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CPU（Central Processing Unit）是計算機的中央處理核心，也是所有數字類電子產品的中央處理核心。信息技術發展到今天，沒有CPU的電子整機產品是難以適應今后的網絡化趨勢的。 當你在商場購物，刷了一次卡，假如你可以跟隨卡上的信息一起“旅游”一趟的話，你將可以看到：第一站，讀卡器上的CPU把你的卡信息傳送到商場的服務器的CPU；第二站，商場的服務器CPU又把你的卡信息傳遞到周邊的公用社區區域網絡服務器CPU；第三站，周邊公用的網絡服務器CPU經過一番或者多番服務器CPU周轉，將卡信息傳遞到國家的銀行結算中心服務器CPU；第四站，國家結算中心CPU將卡信息傳遞到你所在開戶銀行服務器CPU，先由該開戶行CPU對你的信息進行計算、分析身份合法性和驗證等，以便決定是否準許你劃款，再由所在開戶銀行服務器的CPU將分析驗證和處理的結果信息沿相反方向返回到你所在購物商場收款機CPU，收款機CPU再將購物信息傳遞到打印機的CPU打印出你的消費單據。 有些開戶銀行的服務器CPU還會同時把相關信息發送到通信網絡，穿越多個區域的骨干網程控交換機CPU、局域網交換機CPU、路由器CPU、用戶交換機CPU等，最后到達你的手機CPU，再由手機CPU將信息發送到手機顯示屏上。 
首枚國產CPU “龍芯”1號問世 每一站電子整機功能，都是由軟件程序和CPU的協調運行來實現的。整機中的其他功能，都是為了確保整機CPU能夠穩定工作而設定，這就像人身體中各器官是為了保證大腦活動的道理一樣。 不同整機和不同應用領域中所用的CPU規格會有所不同。在個人終端類電子產品中，市場需求的整機數量多，但單機CPU擔負的職能相對簡單些，要求也相對低些；在骨干網絡、中繼網絡和服務器中，對CPU的可靠性、安全性、運算速度等要求就高很多;在大型、超大型計算機中，由于計算機速度和計算量十分巨大，需要由許多CPU一起組成并行模式的計算機，來處理復雜的問題。 CPU是如此重要，沒有CPU就沒有獨立自主的信息化和國家信息安全可言。然而我國在這一產品領域長期以來卻嚴重依靠進口，成為我國走向電子強國必須克服的一道硬坎。邁過了這道坎，它就會變成一扇通往電子強國新境界的大門，把我們領入另外一個嶄新的發展階段。 技術尋覓：美國公司壟斷的專利武器 “CPU指令集”和“CPU架構”是CPU產品中兩項最重要的核心技術，是美國公司壟斷世界CPU市場最重要的知識產權武器。 CPU工作、CPU與CPU之間的通信靠“指令”來進行，全部控制CPU運行指令的集合就是“CPU指令集”。 現今，RISC指令集已成為世界公認的CPU標準指令。由于發源于美國，像IBM、Intel、微軟等公司，他們先入為主，占盡了有利位置，現已成為這些公司壟斷這一領域的最基本方式之一。后來者即使掌握了同樣的技術，也要與已經流行的產品相兼容，才能進入到主流產品領域，被市場用戶所接受，否則產品將很難打開銷路。 CPU架構，就像文章的篇章結構，或者像樓房的主體結構，是為了實現CPU指令集的全部功能、進行產品開發前必須規劃好的。有了合理的架構，再將指令集中一個個“指令單元”安排到架構的相關位置，使它們能夠高效、協調地運行。這就同大樓中相互聯系緊密的功能房間要盡量靠近些，以盡量減少日常工作時的往來時間、提高辦公效率的道理是一樣的，并不神秘，也不難理解。 根據CPU的應用目標及對象，可以使用不同的架構來實現，有些功能的指令如果在某些特定的場合用不到也可以省略，這樣可以最大限度地減少CPU芯片的面積，用最少的內部電子元器件來實現應用目標，使產品的制造成本達到最小。 在統一的RISC標準指令集的前提下，可以用不同的架構來實現CPU產品。目前，世界3家著名的具有不同架構的CPU公司是： （1）目前居統治地位的Intel公司的X86架構。自1978年6月Intel發布了首個8086處理器，X86架構CPU現已統治和主導世界CPU市場30多年。Intel公司是世界CMOS半導體制造工藝的發明者，是世界最高水平的半導體制造公司。其經營模式主要以研發并生產通用CPU成品的方式供應其他電子整機廠家，主要用戶遍布世界。其最新推出的第三代酷睿處理器Ivy Bridge，采用了22納米CMOS工藝，內含14億個晶體管，并首次采用了3D晶體管技術，開始在立體方向進行布線布局。 （2）另一種是MIPS架構，其知識產權歸美國MIPS公司所擁有。1985年第一塊MIPS處理器（R2000）誕生后，原本主要用在高端服務器領域，現在也開始向中低端消費領域發展，積極推出適用于數字家庭、網絡、單片機和其他應用的產品，目前MIPS架構版本主要有MIPS32和MIPS64兩款。該公司經營模式主要以嵌入式設計服務和向用戶提供CPU架構使用授權的方式來進行。 （3）ARM公司（Advanced RISC Machines Limited）于1990年成立，其設計出了適合多種應用整機的嵌入式CPU，其經營模式是只出售CPU的“硬核”，這種設計好的CPU產品，用戶無法對其進行更改，用戶要么直接在芯片廠進行流片生產，要么嵌入到用戶正在開發的系統芯片的設計中，被稱為“可用于生產芯片的技術授權”。一般情況下ARM不出售“CPU架構”服務，因為這是ARM的看家本領。ARM在低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統應用領域居世界領先地位。 這3種架構CPU技術在發展中相互借鑒、相互補充、不斷提高，推動世界CPU市場由過去Intel一家獨大向技術日益普及、產品更加多極和應用更加個性化方向發展。 群雄四起：多數CPU源自三家商業授權 蘋果公司iPhone和iPad在商業上的巨大成功，標志著一個新的世界IT消費趨勢的到來，表明以往千篇一律的Windows界面為主導的需求趨勢，正在向表現自我、風格各異的個性化方向發展。 移動手機、個人電腦和家用電視都在向智能化和三網融合的方向發展。而現今的半導體技術，特別是集成電路SoC技術的發展，更加推波助瀾，支撐和挑戰著一個個技術難關，使這種新的應用需求在一步步由夢想變成現實的過程中，不但性能不斷提高，而且成本也在快速下降，從而激發出更大的需求。需求趨勢和半導體技術進步二者即相互依存，又相互激發，共同作用，把終端產品和消費趨勢推向一個又一個嶄新的發展階段。 個性化時代的終端產品需要什么風格的整機？表面上看這主要是產品外觀設計和軟件操作流程方面的事情，實則最終是由CPU的功能來實現的，這才是最核心的部分，也是眾廠家競爭的最重要的主戰場。它不斷變化著，一浪高過一浪地向前發展著，不斷孕育著風騷一時的新類型、新模式企業的誕生。 現今的社會信息化已經發展到了這樣的階段，數字地球、智能化社會、云計算、3D顯示、視覺識別、高清數字電視、大數據處理和管理、IPv6互聯網、新一代智能終端、物聯網、基因工程等，這些都建立在超大信息量的處理基礎上。僅僅一張3D高分辨率圖片就需要巨大的計算量，如果沒有圖形加速顯卡上的圖形CPU處理器的協助，只用現有的X86架構模式的CPU來處理，那么還沒等處理完，電腦使用者很可能早就等得不耐煩了。而這樣的事情在數字娛樂、電子游戲、工程制圖、計算機仿真、3D顯示、高清電視、視頻識別、基因分析、新一代互聯網、物聯網等新的應用面前，將成為時刻都在發生的最最平常的事情。 有人預計今后10年內，由于物聯網和新一代互聯網的普及應用，人類社會的信息總量將會比目前高出2～3個數量級。現有的3種主要CPU架構中，都需要進一步發展，才能勝任今后的應用需求。 展望今后新的應用趨勢和個性化需求，不管是個人終端產品還是新的需求領域，這些產品都必須以超大信息量的處理為基本前提。因此，時代即呼喚擁有更強信息處理能力的通用CPU產品，同時也在呼喚更能滿足面向不同目標客戶群體的個性化專用CPU產品，以此來滿足不同人群、不同領域的個性化產品需求。 目前，在世界CPU領域，過不幾天就有公司宣布自己的新CPU產品問世，并用在了智能終端或者其他產品上，形成了八仙過海、各顯神通的極其活躍的競爭局面。僅我國內地就有10多家知名的CPU研發和設計單位，如中科院計算所、北大眾志、國防科技大學、上海高性能集成電路設計中心、浙江大學、清華大學、蘇州國芯、杭州中天、北京君正、深圳華為、福州瑞芯、中國航天科技集團公司、江南計算所等。國外的CPU企業中，除Intel、MIPS和ARM3家主要的通用CPU公司外，在專用CPU方面，如博通、高通、英偉達、德州儀器、Marvell、MTK、瑞薩、NEC等，都有其智能手機CPU及其他領域的專用CPU產品。 雖然大部分公司的CPU產品大多都源自前面我們提到的3家公司的CPU架構之一的商業授權，但其中也不乏擁有獨立產權、另辟蹊徑的公司。例如：我國北大眾志的Unicode就是一種全新的完全具有自主知識產權的國產CPU指令集，上海高性能集成電路設計中心的申威1600CPU也是完全具有自主知識產權的產品，還有中國航天科技集團公司的航天衛星用CPU等，都是在CPU領域通過自主創新而開辟出一片新天地的CPU典型創新范例。 另外，在智能手機領域，博通的手機CPU市場份額就遠超Intel；在工業控制方面，NEC的專用CPU也有其獨到的表現；在汽車電子領域，瑞薩CPU也表現不俗。 值得注意的是韓國三星電子，雖然目前已經推出了主頻2GHz的Exynos5250手機芯片，采用ARM新雙核Cortex-A15處理器架構設計，已經領先于其他公司。但更值得關注的是：據報道三星目前正在立足其先進的半導體制造技術，研發下一代全新的具有自主產權的通用CPU產品，以與前面的世界通用CPU三強公司進行競爭。 強國之路：國產CPU恰逢介入好時機 綜上，個性化的個人終端產品需求趨勢呼喚著個性化的CPU以適應激烈的競爭，半導體和集成電路SoC技術的不斷發展使這種以前難以企及的愿望一步步變成了現實。擁有了先進的CPU產品支撐，廠家就可以比較容易開發出能夠領先于同業的與眾不同的個性化整機產品，而且在成本方面，比從市場上外購CPU可能要便宜許多。 任何一家或者幾家CPU廠家來壟斷這一領域在今天和今后已不可能。其原因之一是半導體技術進步和CPU技術的普及使這一領域的資金門檻和技術門檻都已變得相對低廉，不再像以前那樣難于逾越，許多廠家現在都已經掌握了CPU技術，并在新興的領域不斷取得突破；二是整機應用的個性化趨勢需要個性化的CPU來實現其與眾不同的產品表現，這雖然可以用軟件設計來實現，但CPU基礎性支撐作用還是很關鍵的，單獨一家或者幾家CPU廠家要同時適應千姿百態的世界個性化需求已不太現實。 今后的個人終端產品和網絡服務，均以處理大數據作為前提，目前世界三大CPU公司的現有CPU架構在面向今后的需求和服務時，其CPU架構本身都需要不斷改進和發展，以適應更加個性化的大信息量應用需求趨勢。因此，他們也面臨與新進入的企業相同的技術問題，需要去克服，面對大數據處理問題，大家基本上處在同一起跑線上。 這為我國剛剛起步的CPU產業提供了千載難逢的介入機會。我國的IPv6還待部署，物聯應用才剛剛開始，三網融合也剛剛推行，智能手機和未來的智能終端市場廣闊，這些為國產CPU提供了巨大的應用前景。 在我國邁向電子強國的前進路上，如何徹底突破長期盤亙在我們面前的有如蜘蛛網一般的國際CPU知識產權桎梏，變“坎”為“門”，從而在通向新境界、實現曾經幾代人為之奮斗的電子強國之夢想，機會就在眼前。目前正是布局今后、決戰未來CPU市場的最佳時機，我國迫切需要從總體思路、技術路線和應用推廣政策等方面進行總體部署。 第一，從國家層面適時推出促進CPU產業發展的專項規劃，加大對國產CPU設計、研發、生產和應用支持，激發全社會資金向該領域傾斜。 第二，在國家安全戰略和法律體系中明確CPU是國家安全產品，任何想要介入我國市場的國內外CPU產品，都必須承諾其銷售的產品不得損害我國信息安全和國家安全，并遵守我國的國家安全法律和相關法律法規。 第三，名正言順地制定我國的反CPU技術壟斷法，對國際不合理的CPU技術壟斷現象說“不”。 第四，適時制定國家CPU產品標準體系，推出可兼容國際標準CPU指令集的我國國家標準CPU指令集。結合我國國情和應用民情，在國家標準CPU指令集中增加一些在我國國情中特有的新指令，以形成具有我國特色的CPU知識產權體系。并發揮后發優勢，針對今后的發展需求，研發和建立與未來我國信息社會需求相適應的中國國家標準CPU架構體系。 第五，鼓勵國內外企業廣泛采用我國國家CPU標準體系，為我國CPU企業提供與國際壟斷公司進行平等競爭的法律依據和知識產權交換機制。 總之，CPU之戰，不僅是一場關鍵電子產品之戰，而是一場影響我國國家安全和信息社會走向、通往電子強國之路的關鍵之戰，也是在今后相當長一段時期內，值得國家花大力量、集中資源進行放手一搏之戰。 盡快制定CPU產業多項規劃 國民經濟和社會發展“十二五”規劃中把“發展現代產業體系，提高產業核心競爭力”作為轉變經濟發展方式的重要途徑和主要內容，把“適應國際需求結構調整和國內消費升級新變化，提高經濟增長的質量、效益和國際競爭力”作為戰略重點。這為今后我國IT產業發展、邁向IT產業強國指明了方向。 大而不強、全產業效益普遍較低下的主要原因，就在于國際產業格局分工體系中，我國IT產業總的來說還處于低端加工領域一頭。2011年我國規模以上電子信息制造業主營業務收入7.49萬億元，利潤總額3300億元，而利潤率只有4.4%，不及3年期的銀行定期存款利率。這是我國IT產業的弱點，也是今后需要努力改變的工作重點。 只有拿下一個個戰略高地、攻克前進路上的一道道障礙才能逐步扭轉這種不利處境。CPU就是這樣一個長期橫在我國IT產業領域的一道極具挑戰意義的硬坎。不拿下這一戰略高地，我國將連最基本的信息安全都無法保障，更妄談邁向IT強國了。不過，發展的機會來了： 第一是個人終端產品需求個性化趨勢和集成電路SoC技術發展相呼應，把IT產業推向了一個新的發展階段。隨著蘋果公司的強勢勝出，以往的Win-Tel聯盟正在被個性化需求大潮所沖擊，這一聯盟出現了過去數十年以來從未有過的最大的危機和松動，這為我國CPU產業發展提供了非常好的切入機會。 第二是今后的個人終端產品和網絡服務，均以處理大數據作為前提，目前居世界統治地位的3大CPU公司，他們的現有CPU架構在面向今后的需求和服務時，也面臨其CPU架構本身都需要不斷改進和發展的新的技術問題，需要去克服，大家基本上處在同一起跑線上。 第三是我國未來巨大的市場需求正在等待國產CPU去占領。我國的IPv6還待部署，物聯應用才剛剛開始，三網融合也剛剛推行，智能手機和未來的智能終端市場廣闊，這些為國產CPU提供了巨大的應用空間。 第四是國家的支持和業界研發人員的共同努力。近年來我國在CPU領域已取得了長足的發展，具備了向新的更高目標前進的一定基礎。國家大力鼓勵、支持和倡導各種創新，為發展國產CPU產品提供了前所未有的創新氛圍。 因此，眼下正是布局今后、決戰未來CPU市場的最佳時機。建議國家有關機構應盡快從總體思路、技術路線和應用推廣等方面進行CPU總體部署。盡快制定CPU產業發展專項規劃，激發和鼓勵社會資金向該領域傾斜；把CPU確定為國家安全產品；制定反CPU技術壟斷法；制定我國國家CPU產品標準體系；鼓勵國內外企業廣泛采用我國國家CPU標準體系；為我國CPU企業提供和建立與國際壟斷公司進行平等競爭的法律依據和知識產權交換機制。 我們相信，在國家的大力支持和業界的共同努力下，我國CPU的明天一定會更加美好。 微觀點 @英特爾Mark Bohr：英特爾的Ivy Bridge處理器是采用英特爾3閘22納米制程生產；無晶圓廠（fabless）半導體業經營模式已經快到盡頭。他認為，臺積電最近宣布只會提供一種20納米制程，就是一種承認失敗的表示;而且該晶圓代工大廠顯然無法在下一個主流制程節點提供如3D電晶體所需的減少泄漏電流技術。他指出，晶圓代工模式正在崩潰，高通不能使用臺積電22納米制程技術就是例子。 @英特爾Kirk Skaugen：臺積電與GlobalFoundries的研發主管近日提出了很好的例證，證明3D電晶體架構在14納米制程節點之前并非必要。臺積電表示，20納米節點并沒有足夠的回旋空間可創造高性能制程與低耗電制程之間的明顯變化。對于臺積電的20納米制程計劃，高通沒有發表評論;但高通確實在最近財務季報發表會上表示，該公司無法從臺積電取得足夠的28納米制程產能以應市場需求，因此正尋求多個新代工來源，并預期能在今年稍晚正式上線。 @Good Technology高級副總裁John Herrema：企業可能更愿意使用iOS操作系統而不是安卓系統，因為與安裝了安卓系統的設備相比，iPhone和iPad的整體操作更簡單。他解釋道，許多款智能手機和平板電腦都運行不同版本的安卓系統，管理起來難度大，而蘋果的iOS操作系統則更統一。他說，在上個季度，iPhone是AT&T、Verizon和Sprint公司最暢銷的智能手機，有很多客戶在工作場所使用iPhone。 |
