國內的幾支CPU研發力量各自選擇的指令體系都有自己的優點和問題，選擇其中的哪一支都會有對應的成本和風險。最終誰能擔大任，且拭目以待。
文 | 瞭望智庫特約科技觀察員 王強
用上內置國產CPU的個人電腦是不少國人的夢想，中國的IT產業也爲這個目標奮鬥了將近二十年。
然而在過去，由於技術落後、成本高昂、軟件兼容性較差等因素，國產CPU的市場競爭力低下，只能在實驗室和特定領域少量應用，無法在商業市場同進口處理器正面抗衡。
隨着技術進步、IT產業變革及國際形勢的變化，如今以國產CPU取代進口產品已經不是一個遙遠的夢想。在政府機關、國企單位等關鍵領域，換用國產CPU也成爲一項需要儘早完成的任務。
那麼，這項任務該如何執行，由誰來肩負取代進口處理器的使命，成了擺在決策機關面前的一項現實問題。
爲什麼要改用國產處理器?
如果CPU產業不存在“軟件兼容”這個問題，中國或許早就有能力在關鍵領域大規模應用國產處理器了。遺憾的是，CPU的設計直接決定了其能夠運行哪些應用程序，這成了擺在國產CPU面前最大的障礙。
從上世紀90年代開始， 微軟和 英特爾分別以Windows系統和奔騰處理器橫掃個人電腦市場，並確立了x86體系的壟斷地位。
x86是一種計算機底層指令規範，其專利主要掌握在英特爾公司手中。個人電腦上使用的Windows系統和奔騰、酷睿等處理器以及成千上萬的應用軟件，都是在這一規範基礎上設計的，因此即便是2005年生產的電腦也可以運行新一代的Windows 10系統和相應的軟件，反之亦然。
其它廠商想要設計製造兼容x86指令規範的CPU，就要得到英特爾公司的授權，但是英特爾出於自身利益的考慮，極少同意這樣的授權請求。
這樣一來，新晉CPU研發企業要開發CPU就只能使用不同於x86的指令規範，開發出的產品也就無法運行基於x86規範設計的操作系統和應用軟件。由於x86在個人電腦領域的壟斷地位，其它企業也就很難與英特爾公司正面較量。
IT產業的變革速度超過了大多數人的想象。雖然x86體系在PC產業一直保持着壟斷，但到了最近幾年，這一狀態有了鬆動的跡象。這也爲中國自主CPU的大規模應用創造了條件:
首先，爲非x86體系的CPU開發操作系統和應用程序變得不像從前那麼困難，只要有足夠的需求、資金支持，在一個新的體系上建立一套軟件生態環境，是可以做到的;
其次，英特爾CPU的性能增長速度在最近幾年大大放緩，給了後起之秀追趕的機會。即便國產CPU在性能、功耗等指標上達不到英特爾高端產品的水平，依舊可以滿足一般用戶的需求;
最重要的一點是，政府、國企、軍隊等關鍵領域迫切需要用國產芯片取代進口產品，消除信息安全隱患，並預防可能的貿易封鎖。
近年來，美國多次對國內敏感單位、國營企業簽發出口禁令，更加劇了相關行業、單位對過度依賴進口CPU的憂慮。長遠來看，重要部門、企業在CPU、操作系統等IT產品使用方面實現國產化，是無可爭議的目標。
國產CPU的體系之爭
雖然重要領域換用國產處理器已經是一項亟待完成的任務，但是在具體的實現方式上，中國如今面臨着“選擇困難症”的尷尬。
當年國內研發自主CPU的相關機構在選擇CPU使用的底層指令規範時，因爲誰都無法獲得英特爾的x86授權，因此大家各自選擇了其它的規範體系。
其中，中科院計算所的龍芯使用了名爲MIPS的標準，並在此基礎上發展出了自己的一套規範;江南計算技術研究所的申威芯片選擇了Alpha規範;國防科大的飛騰芯片則最終確定使用了ARM規範。
除了這幾家國家級科研機構外，民營企業中也有佼佼者在進行自主CPU的開發。最典型的是華爲，其正在使用ARM規範開發自己的CPU核心。
最近，上海的兆芯和中科院的曙光相繼同境外企業合作，提出了與外方合作開發x86體系CPU的計劃。
由於x86專利授權的限制，兩家單位無法完全掌握CPU的研發流程，因而在自主性上差於上面提到的單位。但在合作研發的過程中，兆芯和曙光還是能做到避免產品出現後門，並獲得自主生產的決定權。因此這兩家的產品也可以作爲決策部門的備選方案。
綜合下來，現階段國內CPU研發單位選擇的指令體系就存在MIPS、Alpha、ARM、x86四種。爲其中一種體系開發的操作系統、應用軟件無法直接運行在其它體系上，這就成了國內需求方面臨的最大困境。
出於軟件兼容性、便利性和成本等因素考慮，國內市場未來只可能容納一個CPU指令體系，也就必須在現有的幾種方案中做出選擇。一旦選定某個體系並在此基礎上發展出一套軟件生態，其它體系就基本告別大規模應用的可能，頂多在特定領域小範圍部署。
換句話說，決策部門的選擇將直接影響幾大研發單位的市場前景，乃至影響全球CPU市場的產業格局。
誰更適合中國國情?
那麼，國產CPU的幾大備選體系方案各有什麼特點和優劣呢?我們一一來看。
Alpha:申威芯片選擇的Alpha的優勢是，其指令體系的相關專利大都過了保護期，可以自由使用。但問題在於，當前軟件行業對Alpha體系的支持薄弱，如果選擇這一體系，就需要在軟件生態方面投入大量資源進行建設，並需要較長時間來完善。
MIPS:大名鼎鼎的龍芯選擇的是MIPS指令體系，並在此基礎上進行了擴展，發展出了自己的一套標準，完全掌握了指令體系的修改權利，未來根據國內需要進行相應的改進無需再向國外企業尋求授權，因而在自主性方面擁有最佳條件。
不過，龍芯同申威一樣面臨着軟件生態支持薄弱的困境，因此雖然多年來龍芯一直以主流PC市場爲目標，但實際成果不如人意。如果決策部門最終選定龍芯體系，也需要付出很大的代價來建設軟件生態。
ARM:國防科大和華爲都選擇了在智能手機、平板設備中廣泛應用的ARM體系來開發CPU。原因是ARM體系的軟件生態已經相當成熟，未來的發展基本不需要國家的支持。
從全球市場的大趨勢來看，ARM體系也是最有希望和x86體系直接競爭的一方。當然，選擇ARM體系的問題在於，國內機構和單位需要每隔五年向ARM公司購買一次授權，靈活程度上無法與Alpha、MIPS相比。
x86:兆芯和 中科曙光分別與臺灣VIA、美國 AMD合作，計劃推出合作開發的CPU產品。他們的方案的自主程度遠不如以上三種，長遠來看也難以避免被“卡脖子”的風險。
但合作開發意味着國內單位可以直接獲得CPU的原始代碼並檢查其中是否存在後門，因此能滿足關鍵部門基本的信息安全需求。
與此同時，x86體系幾乎沒有軟件兼容方面的問題，可謂“拿來就用”。短期來看，如果相關需求方需要迅速過渡到沒有安全隱患的國產CPU產品上，兆芯和曙光的方案是最現實的選擇。
國產CPU:中國該如何選擇?
顯然，國內的幾支CPU研發力量各自選擇的指令體系都有自己的優點和問題，選擇其中的哪一支都會有對應的成本和風險。
如果需求方面臨的形勢不是那麼迫切，那麼國家大可多等幾年，待各家研發的產品足夠成熟後再作出最終的決定。只是現實情況可能不允許長時間的等待，短期內中國就需要爲進口芯片確定一個國產替代方案，並在此基礎上投入大量資源進行相關的軟件生態體系的建設。
綜合來看，ARM體系是幾種方案中的一個較爲折衷的選擇，既滿足了自主研發的相關要求，又有着成熟的軟件配套資源，很容易發展出一套軟硬件生態滿足政府、國企等單位的辦公PC、服務器等需求。
當然，前提是國內各單位和企業使用ARM指令授權開發真正自主的CPU核心，而不是直接買ARM的CPU核心來製造芯片，那樣和直接進口並沒太大區別。
如果選擇龍芯或申威的自主方案，國家需要迅速確定方向並儘快開始配套軟件生態體系的建設，並大大增加對研發單位的投入，前期付出的代價會比較高昂，但長遠來看，這種選擇能夠徹底擺脫對國外廠商的依賴。
至於兆芯和曙光的合作開發方案，很適合應付眼下的急迫需要，但並不是徹底治本的選擇。
無論中國選擇哪種體系來取代進口CPU，最終都會對全球IT產業格局乃至國際形勢帶來深遠的影響。今天的國產CPU產業已經走到了十字路口，未來將由誰來主導大局、完成在重要領域取代進口處理器的重任，讓我們拭目以待。
(責任編輯：羅伯特)