近年来，随着市场需求的不断增长、《国家集成电路产业发展推进纲要》的颁布实施，以及大基金和各地投资基金的大力扶持，我国半导体设计业迎来了蓬勃发展的机遇。相较于制造业和封测业，设计业面临的限制因素相对较少，其技术水平已提升至14nm工艺级别，销售额和盈利企业数量均呈现出持续增长的态势。同时，AI、无人机、机器人制造等新型技术应用的崛起，更为芯片设计业带来了前所未有的发展机遇。

值得一提的是，核高基科技重大专项的实施对我国通用CPU的发展起到了显著的推动作用。兆芯作为该专项的重要承接单位，在自主研发和国产通用CPU的研发过程中，得到了专项的全方位指导和大力支持。

017年12月28日，兆芯在先进、安全、自主可控CPU发展论坛上隆重推出了新一代开先KX-5000系列芯片。这款芯片不仅标志着兆芯在高端通用CPU领域迈出了坚实的一步，更在国内首次实现了对DDR4及双通道DDR4内存的支持，其意义非凡。在国产化的道路上，CPU无疑是重中之重，兆芯的这一突破，无疑为我国半导体设计业注入了新的活力。

在2017年12月28日的先进、安全、自主可控CPU发展论坛上，兆芯推出了新一代开先KX-5000系列芯片，这一里程碑式的事件不仅彰显了企业在高端通用CPU领域的实力，更在国内首次实现了对DDR4及双通道DDR4内存的支持，意义深远。国家核高基专项技术总师、清华大学微电子所所长魏少军教授在会上发表讲话，强调了CPU在核高基专项中的核心地位，以及其对于国家信息安全和产业安全的重要性。
集成电路作为信息产业的基础和核心，近年来取得了显著进展。然而，魏少军教授也指出，在取得成绩的同时，我们必须正视存在的问题。每年我国花费巨额资金进口集成电路，今年1至10月，进口金额已超过2000亿美元，预计全年将达到2500亿美元，连续五年超过2000亿美元。其中，CPU的进口份额占据了相当大的比例，约为550-600亿美元。因此，解决CPU的自主国产化问题显得尤为迫切和重要。

经过多年的努力，核高基在超级计算机的CPU领域取得了重大突破。今年，装备国产CPU的太湖之光超级计算机在全球超级计算机TOP500中连续四次名列榜首，所使用的CPU完全自主国产。同时，兆芯在国产桌面计算机的CPU国产化任务上也取得了显著成果，这一项目也是核高基项目投入最大的任务之一。

魏少军教授在谈到中国自主可控CPU的发展时表示，打造完整的产业链、应用牵引、整机带动、软硬结合是必然选择。没有完整的产业支持，单一的CPU产品难以形成气候。因此，找到一条符合中国国情的发展之路显得尤为重要。

兆芯第五代国产自主可控通用CPU的崛起
在2017年12月28日的先进、安全、自主可控CPU发展论坛上，兆芯重磅推出了其新一代开先KX-5000系列芯片，这一创新不仅彰显了企业在高端通用CPU领域的实力，更在国内首次实现了对DDR4及双通道DDR4内存的支持，意义深远。论坛还吸引了中国科学技术协会副主席、中国科学院院士、中国科学院上海高等研究院院长王曦院士的莅临。他高度评价了兆芯在国产自主可控通用CPU领域的最新进展，并期待其能为中国集成电路产业的发展贡献更多力量。

上海联和投资有限公司副总经理、上海兆芯集成电路有限公司董事长兼总经理叶峻在发布会上指出，开先KX-5000系列处理器作为兆芯的首款SoC设计国产自主可控通用CPU，其问世标志着兆芯在集成电路设计领域迈出了重要一步。该系列处理器采用28nm制造工艺，成为国内首款支持双通道DDR4内存的国产通用CPU，并拥有全新的架构设计。通过单芯片集成CPU、GPU、高清视频解码器、内存控制器、PCIE及其他高速数据接口，兆芯开先KX-5000系列处理器实现了高集成度与高性能的完美结合。
叶峻进一步强调，从各项性能指标和用户体验来看，开先KX-5000系列处理器在国产桌面通用处理器领域无疑处于领先地位。此外，兆芯还同期发布了开胜KH-20000系列服务器处理器，与ZX-200一起，这三款芯片能够全面覆盖桌面办公、笔记本电脑、服务器、工业控制、嵌入式设备等各个应用领域。

针对不同市场需求，兆芯新一代处理器进行了多项设计优化，涵盖了主频、核心数量、功耗以及系统性能等方面。同时，新款处理器还启用了全新的命名规则，其中KX代表开先品牌，5则象征着兆芯的第五代国产自主可控通用CPU，而后面的三位数字则详细标注了CPU的主频、核心数以及面向的市场信息。

叶峻表示，凭借自主可控的技术优势和不断创新的产品设计，兆芯有望进一步增强其市场竞争力，缩小与国际先进厂商的差距。同时，这也标志着兆芯的设计能力已进入了一个新的历史阶段，能够更好地满足不同领域的应用需求，并为未来的市场拓展和产品推广奠定坚实基础。

与之前的ZX-C相比，KX-5000系列处理器在内核方面进行了多方面的改进。首先，其核心微架构及流水线设计全新升级，仅以1%的面积增长就实现了1%的性能提升。流水线资源经过重新设计、重排和优化，级数较前代减少了5级，从而提高了执行效率。此外，还全新设计了循环预测算法并优化了原有预测器算法，以及乱序执行引擎，显著减少了投机执行错误及性能损失。同时，访存单元的重新设计使得一级缓存访存性能实现翻倍增长。

在处理器核心互联架构方面，KX-5000也进行了全面升级。全新的SOC访存接口设计使得内存带宽访存性能得到大幅提升。此外，还新设计了多节点缓存一致性协议，并优化了桥片-处理器高速接口，从而有效提高了设备对处理器/内存的访问性能。

总的来说，从ZX-C到KX-5000，处理器采用了全新的微架构和系统结构，全面支持国际领先规范，如DDR4、PCIE 3.0、SATA3.2、USB 3.1 Gen2（Type-C）等。这些改进使得整体性能提升超过140%，进一步优化了办公应用体验，满足了4K播放需求，并持续优化了应用体验。

自主研发CPU所面临的挑战

在探讨自主研发CPU的难点时，我们不得不正视一系列复杂的挑战。这些挑战不仅涵盖了技术层面的难题，还包括了市场、生态和产业协同等多方面的考量。首先，技术层面的挑战无疑是最为直接的。CPU作为计算机的核心部件，其设计制造涉及到微电子、材料科学、电磁学等多个高科技领域。要在这些领域取得突破，不仅需要深厚的理论知识和实践经验，更需要持续的研发投入和创新能力。

其次，市场方面的挑战也不容忽视。自主研发的CPU需要与市场需求紧密结合，不断优化产品性能和降低成本。这要求企业具备敏锐的市场洞察力和灵活的市场应对策略，以便在激烈的市场竞争中占据一席之地。

此外，生态环境的构建也是一大挑战。CPU的研发与应用需要形成一个完整的生态系统，包括操作系统、应用软件、硬件平台等多个环节的协同作用。要构建这样一个生态系统，不仅需要企业自身的努力，还需要与产业链上下游的合作伙伴建立良好的合作关系，共同推动产业的发展。

综上所述，自主研发CPU所面临的挑战是多方面的、复杂的。但正是这些挑战的存在，才更加凸显了自主研发的重要性与价值所在。
国家核高基专项技术副总师、中国科学院通用芯片与基础软件研究中心主任李明树指出，国产CPU研发面临的主要困难包括：

首先，起步晚、差距大以及市场壁垒的挑战。我国CPU研发相较于国际领先水平起步较晚，除少数企业如兆芯公司通过直接获得先进技术授权或与海外研发团队协同创新外，整体设计能力尚需时日。同时，国际主流CPU厂商已构筑起市场垄断地位，并设立了严密的技术与市场壁垒，如英特尔的商业模式壁垒就涵盖了知识产权、技术积累、规模成本和软件生态等多个方面。

其次，研发成本高的问题也亟待解决。CPU研发涉及到的设计成本、专利成本、人员投入和流片等都需要巨大的资金投入。目前，国内企业与国际企业的研发投入相比仍存在显著差距。加之我国技术起步较晚，许多关键专利和技术仍需购买，这进一步推高了研发成本。

综上所述，国产CPU研发需要克服多方面的困难和挑战。然而，正是这些挑战的存在，也激发了国内企业和科研机构不断探索、创新的决心和动力。

1. 国际科技巨头如英特尔、苹果和IBM，其每年的研发费用均维持在几十亿至上百亿美元的庞大规模。
2. 与之相比，ARM公司虽然也参与设计和方案，但其研发投入相对较低，主要集中在核心技术的研发上。
3. 英特尔在近几年来的研发投入均超过百亿美元，显示了其在技术研发上的坚定决心和雄厚实力。
4. 苹果和IBM的研发投入则维持在几十亿美元左右，呈现出较为居中的态势。
5. 国内企业中，华为海思的研发投入尤为引人注目，每年几百亿人民币的投入，已展现出赶超英特尔的强劲势头。

然而，兆芯作为核高基历史上投资最大的课题，其5年来的研发投入虽达到57亿人民币，但与海思和英特尔相比，仍存在一定的差距。目前，兆芯的研发投入尚不足以支撑其长远发展，仍需进一步加大投入力度。

兆芯的独立自主研发能力

兆芯在核高基课题的支持下，经过5年的持续投入，已展现出显著的独立自主研发能力。虽然与海思和英特尔等全球顶尖企业相比，兆芯在研发投入上仍有一定差距，但其自主研发的成果已开始显现，为公司的长远发展奠定了坚实基础。
即便在研发投入与国外存在巨大差距的情况下，兆芯仍成功研发出国产自主可控的通用CPU，充分展现了其强大的设计研发实力。兆芯不仅拥有完整的本土员工组成的CPU研发团队，更具备独立自主的IP开发能力。在产品技术上，兆芯是国内高端通用CPU技术积累相对扎实的公司，采用业界最高标准和最领先的规范来实施每一个设计研发环节。此外，兆芯自主研发的微架构、设计IP的能力以及模拟、仿真测试环境等，为其提供了巨大的配合、调整优化空间。

在制造工艺方面，兆芯与华力微联合打造的28nm通用处理器生产线预计将于2018年完成工艺通线和试流片，2019年实现量产。该生产线在设计上与台积电的28nm工艺线进行了全面融合与创新，最终产品的主频满足业界要求，并融入了多种工艺模型、功耗控制和工艺创新。

展望未来，兆芯将继续探索和优化设计流程，包括PCB、substrate、power plan等方面的改进。同时，他们也将致力于提升产品的性能和稳定性，以实现更大的市场竞争力。
在此基础之上，兆芯今年取得了令人瞩目的成绩。在国产化市场增长及其他多元领域布局的推动下，兆芯在Thin-Client、AI监控后台、中低阶工控机市场与云端储存服务器等多个领域均取得了显著进展。凭借国产CPU自主可控的优势，兆芯预计2017年CPU出货量将达到10万套，实现销售增长一倍。展望未来，兆芯对2018年的出货量充满信心，预期将再度实现翻番增长。

得益于国家政策支持和全球网络安全环境的影响，兆芯认为国产自主可控市场的发展空间将不断拓展。同时，兆芯也在积极推动与整机厂商的合作，以推出面向普通消费市场的整机产品，这需要产业链各环节的共同努力。

在市场方面，兆芯主要致力于桌面办公领域的国产自主可控路线，与国际巨头竞争。为了进一步推广产品，兆芯正与商业伙伴共同开展地区推广活动，并期待政策上的支持。从运营角度看，兆芯致力于加快产品研发和测试速度，以追赶国际主流水准。在此过程中，资金、人才及芯片制造工艺的发展都是关键因素。

目前，兆芯的国产化产品技术处于领先地位，软硬件兼容性优异，生态系统与产业链日益完善，能够满足大多数国家自主可控领域的办公需求。展望未来，兆芯将继续致力于研发中国自主知识产权的核心处理器芯片，推动中国信息产业的持续发展。