作者:库叔 

来源:瞭望智库 

5月16日,美国商务部无理地将华为公司列入出口管制黑名单后,已经有众多美国供应商切断了对华为的供货。据路透社报道,Intel、AMD、高通已经停止了对华为PC、服务器和手机芯片的发货;5月22日,ARM公司也宣布切断与华为的所有技术联系,停止对华为未来所有的技术授权支持。

与此同时,5月21日华为董事长任正非在接受各大媒体采访时提到,华为自主CPU已经有能力取代进口高端产品,即便外商断供也不会对华为带来致命伤害。

任正非的回答让关心华为,关心中国科技产业前途的国人松了一口气,但也有很多人产生了好奇心:

华为自主CPU究竟达到了怎样的水平?进口断货对华为终端产品有多大影响?华为自研的“B计划”能否借此机遇,成为全球CPU市场上冉冉升起的新星,乃至有一天与顶尖对手同台竞技?

文 | 王强

编辑 | 蒲海燕 瞭望智库

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外商断供:非致命伤害,但依旧有不同程度的影响


介绍华为自研CPU产品之前,我们先来了解一下华为当前业务对进口CPU的依赖程度。

目前,华为主营业务有通信设备和消费者产品两大事业部。其中,很多通信设备和华为自己的服务器产品会用到Intel、AMD的服务器CPU;消费者产品中,华为的笔记本电脑主要使用Intel的CPU,还有少量型号使用高通的方案;华为的中高端手机主要使用自研的麒麟手机芯片,但麒麟芯片内的CPU与GPU的设计来自于ARM公司的授权,此外还有不少中低端华为手机使用高通的手机芯片方案。

美国商务部禁令发出后,新生产的这些华为设备的CPU就只能使用之前准备的存货。另外,华为的麒麟手机芯片未来也不能再使用ARM的新CPU设计方案。

对于华为的企业服务器产品而言,一段时间内使用存货CPU继续生产问题不大,因为这些产品的操作系统不容易受管制,或者有替代方案;但华为的笔记本业务将在相当长时间内受到影响,原因在于不仅新品无法使用Intel、AMD或高通的最前沿CPU型号,笔记本预装的Windows系统也无法获得微软授权,对产品的竞争力影响非常大。

至于手机芯片,现有的麒麟芯片采用的ARM设计IP都是永久授权,因此不会受ARM断供影响;向高通购买的手机芯片全部可以用麒麟芯片替代,也影响不大。ARM停止授权主要影响未来麒麟的发展路线,下文会做具体分析。

总体而言,外商全面切断对华为的CPU供应和授权,受影响最大的是华为的笔记本业务,其次服务器业务也需要在现有存货消耗殆尽之前找出替代方案。

目前,华为的当务之急就是发展高水平的自研CPU技术,实现服务器、PC、手机各种设备中CPU方案的全面进口替代。

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ARM授权:指令集与核心IP的区别


谈到CPU技术授权,很多人都很难分清华为从ARM获得的两种授权形式的区别。ARM宣布断供后,不少观点认为华为从此就会失去高性能CPU的研发能力,其实这是错误的。

如前所述,华为购买的两种授权分别叫指令集授权和核心IP授权。

所谓核心IP授权,就是华为从ARM购买CPU核心的具体设计方案,包括逻辑代码、技术支持等等。

以华为麒麟980手机芯片为例,其中的CPU部分就是ARM的Cortex-A76、A55核心方案。ARM停止对华为技术授权后,华为未来就不可能获得ARM新一代核心打造下一代芯片了,这就是ARM断供对华为的最大影响。

此外,华为还从ARM获得了永久性的ARMv8指令集授权。所谓指令集授权本质上只是一纸许可,就是华为可以从头开发兼容ARM应用生态环境的CPU方案。

业界最知名的指令集授权案例就是Intel公司对AMD的x86指令集授权,后者基于这些授权就能开发兼容x86生态的CPU。换句话说,获得ARMv8指令集授权后华为就有了自行研发CPU技术,同时保持对现有成熟应用生态兼容的条件。

当初华为获得这一授权的初衷,就是要发展自主知识产权的CPU技术,摆脱对ARM设计方案的依赖。2012年起,华为内部代号“泰山”的自研CPU项目启动,华为就是从那时候开始走上了自主设计CPU的道路。

还有观点认为,华为虽然获得了ARMv8指令集的永久授权,但将来再出现ARMv9等更新指令集后华为还是无法继续更新了。这种说法有一定道理,但未免“想得太多”了。

一方面,考虑到ARMv8指令集是非常成熟的一代设计,技术寿命预期非常漫长。即便将来出现v9版本,短期也难以替代现有的v8指令集生态,意味着华为自研CPU仍然有很长的时间无需考虑兼容问题。

另一方面,考虑到华为已经开始自主发展操作系统和应用生态,未来即便ARM发展新的指令集和生态系统取代v8,华为也有足够的能力维护现有的基于v8的软件生态环境,与ARM分庭抗礼。

更进一步,华为未来还可以使用开源的riscv指令集解决方案,彻底从头打造新的软件系统——无论哪种选择,华为手中可用的好牌都有很多,不足为惧。

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华为自研CPU历史:并非备胎,已提前亮相


在长达6年的研发过程中,华为不仅为泰山项目持续投入大量资金,还从全球招揽了大批顶尖研发人才。长期的大手笔投入最终结出了硕果:

2019年初,泰山项目的第一代成果——自主知识产权的鲲鹏920系列服务器CPU正式面世。

虽然是华为的第一代自研CPU技术,鲲鹏920却有着极为亮眼的表现:

在业界权威的SPEC CPU测试中,鲲鹏920旗舰型号的成绩足以匹敌Intel的顶级服务器CPU,是全球最快的服务器CPU之一;

与此同时,鲲鹏920的能耗依旧控制在了合理水平,性能功耗比指标比对手更为出色。

随着鲲鹏920的诞生,华为也开辟了使用自家CPU的服务器产品线。按照华为原来的计划,鲲鹏系列将在服务器业务中逐渐替代进口的Intel、AMD服务器CPU,并向PC、手机平台发展相应的解决方案。即便没有贸易战,华为自主CPU也极有可能在未来3-5年内全面开花,成为业界举足轻重的力量。

换句话说,华为自研CPU从一开始就不是“备胎”定位,其目的是有朝一日要与Intel、AMD、高通等厂商正面较量。如今美国制裁大棒落下,华为面临危机的同时,却也给自主CPU计划带来了前所未有的机遇。

如今的CPU技术产业中,各种设备平台所使用的技术本质上是相通的。虽然泰山项目第一代产品是服务器CPU,但其使用的CPU核心设计只要简单改动就能用在手机、PC上,各个平台产品的区别主要在于核心数量、工作频率等指标上。

可以说,华为第一代自研CPU设计在PC和手机平台关键的单线程性能指标方面,已相当于业界顶级性能的6成水平。初代设计能有这样的表现已经相当出色了,也能满足大多数用户的需求。

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加速扩张:同时发展配套的操作系统和软件生态


真正影响华为自研CPU全面替代Intel、AMD芯片的最大障碍并不是硬件本身的水平,而是软件层面的生态环境。由于华为自研CPU只兼容ARM指令集,传统上运行在Intel等x86服务器上的操作系统、应用软件都不能支持华为的CPU,这对用户来说是很大的麻烦。

因此,华为在使用自研CPU替代进口方案的同时,需要同时发展配套的操作系统和软件生态——幸运的是,华为对此也早有准备。5月21日华为已经从多个渠道透露,其自行研发的跨服务器、PC和手机的通用操作系统将在年底亮相,同时取代服务器上的Linux、微软Windows和谷歌安卓,使华为彻底摆脱对国外操作系统的依赖。

可以预期,在国家和国人的支持以及国内科技产业的配合下,华为自主操作系统和软件生态会在短时间内发展到相当成熟的水平。这也就扫清了华为自主研发CPU全面推广应用的最大障碍。只要软件生态的问题得到解决,华为自研CPU就有能力全面出击,在各个市场替代进口方案,甚至让华为跻身全球顶尖CPU研发企业的行列。

目前,华为自研鲲鹏920服务器CPU已经正式出货,在服务器端华为已经有了自己的现成解决方案,接下来需要的只是等待对应的生态发展。

在PC和手机市场情况要稍复杂一些。初代鲲鹏CPU的核心要移植到PC和手机平台虽然技术上没有障碍,但还是需要花费最长一年左右的时间;另一方面,考虑到初代核心的一些技术缺陷,华为可能会直接将第二代CPU设计移植到PC和手机平台,等待的时长也不会相差很多。

或者说,消费者在一年以后就有很大概率见到使用华为自研CPU内核的PC、手机产品。虽然届时这些产品在一些技术指标上仍然与业界顶尖水平有一定差距,但至少国内消费市场上这不是什么大问题。

再继续发展下去,华为有能力用两到三年的时间,设计出在各方面指标上都匹敌同期Intel顶级水平的CPU核心来。届时,华为自主操作系统生态也已经欣欣向荣,三年之后同时掌握高水平操作系统与CPU研发两大关键核心技术的华为在全球科技产业的地位将会空前强大。

当然,仅凭华为自己的力量是不可能与整个美国科技霸权长期对抗的。华为自主CPU与自主系统想要最终取得成功,离不开国家、同行和广大国内消费者的持续支持。

一方面,要采取措施为华为保障芯片生产不出问题,支持中芯等芯片制造企业技术快速迭代;国家机关、国企事业单位采购国产芯片替代进口设备的步伐可以进一步加快,同时对华为的自主操作系统生态大力扶持,加快芯片-操作系统的完整自主化解决方案的成熟。

另一方面,国内科技企业也要抛弃幻想,做好艰苦奋斗的准备。以各种方式支持国产CPU与国产操作系统生态的发展和普及,在设备采购、应用开发、底层技术研发等多个维度上扶持国产技术,对抗外部威胁和打压。