ARM派系CPU国产化，现状和进展如何？
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2020-12-27 06:56
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来源：智能计算芯世界
ARM处理器在国内的兴起，除了ARM在能耗、多核和制造工艺优势外，中美国际贸易摩擦也推动了ARM（当然也包括MIPS和RISC-V等）国产化发展进程。目前ARM架构的代表厂商包括华为海思、飞腾、高通、Cavium和Amazon等。此外，国产化主旋律下，以华为、飞腾、海光和兆芯等为代表的本土CPU厂商有望抢占国内利基市场，包括政务、金融、电力等国产化需求强劲的部门。
CPU国产化途径主要有三种：一是获得IP核授权，二是获得指令集架构授权，三是自主研发指令集。
其中，IP核授权以一个内核为基础加上自己的外设，技术门槛相对较低，功能上可以实现差异化，但自主可控程度较低；指令集架构授权则可以对架构进行扩展或缩减，自主可控程度高，但技术难度也比较大，同时面临生态系统构建的难题。目前商用的指令集架构主要包括x86、ARM、MIPS和ALPHA等：
x86架构掌握在Intel和AMD手中，不对外开放，天津海光和兆芯通过IP核授权的方式尝试CPU自研；
ARM架构为ARM公司所有，对外开放架构授权和IP核授权，国内华为鲲鹏和飞腾均获得64位V8指令集授权；
MIPS架构在2018年获得Wave Computing的正式完全开源，国产厂商龙芯在2008年一次性买断MIPS指令集永久授权；
ALPHA架构为美国DEC所有，目前已经停止更新，国产申威获得该架构授权，主要用于超算和军用市场。
架构主要应用在移动端和服务器市场。由于ARM架构高并发、低功耗、高集成的特点，不仅在移动和云端设备广泛应用，而且在超算系统中夺魁。
ARM服务器的生态环境已初步建立，Linux、WindowsServer等大型操作系统，Docker、VMware、KVM、Kubernetes等容器化和虚拟化工具，CUDA、Java等平台都已支持ARM架构。从技术优势、市场应用和生态系统构建等角度看，ARM架构目前最具与x86抗衡的实力。
图片来源：安信证券
在海外，国际上高通和Cavium等曾推出基于ARM架构的服务器CPU；国内方面，飞腾和华为是ARM架构的主要拥护者：
飞腾基于ARMv8指令集，于2016年发布飞腾2000，最高支持64核心，主频1.5GHz～2.0GHz，制程为28nm，功耗100W，在性能上与IntelE5服务器芯片持平。
天津飞腾产品有CPU、ASIC和SoC等，CPU主要包括入门级服务器的FT-1500A/16、高端服务器的FT-2000+/64、桌面终端的FT-1500A/4、应用于嵌入式工控的FT-2000A/2等。
飞腾以Sparc架构（开源）为基础设计了FT-1000和FT-1500两款CPU，分别在天河一号和天河二号超算中心获得使用；2012年选择ARM阵营，获得授权后开发出FTC660、FTC661两款CPU核，以及FT-1500A/4、FT-1500A/16、FT-2000、FT-2000plus5款CPU。“天河三号”Ｅ级原型机采用全自主创新的飞腾CPU。目前，飞腾系列CPU已经形成完整家族，可满足党政军多个领域的实际需求。
在生态上，飞腾处理器与麒麟操作系统同为中国电子集团旗下产品，两者深度适配，组成“PK”（Phytium+Kylin）国产体系。将在移动、云、虚拟化、大数据、物联网、人工智能等领域构建自主、安全、可靠的“中国体系”。
目前中国电子集团已推出基于办公和事务处理场景的PK体系1.0标准，并有多种应用落地。基于最新型飞腾处理器的PK2.0体系在第六届世界互联网大会上被提出。
天河一号计算速度曾位居世界第一；2013年6月17日天河二号面世，计算速度再次登上全球榜首；2020年，运算速度将达到百亿亿次的天河三号有望研制成功，首次实现所有元器件国产化，同时也是继神威太湖之光之后第二台全面搭载国产自主处理器的超算平台。
华为于2019年推出第二代鲲鹏920，同样基于ARMv8指令集，最高支持64核心，主频2.6GHz，采用7nm工艺，功耗较业界基准降低30%。
云巨头方面，Amazon和Microsoft均布局使用基于ARM架构的服务器CPU。此外，Amazon和华为均基于ARM架构自主研发系列处理器芯片，即基于ARMv8架构，自研处理器核、微架构和芯片设计。目前均已实现商用。
Amazon于2015年以3.5亿美元收购以色列芯片公司Annapurna Labs，该公司主要研发服务器微处理器。2019年12月，Amazon推出基于ARM架构的自研Graviton 2处理器，成本较上一代芯片降低45%。
华为在2019年发布ARM服务器芯片Kunpeng 920（鲲鹏920），以及基于该处理器的三款TaiShan（泰山）服务器。鲲鹏920采用7nm工艺，可支持64个内核，主频达2.6GHz，集成8通道DDR4和100G RoCE以太网卡；支持PCIe4.0，可提供640Gbps总带宽。
在芯片布局方面，华为拥有ARMv8永久架构授权，并完全掌握64处理器核芯片设计技术，在此基础上发布了基于ARM架构的鲲鹏系列处理器，同时开发了包括“算、存、传、管、智”在内的全面芯片体系。
在生态上，华为大力拓展硬OEM和软件（操作系统、数据库和虚拟化等）合作商，从关键器件、核心部件（SSD卡、网卡、RAID卡、显卡和内存等）、基础软件到上层行业应用，虽然受实体清单影响，鲲鹏处理器生产存在比较大的问题，但华为在ARM处理器研发，以及生态拓展的战略上一往直前。
泰山服务器旨在树立标杆，使能整个鲲鹏计算产业链，解决服务器整机厂商硬件设计（包含BIOS、BMC芯片）能力不足问题，带动相关厂家发展基于鲲鹏处理器主板的自有品牌服务器。
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