中国微处理器(CPU)技术的进展.pdf

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1、 中国微处理器（CPU）技术的进展 一 微处理器技术现状和发展趋势 目前国际上微处理器的发展出现一些明显的趋势。一是研制微处理器的公司在市场的洗牌中越来越集中到少数几家，早期的 DEC、SGI、HP 等微处理器研制企业已经从微处理器的市场竞争中退出，IBM 和 SUN 公司的市场份额在萎缩，Intel 和 AMD 的 X86 微处理器有一家独大的趋势。二是单处理器性能的继续提高在主频、结构和功耗等方面都碰到了明显的障碍，微处理器厂商纷纷推出多核结构的微处理器，多核成为微处理器发展的主流，摩尔定律的发展表现为芯片上处理器核的数目每 23 年翻一番。三是微处理器集成度不断提升，集成在微处理器上的功

2、能越来越多，集成的功能模块包括北桥、南桥、显卡和网卡等，处理器芯片由原先的微处理器发展到系统芯片（SOC），并最终发展成“片上计算机”。四是微处理器厂商开始从单纯追求高性能，转向追求能耗有效性下的高性能以及适度性能的低功耗，性能功耗比成为衡量微处理器的一个重要指标。（一）国际主流厂商的微处理器发展现状 国外微处理器厂商主要包括 IBM、Intel、AMD 和 ARM 公司。下面分析各公司的主要产品和发展现状。IBM 公司的微处理器主要为 Power 系列处理器，用于其高性能服务器和高性能计算机。IBM于 2001 年发布了双核的 Power4，片内集成两个超标量的类 Power3 处理器核。2

3、004 年 IBM发布了 Power5 双核同时多线程微处理器。2007 年 IBM 发布了双核的 Power6，采用 65nm SOI 工艺，主频高达 46GHz。2010 年 IBM 推出 Power7 八核处理器，采用 45nm 工艺，每个核支持四个线程，每个处理器核的性能达到32GFlops。Intel 公司的微处理器主要包括安腾和 X86 系列，其中安腾系列用于服务器，X86 系列用于桌面和服务器。2008 年 Intel 发布了四核的安腾处理器 Tukwila。2006 年 Intel 推出了基于 Core 构架的 X86 处理器 Conroe。2008 年 Intel 推出基于

4、Nehalem 结构的四核处理器。2009 年 Intel 公布了基于 Nehalem 结构的八核至强处理器。2009 年底 Intel 推出了把 CPU和 GPU 封装在一起的多核处理器（Core i7），其中 CPU 采用 32nm 工艺。2012 年 Intel 将推出采用 22nm 工艺的 816 核 Sandy bridge 处理器。另外，针对低成本电脑和移动计算领域的应用，2008 年 Intel 推出了 Atom 微处理器，主要用于移动网络设备、低成本电脑。AMD 公司于 2007 年推出基于 K10 结构的四核处理器 Barcelona，2009 年下半年推出代号为Istanb

5、ul 的六核 45 纳米 Opteron 处理器。AMD 将于 2011 年推出 1216 核的 Interlagos 处理器，以及集成处理器核和图形显示核心的融合加速处理器 Fusion。另外，在移动计算和低成本电脑领域，AMD 推出了 Bobcat 处理器。ARM 公司的产品是处理器 IP 核，其主要业务是通过设计出高效的 IP 核，授权给半导体公司使用。ARM 的产品包括 ARM7、ARM9、ARM10、ARM11 和 Cortex 系列等。ARM 系列产品占据了32 位嵌入式处理器 75%的比例，在手机等移动终端领域更是处于垄断地位。2009 年 ARM 推出 Cortex A8 以及

6、多核的 Cortex A9，采用超标量和乱序执行技术，主频可以达到 12GHz，开始主攻上网本和高端消费类电子市场。（二）微处理器工艺和材料技术发展趋势 据 2009 年国际半导体技术发展路线图（ITRS），未来 10 年集成电路在晶体管尺寸方面仍将按摩尔定律发展，并在 2020 年左右遭遇物理极限。据预测 2012 年将采用 22 纳米的工艺，2015 年将采用 17 纳米的工艺，2017 年将采用 14 纳米的工艺，2020 年将采用 10 纳米的工艺。2013 年高性能微处理器芯片上可集成的晶体管将超过88 亿个，片上局部时钟频率将达到 7.3GHz；2020 年高性能微处理器芯片上可集

7、成的晶体管将超过353 亿个，片上局部时钟频率将达到 16GHz。工艺发展到纳米级时，晶体管的工作电压难以再线性降低，连线延迟成为主要的电路延迟，漏电功耗随着晶体管阀值电压的降低而指数增长。器件特性的变化和功耗密度的持续攀升成为对包括微处理器在内的芯片设计的重要挑战。通过采用新技术和新工艺来克服这些困难可以延续摩尔定律。65 纳米制造工艺采用了多项新技术和新工艺，包括应变硅、绝缘硅、铜互连技术、低 K 介电材料等。最近 45 纳米和 32 纳米工艺采用高 k 介质和金属栅材料的技术是晶体管工艺技术的又一个重要突破。这种技术打开了通往特征尺寸22 纳米工艺的通路。工艺尺寸的缩小和晶体管数量的增加

8、也依赖于刻蚀技术的进步。目前使用的可见光光刻技术已经达到物理极限，极远紫外线光刻是其替代技术。浸没式光刻技术与现有的光刻技术兼容性好，工艺和装备变动不大，许多公司开始采用浸没式光刻技术。在过去的 40 多年中，半导体工业的发展突破了一个又一个看似不可能跨越的瓶颈，神奇地遵循着摩尔定律，这一切都得益于生产技术的不断进步。可以预计在未来10 年各种新工艺和新材料将会继续促进半导体工业的发展。（三）微处理器结构发展趋势 目前，微处理器结构正越来越向两条技术路线集中。一方面，面向服务器和高性能计算机的多核处理器性能还需要进一步提高，云计算的兴起给多核处理器带来新机遇的同时也提出了新要求。另一方面，面向

9、个人电脑和终端类应用的微处理器在性能适用的前提下不断降低成本和功耗并融合新的功能。在高性能处理器方面，在 20 世纪初微处理器遭遇功耗瓶颈，使得单核结构不能继续延续高主频和高复杂设计，导致多核结构的出现；而随着片内处理性能的进一步提高以及 IO 带宽的有限增加，导致结合一定领域需求的 XPU 开始盛行，处理器核加向量处理器（VPU）和图形处理器（GPU）等属于这类结构。上述从单核向多核的转变以及从 CPU 向 XPU 的转变其本质都是在物理实现技术的限制下，为了提高性能而牺牲微处理器的通用性和可编程性。多核（几个到几十个核）和众核结构（几百或更多核）已经成为微处理器的主流结构。在多核处理器方面

10、，桌面处理器一般集成 28 个超标量处理器核，服务器的处理器将集成越来越多的处理器核，几年内将达到 16 个处理器核以上；面向高吞吐应用（如网络和媒体应用）的处理器集成的处理器核可能更多。众核芯片通常适用特定的应用领域，如生物计算、虚拟现实、模式匹配、搜索、生物特征识别、图形处理和机器学习等。多核和众核结构的主要研究内容包括：多核和众核的拓扑结构研究，处理器核之间的通信机制研究，片上 Cache一致性协议的研究，线程的管理机制研究等。随着微处理器的处理能力进一步提高，处理器的带宽越来越成为影响其性能的瓶颈。由于处理器的引脚个数以及每个引脚的传输速率不可能像处理器运算能力一样指数增加，处理器越来

11、越成为“茶壶里煮饺子”的怪物。为了在有限带宽下不断提高微处理器的性能，结合特定高性能应用采用固定数据通路的 XPU 开始盛行。近几年 GPU 的兴起实际上就是针对有些对带宽要求不是很高的应用进行专门的设计以提高性能。有些处理器则通过增加 SIMD 结构的向量部件来提高性能，如 Intel 最新的 AVX（Advanced Vector eXtension）指令系统结构可以采用 256 位通路同时进行 4 个 64 位或 8 个 32 位的运算。还有的 XPU 会采用异构结构或可重构结构，即在处理器中集成若干个不同的处理器核，有的计算能力比较强（称为粗粒度核），有的计算能力比较弱（称为细粒度核）

12、，分别适用于不同类型应用，通过多个处理器的重构来应对不同的应用。当前面向高性能计算的处理器已经实现了片上千亿次计算能力，五年之内片上万亿次计算的处理器将成为国际高性能计算市场的主流。在面向个人电脑和终端类应用的微处理器方面，随着云计算的兴起以及三网融合的加速，个人计算机用的微处理器将从一味追求高性能向理性地追求适用性能下的低成本和低功耗发展，在单片内融合多种功能也是这类微处理器的发展趋势。未来集成在微处理器上的功能越来越多。一方面，通过把 CPU、GPU 以及南北桥的功能集成在单片上来降低成本和功耗，简化设计和降低整个系统的成本；另一方面，计算机、通信和消费类电子产品的互联互通，是未来信息产业

13、发展的大趋势，它包括设备内部 3C 融合和设备之间的互联互通。手机的功能越来越强，变成一个具备网络和多媒体功能的智能电脑终端；笔记本电脑也越来越便携，将具备手机的功能；数字电视除了传统的电视功能外，还将可以用于上网。二 中国微处理器技术的发展状况（一）国内制造和工艺发展现状 我国已初步形成设计、芯片制造和封测三业并举、协调发展的格局。半导体设备材料的研发和生产能力不断增强。在设备方面，90 纳米等离子刻蚀机和大角度等离子注入机等设备研发成功，并投入生产线使用。在材料方面，已研发出12 英寸硅单晶，硅晶圆和光刻胶的国内生产和供应能力不断增强。技术创新能力与国外先进水平之间的差距不断缩小。从最初的

14、 3 英寸生产线，发展到目前的 12 英寸生产线，IC 制造工艺向深亚微米挺进，研发了不少工艺模块，先进加工工艺已达到65nm。封装测试水平从低端迈向中高端，在 SOP、PGA、BGA、FC 和 CSP 以及 SiP 等先进封装形式的开发和生产方面取得了显著成绩。制造代工企业融入全球产业竞争，涌现出中芯国际、华虹NEC、宏力半导体、和舰科技、台积电（上海）、上海先进等 IC 制造代工企业。这些企业纷纷进入国际市场，融入全球产业竞争。中芯国际是世界领先的芯片代工企业之一，是国内规模最大、技术最先进的芯片代工企业。中芯国际在上海、北京、天津、成都建有3 座 12 英寸工厂和 4 座 8 英寸工厂和

15、 1 座封装测试厂。中芯国际提供 0.35 微米、0.25 微米、0.18 微米、90 纳米、65 纳米和 45 纳米工艺设计和制造服务，包括逻辑电路、混合信号/CMOS 射频电路、高压电路、系统级芯片、动态存储器、闪存存储器等。中芯国际已经获得IBM 授权的 45 纳米 CMOS 逻辑技术平台，是国内第一家提供最先进 45 纳米制程的芯片代工厂。上海宏力半导体也是一家从事集成电路制造的专业代工企业，已建成3 座 12 英寸规格的厂房。宏力半导体能提供包含通用、低压、低功耗工艺在内的0.25/0.18/0.15微米的各种逻辑工艺技术平台。宏力半导体正在开发0.13 微米/0.11 微米铝金属连

16、线逻辑工艺，可满足低速、低成本的 0.13 微米产品的应用需求。（二）中国微处理器发展现状 通过“十五”和“十一五”期间的发展，在国家的大力支持下，我国在微处理器设计方面已经有了一定的基础，在微处理器研制方面取得了群体性发展。在单核处理器的研发方面达到世界先进水平，并快速切入多核处理器的研发。研制出多款通用微处理器和嵌入式微处理器，包括中科院的“龙芯”、上海高性能集成电路设计中心的“申威”、国防科大的“飞腾”、北京大学的“众志”，苏州国芯的“C*Core”等。有的处理器在结构设计方面已经达到国际先进水平，例如采用超标量技术和多核技术等，在应用推广和产业化方面也进行了有益的尝试并取得了可喜的进展

17、，但总体上国产微处理器产品还缺乏国际竞争力。龙芯系列 CPU。中国科学院计算技术研究所于 2001 年初开始研制龙芯系列处理器，在过去的九年中，龙芯的研发取得了持续的进展。2002 年 8 月研制成功的龙芯 1 号是国内第一款32 位通用 CPU，2003 年 10 月研发成功的龙芯 2 号是国内第一款 64 位通用 CPU。此后经过持续改进和优化，2007 年研发成功的龙芯 2F 性能达到世界先进水平，产品具有初步的国际市场竞争力。2008 年设计的龙芯 2G 和龙芯 3 号，核心技术取得进一步突破，产品竞争力进一步提高，在具体应用上具有明显的比较优势。目前龙芯处理器已经形成面向嵌入式应用的

18、龙芯 1 号系列，面向高端嵌入式和桌面应用的龙芯 2 号系列，面向服务器和高性能计算机应用的龙芯 3 号系列等三大系列 CPU。龙芯 2 号系列主要面向电脑类应用。其中龙芯 2F 采用 90nm 工艺，片内集成四发射 64 位处理器核、一级指令/数据缓存各 64KB、二级缓存 512KB 以及 DDR2 内存控制器、PCI 控制器等，晶体管数目为 5100 万，主频为 800MHz；目前龙芯 2F 已经量产。龙芯 2G 使用 65nm 工艺，片内集成四发射 64 位处理器核、一级指令/数据缓存各 64KB、二级 Cache1MB 以及DDR2/3 内存控制器、HyperTranport 控制器

19、和其他接口；目前龙芯 2G 已经流片成功。龙芯2H 采用 65nm 工艺，片内集成四发射 64 位处理器核、一级指令/数据缓存各 64KB、二级Cache1MB、流媒体处理、图形图像处理以及南桥北桥等配套芯片组功能，为低成本电脑提供现单片解决方案；龙芯 2H 将于 2010 年流片。龙芯 3 号多核 CPU 系列主要面向高性能计算机和服务器应用。其中龙芯 3A 采用 65 纳米CMOS 工艺设计，片内集成了 4 个四发射 64 位处理器核和 4MB 二级 Cachel，主频达到1GHz，功耗小于 15W，峰值性能达到每秒 160 亿次浮点运算，片上包含 4.25 亿个晶体管；龙芯 3A 已经于

20、 2009 年流片成功。龙芯 3B 采用 65nm 工艺设计，主频为 1GHz，片内集成 8个带向量扩展的超标量处理器核，片内双精度浮点运算速度达到每秒 1280 亿次，适用于高性能计算和数字信号处理等应用；龙芯 3B 已于 2010 年 3 月流片。龙芯 3C 将采用 32nm 工艺设计，主频为 1.5GHz，片内集成 16 个 64 位超标量向量处理器核，片内双精度浮点运算速度达到每秒 3840 亿次；龙芯 3C 将于 2011 年流片。龙芯在产业化方面也进行了有益的探索。龙芯处理器在航天控制、信号处理、指挥控制、网络安全、安全保密电脑等领域得到初步应用；龙芯低成本电脑进行了十万套规模的试

21、点；基于龙芯 3 号的高性能机和服务器具有很好的市场前景；龙芯 CPU 在包括工业控制、网络安全、消费类电子等方面的应用逐步展开；大量骨干企业参与到龙芯的应用和产业化中，产学研用结合的产业环境初步形成。中国科学院正在与北京市合作成立龙芯 CPU 研发和产业化的骨干企业，实现从研发向产业的转移，建立“以企业为主体、市场为导向、产学研结合”的龙芯研发和产业化体系。产业化实体的成立对加快龙芯国产 CPU 产业化与市场化进程，进一步整合资源，完善国产软硬件自主创新产业链具有重要意义。申威系列 CPU。上海高性能集成电路设计中心隶属于上海市科学技术委员会，是工业和信息化部认定的集成电路设计企业。主要业务

22、是开展集成电路设计技术研究，研发具有自主知识产权的国产 CPU，推进科研成果产业化。“十一五”期间采用国内 0.13 微米工艺和全定制设计方法，设计并生产出国产 64 位高性能通用 CPU申威 1，该芯片工作频率达到 1GHz 以上，峰值速度为每秒 50 亿次浮点运算，在高性能计算领域实现了批量应用。目前，中心开始研制新一代 64 位通用多核处理器，该芯片为 RISC 结构，集成多种标准接口，使用 65 纳米工艺实现，具有集成度高、结构复杂、指标先进等显著特点。飞腾系列 CPU。国防科学技术大学计算机学院坚持“军民结合、寓军于民”的战略方针，在国产高性能通用微处理器与军用微处理器设计领域具有雄

23、厚的技术基础和丰富的科研成果。在军用微处理器研制方面，成功研制了飞腾 1750 微处理器芯片、飞腾 586 微处理器芯片（FT-586）以及飞腾 DSP 系列芯片。飞腾 1750 微处理器芯片是“XX 工程”的主控芯片，打破了国外的技术封锁。飞腾 586 处理器采用全定制设计，工作频率 300MHz，芯片可靠性达到军标 B 级，是国内性能最高的军品级微处理器，已在多个军事装备中得到应用，对提升我国军品 CPU 自主保障能力、打破国际封锁、推进军队信息化建设具有重大意义。在通用高性能处理器研制方面，先后研制了飞腾 64-1、飞腾 64-2、飞腾 64-3 和飞腾 1000等系列高性能通用 64

24、位微处理器芯片。其中飞腾 64-1 采用 EPIC 体系结构。飞腾 64-2 芯片是国际上第一款用于科学计算的 64 位流处理器芯片，采用先进的流处理体系结构，作为科学计算加速芯片装备在最新一代银河并行计算机系统中。飞腾 64-3 采用异构多核体系结构，将应用于新一代银河巨型计算机系统中。飞腾 1000 芯片采用多核多线程 SOC 体系结构，兼容 SPARC V9 指令集，片上集成了 8 个处理核，可同时执行 64 个线程，芯片工作频率1GHz，功耗小于 30W，适用于构建大规模并行科学计算、数据库事务处理、Web 服务等服务器系统，即将在高性能计算机、军用自主服务器和终端系统等多个领域推广应

25、用。飞腾1500 芯片将在 2011 年推出，集成更多处理核心和更高的多线程并行能力，支持 SIMD 多路并行浮点操作，工作频率 1.5GHz，将用于构建全国产化千万亿次高性能计算机系统。北大众志 CPU。北京大学于 1995 年在自主 CPU 和基础软件等方面开展系统性的研发工作。1999 年研制成功中国第一套支持微处理器正向开发的软硬件协同设计平台和基于自主指令系统标准的 16 位 CPU，2000 年研制成功支持 16 位/32 位指令系统的 UniCore-1 CPU 及信息家电示范系统，2003 年基于北大众志-863 CPU 系统芯片的网络计算机进入市场，2006 年采用 0.13

26、 微米工艺的北大众志 CPU 系统芯片设计完成，CPU 核的典型工作频率超过 600MHz。为推进北大众志自主 CPU 的产业化，2002 年成立北京北大众志微系统科技有限责任公司。北大众志公司在 2006 年正式启动了“超 K 计划自主核心技术的千元电脑”，2009 年推出了“超 K 计划”的第一代系统芯片 PKUnity-3（SK）是目前国际上为数极少的可提供“单芯片个人计算机”主板解决方案的系统芯片。采用北大众志 PKUnity-3 自主 CPU 的安全适用计算机已批量上市。C*Core 系列 CPU 核。C*Core 系列 32 位 CPU 核是苏州国芯科技有限公司的产品。该公司接受摩

27、托罗拉公司的低功耗、高性能 32 位 RISC 嵌入式微处理器 M*Core 技术，以此为基础自主研发了具有自主知识产权的 C*Core 系列 32 位微处理器核。C*Core 32 位 CPU 系列提供了工业领先的低功耗嵌入式处理器，具有高性能、高代码密度、快速中断响应、灵活性高、面积小、低成本的特点。C*Core CPU 架构以及指令集针对功耗设计做了优化，并且具有嵌入式应用方面所需的高计算性能。目前已有 CPU 核最高主频 300500MHz，总体性能与 ARM7 和ARM9 相当，正在研制主频达到 600800MHz 的 C600/700 和主频达到 800MHz1.2GHz 的C80

28、0/900 系列，该 CPU 采用超标量双发射架构，主要针对更高性能及性价比的中高端嵌入式应用，其总体性能与 ARM11 相当。基于 C*Core 的 SOC 产品已累计开发数十款，量产达5000 万颗以上。（三）提高我国微处理器竞争力所需的关键技术 提高我国微处理器竞争力所需的关键技术包括以下几个方面。1.CPU 结构设计技术：针对应用需求，结合 CPU、图形图像处理器、向量处理器、阵列处理器和可重构处理器特点，创新高性能多核CPU 架构，解决“存储器墙”、“通信墙”问题，提升高性能计算和数据处理的吞吐率；融合CPU、GPU 和流媒体处理和网络化应用特点，形成有特色、面向三网融合的新型 SO

29、C 架构，在性能适用的前提下降低成本和功耗。2.编译优化和编程模型技术：针对自主 CPU，形成高效的编译系统，提升国产 CPU 的使用效能；结合操作系统和编译器等基础软件，开发新型编程模型，发挥高性能 CPU 的效能，解决“编程墙”问题。3.高时钟频率设计技术：根据自主 CPU 的特点，与芯片制造密切合作，结合 CPU 的特殊要求优化工艺参数，获取最佳性能及成品率；突破与工艺密切结合的全定制设计技术，挖掘工艺性能，提升高性能 CPU 的设计能力，从而提高 CPU 的工作频率。4.高 IO 带宽设计技术：在微处理器引脚有限的情况下，克服纳米级工艺带来的困难，设计高速 IO 接口，增大微处理器的接

30、口带宽，缓解“带宽墙”问题；通过 3D 封装以及光互连等新技术解决“带宽墙”问题。5.低功耗设计技术：在高性能 CPU 的研发全过程中，采用不同层次的低功耗设计策略和低功耗管理措施，降低高性能 CPU 功耗与运行功耗，提升能效比。6.高复杂度系统的验证测试技术：突破高性能多核 CPU 以及复杂 SOC 的验证、测试以及设计分析与评估技术，形成适合自主 CPU 研发的流程和方法，缩短研制周期，提高成功率。（四）国家相关政策措施 中国政府正在实施“工业化与信息化融合”的发展战略，信息产业已经成为中国国民经济的支柱和先导产业。发展集成电路产业已经成为我国发展经济的战略性部署。国家对发展集成电路产业一

31、直非常重视，国务院于2000 年发布实施 18 号文件鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策，目前正在讨论和制定该项政策的后续政策。“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”、“极大规模集成电路制造设备及成套工艺”已作为重大专项列入国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020）并进入实施阶段，发展国产微处理器是国家重大专项支持的重要研究内容。国家科技部已经将发展我国微处理器技术的基础研究和高技术开发列入国家973 计划和国家 863 计划中进行支持。国家自然科学基金委员会也支持了微处理器技术方面的基础研究。国家十大重点产业振兴规划之一的电子信息产业调整和振兴规划（20092011）中

32、，明确提出要增强我国计算机产业竞争力，重点推广基于我国自主微处理器的计算机产品。三 中国微处理器发展面临的挑战和机遇 国外微处理器厂商经过几十年的积累，在技术和市场上占据领先地位，形成了技术壁垒和市场壁垒，这对中国微处理器发展形成很大挑战。例如美国Intel 公司和微软公司联盟，形成“Wintel”体系，在个人电脑领域制定技术标准，形成了技术壁垒。Intel 公司不允许其他公司生产 X86 指令集处理器（AMD 公司和 VIA 公司除外），以保证该公司占据个人电脑领域的大部分市场份额。另外，Intel 公司拥有世界上最先进的半导体生产线，微处理器的设计和工艺能够紧密结合，而对于国内微处理器的研

33、制单位而言，微处理器设计与半导体工艺的结合是其薄弱环节，这对设计高性能微处理器是不利的。国外微处理器厂商占据着大部分市场份额，基于国外微处理器已经建立起庞大的产业体系和产业环境，形成了高市场壁垒。美国 Intel 和 AMD 公司生产 X86 指令集的处理器，垄断着桌面电脑、笔记本电脑市场，并且在服务器和高性能计算机市场上也有出色表现；美国 IBM 公司的 Power 系列主要占据服务器和高性能计算机等高端市场；基于英国 ARM 公司处理器核的微处理器在嵌入式市场尤其是网络和通信市场上占主导地位。国外微处理器厂商已经建立起庞大的产业体系，许多国内计算机软件企业、整机企业、系统集成企业在该产业体

34、系中占据一定的位置，获得相应的利益。国产微处理器要打破市场壁垒，建设基于国产微处理器的产业体系和产业环境，这是个很大的挑战。尽管面临很大的挑战，中国微处理器发展也面临难得的机遇。首先，国外微处理器厂商的技术发展速度已经放慢，我国微处理器厂商可以加速发展迎头赶上。从工艺角度来看，集成电路发展变缓，芯片上集成的晶体管数目由原来的每 18 个月翻一番，变成每 23 年翻一番；从结构上看，高性能通用微处理器的高主频复杂设计在遭遇功耗墙后，已经转向性能、功耗和设计复杂度比较平衡的多核结构，设计复杂度的提高变慢；从应用角度看，微处理器设计指标从一味强调高性能向在适用性能的情况下降低功耗和成本转变，从传统的

35、科学和工程计算向网络计算和多媒体计算转变，特别是云计算（Cloud Computing）和物联网（Internet of Things）的兴起，对微处理器设计提出了新的要求。其次，我国庞大的微处理器市场需求能够为自主微处理器产业的发展提供广阔的空间。根据全球技术研究和咨询公司 Gartner 的初步估计，2009 年全球半导体总收入为 2260 亿美元，中国的集成电路的消费占全球的 25%，达到 565 亿美元，预计未来几年内，中国集成电路市场有望保持两位数的增长速度，2011 年中国集成电路市场规模将达到 1500 亿美元。巨大的国内市场需求为我国微处理器产业的迅速发展提供了广阔空间，将推动

36、我国从一个微处理器的消费大国成为一个微处理器的设计和制造强国。在突破基本的设计和制造技术后，微处理器提高竞争力的核心在于与应用结合的能力。另外，通过“十五”和“十一五”期间国家的大力支持，我国在微处理器设计方面已经有了长足进步，为进一步发展打下了良好基础。国内微处理器设计单位经过近十年的技术积累和产业探索正在经历从模仿向创新的转变，从低端向高端的转变，从研发向产业的转变。相信我国完全能够抓住目前的战略机遇期，依靠中国的庞大市场需求和国家的大力支持，迎头赶上甚至超越世界先进水平，在“十二五”和“十三五”期间取得产业的突破，建立自主可控的信息产业体系。四 思考与建议 回顾我国微处理器的发展，从“十

37、五”期间开始起步，初步掌握了微处理器的设计技术；“十一五”期间进行了技术持续积累，有些方面大踏步赶上了世界先进水平，在产业方面也进行了初步探索；到“十一五”末，国产CPU 成功应用于我国百万亿次和千万亿次高性能计算机，基于国产 CPU 的电脑应用达到几十万套规模，基于国产嵌入式CPU IP 的系统应用达到千万套规模。预计“十二五”期间将是国产CPU 产业突破的时机。此后，再经过“十三五”的努力，到 2020 年，国产微处理器市场竞争力全面提升，产业环境改善，国产微处理器和操作系统能够初步支撑起我国信息产业的发展。为了达到上述目标，本文给出下面一些建议。（一）抓住机遇实现跨越式发展 随着集成电路

38、制造技术进入纳米级，微处理器的发展正处在技术转型期。集成电路的摩尔定律发展变慢，多核结构成为高性能微处理器的主流，低功耗成为微处理器设计的主要指标，互联网的普及正在改变计算机的应用模式，电子设计自动化（EDA，Electronic Design Automatic）工具不断完善和成熟以及集成电路代工厂蓬勃兴起。上述技术转型一方面加大了国外处理器设计厂商进一步前进的难度，另一方面降低了我们进行微处理器设计的门槛，为中国在未来几年发挥后发优势，通过跨越创新实现突破提供了机遇。我们应该紧紧抓住上述机遇，加大研发和产业化力度，实现跨越式发展。（二）加强国产集成电路的产业环境建设 我国集成电路产业正处于

39、加速发展的阶段。为了建设并完善集成电路产业环境，国家需要加快发展我国集成电路加工制造业，着力改变目前我国集成制造设备主要依赖进口的局面，建设我国自主创新的集成电路专用装备业和专用材料产业，重视与集成电路紧密结合的各种IP 和设计环境的建设，培养和发展国内计算机辅助设计工具即EDA 工具厂商，协调发展我国集成电路封装测试业等。这些产业环境的建设，将对国产微处理器的发展起到重要的作用。（三）加强国产计算机软硬件产业环境建设 由于微处理器的产业面广、产业链长，产业化难度很大。微处理器的产业化实际上是我国自主可控的信息产业体系的建设。国家除了对国产微处理器的研发进行持续经费投入外，还应该着力于国产微处

40、理器的产业环境建设，协调国产软硬件的发展，鼓励和支持国产软硬件平台研发和移植国产应用软件，通过政府首购等方式完成产品中试，改善应用环境。发展具有自主知识产权的微处理器，建立自主可控的信息产业是国家和时代的需要，是产业发展的需要，我们已初步具备相应的条件，再没有理由怀疑我们能够做成这件事。许多时候，不是我们没有跨越的能力，而是缺乏创新的胆识；许多事情，不是我们没有突破的可能，而是缺乏必胜的信心。但是也应该清醒地看到发展自主可控的信息产业绝非易事，它需要长时间的积累。无所作为的怀疑论和盲目乐观的速胜论都是错误的。在战略上藐视它、在战术上重视它是我国发展自主知识产权微处理器和信息产业时应遵循的一个基本原则。-全文完-