CPU組成、功能、分類、產業(yè)鏈、市場規(guī)模及競爭格局如何？

CPU 負責解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據。

CPU 是中央處理器（Central Processing Unit）的簡稱，采用超大規(guī)模的集成電路組成 制造，是計算機的運算核心和控制核心。CPU 包括運算器（算術邏輯單元、累加寄存器、 數(shù)據緩沖寄存器、狀態(tài)條件寄存器）、控制器（指令寄存器、程序計數(shù)器、地址寄存器、 指令譯碼器、時序，總線，中斷邏輯控制）、高速緩沖存儲器、內部數(shù)據總線、控制總線 及狀態(tài)總線輸入/輸出接口等模塊。 CPU 的主要功能是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據。指令寄存器（IR）從 存儲器或高速緩沖存儲器中取出指令，指令譯碼器（ID）對指令進行譯碼，將指令分解 成一系列的微操作，向運算器中能夠進行所需運算的模塊發(fā)送控制命令，從而完成指令 的執(zhí)行。

指令集是 CPU 所執(zhí)行指令的二進制編碼方法，是軟件和硬件的接口規(guī)范。CPU 按照指 令集可分為 CISC （Complex Instruction Set Computer ，復雜指令集）和 RISC （Reduced Instruction Set Computer，精簡指令集）兩大類，CISC 型 CPU 目前主要 是 X86 架構，RISC 型 CPU 主要包括 ARM、RISC-V、MIPS、POWER 架構等：

X86：基于 CISC（復雜指令集）的 X86 架構是一種為了便于編程和提高存儲器訪 問效率的芯片設計體系，包括兩大主要特點：一是使用微代碼，指令集可以直接在 微代碼存儲器里執(zhí)行，新設計的處理器，只需增加較少的晶體管電路就可以執(zhí)行同 樣的指令集，也可以很快地編寫新的指令集程式；二是擁有龐大的指令集，X86 擁 有包括雙運算元格式、寄存器到寄存器、寄存器到存儲器以及存儲器到寄存器的多 種指令類型。

ARM 架構：ARM 架構過去稱作進階精簡指令集機器，是一個 32 位精簡指令集處 理器架構，其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設計，近年來也因其低功耗多核等特點 廣泛應用在數(shù)據中心服務器市場。早期 ARM 指令集架構的主要特點：一是體積小、 低功耗、低成本、高性能；二是大量使用寄存器，且大多數(shù)數(shù)據操作都在寄存器中 完成，指令執(zhí)行速度更快；三是尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；四是指令長度固 定，可通過多流水線方式提高處理效率。

RISC-V 架構：RISC-V 是加州大學伯克利分校設計并發(fā)布的一種開源指令集架構， 其目標是成為指令集架構領域的 Linux，主要應用于物聯(lián)網（IoT）領域，但可擴展 至高性能計算領域。RISC-V 采用 BSD License 發(fā)布，由于允許衍生設計和開發(fā)閉 源，吸引了一大批公司的關注，目前已有不少公司開發(fā)基于 RISC-V 的 IP 核，如 Si-Five、臺灣晶心、阿里平頭哥等已可提供基于 RISC-V 的處理器 IP 核，部分企 業(yè)如兆易創(chuàng)新、北京君正等已開發(fā)出基于 RISC-V 的 MCU 芯片等。但整體上，由 于 RISC-V 產業(yè)生態(tài)還比較薄弱，未來的發(fā)展仍有較長一段路要走。

MIPS 架構：MIPS 是高效精簡指令集計算機體系結構中的一種，MIPS 的優(yōu)勢主要 有三點：一是發(fā)展歷史早，MIPS 在 1990 年代已經廣泛使用在服務器、工作站設備 上。二是在學術界影響廣泛，計算機體系結構教材都是以 MIPS 為實際例子。三是 MIPS 在架構授權方面更為開放，授權門檻遠低于 X86、ARM，在 2019 年曾經有 開放授權的實際動作，并且 MIPS 允許授權商自行更改設計、擴展指令，允許二次 授權。

POWER 架構：POWER 架構是由 IBM 設計的一種 RISC 處理器架構，POWER 在 大型機領域獨具優(yōu)勢。POWER3 是全球首款 64 位架構處理器，開始應用銅互聯(lián)和 SOI（絕緣體上硅）技術。直至 POWER 9 依然追求最高性能，不僅具備亂序執(zhí)行、 智能線程等技術，還實現(xiàn)了 SMP（對稱多處理技術）的硬件一致性處理。

CPU 按照下游應用領域可分為通用微處理器（MPU, Micro Processor Unit）、微控制器 （MCU, Micro Controller Unit）和專用處理器：

通用微處理器：MPU 通常按照面向的市場分為用于服務器、桌面（臺式機/筆記本）、 超級計算機等。

微控制器：MCU 微控制單元，是用于控制類應用的低性能、低功耗 CPU。MCU的 主頻一般低于 100MHz，是把 CPU 的頻率與規(guī)格做適當縮減，并將內存、計數(shù)器、 USB、A/D 轉換、UART、PLC、DMA 等周邊接口，甚至 LCD 驅動電路都整合在 單一芯片上，形成的芯片級計算機。MCU的主頻、功耗都很低，為不同應用場合做 不同組合控制。諸如在智能制造、工業(yè)控制、智能家居、遙控器消費領域，以及汽 車電子、工業(yè)上的步進馬達、機器手臂的控制等，都大量使用 MCU。

專用處理器：專用處理器實現(xiàn)面向某一領域的特定功能。例如數(shù)字信號處理器 （DSP，Digital Signal Processor），DSP 芯片也稱數(shù)字信號處理器，是一種專用于 進行數(shù)字信號處理運算的微處理器，其主要應用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處 理算法。DSP 廣泛應用于數(shù)字控制、運動控制等方面。其它專用處理器還有深度學 習處理器、數(shù)據庫加速處理器、安全處理器、類腦計算芯片等。

CPU 的產業(yè)鏈上游包括支撐集成電路設計和制造的 EDA 輔助設計工具和 IP 服務，半導 體制造設備、芯片生產測試流程。目前 CPU 的產業(yè)鏈上游企業(yè)多為國外知名廠商，具 有壟斷優(yōu)勢，國產化程度較低。CPU 的產業(yè)鏈下游包括各類整機廠商、終端設備、網絡 設備和應用系統(tǒng)等，其中最重要的是服務器、桌面和嵌入式系統(tǒng)等硬件設備廠商。

根 Yole 數(shù)據，2022 年全球 CPU市場規(guī)模為 650 億美元，預計 2028 年增長到 970 億美 元，年復合增長率為 7%。

據 IC Insights，2021 年，得益于公共衛(wèi)生事件期間的封控驅動了市場對 PC 和智能手機 的需求，全球微處理器總銷售額保持 13.3%的強勁增長，高達 1,058 億美元。2022 年全 球 MPU（微處理器）總銷售額有望增長 6.3%。 據 IC Insights，2020 年，我國 MPU 市場規(guī)模達到 2,336 億元，約占全球規(guī)模的 36.3%。 假設我國占全球市場比重保持不變，2023 年我國 MPU市場規(guī)模有望達 3,382 億元。

據 Counterpoint Analysis，2022 年，Intel 約占全球服務器 CPU市場份額 70.8%，AMD 約占全球服務器 CPU 市場份額 19.8%，二者合計約占 90.6%；2021 年，二者合計約占 92.5%。

據艾瑞咨詢，2021 年，全球 MPU（微處理器）市場多被英特爾、蘋果和高通等美系廠 商占據。中國廠商，如紫光展銳與華為海思已逐步走進國際視野，在 21 年 IC Insight 競 爭格局中分別位列第八、九位，未來份額有待進一步提升。 據艾瑞咨詢，2020 年，歐美及日韓系廠商在全球 MCU（微控制器）市場占據絕對優(yōu)勢， 尤其在汽車/車規(guī)級與工控領域的中高端產品線。中穎電子、兆易創(chuàng)新等中國廠商多由消 費電子切入，正發(fā)力轉型突破以進入中高端市場。

根據指令集架構區(qū)分，全球 PC 市場中 x86 架構占絕對主導地位，市占率在 90%左右。 但得益于 ARM 架構的低成本、低功耗、系統(tǒng)通用性、日益加強的性能以及海量終端設 備生態(tài)，未來有巨大的市場增長潛力。在過去 2 年， Arm 架構在全球 PC 市場的份額從 2020 年的 1.4%增長至 2022 年的 12.8%，蠶食 x86 PC 的部分市場。 據 Mercury Research，全球 x86 CPU市場份額由 Intel 與 AMD 兩巨頭占據。2023Q2， Intel 約占全球 x86 CPU市場份額 68.4%，AMD 約占 31.6%。