终局还是开局?国产CPU第一股之战

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作者:易俊江/丁建宇/杨健楷

编辑:杨健楷

在近年来中美交锋引发的历史性机遇下,国产CPU行业被由上而下牵引着,面临着一个全新的发展环境:大门打开的政府采购市场,闻风而来的ODM工厂,逐渐统一的OS操作系统。

发展环境向好演变,国产CPU捷报频传:龙芯和海光相继通过科创板注册,飞腾引入多家战投加速向资本市场迈进。

远川科技评论一直紧密追踪着国产CPU行业的动态:

2020年11月发布的《谁主沉浮:国产CPU的三大路线之战》一文,将龙芯、海光和飞腾分别归类为自主派、引进派和生态派;当年年底,我们应邀参与了飞腾在天津举办的生态大会,亲身见证了国产CPU茁壮成长的IT生态。

2021年3月发布的《死磕:一颗国产CPU的浮沉样本》一文,以胡伟武的创业之旅为轴,着重回顾了以龙芯为代表的自主派如何一步步迈过荆棘、走向成功之路;当年5月底,我们对龙芯创办人胡伟武做了两个小时的访谈,对国产CPU创业做了全面系统的方法论复盘。

时值国产CPU上市潮,远川科技评论根据招股书、实地走访、过往访谈等资料,试图对国产CPU行业做一个全面的总结。

本文主要分为三个部分:

1.产品应用、财务业绩与原因分析;

2.技术基座的重要性;

3.产业链构建、生态与市场拓展。

01

产品应用、财务业绩与原因分析

首先对比下x86与Arm国产CPU的营收与利润。背靠中科曙光和中电的支持,采用x86架构的海光和采用Arm架构的飞腾在最近三年的营收增长态势相近,但是飞腾的净利润状况要显著优于海光。

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再对比下引进派与自主派的利润数据,能够发现,龙芯一直维持着很好的净利率,尤其在2019、2020年与海光是一正一负的区别。当然到了2021年,龙芯在净利润总额上不及海光,但净利率依然略高。

 

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龙芯的净利润率相对较高,来源于更加均衡的营收结构。2021年,工控类芯片收入增长约70%,占比近25%,这是龙芯区别于其他国产CPU的很关键的一点。

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仅是简单的营收、利润上的分析,还不足以说明真实的经营状况,计算国产CPU至今整个生命周期的投入产出比,才能看出不同技术路线究竟如何:

x86架构的投入是公开数据显示最高的,国内的两大玩家仅购买架构授权和IP等就花了不下5亿美元。此外,根据财报披露,海光2021年关联交易占营业收入比重超过60%,研发费用资本化比例直到2021年上半年依然维持在40%以上,超过一半的研发费用被列入无形资产。

Arm架构在国内的指令集授权费用是一个谜,目前尚无Arm阵营国产CPU公布详尽的财务数据,不好妄加揣测,故不作比较。

采用自主架构的龙芯,在2015年盈亏平衡前总计投入2.5亿元,此后一直维持在盈利状态,是盈利时间最长(七年)的国产CPU,加上2018年前未披露的净利润数据,龙芯的累计净利润总额完全可以达到国内第一梯队,若计算ROI(投入产出比),则是ROI最高的国产CPU公司。

而且,根据公开财务数据,龙芯营收的关联交易占比低于3%,研发支出资本化比例为12.7%,无形资产占总资产比例仅为6%。说明龙芯的盈利质量非常高。

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这说明了龙芯的一个核心优势:没有整机公司控股和扶持,独立性很强,不依靠关联方的赚钱能力最强,但也是龙芯在过去较长一段时间内令人哭笑不得的“劣势”——没有整机公司作为大股东。

简要分析完三大国产CPU公司的财务数据,我们会发现一个有意思的现象。

在国产CPU市场和产业链成熟的背景下,x86和Arm架构同样是获取了大量资本投入、购买现成的架构与IP、借助现有渠道顺势切入,在最近两年的收入和利润总额趋势上增长迅猛,但若算盈利质量和ROI,反而是坚持自主架构、被默认为市场“钱景”不足的龙芯,是财务层面上最健康的、也最可持续的

而不同国产CPU的财务表现,决定于对核心技术的掌控层次和力度。

02

技术基座的重要性

说到核心技术,说到“缺芯少魂”,大家会说“CPU+OS”,但不得不指出,这是浅尝辄止的、教条主义的。发展到现在,产业链分工已经十分完善,做出一个CPU并不困难,以Arm架构为例:

对于一般公司而言,只要有了使用权授权,在加上Arm及安谋科技的本地化IP生态支持,就可以迅速攒出一个CPU,甚至之前被认为难度较大的服务器CPU,现在也扎堆出现了很多创业公司。

可见,在现有成熟架构的技术和生态加持下,造出一颗CPU的难度被大大降低了。

那么,要给CPU配套OS操作系统呢?也不难。仅以操作系统中的浏览器为例,只需要用Chrome核套一个壳就可以了,很多国产OS都是如此。

可见,“CPU+OS”,其实早已不是一件难事。真正难的,是两个核心环节:构成CPU的核心IP模块,连接CPU与OS的基础软件组件。IP模块与基础软件组件的自研与否,在相当程度上决定了研发投入是否健康有效,也决定了产品毛利率与净利率能否经受价格战冲击。

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如龙芯在工控类芯片的毛利率上一直维持在70%以上,便是得益于此。

国内工控领域从硬件到软件都是垂直独立,没有被生态垄断,服务能力要求高,可以说是一个天然的试验场。2013年开始,龙芯凭借自主研发的内核、内存控制器等,逐渐形成了适配工控场景的应用平台,做出了全球一流的图形实时操作系统。也正是在早期积累下的数百个工控项目的经验,使龙芯能够接住最近工控市场国产化的机遇,在收入迅速放量的同时也维持住了相当的毛利率。

IP模块与基础软件组件的重要性,不仅仅体现在财务层面,还体现在战略层面。根据此前对龙芯的访谈,胡伟武这样总结:

自研IP模块的意义在于,在透彻掌握IP核后,一可以更容易实现CPU性能突破,二可以解决购买国外IP核引发的操作系统升级不兼容问题,三可以自由组合、调教IP模块,磨合好细节,充分释放CPU架构潜力。

简单来说,IP模块自研可以让我们在现有的国内工艺节点下,仍然做出媲美市场水平的全自主CPU。

自研基础软件组件的意义在于,只有透彻掌握三大编译器(GCC、LLVM、Golang)和三大虚拟机(Java、JavaScript、.NET),才能牢牢把住生态的命门。

举个最简单的例子,很多事业单位还在用IE浏览器,一般的国产操作系统因为在虚拟机领域投入不足,是没办法做到兼容的。但龙芯作为一家国产CPU厂商推出了兼容IE的龙芯浏览器,这样就可以自行打通并构建起完整的生态,最终使用户受益。

所以,生态不是跟出来的,不是移植复制软件就可以的,而是在掌握基础软件组件后做出来的。

综上,“CPU+OS”并不是核心,“IP模块+基础软件组件”才是核心,我们可以将其称为“技术基座”。“技术基座”是奠定信息化大厦的地基,只有地基打的牢固,往上盖楼才能越盖越高。“技术基座”也是建设信息化大厦的最基本单元,一旦掌握,也就不必或租或买,也不会在付出了昂贵的代价后依然不能掌握发展的主动权。

那么,这个“技术基座”又是如何形成的?

北大的路风教授有一个关于高科技工业的技术能力理论,大意是说,“技术基座”来源于“技术能力”。技术可以买到,但技术能力买不到,技术能力来自于产品开发过程中对核心技术环节的高强度学习。

如果一家国产CPU的研发,没有涉及到“IP模块+基础软件组件”,不管其研发费用有多高,其技术能力、核心竞争力和可持续发展能力都是要大打折扣的。

只引进、学习具体产品形式,不学习原理;只是原样复制产业链环节、不复制能力的产业发展路线,最终会被淘汰。中国的彩电、VCD等产业有大量的失败案例,无不印证了这一点。

纵观国产CPU产业,在已有生态繁荣景象的吸引下,一些参与者是没有必要、没有动力、也没有时间去探索更为深入的“技术基座”的,毕竟市场尚处于跑马圈地阶段。但这不代表就能回避更长远的问题,因为,当CPU架构的定义权掌握在别人手里的时候,问题始终是难以回避的。

03

产业链构建、生态与市场拓展

一些人可能会问,又不是非得有自己的架构,不掌握架构定义权又怎么样?我们以x86和Arm架构为例来探讨一下:

首先是x86架构:

早在成立之初,国内两家CPU公司通过外资合作伙伴绕道取得x86授权,这或许意味着合作的共识是只能在中国市场做生意,不能向外拓展市场,触及他人的利益;去年年底,英特尔将威盛旗下x86处理器研发子公司 Centaur Technology 部分开发部门收入囊中;今年2月,英特尔宣布将开放x86内核授权,以吸引客户前来代工;并且还要收购以色列晶圆代工厂高塔半导体。

英特尔这一系列动作影响深远,说明不掌握架构定义权,授权取决于他人,变数大。架构所有者的任何产品、股权和战略上的变动,都会对该架构的使用者产生连带影响。

英特尔发展代工,看起来和x86国产CPU没有关系,但其实影响深远。实际上,造x86 CPU变得更加容易了,市面上将来会出现大量中低端产品,竞争更加激烈,那当初高价获得授权的意义又何在?

再看Arm架构:

在市场范围上,Arm比x86要好一些,但Arm在俄乌冲突中宣布断供俄罗斯,最近英国政府进一步加码,拟禁止俄厂商获得架构授权。在资本结构上,Arm在创始人离休后股权结构不稳定,已经成为国外资本眼中的肥肉,资本方的动作会对中国市场产生影响,如最近的安谋内斗,使一些观察者质疑Arm是否还要继续之前的本地化研发政策。最后,比较容易被人忽略的一点,Arm作为一个以架构和专利许可商业模式立足的公司,对于其授权的企业,是有权审计并要求提供各类信息的,至于审计权限,则视Arm背后的商业和资本利益而定。

接下来我们探讨下自主架构。坚持自主架构,也就是完全掌握架构定义权,相信会引发大家一连串更加疑惑的问题:国产自主的怎么发展起来生态?怎么在经济性和易用性上与别人PK?能开拓更大的市场么?

要回答这一系列问题,我们不妨看一下Arm架构的成功经验。

很早以前,Arm架构其实比不上MIPS,因为在处理器核技术上不够先进,起先MIPS的客户要更多更好。后来高通要选一个架构研发CPU,MIPS自恃技术高深爱搭不理,Arm则是很努力地争取,让利很大。最后的结果大家都知道了,高通在手机市场攻城略地,手机CPU尽是Arm的地盘。

可以看出,生态不是一日建成的,市场不是天上掉下来的。一个新生架构的崛起,往往开始于一个不为人所注意的市场。

龙芯作为坚持全自主架构的国产CPU玩家,在一些门槛较高、难度较大的核心市场已站稳脚跟。在党政内网市场,龙芯的市场份额居于统治地位;电力、石油、轨交等关键工控市场也成为龙芯的根据地,近两年一些特定行业收入实现成倍增长。

当然,外界对龙芯LoongArch架构的真实地位有一些疑问。但实际上,LoongArch已获得国际开源社区的认可,并拿到了CPU架构的身份证——由GNU组织颁发的ELF machine码,编号为258,从而与x86、Arm架构并列,真正掌握了架构的定义权。

龙芯掌握LoongArch架构的定义权,对其长远发展意义重大:

一,掌握定义权意味着,规则由自己制定,龙芯可以自主决定是否接受他人提交的补丁,发展权也就紧紧攥在自己手中。而如果是沿用已有架构,则受制于人。

二,可以在全球范围内进行IP授权,进一步完善龙芯生态,这是具有独特意义的。相较之下,x86和ARM兼容的国产CPU即使芯片销售也可能根据授权协议有地域和领域的限制,更不用说对外进行IP授权了。

同时,用其他架构面临一个现实的问题:在地缘政治趋于紧张的背景下,外资厂商往往不愿意给最新的架构,或对最新架构的授权模棱两可。授权x86的AMD需要遵守日益严格的美国法律;Arm公司则对最新推出的V9架构授权不置可否,若是之后每一代新的架构授权都有延迟或根本没有,中国厂商便不能定制最新的处理器核IP,而只能购买设计好的IP做芯片,这无疑会部分削弱市场竞争力。

三,就架构本身而言,借助开源社区的认可,龙芯能够吸纳全球智慧,不断精进架构。一旦两年后龙芯做好准备向全球免费全部开放LoongArch架构,正反馈更会加速。例如,LoongArch成为.NET支持的唯三架构之一。.NET是微软旗下用于构建多种服务器应用的开源平台,有了.NET支持,龙芯的软件生态得以进一步完善。

如果只有自主架构,那还不够。因为这只解决了CPU的问题,但要组成一块主板,必然少不了GPU、时钟芯片等周边配套芯片,这些芯片自己做不了,就只能高价外购,这样一来即使CPU不要钱,主板上其他器件加起来依然价格不菲。

不同于一些国产CPU已经出现的价格战趋势,龙芯追求的不是单颗芯片的性价比,而是整机系统的性价比。因此,龙芯推出了自己的GPU/桥片/电源和时钟芯片,还有各种接口,做齐了一块主板的配套芯片。

基于强大的技术实力,龙芯有了更大胆的尝试:砍掉一些环节,重构产业链!胡伟武将其称为充满颠覆意味的硅谷模式”

首先是团结ODM厂商虽然龙芯具备做主板的能力,但不具备比较优势,需要扶持发展一些ODM厂商。

比如,珠三角地区有很多焊接厂,他们只做代工,没有自己的产品,技术含量不高,附加值也低。于是,龙芯提供操作系统,教他们如何制造自己的主板产品。如此一来,他们做每块主板,能够获得几倍于代工的利润,也就愿意与龙芯紧密绑定。产能上去了,产业链成本也就降下来了。

其次,在山西长治、浙江金华等发展IT产业意愿极强的地市,建立以龙芯为核心的产业集群。龙芯获得地方政府的全力信任,在拿下一个地市全部换机需求的同时,也主导上下游产业链在当地生根发芽,自然形成配套。

因此,自主架构CPU是大有可为的,龙芯的实践趟出了一条市场之路。市场的发育按照顺序是这样的:

在掌握了架构定义权后,龙芯生态的建设速度加快,对于一般用户的吸引力增强;此时,龙芯凭借自研周边芯片大大降低整机生产成本,并将主板制造环节创造性地交给珠三角代工厂商,减少产业链的环节,以达到提升产能的目的;随着龙芯推行试点的地市越多,那些跟着龙芯赚到钱的产业链参与者自发地到各地设点,也就能消化每个市场的需求。

那么,按照龙芯的节奏来,国产CPU的市场前景,就远远不只是政策性市场,而是开放市场的更大份额。对于接下来两三年的开放性市场拓展,龙芯有三个重点:

一:工控。这里指的是比较低端的民用市场,如智能门锁、跑步机等。龙芯提供基于芯片的解决方案,鼓励智能门锁等企业自己生产,或扶持小规模的ODM企业代工电路板。这一市场对标的是兆易创新的消费级MCU,但减少了产业链的环节和成本,潜力巨大。

二:教育。这是一个每年数百万台出货的庞大市场,当然也是国产CPU通往开放市场最重要的桥梁。龙芯尤其重视在中小学信息技术教学当中的应用,凭借较x86、Arm更优的编程环境进入编程课堂,既逐步向教师、家庭群体渗透,又培养未来习惯使用LoongArch架构的工程师。

三:云服务器。随着互联网大厂日益成为服务器市场的主流用户,白牌服务器预计会占到整个市场的1/3。其特点是:第一,应用比较固定第一;第二,不需要特别强的生态。因此,只要能把性价比做高,就能打进市场。龙芯作为CPU原厂控制服务器成本,主攻应用固定、服务集中的客户,用重构产业链的方式再新开辟一个全新的市场。

可以看出,龙芯的市场策略是比较有想象力的,也是比较注重利用市场主体的力量的。相比之下,x86和Arm的国产CPU其实更需要充分利用好手头的资源。

海光背靠曙光,就势切入服务器市场是比较容易的,在三大运营商的中标记录可以说明这一点。

飞腾身处中电的“PKS”体系,大股东长城在体系内有相当的影响力,天津的信创产业链也初步形成气候。因而,飞腾充分发挥央企的技术、渠道资源,已经可以有很好的增长,加强Arm生态建设,向重点行业进行更多拓展,是接下来的重点。

04

尾声

我国目前的国产CPU大战,有些类似美国上个世纪八九十年代轰轰烈烈的CPU大战,参与的公司数量之多,令人眼花缭乱。

不同的是,我国目前的国产CPU大战,目前只能看到一家自主CPU架构。而美国的CPU大战,可是MIPS、Alpha、x86、Sparc等多个原创CPU架构的混战。

美国的CPU大战,培养了大批对原创架构理解深刻、具备多层次IT系统能力的人才。比如硅谷大名鼎鼎的芯片架构设计师Jim Keller,先后在DEC、AMD、SiByte从事研发工作,他使用过的芯片架构,就包括了Alpha、x86和MIPS。等到2008年他进入苹果,随后开发出A系列芯片,一炮走红。

所以,美国IT系统保持活力和霸主地位的关键,不是因为其拥有x86架构的所有权,也不是因为苹果公司强大的芯片设计能力,而是那些掌握了架构定义能力的领导者与工程师群体。他们亲身参与了一个架构从无到有、从发展到消亡或壮大的过程,也就能够在反复权衡后,设计出地表最强的CPU。

那么,中国的国产CPU产业,是多一些得到国际认可的原创架构好,还是跟着别人已经设计好、培养好的架构走?

因为中国市场实在庞大,民用市场存在大量的沿用成熟架构的机器,用现成架构、做好备份、做大市场,当然没错。

但是,坚定地做大自己的架构,更有意义。

高技术行业各类专业人才的密度,决定了组织的未来,进而决定了其所处商业环境的成熟度与高度。如果中国从事CPU核心IP模块设计、基础软件组件的人,始终只能从龙芯这样的公司培养出来,IT系统便无法走向成熟和稳定,也无法向上攫取更多的超额利润。

假以时日,有越来越多像龙芯一样的自主架构公司,中国也就不用为用哪个架构烦恼了,因为我们可以设计自己的架构。

此外,由政策主导创造出来的国产CPU产业链,注定可以培植出几个年营收几十亿的公司,但如果仅止于此的话,未免代价太大。大力发展一个自主架构,在为技术自主、自立、自强赢得更多话语权同时,也可以成为我国参与国际政治博弈的一个有力工具。

龙芯已将出海计划提上日程并取得了一定进展,目标是帮助他们打造自己的整机企业。如果顺利推进,则龙芯不仅能实现国产CPU出海,还将逐步把重构产业链的方法输出到全球。

最后,国产CPU登陆资本市场,是终局,但也可以是开局。

无论股价如何,那些具备技术能力、坚持自主创新的国产CPU玩家,都将逐渐占据更多的公开市场份额。对于引进派CPU来说,上市可能就是目标,是终局。但对于以建立自有生态为目标的龙芯来说,上市只是新征程的开始,是开局。

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