场份额快速下滑，降至5%。
服务器方面，非X86目前参与者包括华为、飞腾、高通、亚马逊等。
华为鲲鹏服务器是ARM服务器的重要参与者，据华为称，鲲鹏出货量已占据市场50%，未来有望发挥其在移动市场的优势，借力云端协同，抢占服务器市场更多份额。
在桌面PC市场，ARM正逐渐被更多企业应用，2011年微软开始采用ARM的Windows系统，ARM开始进入X86的传统优势领域，如今苹果MacOS、新版Windows等均采用了ARM架构。
此外，ARM在物联网、 汽车 等领域均有很大发展潜质。ARM在公共事业、智慧城市、资产管理等领域均提供了解决方案。
05 MIPS等架构
MIPS、Alpha、Power等架构已经不是市场主流应用，但在特定领域内仍在被使用。
MIPS架构是一种简洁、优化、具有高度扩展性的RISC架构，能够提供最高的每平方毫米性能和当今SoC设计中最低的能耗，已经在移动和嵌入式工业领域销售了近三十年，目前市占率9%。
MIPS多线程CPU已经广泛应用于不同领域，以及许多移动设备的LTE调制解调器中。
国内外主要MIPS芯片商主要有MIPS公司、Ikanos、龙芯中科、北京君正。不过MIPS公司两度易主后，新公司已经转向RISC-V。
龙芯和申威分别获得MIPS及Alpha永久授权发展自主指令集，我国企业成为了该架构应用产品研发和全球生态构建的单一力量，应用的也都是国家非常注重安全的领域。
Power架构在相关市场的占有率也不过1%左右，但在高性能计算领域一直拥有相当重要的地位，其一些技术特性甚至可与Intel一较高下，然而市场参与者基本只有IBM。
06 RISC-V架构
RISC–V是目前业内最被看好，最有机会弯道超车的新架构，具有完全开源、架构简单、易于移植，适用于各种设备、完整工具链， 运行效率高等特点。
这种架构目前接受度逐渐提高，有望成为继X86和ARM架构之后第三大主流指令集架构。
由于RISC-V基金会为非盈利会员制组织，所以RISC-V本身是免费的，自 RISC-V 基金会于 2015 年成立以来，RISC-V 生态系统经历了爆炸式增长，2020年成员增长率达到133%。
物联网的兴起为上游产业链提供新的成长潜力，由于RISC-V具备开源等特性，与物联网更灵活和多样的要求相吻合。
而且自中美贸易战以来，中国企业存在受制于美国不能升级架构的风险，随着RISC-V逐渐被接受，为我国芯片厂商通过RISC-V架构实现独立自主提供可行性。
Semico Research 预测，到 2025 年，市场将消耗 624 亿个 RISC-V CPU 内核，2018-2025 年复合年增长率为 1462%。其中工业领域将以使用超过167亿个内核遥遥领先。
市场研究公司Tractica也预测，RISC- V的IP和软件工具市场在2018年为5200万美元，到2025年时将增长至 11亿美元。
目前RISC-V发展时间较短，尚未一家独大，相关生态还在发展。
短期内ARM架构依然会占据中高端市场，RISC-V主要在一些碎片化的新兴市场展开应用，如物联网的轻终端场景。
这些场景需要低功耗低成本，但是往往程序不用大改、对软件生态的依赖性不高、出货量又很大，符合RISC-V阶段性的发展目标。
RISC-V允许任何厂商设计、制造和销售RISC-V芯片和软件，因此吸引了大批 科技 公司入场。
GreenWaves、IBM、NXP、西部数据、英伟达、高通、三星、谷歌、华为、晶心 科技 、芯源股份、芯来 科技 、阿里平头哥、中天微、Red Hat 与特斯拉等100 多家 科技 公司加入其阵营。
07 国产CPU自主可控程度
国产CPU经历了将近20年的发展，也产生了一批有实力的企业，如前面提到的中科龙芯、天津飞腾、海光信息、上海申威、上海兆芯等。
这其中申威和龙芯自主可控程度最高。上海申威主要从事Alpha架构的研发，它是目前创新可信度最高的国产CPU厂商，基本实现完全自主可控，主供党政办公、军方和超算领域。
其次是飞腾和华为鲲鹏（海思）为代表的ARM架构国产厂商。ARM架构需要有ARM公司授权，主要有三种授权等级：使用层级授权、内核层级授权和架构/指令集层级授权。
其中指令集层级授权等级最高，企业可以对ARM指令集进行改造以实现自行设计处理器，目前海思、飞腾已经获得ARMV8永久授权。
如果他们基于V8授权发展出自己的指令集，其创新可信程度将显著提升，即使未来拿不到V9V10等新架构授权，依然可以维持先进性。
最后是海光和兆芯为代表的X86厂商，仅获得内核层级的授权，未来扩充指令集形成自主可控指令集难度较大。
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