CPU出现于大规模集成电路时代，52年来CPU芯片发生了什么？

中央处理器(central processing unit，简称CPU)作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。CPU自产生以来，在逻辑结构、运行效率以及功能外延上取得了巨大发展。

CPU出现于大规模集成电路时代，处理器架构设计的迭代更新以及集成电路工艺的不断提升促使其不断发展完善。从最初专用于数学计算到广泛应用于通用计算，从4位到8位、16位、32位处理器，最后到64位处理器，从各厂商互不兼容到不同指令集架构规范的出现，CPU 自诞生以来一直在飞速发展。 [1] CPU发展已经有40多年的历史了。

我们通常将其分成六个阶段。 (1)第一阶段(1971年-1973年)。这是4位和8位低档微处理器时代，代表产品是Intel 4004处理器。

1971年，Intel生产的4004微处理器将运算器和控制器集成在一个芯片上，标志着CPU的诞生; 1978年，8086处理器的出现奠定了X86指令集架构， 随后8086系列处理器被广泛应用于个人计算机终端、高性能服务器以及云服务器中。 [1] (2)第二阶段(1974年-1977年)。这是8位中高档微处理器时代，代表产品是Intel 8080。此时指令系统已经比较完善了。 (3)第三阶段(1978年-1984年)。这是16位微处理器的时代，代表产品是Intel 8086。相对而言已经比较成熟了。

(4)第四阶段(1985年-1992年)。这是32位微处理器时代，代表产品是Intel 80386。已经可以胜任多任务、多用户的作业。 [3] 1989 年发布的80486处理器实现了5级标量流水线，标志着CPU的初步成熟，也标志着传统处理器发展阶段的结束。 [1] (5)第五阶段(1993年-2005年)。这是奔腾系列微处理器的时代。

1995 年11 月，Intel发布了Pentium处理器，该处理器首次采用超标量指令流水结构，引入了指令的乱序执行和分支预测技术，大大提高了处理器的性能， 因此，超标量指令流水线结构一直被后续出现的现代处理器，如AMD(Advanced Micro devices)的锐龙、Intel的酷睿系列等所采用。

(6)第六阶段(2005年至2021年)。处理器逐渐向更多核心，更高并行度发展。典型的代表有英特尔的酷睿系列处理器和AMD的锐龙系列处理器。 [3] 为了满足操作系统的上层工作需求，现代处理器进一步引入了诸如并行化、多核化、虚拟化以及远程管理系统等功能，不断推动着上层信息系统向前发展。

在半导体行业，Intel联合创始人戈登·摩尔在1965年提出的摩尔定律被公认为金科玉律，每2年晶体管翻倍的说法指导者半导体芯片的发展，尽管最近十几年来也有说法认为已经过时了，但是它实际上执行得还不错。

比利时微电子中心IMEC公布了一张很有趣的路线图，对比了1970年到现在2022年的52年间中，处理器芯片的晶体管密度变化，当年的水平只有1000个晶体管，要知道Intel在1971年推出人类首个微处理器4004时也不过2300个晶体管。

现在到了2022年，晶体管规模已经达到了1000亿个，苹果的M1 Ultra芯片做到了1140亿晶体管，是52年前的1亿倍了。

1000亿晶体管的芯片也不会是终点，实际上苹果M1 Ultra也不是唯一的千亿芯片怪物了，Intel的加速卡Ponte Vecchio也实现1000亿+晶体管了，不过Ponte Vecchio是由多个芯片组成的，M1 Ultra其实也不是单一芯片，也是2个M1 Max芯片组成的。

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。

据悉，2021 年 11 月，龙芯中科技术股份有限公司完成了基于自主 LoongArch 指令系统的龙芯 3C5000 服务器 CPU 的研制。

该处理器内部集成 16 个高性能的龙芯 LA464 处理器核、32MB 的共享片上高速缓存和 4 个 64 位 DDR4-3200 内存控制器，主频 2.1-2.3GHz，单芯片双精度浮点峰值运算速度超过 0.5TFLOPS，综合性能接近市场主流服务器 CPU 产品的水平，可全面满足云计算、数据中心的性能需求。

龙芯架构(LoongArch)包括基础架构部分和向量指令、虚拟化、二进制翻译等扩展部分，近 2000 条指令，不包含 MIPS 指令系统。龙芯中科表示，龙芯架构具有完全自主、技术先进、兼容生态三方面特点。龙芯架构从整个架构的顶层规划，到各部分的功能定义，再到细节上每条指令的编码、名称、含义，在架构上进行自主重新设计，具有充分的自主性。