国产CPU，指令集之殇

内容精要：为什么指令集在 CPU 设计中如此重要？为什么所有国产 CPU 都需要指令集授权？指令集不就是一系列控制命令的规则合集么？既不能申请专利，又不是什么商业机密，为什么指令集还需要授权？华为公司如果被 ARM 断供最新的 CPU 架构授权，未来的路该如何走？

无芯之痛的阴影，萦绕在中国科技和产业界几十年了。

“缺芯少魂”，描述的就是中国没有真正自主可控 CPU 的痛。

CPU 可以说是整个信息技术产业的核心中的核心，特别是在服务器和 PC 市场，不光是中国，全球范围看，PC 和服务器 CPU 也是以 X86 架构为主，基本 Intel 和 AMD 两家公司垄断。

这里的 X86 架构，指的就是 Intel 和 AMD 公司 CPU 使用的指令集。

所谓指令集，是 CPU 中用来计算和控制计算机系统的一套指令的集合。指令集是决定 CPU 运行效率的重要因素之一。

每一种新型的 CPU 在设计时，就规定了一系列与其他硬件电路相配合的指令系统。

“与其他硬件电路相配合”，决定的是这一款 CPU 的生态系统。

因此，指令集搭建的是一个桥梁，联通 CPU 与外围软硬件，对形成生态至关重要。

当然了，在所有电子设备 CPU 的指令集中，也不是 X86 独霸天下，还有很多后起之秀，比如主打精简指令集的 ARM 公司，在手机处理器、MCU 等领域高歌猛进；比如精简指令集 RISC-V 更是凭借开源优势，汇集了大部分创业公司的力量；除此之外，还有 MIPS 技术公司主推的 MIPS 架构的精简指令集（国产 CPU 龙芯，用的就是 MIPS 指令集架构授权）。

所以，目前 CPU 指令集，形成了势均力敌的两大阵营，以 X86 为代表的复杂指令集（CISC，Complex Instruction Set Computing）和以 ARM、RISC-V、MIPS 为代表的精简指令集（RISC，Reduced Instruction Set Computing RISC）。

关于复杂指令集和精简指令集的区别，本文不再赘述，感兴趣的读者可以参考公众号”科创之道“往期文章《RISC-V 能否重构芯片产业格局》。

在这几年信创大潮的推动下，叠加中美贸易摩擦，都大大提升了中国高科技自主创新意识。国产 CPU 也在这样的大环境中蓄势待发。

目前我国国产处理器芯片的主要参与者有：龙芯、兆芯、飞腾 、海光、申威和华为等。

图片来源：华泰证券

当然，除此之外，科创板千亿市值的上市公司，澜起科技，也在积极进军服务器 CPU 领域。早在 2017 年，澜起科技就偕同清华大学及英特尔公司，联手发布面向数据中心应用的安全可控津逮 CPU。

从上图中姗姗学步的国产 CPU 来看，要么是指令集授权，要么是 IP 授权，要么干脆是中外合资技术引进，套上个自主知识产权的外壳……

毫无例外的，指令集都是来自国外的授权，要么是 X86，要么是 ARM，要么是 MIPS……

为什么指令集如此重要？按照常规的理解，指令集不就是一系列控制命令的规则合集么？既不能申请专利，又不是什么商业机密，为什么指令集还需要授权？

要说搞一套国产指令集，那还不是分分钟的事情？搞自主知识产权标准的事情，我们可是十二分的拿手。

第一个问题，为什么指令集如此重要？

关于这个问题，还是要回到前文所提到的“生态”。

任何一款 CPU 都是不孤立的存在，正是基于其处于整个 IT 系统核心位置，在生态形成的问题上至关重要。

而指令集，就是形成这个生态的桥梁。生态对于一款 CPU 的成败起到了至关重要的作用，产业不支持，性能再高的 CPU 都没有用武之地。

这也是为什么华为的鲲鹏，将产品和生态放在同等地位的原因。

鲲鹏生态，图片来源：东吴证券

当然了，笔者之前也提到过，生态也不是铜墙铁壁一个，并非完全不能实现突破。在常规模式之下，靠着产业潜移默化来形成生态，确实是一个长期的过程，而且不确定性很大。

但是，在新型举国体制之下，形成生态相对就会容易很多。用的人多了，产品升级迭代加速，能够更好地提升产品成熟度。这也是一个弯道超车的无奈之举。

第二个问题，既然指令集没有专利，没有知识产权，为什么还需要授权？

的确，指令集作为一套 CPU 控制指令的集合，本身是没有办法形成专利的。但是指令集授权却是实实在在存在的。

这事儿从知识产权角度不好解释，可能从“标准”角度更容易理解。

这些主流的指令集，已经形成了事实上的“行业标准”。

除了主流的指令集，还有各种千奇百怪的指令集，其实都充当了分母的角色，在行业内主流标准面前日渐式微。

成了事实上的“行业标准”，就意味着形成了生态，你要用这套指令集规则，也不是不可以，但要回避两方面：

一是，你不能宣称兼容“X86”，“ARM”等，用来吸引产业界，来形成自己的生态，因为“X86”，“ARM”这些都是独有的商标。

二是，指令集虽然没有办法形成专利，但是实现这些指令的 IC 设计架构和方法，最有效率的设计和架构，早就被申请专利了，你要用这套指令集，具体实现上的大部分专利还是绕不开的。

所有也就存在了一个问题，如果是指令集架构授权，背后的专利是不是也存在授权情况？

这事儿不敢说太细。

第三个问题，基于老版本的主流指令集，能否更容易形成自己的生态？

关于这个问题，就更具有现实意义了，华为目前拿到了 ARM 公司 ARM V8 芯片架构的永久授权。但从目前的这个形势看，不但有美国压力，还有 ARM 公司内部动荡，ARM 更新版的设计，估计授权给华为公司更加难上加难了。

所以，华为未来更要自力更生了。

有了老的架构授权，就有了基础，但未来，华为还是需要更加注重生态。

任重道远。