CPU執行計算任務時都需要遵從一定的規範，程式在被執行前都需要先翻譯為CPU可以理解的語言。這種規範或語言就是指令集（ISA，Instruction Set Architecture）。程式被按照某種指令集的規範翻譯為CPU可識別的底層程式碼的過程叫做編譯（compile）。x86、ARM v8、MIPS都是指令集的代號。指令集可以被擴充套件，如x86增加64位支援就有了x86–64。廠商開發相容某種指令集的CPU需要指令集專利持有者授權，典型例子如Intel授權AMD，使後者可以開發相容x86指令集的CPU。(source:https://www.itread01.com/content/1541765890.html)
CPU 按指令集架構區分，複雜指令集陣營以 X86 為代表，簡單指令集陣營 以 ARM 為代表。
CISC 與 RISC 架構處理器各有千秋，CISC 架構芯片運行 速度快、性能優越，但功耗大、價格較貴；RISC 架構芯片體積小、低功耗、性價比高。目前整體來看，在移動芯片領域，以 ARM 為代表的 RISC 架構的芯片佔據了 90%以上的市場份額，在計算 CPU 市場上，以英特爾 X86 為代表的 CISC 架構處理器佔據超過 90%市場份額。其他如 MIPS 和 Power 等架構雖有部分廠商在用，但已不是市場主流。
國產 CPU 與 X86 產品尚存在差距
主要體現在:
(1)專業人才是技術和水 平的承載體，國內專業人才數量少、整體規模尚小;
(2)硬實力包括軟 硬件 設計開發環境 EDA 等存在短板;
(3)軟實力包括 CPU 的設計方法學、 CPU 的設計流程與規範等存在差距。
中國國產主要 CPU 廠家有六家
中國自 2001 年開始啓動處理器設計項目，至今將近 20 年，產生了以中科龍芯、天津飛騰、海思鯤鵬、海光信息、上海申威、上海兆芯等為代表的國產 CPU， 並且產品的性能逐年提高 ，應用領域不斷擴展， 使中國長期以 來無「 芯」 可用的局 面得到了極大扭 轉，為構建安全、自主 、可控的國產化計算平台奠定了基礎。
對指令集的掌控程度決定了國產化的程度
對指令集的消化吸收和創新程度決定了 CPU 的創新可信的程度，通常自主研發國產 CPU 可以通過授權 或者完全自研的方式，授權方式主要有兩種:指令集架構授權、IP 內核授權。
國產芯片種類繁多，基於 ARM 架構授權的芯片廠商最有可能形成自主可控指令集 。
由於指令集 的複雜性和重要性，自主研發一套全新的指令集難度較大且效益不高。國產 CPU 廠家大多選擇購買國外授權，以實現不同程度的自主可控。
目前，國產 CPU 架構大體可以分為三類:
第一類，是以龍芯為代表的 MIPS 指令集架構和以申威為代表的 Alpha 架構，申威已基本實現完全自主可控(申威 64 已經完全形成了自己的架構)，龍芯部分關鍵 技術需付專利費。
第二類，是以飛騰和華為鯤鵬為代表基於 ARM 指令集 授權的國產芯片。ARM 主要有三種授權等級:使用層級授權、內核層級授 權和架構/指令集層級授權，其中指令集層級授權等級最高，企業可以對 ARM 指令集進行改造以實現自行設計處理器，如蘋果在 ARM v7-A 架構基 礎上開發出蘋果 Swift 架構，其他如高通 Krait、Marvell 等都是基於 ARM 指令集或微架構進行的改造。因此，已經獲得 ARM V8 永久授權的海思、 飛騰等廠家 憑借自身的研 發能力， 亦有可 能發展出一套自己的指令集架構。
第三類，是以海光、兆芯為代表的獲得 x86 的授權(僅內核層級的授權)， 未來擴充指令集形成自主可控指令集難度較大。
因此，可以看出，在自主可控程度上申威、龍芯 >飛騰、 鯤鵬>海光、兆芯 ，但未來鯤鵬和飛騰如果 基於 ARM V8 發展出自己的指令集，則創新可信程度將顯著提升。同時在未來 ARM V9 V10 等新架構拿不到授權的情況下，依然可以維持先進性。
綜合對比六大國產 CPU 廠商，我們認為目前市場競爭格局進一步明晰， 飛騰有望在黨政信創和行業端市場均提升份額。
在黨政信創領域，申威由於過去主要市場在軍隊，且其產品偏向底層應用 及超算領域，Alpha 生態應用較少，預計其可獲得的市場份額有限。
海光、 兆芯受制於 x86 內核層級授權，自主性較弱，且海光僅獲得 AMD 服務器 授權，暫未獲得桌面應用授權，兆芯由於使用台灣威盛電子的 x86 早期授 權，產品性能相對 落後， 且兆芯早期市場開拓不佳。
因此 ， 在黨政信創市場 ，我們預計飛騰、鯤鵬和龍 芯三家將成為主導
龍芯研發起步最早，黨政市場原始份額較大(約佔 70%以上)，國產整機及應用適配廠商較多，但 MIPS 整體生態、性能是劣勢，商用前景較一般，隨著鯤鵬進入市場及 飛騰逐步成熟，ARM 體系的生態和性能優勢逐步體現，另一方面，在黨政信創市場 ，通過投資給 當地帶 來稅收 及就業 機會是 獲得份 額的一大 途徑， 鯤鵬和中 國長城均在多地成立了子公司，預計龍芯 未來在黨政信創 領域的 市佔率會 有所下 降。鯤鵬當前因為海思受到美國制裁，未 來存在一 定不確定性，預計其在黨政信創 市場拓展會有所取捨。綜 合而言， 飛騰在黨政信創市場非常有可能逐步獲得最大份額。
對行業市場而言，一方面行業市場規模是黨政信創市場的數倍，另一方面 行業市場對 CPU 性能、生態等的要求也遠高於信創市場。
因此在此前行業 國產招標中，基本只有鯤鵬、 海光兩家獲得訂單， 鯤鵬作 為華為海思旗下產品，性能已達到國際先進水平，而 ARM 生態亦在不斷成熟，若不考慮美 國制裁帶來的負面影響，其前景最為光明;海光因獲得四年前 AMD 最先進 產品授權，且經過不斷改良加之 X86 架構的天然生態優勢，在行業市場亦 獲得較多 訂單。 除此以外，此前其他幾款芯片在性能或市 場能力上 均有一 定差距， 不易獲得行業端市場訂單。 以飛騰為例， 此前飛 騰僅可提供單路服務器芯 片，性 能與鯤 鵬有較 大差距 ，因而 難以拓 展行業 市場，而目前，飛騰已退出最新一代多路服務器芯片產品騰雲 S2500，使得多路服務器產 品性能提升數倍，預計 Q4 可規模化推向市場，飛騰在行業端拓展市場亦成為可能。
天津飛騰:創新可信主力芯片廠商，產業生態日益豐富， 市場空間廣闊
天津飛騰是國產自主安全主力芯片廠商。飛騰專注於 ARM 芯片研發，是 中國最早獲得 ARMv8 指令集架構授權的芯片設計廠商，主要致力於國產 高性能、 低功耗集 成電路 芯片的 設計與 服務，產 品廣泛 應用於 計算機 終端 與服務器 。目前國 內完全 自主設 計的芯 片廠商僅 飛騰、 龍芯、 海光、 兆芯 和申威等寥寥數家，飛騰在 CPU、JS 引擎性能、HTML5 兼容性等方面全 面領先其他廠商。
飛騰產品覆蓋高性能服務器 CPU、高能效桌面 CPU 和高端嵌入式 CPU 等。 飛騰通過 20 年技術積累，已經形成完整的多樣化算力產品譜系，是國內通 用 CPU 裡面譜系最全的 CPU 廠家，包括高性能服務器 CPU、高效能桌面 CPU、高端嵌入式 CPU，能為從端到雲的各類設備提供核心算力支撐。目 前，主推產品是面向服務器的 FT-2000+64、面向桌面終端的 FT-2000 四 核和面向嵌入式的 FT-2000A 兩核。
飛騰 CPU 是 PK 體系信息系統的核心。飛騰的 CPU 芯片架構和國際主流 ARM 指令集接軌，而內部則是完全自主研發的「飛騰內核」。架構和國際 主流接軌 ，保證了 芯片接 口的通 用性， 產品能更 好地融 入國際 市場和 生態 環境;自 主研發內 核，則 保障了 芯片的 自主性和 可控性 。基於 自主研 發的 處理器內核，飛騰擁有高性能服務器 CPU、桌面 CPU 和高端嵌入式 CPU 完整的產 品譜系， 並與國 內軟硬 件廠商 完成適配 和產品 業化研 發，使 得基 于飛騰芯 片的產品 性能上 可以達 到替代 國外產品 ，為從 端到雲 的各型 設備 提供核心 算力支撐 ，為我 國構建 安全、 自主、可 控的國 產化計 算平台 奠定 了基礎。 目前，飛騰已經與國內眾多廠家開展合作，攜手合作夥伴構建繁榮開放的 生態，合作夥伴數量超過 1000 家、累計研制了 6 大類 900 余種整機產品， 已經適配和正在適配的軟件和外設超過 2400 種，飛騰已經建立起雲端邊 和嵌入式全棧解決方案圖譜。
華為鯤鵬 :基於 ARM 架構授權，卓越性能提供市場最強算力支撐
華為基於 ARM 架構，研發五大芯片族，實現全場景佈局。華為自研芯片 產品主要包括服務器芯片鯤鵬系列、手機 SOC 芯片麒麟系列、人工智能芯 片昇騰系列、5G 基站芯片天罡系列、5G 終端芯片巴龍系列等以及一系列 專用芯片，如凌霄芯片、NB-IoT 芯片、視頻編碼解碼芯片以及 SSD 控制 芯片等。Kunpeng 處理器從指令集和微架構兩方面進行兼容性設計，兼容 全球 ARM 生態，並圍繞 Kunpeng 處理器打造了「算、存、傳、管、智」 五個子系統的芯片族，實現全場景處理器佈局。華為從 2004 年開始投資 研發第一顆嵌入式處理芯片，歷經 16 年，累計投入超過 2 萬名工程師，形 成了目前以「鯤鵬+昇騰」為核心的基礎芯片族。
作為鯤鵬計算產業底座的 Kunpeng 處理器，華為持續重點投入以滿足市 場對於新算力的需求。目前鯤鵬系列已經實現量產的有 Kunpeng 912、 Kunpeng 916、Kunpeng 920、Kunpeng 920s，而 Kunpeng 920Lite、 Kunpeng 930 及 Kunpeng 930s 目前仍在研發中，Kunpeng 930Lite 尚在 規劃中。
最新鯤鵬 920 芯片已實現通用計算最強算力，性能優於其他廠商的同類型 芯片。2019 年，華為發佈最新鯤鵬 920 處理器。這款鯤鵬 920 基於 ARMv8 指令集，是行業內首款 7nm 數據中心 ARM 處理器，由華為自主研 發設計， 採用多發 射、亂 序執行 、優化 分支預測 等多種 手段提 升單核 的性 能。鯤鵬 920 擁有 64 個內核，集成 8 通道 DDR4，可以提供多個接口， 主頻可達 2.6GHz，總帶寬 640Gbps，保證了 920 超強算力的高效輸出。 此外，在 Memory 子系統上也進行了大量的優化，採用當前典型的 3 級 Cache 的架構，對 Cache 大小以及延時進行了優化設計。鯤鵬 920 面向數 據中心， 主打低功 耗強性 能，性 能達到 業界領先 水平， 尤其是 整型計 算能 力，業界標準 SPECint Benchmark 評分超過 930，超出業界標桿 25%， 同時能效優於業界標桿 30%。並已經針對大數據、分布式存儲、數據庫及 雲服務等場景進行了歐化，通過軟硬協同進一步提升處理器的性能。
鯤鵬 920 已實現性能超越 Intel 系列 X86 芯片。鯤鵬芯片算力維度方面在 非 X86 架構芯片中明顯領先，且發展至目前已經達到可以與 X86 芯片相匹 配的性能。鯤鵬 920 芯片基於 ARM v8 架構，各方面性能優異。目前從整 體性能上看，鯤鵬 920 與芯片龍頭 Intel 公司所生產的芯片相比較而言，48 核鯤鵬 920 與 Intel 至強 8180 性能相當，但鯤鵬 920 能耗比對方低 20%， 而 64 核的鯤鵬 920 測試性能要遠優於 Intel 至強 8180。這證明 ARM 架構 已經具備趕超 X86 架構性能的能力。
華為積極適配其他操作系統，從底層構建好鯤鵬生態。華為從 2019 年開 始一直加 速各行業 生態的 適配， 在政府 端進行得 較為充 分完善 。目前 在操 作系統方 面，華為 推出了 自主研 發的歐 拉服務器 操作系 統，但 歐拉操 作系 統與鯤鵬產業合作夥伴誠邁科技的統信 UOS、中國軟件的麒麟操作系統並 不矛盾，華為將借助鯤鵬 920 與這些國產操作系統的適配來構建起強大的 鯤鵬生態。目前基於統信 UOS、華為鯤鵬平台的整機、應用、外設的適配 已經超過 1000 款，在日常辦公領域已經完全具備替換 Windows 系統的能 力。
華為目前是國際上 ARM 服務器芯片領域的領軍企業，其產品歷經考驗已 經 服務於 國內多 個領域 。 移動領域，華為海思 的麒麟 芯片已經 通過華 為高 端手機 Mate 系列、P 系列打響自身品牌;服務器與雲計算領域，華為陸續 發佈的鯤鵬系列和昇騰系列芯片，基於 ARM 架構，分別用於服務器和雲 計算市場 。然而， 在不斷 加劇的 國際封 鎖和美國 制裁下 ，華為 鯤鵬的 發展 蒙上了一層不確定性。
龍芯:國內最早自主研發芯片廠商，MIPS 架構體系自主化程度高
「龍芯」是我國最早研制的高性能通用處理器系列，於 2001 年在中科院計 算所開始研發，得到了中科院、863、973、核高基等項目大力支持，完成 了十年的核心技術積累。2010 年，中國科學院和北京市政府共同牽頭出資， 龍芯中科 技術有限 公司正 式成立 ，開始 市場化運 作，旨 在將龍 芯處理 器的 研發成果產業化。
龍芯 CPU 採用 MIPS 體系結構，產品現包括龍芯 1 號小 CPU、龍芯 2 號 中 CPU 和龍芯 3 號大 CPU 三個系列，此外還包括龍芯 7A1000 橋片。產品方面，龍芯目前共推出 3 代 CPU 產品， 2017 年 4 月發佈面向桌面/服務 器應用的龍芯 3 號處理器的最新升級產品龍芯 3A3000/3B3000，其中，龍 芯 3A3000 基於中芯 28nm FDSOI 工藝，自主 GS464E 架構(自主指令系 統 LoongISA)，設計為四核 64 位，主頻 1.5GHz，功耗僅 30W，是目前 國產 CPU 中單核 SPEC 實測性能最高的芯片之一。2019 年 12 月，龍芯 推出首款基於 GS464v 微架構的四核處理器 3A4000 相比上一代產品實測 性能提高一倍。預計 2020 年年底將推出 3A5000/3C5000，其工藝改進提 高主頻至 2.5GHz，核數提升至 16 核。
出貨量不斷增加，但生態可能是龍芯的制約。出貨方面，龍芯出貨規模不 斷擴大，2016 年只有 1 萬片，2017 年 2 萬片，2018 年 6 萬多片，2019 年出貨量 50 萬片，龍芯出貨量不斷增加。但另一方面，龍芯所基於的 MIPS 架構在國內外基本只有龍芯採用，龍芯需要完全依託自身實力建設完 善生態，相對於強大的 X86 生態和有眾多巨頭共建的 ARM 生態，龍芯 MIPS 生態發展前景相對有一定不確定。
海光:性能優越的 x86 架構芯片，商用市場極具潛力
海光信息技術有限公司成立於 2014 年 10 月，公司重要股東為中科曙光， 持股 36.68%。海光信息主營高性能處理器，業務涵蓋芯片領域的設計、制 造和生產等環節，自主設計了「禪定」x86 中央處理器(CPU)。2016 年 4 月，AMD 宣佈將與海光信息成立合資公司，授權其生產服務器處理器， AMD 獲得 2.93 億美元的授權費。目前，海光資金以天津投資和曙光自有 資金為主。
與 AMD 成立合資公司，變相獲得 x86 內核授權。由於 Intel 與 AMD 之間 存在交叉授權協議，當 AMD 成立合資公司時，若 AMD 為非控股股東，則 合資公司不能獲得 X86 授權，只有 AMD 保持控股狀態時，合資公司才能 獲得 X86 授權。因此最初合資的一項條件就是 AMD 控股合資公司。但如 果由 AMD 控股了合資公司，那勢必影響合資公司獲得國家扶持的力度， 而且一旦 外資控股 ，其創 新可信 身份將 存疑，很 多國產 項目將 無法參 與。 於是，AMD 與海光達成了一個迂迴的合作方案:首先，AMD 與海光信息 成立合資公司成 都海光微電 子技術有 限公司(簡 稱「海光微 電子」)， AMD持股 51%，為控股股東，負責開發 CPU 核(享有 AMD 現有的 x86 內核授 權)。然後海光與 AMD 另外成立一家由海光信息控股的合資公司成都集成 電路設計有限公司(簡稱「海光集成電路」)，海光信息持股 70%。由海光 集成電路購買海光微電子的 IP 授權，以此為基礎開發 CPU，最終實現 ARM 賣 IP 核的翻版。從而，既規避了 Intel 的 X86 授權限制，又使得海光 X86 CPU成為內資公司開發的產品，滿足創新可信要求。
海光的最大優勢是其產品性能和 x86 豐富的應用生態。由於有 AMD 技術 做後盾， AMD 授權給海光的是性能強勁的 Zen 的結構和代碼，海光芯片 性能優越，在國家級超算項目應用廣泛。2018 年 7 月，AMD 與天津海光 合作後首款 X86 處理器 Dhyana(禪定)啓動生產，Dhyana(禪定)基於 超微(AMD)Zen 核心架構開發，性能方面與 AMD EPYC 處理器相似， Linux 維護者將 EPYC 支持代碼轉移到 Dhyana(禪定)處理器後可以成功 運行，說明當時兩款處理器差異相對較小。2019 年 6 月，中科曙光與四川 成都合作，建立成都超算中心。2020 年 5 月 10 日，中國電信 56314 台服 務器集採華為鯤鵬 920 芯片、海光 HYGON Dhyana 系列處理器的 H 系列 全國產化服務器，首次將全國產化服務器單獨列入招標目錄。2020 年 7 月 1 日，Intel 停供服務器芯片，海光已開始向國內諸多服務器廠商供貨。
申威 :自主化程度最高的 Alpha 架構芯片，主供軍方與超算市場
申威最初基於 Alpha 指令集架構，形成三個系列國產處理器產品線。成都 申威科技有限責任公司，總投資 5 億，註冊資金 1 億公司依託國家信息安 全發展戰 略，主要 從事對 申威處 理器的 產業化推 廣，核 心業務 包括申 威處 理器芯片 內核、封 裝設計 、技術 支持服 務及銷售 ，小型 超級計 算機研 發、 測試、銷售 、服務 及核心 部件生產 ，基於 申威處 理器的軟 件、中 間件開 發， 嵌入式計算機系統定制化產品服務，集成電路 IP 核等知識產權授權。申威處理器是在 國家「 核高基 」重大專 項支持 下，由 上海高性 能集成 電路中 心， 採用自主 指令集， 研制的 具有完 全自主 知識產權 的國產 處理器 系列。 現已 形成申威高性能計算處理器、服務器及桌面處理器、嵌入式處理器三個系 列的國產處理器產品線，以及申威國產 I/O 套片產品線。
申威 CPU 長期創新可信，但生態建設存在難度。2006 年，背靠科技部和 上海市政府的上海高性能集成電路設計中心首次成功研制出基於 DEC 公司 Alpha 架構的申威 1 單核 CPU，130nm 工藝，主頻 900MHz。申威作為軍 方專供 CPU 廠商，軍隊大部分機密設備均使用申威處理器，因此出於安全 性能以及知識產權角度，申威在研發出第一代基於 Alpha 指令集的 CPU 後， 將指令集替換為自研的自主可控的申威 64 位指令集，完全區別於原有 Alpha 指令集。因此，基於完全自主指令集架構的申威 CPU 研發能力不受 限制，不 受美國制 裁的威 脅，可 以為軍 隊、黨政 機關等 高機密 、關鍵 行業 持續穩定 提供支撐 ，並已 經開展 了產業 化推廣。 但由於 申威是 唯一一 個基 於申威 64 位指令集打造的國產 CPU 廠商，因此後續在獨立生態建設上將 存在一定難度。
申威 SW26010 是中國首個採用國產自研架構且性能強大的計算機芯片。 出於安全自主可控角度不再使用 ALPHA 指令集後，申威推出了自研的申 威 64 位指令集，並在此基礎上，成功研發出中國首個採用自主架構，同時 性能達到世界一流水平的計算機芯片申威 SW26010。SW26010 採用 260 核心眾核架構，亂序執行架構，頻率 1.45GHz，整個處理器包括 4 個 MPE 管理單元、4 個 CPE 計算單元及 4 個 MC 內存控制器單元組成，總計 260 個核心。
申威在服務器領域向上至超算領域的應用場景中性能強大，優勢較為明顯。 2016 年 6 月 20 日，搭載了申威 SW26010 以及國產操作系統神威睿思的 神威‧太湖之光獲得全球超級計算機第一名，並持續 4 年。神威‧太湖之光 峰值計算速度達每秒 12.54 億億次，是全球首台峰值計算速度超過十億億 次的超級計算機，軟件硬件並行，均為申威自主設計。
兆芯 :國內 x86 主要入圍芯片，業務主要覆蓋上海地區
上海國資委持股 85.24%，擁有 x86 架構授權。上海兆芯集成電路有限公 司(簡稱「兆芯」)於 2013 年成立，由上海聯合投資有限公司(隸屬於上 海市國資 委)和台 灣威盛 電子共 同成立 ，總部位 於上海 張江， 在北京 、西 安、武漢 、深圳等 地設有 研發中 心和分 支機構。 目前， 上海市 國資委 持股 比例為 85.24%。威盛電子是台灣老牌芯片公司，是除 Intel、AMD 之外， 唯一一家擁有 x86 架構授權的公司，也是除高通之外，唯一一家擁有 CDMA 基帶授權的公司。技術方面，截至 2020 年 4 月，兆芯已累計申請 專利 1468 件，登記集成電路布圖設計 34 件。
兆芯的技術源自 VIA，通過技術引進、仿制，再修改原始設計，最後自主 創 新，致 力於通過 技術創 新與兼 容主流 的發展路 線，為 行業用 戶提供通 用 處 理器和 配套芯 片等產 品 。公司成立以來，兆 芯已成 功研發並 量產多 款通 用處理器產品，並形成「開先」、「開勝」兩大產品系列。2019 年 6 月，兆 芯發佈開先 KX-6000/開勝 KH-30000 系列處理器，是首款主頻達到 3.0GHz 的國產通用處理器，也是業內第一款完整集成 CPU、GPU、芯片 組的 SoC 單芯片國產通用處理器，其單芯片性能相比上一代產品提升了多 達 50%，同頻下的性能功耗比則是上代產品的 3 倍，產品性能與國際主流 的 Intel i5 水平相當。
中國CPU廠商面臨的風險
經濟受疫情影響較重，IT 國產化進程放緩。此次新冠疫情來勢凶猛，對全 球以及我 國經濟都 形成了 較大衝 擊，對 政府的財 政亦有 衝擊。 國產計 算產 品目前主 要面對的 還是政 府市場 ，疫情 也許會對 計算產 業國產 進程產 生負 面影響。
國產芯片行業受美國制裁程度加深。此前美國政府進一步加大對華為海思 的制裁， 我國芯片 行業近 年來快 速發展 ，但在芯 片代工 、上游 原材料 等多 個領域仍然與國外差距明顯，美國制裁有可能放緩我們國產 CPU 產業的發 展。
基於 ARM 的計算生態發展緩慢。ARM 主要在移動端市場處於統治地位， 生態成熟，在計算市場還是 X86+Windows 處於絕對壟斷地位。雖然國內 ARM 陣營的海思、飛騰等廠商正在積極建設計算生態，但仍將面臨較大的 阻力，基於 ARM 的計算生態發展進度也許將不及預期。
資料來源：创新技术与企业服务研究中心：国金证券：国产CPU飞腾有望异军突起 (2020/08/04)
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