【精读】2023网信自主创新调研报告-芯片

从技术依赖的角度，信息技术体系可以分为四个层次。第四层是应用层，如电商、办公系统、智慧城市等。第三层是整机层，如PC、服务器、手机、打印机、防火墙、交换机等。第二层是以CPU为代表的芯片及以操作系统为代表的基础软件层。第一层是CPU和操作系统的关键核心技术，包括指令系统、核心IP(如CPU、GPU、内存接口、高速I0接口等)及EDA工具、生产工艺等。

指令系统是信息产业的根技术，CPU和操作系统都依赖于指令系统，但指令系统不再依赖其他技术。龙芯推出了自主指令系统龙架构(LoongArch)，已经得到国际开源软件界广泛认可与支持，成为与X86、ARM并列的顶层生态系统国内统信、麒麟、欧拉、龙蜥、鸿蒙等操作系统以及WPS、微信、QQ、钉钉、腾讯会议等基础应用均推出龙架构版本。申威基于自主指令系统SW64持续进行基础软件迭代升级，充分发挥双线程等核心新特性，性能得到进一步释放。同时，申威研发的适配迁移工具和二进制翻译工具为申威平台的软件迁移提供了便利。

测试工艺比较简单。国内封装工艺已经处于世界先进行列。硅片的生产方面，14nm已经量产，7nm也已研制成功，可以满足绝大多数应用需求。芯片工艺线中的材料和设备以及封装基板问题需要攻关解决。

构建信息产业新发展格局，要从基于自主IP核的芯片研发、基于自主指令系统的软件生态和基于自主工艺的芯片生产三个环节提高自主可控度。经过多年的努力，国产芯片设计企业在指令集、IP核和芯片性能方面均取得可喜的进展龙芯在自主指令系统龙架构(LoongArch)的基础上，通用处理性能已经逼近市场主流X86 CPU的水平。龙芯3A6000芯片SPEC CPU 2006 Base单线程定/浮点分值达到43.1/54.6分，SPEC CPU 2006 Base多线程定/浮点分值达到155/140分Unixbench实测分值超7400分，性能达到Intel酷睿十代四核处理器水平

申威基于自主指令系统SW64完成了第四代处理器微架构Core4的研发工作实现了多线程的支持:并在此基础上完成了申威新一代服务器处理器的研发SPEC CPU 2006 Base多线程定/浮点分值均超过1000分。

网讯,网络控制器芯片现已支持802.3ab-1G、802.3ae-10G及802.3ba-100G的系列标准，100G以上高端网络芯片处于样机测试阶段，100G以下网络控制器芯片已实现自主研制和量产，1G/10G芯片在PC服务器领域实现批量替代，25G/100G高速智能网络控制器芯片正在向SMART NICDPU演进。

现有的信息产业基本上都建立在Wintel(Intel+微软)体系和AA(Arm+Android)体系基础之上。在信创工作推进过程中，各行业的业务系统存量的应用软件都需要与国产CPU及相应版本的操作系统、数据库重新适配。相对于指令系统差异(如从X86到龙架构)，操作系统差异(如从Windows到Linux)对应用的影响更大。在自主CPU性能不断提高、操作系统趋于成熟的情况下，应用软件生态成为自主CPU的发展瓶颈。另外，国产CPU配套芯片(IO桥片BMC、GPU、AI等)国产化水平和性能不高，这也是芯片厂商面临的生态问题之一。

国产网络高速智能芯片目前主要用于专用领域，在消费级别的互联网平台等领域应用数量没有形成规模，DPU/SmartNIC25G~100G以上的网络高速智能芯片也没有成体系的国产化替代。国家重要领域的基础设施中，数据中心、高性能计算、AI加速运算等场景的服务器国产化推进还处于起步阶段，技术难度大且专用化程度高，高速智能网卡的调优进展缓慢，导致网络芯片厂商投入高、回报慢。

国产主流1G/10G网络控制器和网卡产品适配工作量大，产品导入进程缓慢，影响主流网络控制器的全面推广进度。在商用领域，国产网络芯片软件适配在驱动能力、兼容性和安全性等方面的问题比较突出，硬件适配在功能、性能、接口和专用定制等方面困难较多，因此定制化需求较多，导致网络控制器和网卡的适配迁移、测试、生产上线周期长。在工业领域，由于驱动和接口等技术体制复杂，硬件设计技术不规范，客户定制需求多，导致适配任务繁重。另外，由于国产CPU、OS、BMC/BIOS、光模块和路由器品牌和技术路线众多，国产网络芯片为了匹配上下游厂商，开展了大量的适配工作。

引进国外技术做不出新的技术体系，反而会造成依赖国外信息产业生态的性，强化国外垄断企业已经形成的垄断态势。就像我们可以基于英文写文章，但不可能基于英文构建中华民族文化一样，我们可以基于国外指令系统做产品，但不可能基于国外指令系统构建自主信息技术体系。因此，建议出台政策鼓励整机厂商和应用开发商加强针对自主指令系统CPU的产品开发和应用适配，鼓励信创应用单位采购基于自主指令系统的信创产品。

芯片设计企业要持续关注自主指令集架构的生态建设，采用兼容性迭代发展策略，使新一代处理器核心的指令集保持对上一代核心的兼容，并基于自主研发和设计能力及二进制翻译、浏览器定制化、外设定制化等成熟技术，通过产业适配中心、创新实验室、ODM/OEM联合研制中心等方式，加强与整机厂商、基础软件厂商和应用开发商的合作，在资源共享、技术创新、平台适配、应用推广人才培养等方面全面规划、统筹推进，缩短一体化ODM产业链和降低成本，构建软硬件定制化的解决方案，形成示范带动作用，不断完善自主指令系统的生态体系。

另外，在条件具备的情况下，应积极推动基础软件版本及选代研发规则的规范化，推动制定统一编程框架，更好地实现指令集架构和跨平台应用兼容。通过研制应用迁移评估工具，为应用提供标准的开发适配环境，减少应用厂商的迁移成本，促进自主指令系统生态建设。

同时，积极建立自主生态开源社区，建立健全评价体系，优化包括平台基础软件在内的重点开源软件，激发国内软硬件厂商的参与度和贡献度，提升国内CPU系列芯片产品配套应用的系统软件和应用软件供给能力。

网络芯片厂商应加大与 CPU、GPU 和存储等产业生态伙伴的协作，加大 100G 以上的SmartNIC/DPU 智能网卡关键技术研究，尽快形成标准并推广应用，以摆脱依赖，突破封锁。以行业应用为抓手，以消费市场数据中心为拓展平台，细化算法、协议、数据及内容卸载等标准和规范，推动产业再循环、可复制的良性发展。:

加强主流 1G/10G 的芯片在商业领域和工业领域适配工作，加强国产化技术攻关能力。针对国产网络芯片在商业领域的软件适配，加强与操作系统厂商的配合力度，积极维护开源社区，降低软件适配的难度和成本:主动进行 DPDK 等网络加速或自研加速协议测试，加强网卡安全协议的支持和特殊定制服务，积极植入国密算法，积极对接定制协议需求针对国产网络芯片在商业领域的硬件适配，尽快建立标准规范体系和检测机制，加大监督力度，面对国内平台完善和优化硬件接口功能:加大对新总线协议等前沿技术的研究力度:完成国产化产品，增强适用性适配:增加开放性和普适性服务规范，发布详细的开发手册及 demmo 案例，降低国产网络芯片的使用难度。针对国产网络芯片在工业领域的适配，联合上下游厂商共同开展适配测试，加大TSN等工业以太网先进技术的研究:同时不断改造软硬件设计，提升产品的耐用性和稳定性，加强对工控环境的模拟测试，保证过硬的产品质量。。