芯片行业深度报告：CPU是计算机之根本（40页）

行业报告下载 2022年10月15日 07:04 管理员

CPU 是计算机的运算和控制核心。CPU 是中央处理器（Central Processing Unit）的简称，是对计算机的所有硬件资源进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元。计算机系统中所有软件层的操作，最终都将通过指令集映射为 CPU 的操作。CPU 包括运算器、控制器、寄存器等模块。其中运算器和控制器是 CPU 的核心模块，前者负责进行各种算术和逻辑运算操作，后者为“决策机构”，主要任务就是发布命令，发挥着整个计算机系统操作的协调与指挥作用。CPU 按用途可分为桌面、服务器、移动端 CPU 和嵌入式 CPU。桌面 CPU 主要应用于个人计算机（台式机、笔记本电脑）。服务器 CPU 主要用于服务器，对运算性能和稳定性要求更高。桌面和服务器 CPU 主要厂商为 Intel 和 AMD。移动端 CPU 主要用于各种手机和平板中，对功耗、可靠性要求较高，主流的移动端 CPU 厂商主要有苹果、高通、联发科、华为和三星五家品牌。嵌入式 CPU 主要用于汽车电子、工业控制与自动化、智能电网等领域，对功耗、稳定性有较高要求。CPU 按照指令集可分为 CISC（复杂指令集）和 RISC（精简指令集）两大类。CISC 指令丰富、寻址方式灵活，以微程序控制器为核心，指令长度可变，功能强大，复杂程序执行效率高；RISC 指令结构简单、易于设计，具有较高的执行能效比。

CISC 型 CPU 目前主要有 X86 架构，主要应用于桌面和服务器领域，RISC 型 CPU 主要包括 ARM、Alpha、 MIPS、POWER、RISC-V 架构等，主要应用于移动终端、物联网领域和网关、机顶盒等网络设备中。芯片工艺制程越来越高。在一定程度上，芯片工艺制程越小，单位面积内容纳的晶体管数量就越多，就可以构建更为复杂、性能强大的电路。同时，芯片工艺制程越小，电子元器件的功耗就越小。因此，随着芯片工艺制程提高，芯片集成度不断提高，功耗降低，器件性能得到提高。根据台积电官网数据，公司 7nm FinFET 制程比 10nm 速度增快约 20%，功耗降低约 40%。多核处理器的出现打破性能提升瓶颈。2005 年 CPU 主频接近 4GHz，单纯的主频提升已经无法明显提升系统整体性能，反而会导致 CPU 功耗急速上升。于是当年 Intel 推出双核奔腾 D 和奔腾四至尊版 840，AMD 也随后发布了双核皓龙和速龙 64 X2 处理器，经过十几年的强化升级，2023 年 Intel 将会推出代号为 Sierra Forest 的 128 核至强处理器，AMD 也将推出基于 Zen 4c 微架构的 128 核处理器 Bergamo，多核已经成为提升 CPU 性能的重要手段。 IP 降低 CPU 芯片设计难度。摩尔定律的经验表现为，芯片中晶体管数量呈现指数级上升趋势，同时，芯片构造的复杂度、设计难度、制造成本都显著增加，芯片设计公司难以单独完成芯片制作的全部流程，只能进行简单芯片设计。为了解决开发难度的问题，IP 应运而生，芯片设计公司经常采用其他公司的 IP 以加快设计速度，不再从零做起，重复造轮子。ARM 公司的快速壮大就是 IP 商业模式跑通的重要证明。