近年来，我国计算能力发展迅速，总规模居世界第二位。算力发展的底层支撑在于芯片，如果把算力的发展看作“淘金时代”，芯片厂商就相当于“卖铁锹的人”。
算力基础设施的建设带动了高端处理器的强劲需求，国产化成为关键词，国内CPU厂商正在努力迎头赶上。不过，在CPU研发领域，国内起步较晚，正面临英特尔、AMD等巨头的垄断趋势。芯片领域遵循强强法则，国内厂商从无到有研发高端处理器会面临哪些困难？
CPU研发三大难点，技术难度不大
要从头开始开发CPU，第一个障碍是技术难度。
CPU技术研发的重点是汇编指令集和架构设计。正如计算机计算需要CPU来指挥一样，CPU中的组件也需要被命令和协调才能工作。用于协调CPU内部电路工作的命令称为指令集，多种类型指令的集合称为指令集。指令集还需要一个CPU硬件结构来匹配它，这称为CPU架构。CPU架构设计，首先使用硬件描述语言（HDL）来表达电路逻辑功能，不断仿真和修改HDL代码，直到逻辑正确，然后使用EDA工具将其转换为逻辑门电路。到这里为止，CPU架构的前端设计刚刚完成。
最先进的CPU目前最多有1100亿个晶体管。如此复杂的结构、复杂的研发步骤和高昂的试错成本，需要高素质的人才和大量的资金投入。据统计，一台CPU从设计到流片再到试生产，至少需要1.3亿元的成本，大约需要3年时间。这仍然是在获得架构授权和流片的前提下进行的。
但即使它从指令集入手，开发出性能世界顶尖的CPU，能否广泛普及，仍是未知数。CPU研发的第二个层次是生态难度。在CPU
发明后的50年里，指令集已经很多，只有x86和ARM分别成为商用IT市场和移动市场的主流，而其他指令集如SPARC、Alhpa、MIPS等，要么被迫开源，要么终止更新，消失在CPU发展史上。
其失败的原因是，没有丰富的软件生态系统的支持，新的指令集就像一棵没有根的树。不同的指令集和不同的CPU架构需要不同的开发环境，形成不同的软件生态系统。如果没有软件应用支持，CPU性能再强，也没人会用。生态建设不是公司或团队可以完成的，它需要一个产业链来配合它。
因此，生态困难
与CPU研发的第三层次、商业化难度有关。
除了海量推广投入，围绕CPU产品打造产业链，还需要保证有足够的稳定利润来维持迭代研发投入，巩固技术领先地位。CPU厂商只有在产品迭代、技术研发、市场推广之间找到平衡点，形成商业化发展的良性循环，才能算是生存。
从以上可以看出，CPU研发技术的难点还是次要的，最难点是如何不断迭代和培育生态，构建良性的业务发展周期。国内CPU厂商，如何找到突破的捷径？
乘势而上，国内主流CPU指令集全部来自国外从
零开始自主研发CPU最难点在于生态建设，x86和ARM的主流地位是基于垄断的生态基础。目前，国产CPU发展的突破捷径已经而且只能乘势而上，成为主流的指令集生态。
事实上，中国六大主流CPU厂商，兆信、海光、鲲鹏、飞腾、龙芯、神威，在指令集技术上都来自国外，主要是为了利用成熟的指令集生态。美芯和海光选择x86
架构，兼容最广泛的x86生态，是服务器和PC领域取代Intel和AMD的最佳选择。对于用户来说，这意味着业务数据可以迁移到国内CPU平台，无需繁琐的编译和开发工作，减少时间和人力成本，平滑过渡到国产x86系统。
鲲鹏和飞腾选择ARM架构，一方面是ARM架构的商业模式，厂商可以在授权公版架构的基础上进一步发展，从技术角度来看，开发门槛低，成品速度快;另一方面，ARM打算在近几年进入服务器市场，虽然目前占比只有7%，但上下游生态发展迅速。
龙芯的也是从MIPS架构借来的，直接兼容MIPS架构生态。然而，MIPS架构其实在几年前才名存实亡，因此龙芯面临着从零开始构建生态的困难。在使用转译器等方式兼容主流x86生态的同时，积极开发原生应用。幸运的是，克服困难，生态建设稳步推进。例如，腾讯最近宣布，它原生支持龙芯系列。
从国内主流CPU厂商的架构选择可以看出，发展路径是一致的。指令集引用国外，生态也必须与国外兼容。那么问题又来了，国内CPU产业在技术引进的方式上寻求突破，那么还能算是自主发展吗？
国外引进与独立不逆，技术把控是关键
在国外CPU巨头的先发优势下，后来者很难从零开始追赶。国产CPU技术的发展路径也像是国产高铁、大飞机的“引进、消化、创新”，国外引进与自主创新并不矛盾。
在“引进、消化、再创新”过程中，判断技术自主性的标志是专利不侵权，同时不依赖国外完成差异化创新;更关键的是可控的，即产品是否有迭代的空间，技术是否有演进的潜力。目前，中国可以称得上“独立可控”，主要为龙芯、神威、海光和兆信。
龙芯架构已获得第三方专利认证，虽然与MIPS存在专利纠纷，但已基本解决，只剩下一项待定。同时，经过几年的发展追赶，龙芯产品的性能基本接近英特尔2019年发布的十代酷睿级别，体现了龙芯产品迭代开发的潜力，未来可期。
在ZEN1的基础上，海光投入了多年的高强度研发，完成了对引进技术的消化吸收创新。从海光新增安全计算模块、解决漏洞、封堵后门，以及三年内三款产品的独立迭代，可以看出海光确实有能力、有权利使用 ZEN1 核心，走的是一条与 AMD 后续 ZEN 架构不同的道路。这证明了海光在技术上是可以自主可控的。
国内鲲鹏、飞腾等ARM厂商在技术发展上更加“独立但不可控”。虽然两家厂商可以在ARM许可架构的基础上自主开发性能不错的ARM芯片;但问题是，ARM切断了高级版本的授权，这意味着国产ARM芯片的迭代开发被切断了。由于专利限制，国内ARM厂商无权授权和自行开发基于现有架构的微架构迭代。而随着ARM在美国
上市的加速，ARM的卡颈行为居然发生了。因此，国内ARM技术的发展已经无法自主控制;国内对ARM架构的探索也成了错误的尝试。
国产CPU发展的方向应该是完成对进口技术的消化和创新，在国外先进技术的基础上实现自主可控。这样，我们才能最大限度地发挥后发者的优势，站在前人的肩膀上，实现后发者的逆袭。
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