在被廣泛討論的AI算力底座中，無論是云端的“CPU+GPU等加速卡”還是端側(cè)的“CPU+GPU+NPU”，CPU都是不可或缺的存在。

CPU，即中央處理器，常由控制單元、算術(shù)邏輯單元（ALU）和寄存器組成，負(fù)責(zé)指令讀取、譯碼與執(zhí)行，對研發(fā)技術(shù)和生態(tài)構(gòu)建具有很高要求，對計算機(jī)的性能和運(yùn)行效率具有重要影響。

作為計算機(jī)的運(yùn)算和控制中心，在AI發(fā)展浪潮下，我國計算機(jī)CPU行業(yè)發(fā)展進(jìn)入“快車道”：智算中心的建設(shè)拉動了服務(wù)器需求，AIPC的更新?lián)Q代也在推動需求增長。

與GPU相比，國內(nèi)CPU的發(fā)展則更為成熟。根據(jù)頭豹研究院數(shù)據(jù)，2022年中國CPU國產(chǎn)化率為30%-40%。同時，中國CPU國產(chǎn)化率還在不斷提升，在最近的運(yùn)營商集采中，國產(chǎn)CPU比例接近70%。

AI爆發(fā)，推動CPU需求提升

大模型的快速發(fā)展下，智能算力需求爆發(fā)，AI服務(wù)器出貨量的增長帶動了云端CPU需求。CPU作為服務(wù)器的核心部件，其性能和功耗直接影響著服務(wù)器的整體表現(xiàn)。

TechInsights數(shù)據(jù)顯示，到2028年，全球服務(wù)器市場規(guī)模將達(dá)到2730億美元，年復(fù)合增長率為18%，專為AI應(yīng)用設(shè)計的服務(wù)器將占市場份額的59%，復(fù)合年增長率為49%。中國市場方面，IDC預(yù)計，2023年中國AI服務(wù)器市場規(guī)模將達(dá)到91億美元，同比增長82.5%；2027年將達(dá)到134億美元，年均復(fù)合增長率為21.8%。

在PC市場，2024年是公認(rèn)的AIPC元年，AIPC有望帶動新一輪換機(jī)潮。業(yè)內(nèi)認(rèn)為，當(dāng)前AIPC的發(fā)展，類似早期Windows系統(tǒng)的發(fā)展，未來有望復(fù)制早期Windows系統(tǒng)的成功。

Canalys預(yù)計，全球2023年P(guān)C出貨量為2.49億臺，同比減少12.4%，預(yù)計2024年P(guān)C出貨量為2.67億臺，同比增長7.6%，2024年AIPC出貨量在2000萬左右，2027年將有60%的電腦具備AI處理能力，2027年出貨量將超過1.75億臺。

在AI服務(wù)器和AIPC的帶動下，CPU的需求也將快速增長。根據(jù)頭豹研究院數(shù)據(jù)，中國計算機(jī)CPU市場規(guī)模在2019-2021年間以6.91%的平均增速穩(wěn)步快速增長，預(yù)計到2027年將達(dá)5109.49億元。

大模型掀起的AI浪潮，不僅拉動了CPU的需求增長，也對CPU的功能提出了更高的要求。

“很多AI應(yīng)用其實可以用不同的XPU處理單元進(jìn)行計算，CPU的編程更靈活，算子加速可以通過通用的編譯器處理，相比NPU更通用、更靈活。”此芯科技生態(tài)戰(zhàn)略總經(jīng)理周杰告訴第一財經(jīng)，“比如我們的Armv9 CPU包含向量擴(kuò)展指令加速，能夠更好地幫助在端側(cè)運(yùn)行大語言模型。最新的iPhone 16系列也對CPU進(jìn)行了升級，包含了矩陣運(yùn)算指令加速，以更好地支持那些基于CPU的Apple Intelligence應(yīng)用。”

周杰稱，未來此芯科技將在CPU產(chǎn)品上持續(xù)創(chuàng)新，提供更強(qiáng)大的向量和矩陣處理能力，結(jié)合GPU和NPU異構(gòu)處理能力，更高效地滿足日益增長的大語言模型和多模態(tài)大模型等端側(cè)AI算力需求。

指令集架構(gòu)之爭

芯片架構(gòu)是設(shè)計和構(gòu)建微處理器或其他集成電路的基礎(chǔ)，定義了芯片的組織結(jié)構(gòu)、功能單元、數(shù)據(jù)流以及指令集等關(guān)鍵特性。指令集架構(gòu)則是芯片架構(gòu)中最頂層的設(shè)計，定義了計算機(jī)硬件能夠執(zhí)行的所有指令的集合，是計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計中的核心部分，對上層軟件和下層硬件都具有重要影響。

根據(jù)設(shè)計原則的不同，指令集架構(gòu)主要分為兩大陣營：復(fù)雜指令集計算（CISC）和精簡指令集計算（RISC），并由此衍生出x86、ARM、RISC-V等指令集架構(gòu)。

X86由Intel推出，屬于CISC設(shè)計，擁有豐富的指令集，支持多種尋址模式和復(fù)雜的操作。目前搭載x86架構(gòu)指令集的處理器主要應(yīng)用在PC和服務(wù)器上。由于Intel嚴(yán)格把控專利授權(quán)，因此x86市場基本被Intel壟斷。

在服務(wù)器市場，x86是CPU的主流架構(gòu)。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2023年全年x86架構(gòu)服務(wù)器市場份額為88%，中國x86服務(wù)器市場出貨量為362萬臺，預(yù)計2024年還將增長5.7%。

Arm架構(gòu)基于RISC設(shè)計，Arm內(nèi)核微架構(gòu)IP選擇多樣、設(shè)計精簡可靠、在低功耗領(lǐng)域表現(xiàn)優(yōu)異。Arm的商業(yè)模式是專注處理器內(nèi)核架構(gòu)的授權(quán)，而不直接設(shè)計、制造芯片，因此，中立的地位使得Arm通過授權(quán)廣泛推廣了生態(tài)系統(tǒng)。據(jù)悉，目前Arm架構(gòu)在以移動終端芯片（手機(jī)平板等）、機(jī)頂盒、視頻監(jiān)控等為代表的移動智能領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

整體看，目前云端服務(wù)器多采用X86架構(gòu)，邊緣側(cè)采用Arm架構(gòu)，但近年來格局也在發(fā)生改變，Arm架構(gòu)逐漸向服務(wù)器領(lǐng)域滲透。“現(xiàn)在全球很多互聯(lián)網(wǎng)廠商都開始用Arm架構(gòu)來設(shè)計自己的服務(wù)器芯片，比如亞馬遜、谷歌、微軟等，以及國內(nèi)的阿里。”周杰對第一財經(jīng)表示。此外，AIPC搭載NPU，Arm架構(gòu)或更具優(yōu)勢。Arm CEO Rene Haas在COMPUTEX 2024上表示，Arm預(yù)計將五年內(nèi)拿下Windows PC市場50%以上的份額。

開放精簡指令集架構(gòu)RISC-V近年來也開始興起。RISC-V完全開源，采用寬松的BSD協(xié)議，企業(yè)可以完全自由免費(fèi)使用，同時也允許企業(yè)添加自有指令集，而不必開放共享，以支持差異化發(fā)展；同時架構(gòu)簡單，短小精悍，不同的部分還能以模塊化的方式組成在一起，從而通過一套統(tǒng)一架構(gòu)滿足各種不同應(yīng)用場景。據(jù)了解，目前國內(nèi)多家初創(chuàng)企業(yè)開始用RISC-V進(jìn)行芯片設(shè)計。SHD Group預(yù)計，2030年基于RISC-V的SoC營收有望高達(dá)920億美元，2021-2030年復(fù)合年增長率高達(dá)47%。

“RISC-V架構(gòu)目前更多應(yīng)用在一些固定場景，比如IoT設(shè)備等，但它對于通用生態(tài)的支持，比如PC、服務(wù)器領(lǐng)域，需要更多的資源投入和研發(fā)支持。”周杰告訴第一財經(jīng)。

此外，也有部分企業(yè)自研指令集。龍芯中科（688047.SH）2023年在MIPS架構(gòu)的基礎(chǔ)上，宣布獨(dú)立研發(fā)出具有完全自主產(chǎn)權(quán)的Loong Arch架構(gòu)，申威基于Alpha架構(gòu)研發(fā)出SW64架構(gòu)。

“生態(tài)是一個很重要的問題，X86的生態(tài)無疑是最成熟的，Arm架構(gòu)生態(tài)也越來越成熟。”周杰表示，“自研架構(gòu)的生態(tài)相比X86和Arm架構(gòu)生態(tài)，會有一定的差距。如果需要支持更通用的生態(tài)，整個產(chǎn)業(yè)鏈上下游就需要很多投入，比如各個軟件廠商需要去適配自研架構(gòu)，并進(jìn)行相關(guān)軟件優(yōu)化。”

六大主流廠商對比

市場格局來看，目前Intel、AMD領(lǐng)跑通用CPU市場。

根據(jù)CPU市場追蹤機(jī)構(gòu)Mercury Research的報告，2024年第二季度，Intel在PC市場占據(jù)78.9%的市場份額，AMD市占率為占據(jù)21.1%；在服務(wù)器CPU市場，Intel市占率高達(dá)75.9%，AMD為24.1%。

國內(nèi)市場方面，國產(chǎn)CPU廠商分為三大流派：一是自研，如前文所述的龍芯和申威；二是Arm，如中國長城（000066.SZ）子公司飛騰、華為海思均使用Arm架構(gòu)；三是X86，上海兆芯和海光信息（688041.SH）均使用X86架構(gòu)。

隨著信創(chuàng)的持續(xù)推進(jìn)，國產(chǎn)CPU或?qū)@得較大的增長空間。Canalys數(shù)據(jù)顯示，2023年中國政府及教育部門的PC采購量達(dá)到272萬臺，占到全國出貨量的6%。2024年3月，中央政府采購網(wǎng)發(fā)布公告稱，在采購計算機(jī)時應(yīng)當(dāng)將CPU、操作系統(tǒng)符合安全可靠測評要求納入采購需求。Canalys認(rèn)為，上述六家都屬于該通知中符合國產(chǎn)CPU條件的品牌。

“產(chǎn)業(yè)正在努力推進(jìn)先進(jìn)制造工藝和上游的EDA工具發(fā)展，這些都對芯片產(chǎn)品的競爭力產(chǎn)生很大影響。”周杰稱，“結(jié)合國內(nèi)目前的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，設(shè)計出一款芯片問題不大，關(guān)鍵是設(shè)計出來之后，一是怎么生產(chǎn)，二是如何建立一個好的生態(tài)，幫助開發(fā)者和終端用戶比較好地用起來，這一點尤為重要，也是公司核心能力的體現(xiàn)。”