生财研习社
2022.06.22 22:59

全球 CPU 市场:Intel、AMD 垄断,中国厂商崛起

全球 CPU 发展历程基本与 Intel 和 AMD 的发展史相吻合,可分为四个阶段:性能提升阶段、应用扩展阶段、多元发展阶段和多核集成阶段

当前 CPU 市场处于多核集成阶段,核心数量、频率大幅提升,以 AMD 5000 系列处理器、Intel 第十二代酷睿等芯片为代表。市场规模来看,据 IC insights 数据,2021 年全球微处理器出货量达 24.9 亿台、市场规模达 1029 亿美元。竞争格局来看,目前全球 CPU 市场呈现寡头垄断格局,海外厂商 Intel$英特尔.US  和 AMD $AMD.US 市场份额占优,中国 CPU 厂商正在崛起,主要国产玩家包括海光信息、龙芯中科、飞腾、申威、兆芯等。

CPU:计算机系统的运算和控制核心

CPU 是计算机的运算和控制核心,是信息处理、程序运行的最终执行单元,是计算机的核心组成部件,其本质是超大规模集成电路,用于解释计算机指令和处理计算机软件中的数据,并负责控制、调配计算机的所有软硬件资源。从 CPU 的分类来看:1)按内部结构划分,可以分为冯·诺依曼结构、哈佛结构等;2)按应用领域划分,CPU 可以分为微处理器(MPU)、微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、专用处理器(ASP)等;3)按下游应用场景划分,CPU 可以应用在服务器、工作站、个人计算机、移动终端和嵌入式设备等不同设备上。

驱动力之一:芯片制造工艺进步

芯片制程的进步能够推动 CPU 的发展,一方面体现在可以让芯片的集成度大大增加,另一方面,芯片制程的进步能够带来运算性能和电气性能的双方面改进。回顾历史来看,从 1971 年第一枚微型电脑处理器 Intel 4004 发布,到 2020 年芯片制程迈入 5nm,芯片制程由微米级进步至纳米级,当下仍在不断向更微观发展。伴随着芯片制程工艺的不断微缩,芯片性能提升、功耗降低,算力性能随之迭代升级。

驱动力之二:芯片设计方法迭代

复盘芯片设计方法的迭代过程来看,主要经历了三个阶段:1)阶段一:芯片设计主要以 CAD 厂商为主导,技术进步是重要的推动力;2)阶段二:ASIC 芯片、单元库、逻辑综合发展推动芯片设计进入系统级,芯片设计软件化和抽象化程度不断加深;3)阶段三:EDA 厂商逐渐成为主导公司,IP 模式的发展,带来芯片设计变革。我们认为,随着芯片设计方法的迭代升级,EDA 设计工具不断更新迭代,软硬件协同逐渐成为芯片开发趋势,晶圆厂与上游 EDA 厂商的关系也变得更加紧密,生态协同发展的模式逐渐成为主流,从而推动商业模式升级。

驱动力之三:微架构&指令集共同升级

我们认为,对微架构与指令集之间关系的拆解,是理解 CPU 核心能力的关键。指令集是 CPU 中计算和控制计算机系统所有指令的集合,主要分为 CISC 和 RISC,二者在发展中相互借鉴,不断拓展。微架构是在特定处理器中实现给定指令集架构的方式,其自身的迭代过程往往伴随着芯片性能的进步,未来将向更广泛的应用方向拓展。总的来说,我们认为,指令集架构是一种方法、思想和原理,而微架构则是一种方案、布局和连接方式。指令集的演化决定了 CPU 的运算方式,而微架构的升级则将设计落地,最终二者的共同迭代升级,才促使了芯片产业的进步。

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