AI带动CPU需求增长，国产主流厂商迎巨量增长空间，市场前景广阔
CPU，即中央处理器，常由控制单元、算术逻辑单元（ALU）和寄存器组成，负责指令读取、译码与执行，对研发技术和生态构建具有很高要求，对计算机的性能和运行效率具有重要影响。
作为计算机的运算和控制中心，在AI发展浪潮下，我国计算机CPU行业发展进入“快车道”：智算中心的建设拉动了服务器需求，AIPC的更新换代也在推动需求增长。
与GPU相比，国内CPU的发展则更为成熟。根据头豹研究院数据，2022年中国CPU国产化率为30%-40%。同时，中国CPU国产化率还在不断提升，在最近的运营商集采中，国产CPU比例接近70%。
AI爆发，推动CPU需求提升
大模型的快速发展下，智能算力需求爆发，AI服务器出货量的增长带动了云端CPU需求。CPU作为服务器的核心部件，其性能和功耗直接影响着服务器的整体表现。
TechInsights数据显示，到2028年。全球服务器市场规模将达到2730亿美元，年复合增长率为18%，专为AI应用设计的服务器将占市场份额的59%，复合年增长率为49%。中国市场方面，IDC预计，2023年中国AI服务器市场规模将达到91亿美元，同比增长82.5%；2027年将达到134亿美元，年均复合增长率为21.8%。
在PC市场，2024年是公认的AIPC元年，AIPC有望带动新一轮换机潮。业内认为，当前AIPC的发展，类似早期Windows系统的发展，未来有望复制早期Windows系统的成功。
Canalys预计，全球2023年PC出货量为2.49亿台，同比减少12.4%，预计2024年PC出货量为2.67亿台，同比增长7.6%，2024年AIPC出货量在2000万左右，2027年将有60%的电脑具备AI处理能力，2027年出货量将超过1.75亿台。
在AI服务器和AIPC的带动下，CPU的需求也将快速增长。根据头豹研究院数据，中国计算机CPU市场规模在2019-2021年间以6.91%的平均增速稳步快速增长，预计到2027年将达5109.49亿元。
大模型掀起的AI浪潮，不仅拉动了CPU的需求增长，也对CPU的功能提出了更高的要求。
“很多AI应用其实可以用不同的XPU处理单元进行计算，CPU的编程更灵活，算子加速可以通过通用的编译器处理，相比NPU更通用、更灵活。”此芯科技生态战略总经理周杰告诉第一财经，“比如我们的Armv9 CPU包含向量扩展指令加速，能够更好地帮助在端侧运行大语言模型。最新的iPhone 16系列也对CPU进行了升级，包含了矩阵运算指令加速，以更好地支持那些基于CPU的Apple Intelligence应用。”
周杰称，未来此芯科技将在CPU产品上持续创新。提供更强大的向量和矩阵处理能力，结合GPU和NPU异构处理能力，更高效地满足日益增长的大语言模型和多模态大模型等端侧AI算力需求。
指令集架构之争
芯片架构是设计和构建微处理器或其他集成电路的基础，定义了芯片的组织结构、功能单元、数据流以及指令集等关键特性。指令集架构则是芯片架构中最顶层的设计，定义了计算机硬件能够执行的所有指令的集合，是计算机系统设计中的核心部分，对上层软件和下层硬件都具有重要影响。
根据设计原则的不同，指令集架构主要分为两大阵营：复杂指令集计算（CISC）和精简指令集计算（RISC），并由此衍生出x86、ARM、RISC-V等指令集架构。
X86由Intel推出，属于CISC设计，拥有丰富的指令集，支持多种寻址模式和复杂的操作。目前搭载x86架构指令集的处理器主要应用在PC和服务器上。由于Intel严格把控专利授权，因此x86市场基本被Intel垄断。
在服务器市场，x86是CPU的主流架构。根据IDC数据，2023年全年x86架构服务器市场份额为88%，中国x86服务器市场出货量为362万台，预计2024年还将增长5.7%。
Arm架构基于RISC设计，Arm内核微架构IP选择多样、设计精简可靠、在低功耗领域表现优异。Arm的商业模式是专注处理器内核架构的授权，而不直接设计、制造芯片，因此，中立的地位使得Arm通过授权广泛推广了生态系统。据悉，目前Arm架构在以移动终端芯片（手机平板等）、机顶盒、视频监控等为代表的移动智能领域获得广泛应用。
整体看，目前云端服务器多采用X86架构，边缘侧采用Arm架构，但近年来格局也在发生改变，Arm架构逐渐向服务器领域渗透。“现在全球很多互联网厂商都开始用Arm架构来设计自己的服务器芯片，比如亚马逊、谷歌、微软等，以及国内的阿里。”周杰对第一财经表示。此外，AIPC搭载NPU，Arm架构或更具优势。Arm CEO Rene Haas在COMPUTEX 2024上表示，Arm预计将五年内拿下Windows PC市场50%以上的份额。
开放精简指令集架构RISC-V近年来也开始兴起。RISC-V完全开源，采用宽松的BSD协议，企业可以完全自由免费使用，同时也允许企业添加自有指令集，而不必开放共享，以支持差异化发展；同时架构简单，短小精悍，不同的部分还能以模块化的方式组成在一起，从而通过一套统一架构满足各种不同应用场景。据了解，目前国内多家初创企业开始用RISC-V进行芯片设计。SHD Group预计，2030年基于RISC-V的SoC营收有望高达920亿美元，2021-2030年复合年增长率高达47%。
“RISC-V架构目前更多应用在一些固定场景，比如IoT设备等，但它对于通用生态的支持，比如PC、服务器领域，需要更多的资源投入和研发支持。”周杰告诉第一财经。
此外，也有部分企业自研指令集。龙芯中科（688047.SH）2023年在MIPS架构的基础上，宣布独立研发出具有完全自主产权的Loong Arch架构，申威基于Alpha架构研发出SW64架构。
“生态是一个很重要的问题，X86的生态无疑是最成熟的，Arm架构生态也越来越成熟。”周杰表示，“自研架构的生态相比X86和Arm架构生态，会有一定的差距。如果需要支持更通用的生态，整个产业链上下游就需要很多投入，比如各个软件厂商需要去适配自研架构，并进行相关软件优化。”
六大主流厂商对比
市场格局来看，目前Intel、AMD领跑通用CPU市场。
根据CPU市场追踪机构Mercury Research的报告，2024年第二季度，Intel在PC市场占据78.9%的市场份额，AMD市占率为占据21.1%；在服务器CPU市场，Intel市占率高达75.9%，AMD为24.1%。
国内市场方面，国产CPU厂商分为三大流派：一是自研，如前文所述的龙芯和申威；二是Arm，如中国长城（000066.SZ）子公司飞腾、华为海思均使用Arm架构；三是X86，上海兆芯和海光信息（688041.SH）均使用X86架构。
随着信创的持续推进，国产CPU或将获得较大的增长空间。Canalys数据显示，2023年中国政府及教育部门的PC采购量达到272万台，占到全国出货量的6%。2024年3月，中央政府采购网发布公告称，在采购计算机时应当将CPU、操作系统符合安全可靠测评要求纳入采购需求。Canalys认为，上述六家都属于该通知中符合国产CPU条件的品牌。
“产业正在努力推进先进制造工艺和上游的EDA工具发展，这些都对芯片产品的竞争力产生很大影响。”周杰称，“结合国内目前的产业现状。设计出一款芯片问题不大，关键是设计出来之后，一是怎么生产，二是如何建立一个好的生态，帮助开发者和终端用户比较好地用起来，这一点尤为重要，也是公司核心能力的体现。”
(本文来自第一财经)
