基础软件及核心芯片技术创新策略

摘要：总结了全球ICT技术产业整体及关键要素的发展趋势，重点分析应用领域与技术环节发展态势，梳理了我国当前技术产业发展现状及面临问题/挑战，为政府部门提供技术产业升级与生态构建策略建议。

关键词：基础软件；操作系统；核心芯片；CPU；创新策略

1全球ICT产业生态发展态势

（1）ICT产业以生态竞争模式为基本特征，基础软件与核心芯片主导产业生态发展。全球ICT产业在经过了以IBM为代表企业的封闭垄断阶段和以“Wintel联盟”为代表的联盟竞争阶段后，现已迈进了由智能手机产业引领的围绕产业核心、产业链上下游分工协作的生态竞合阶段。但是，伴随智能手机产业整体增速的放缓，来自上一轮科技创新带来的产业驱动力已经明显减弱；而物联网、人工智能等新兴产业尚处于发展的早期阶段，对经济增长的拉动力量也尚未形成。从ICT产业发展的核心要素角度来看，基础软件与核心芯片能够直接决定开发平台、计算性能、对外交互等关键因素，并且二者具备整合产业链上下游的关键作用，因此基础软件与核心芯片逐渐成为了ICT产业生态构建的中心。（2）传统ICT产业增速趋缓，企业加速转型。在当前的PC市场中，英特尔和微软依旧分别占据着桌面处理器（英特尔市场占有率82.70%）与桌面操作系统（微软市场占有率88.7%）两大核心市场的绝对主导地位。但是，已经开始负增长的PC产业逼迫两个“巨人”开始缓慢地转身。微软与英特尔近年开始积极布局更加广阔的物联网市场，如英特尔打造了Quark处理器、Edison硬件开发平台等多种面向物联网的平台产品，微软则推出顶层Azure云计算平台，并基于现有Window10打造力求整合多种硬件平台的Windows10IOT版。移动互联网方面，全球智能手机市场增速已经跌破10%大关，产业进入个位数增长阶段。再此背景下，谷歌与苹果也早已开始拓展物联网市场，其中谷歌推出AndroidThings操作系统，延续移动互联网时代软件优势布局；苹果继续秉承软硬件一体化优良传统，在智能穿戴设备、智能家居SDK等领域深耕细作。（3）新兴ICT产业潜力巨大，巨头战略布局。云计算方面，云计算框架主要分为两大生态，以亚马逊为代表的巨头企业公有云计算生态圈和以开源云计算框架Openstack为中心的私有云计算生态圈发展方向逐步趋同，生态圈内厂商逐步开始通过虚拟私有云或托管云的方式向混合云领布局，力求整合两类云计算生态，拓展更大的市场空间。在云计算技术快速发展和CPU、GPU等基础计算资源性能不断迭代——“两架马车”的带动下，阻碍人工智能技术发展的基础计算能力问题在一定程度上得到解决，以谷歌为代表的人工智能巨头“硬件计算资源+开源框架”的产业生态体系基本形成，人工智能产业开启第三次发展高潮。物联网产业方面，由于物联网终端对计算性能的需求较弱，而具备整合海量信息、连接、用户资源的物联网OS和物联网平台在产业生态构建时更具备战略意义，包括GE、博世、华为等各行业龙头企业均开始构建基于自身优势的物联网平台。但由于物联网市场本身的碎片化特征，无论物联网基础元器件还是操作系统与平台均尚未出现真正的市场主导企业。

2我国基础软件与核心芯片发展态势及面临主要问题

2.1我国基础软件发展态势

（1）定制化、差异化成为本土桌面、服务器、移动领域传统基础软件的主要竞争手段。在服务器与桌面基础软件领域，国产厂商以定制化服务和高安全可靠为重要抓手，拓展行业应用市场。中标麒麟、凝思科技等厂商把握Windows、原生linux在面向我国行业应用市场时定制化、安全性不足的发展契机，在开源linux的基础上，构建具有自身特色的安全防护体系，在政府、金融、国防、电力等多个行业应用领域获得广泛应用。移动互联网领域，拥有自主能力的差异化竞争成为国产移动操作系统的主要发展方向。阿里云、元心科技等企业积极提升OS技术自主能力，构建基于国产操作系统的自主生态体系架构，在消费、行业应用的手机、手持终端、车机、智能电视等领域应用十分广泛。（2）高速发展的市场中，本土基础软件技术水平与市场影响力显著提升。云计算方面，本土厂商在国际市场影响力、话语权不断提升。一方面，阿里作为国内公有云领先企业，在国际分布式大规模计算比赛连破多项世界纪录，同时自家“飞天”云计算架构也以30%的市场占有率位列第一；另一方面，华为紧抓云计算产业标准制定的契机，大力投入开源Openstack框架，不仅在Openstack连续三个版本中贡献率均为前十，也成为了国内唯一一家Openstack基金会黄金会员。物联网领域，国内企业以物联网OS为着力点，构建海量连接世界。无论华为的“LiteOS+OceanConnect”战略还是庆科的“云+端”的一体化解决方案，均在致力于通过围绕基础软件来构建物联网大生态，力争加速物联网网络连接的快速形成。此外，在快速演进的人工智能产业中，中国企业如百度、科大讯飞等企业在图像、语音等细分领域内积累深厚，且已经具备了国际领先的技术水平，同时也已经通过开源或开放的方式开始自有生态的构建。总体来看，本土基础软件在传统市场上市场化生态构建方面还存在很大的局限，而在云计算、物联网等新兴领域起步较早且正在快速占领市场。传统市场方面，国内企业在面向Windows、安卓的产品时，自主生态发展严重滞后，软硬件一体化发展脱节，导致目前产品只能存活与政府、行业等特殊之中，市场化水平较低。新兴市场方面，国内企业紧紧把握产业生态发展起步的关键阶段，积极布局物联网操作系统、物联网平台、云计算开源框架、人工智能开源开发平台等产业核心技术，进一步抢占产业发展制高点，争夺国际话语权。

2.2我国核心芯片发展态势

（1）当前，大陆落后的本土半导体制造工艺正在制约我国芯片产业的创新与发展。2017年初，骁龙835、猎户座8895等10nm量产产品开始出现在人们的视野中，但大陆重点芯片代工企业中芯国际、武汉新芯、华力微电子等的主流工艺仍停留在40nm，28nm产线刚刚投产。受制于国内半导体制造水平，我国核心芯片的先进性与自主性无法兼得。国产芯片为实现高性能，多数采取大陆外流片的方式，对本土自主产品电路设计、安全性等方面带来一定风险。目前具有一定先进性的本土品牌芯片产品均非大陆代工厂制造，如飞腾、申威、海思麒麟、展讯等产品多为台积电制造。（2）引进吸收与自主创新双路并进，本土核心芯片产业机会与挑战共存。国产桌面/服务器CPU方面，本土企业发展模式主要分为两类，其一是以龙芯、申威为代表的依托国外MIPS等非主流架构自主创新的发展模式，其二是以飞腾、兆芯、宏芯为代表的通过吸收消化ARM、X86、Power等国外先进芯片架构的发展模式。本土桌面/服务器CPU目前市场还主要集中于核心政府部门、超算等较为特殊、小众的领域，消费市场发展较为艰难。移动计算通信芯片方面，在自主创新基础上依托成熟生态体系，海思与展讯近年发展迅猛，直逼行业龙头。2016年一季度展讯的市场份额增幅高达45%，海思的份额增幅扩大至29%，而两家公司的直接竞争对手联发科的增幅为仅12%，进一步缩小与高通的差距。国产物联网芯片发展方向多样，本土物联网芯片厂商大致分为ARM、MIPS及自主架构三大阵营，产品涉及计算机网络、工业控制、智能卡、显示及多媒体、导航等众多领域应用，但相比于德州仪器、恩智浦等行业巨头，产业整体规模还比较小。在人工智能芯片领域，本土自主创新取得新突破。中科院计算所、中兴微等国内科研院所、企业在人工智能硬件技术方面拥有较深的技术积累，星光智能一号、寒武纪等将算法与芯片技术深入融合创新的硬件产品陆续面试且已经于通用AI厂商开启合作测试。（3）整体来看，相比国际先进水平，虽然近年我国核心芯片产业发展迅猛，但在芯片基础制造、吸收引进、自主创新三个方面存在着不小的差距。芯片制造工艺与国际先进水平差距依旧存在。芯片制造工艺的发展直接关系着我国核心芯片的自主性与先进性两大关键问题；国产制造工艺近年发展迅速，但整体上与国际还存在1—2代代差；受制造工艺制约，国产芯片多采取境外流片，工艺与设计结合不紧密，且存在一定的风险。合作厂商引进吸收进展缓慢无法实现自主化。国内芯片厂商与国际厂商开展合作，引进国外现有主流架构与生态环境，但厂商“引进-吸收-自主”的过程中发展缓慢，推出产品也多为贴牌产品，且未来存在着国外厂商或联盟制约的风险，无法真正实现自主化发展。自主产品软件生态匮乏，市场化进程较慢。核心芯片发展依赖于生态环境。目前，国内自主生态环境基础薄弱且成熟缓慢，极大地制约了核心芯片的发展。主要表现在：多借助非主流架构，可借外力小、合作伙伴少；芯片体系多，分散了本来就薄弱的软硬件生态力量；产业体系不完整，有点缺面，缺乏产业链合力；有分工缺乏合作，更缺乏类似Wintel联盟的商业模式；各个环节独立发展，不同步不协调，相互支撑能力弱。

3我国基础软件与核心芯片技术创新升级策略

（1）国产基础软件与核心芯片面临巨大发展机遇。外部环境方面，限于工艺极限和技术瓶颈，国际主流CPU厂商的发展速度有放缓的趋势；软件开源成为产业发展趋势，有利于我国掌握国际先进技术，加速吸收引进再创新。在内部环境方面，在棱镜门事件后，我国党政军基础软件与核心芯片自化替代迫在眉睫；同时，近年本土软硬件取得长足进步，为我国实现自主化替代打下坚实基础；当前装备国产CPU的办公电脑/笔记本的用户体验已经大大提高，如装备龙芯、飞腾的整机已经达到可用、能用水平；国产桌面OS、移动OS等在行业、商业市场均占有一定的市场份额，并具有相当知名度与影响力，具备进一步推广应用的条件。（2）坚持技术自主创新与引进吸收，积极构建本土基础软硬件自主生态环境。硬件方面，重点投入核心芯片制造，加速制造技术升级，夯实自主制造技术基础；短期重点关注先进技术引进，以定制化方式解决短期可用问题，同时加快核心技术自主掌握与专业高端人才培养，为我国核心芯片产业发展积蓄力量；长期继续强化自主原始创新，在底层技术上实现跨越式发展。软件方面，坚持自主创新道路，着力构建自主开源软件社区，吸引开发者进入，提升自主产品影响力；坚持以需求为牵引，紧紧把握软件开源趋势，以开源技术为基础快速提高自主能力；加大投入，提升技术研发与创新水平，在国际开源社区中扩大话语权；充分利用开源、引进技术优势，培养本土软件搞技术人才。自主生态构建方面，强化本土芯片厂商与操作系统厂商开展如技术交流、结成联盟等方式的深入合作，推动构建本土核心芯片与基础软件的互利互惠、融合发展体系，推动本土软硬件一体化自主生态环境形成。（3）面向不同应用领域制定针对性技术产业升级策略。面向PC与高性能计算领域，应紧抓主导企业战略转型及技术开放机遇，一方面，把握技术自主创新与引进吸收的关系，着力提升本土民用基础软件、核心芯片技术实力；另一方面，持续发挥本土高性计算领域优势，致力于在核心超级计算机领域走在世界前列，并积极向下向服务器领域拓展。面向移动互联网领域，应积极以行业应用为市场切入点，准确把握市场定位，着力解决本土行业移动互联网领域应用；在大众消费领域，应在积极借助国际成熟软硬件生态的同时，持续应加大自主创新力度，在同质化市场竞争中脱颖而出。此外，应紧抓物联网快速发展机遇，持续加大物联网领域投入，巩固现有软硬件技术优势，大力拓展形成“云端+软件+硬件”的一体化物联网生态体系；积极布局消费、工业、医疗等多物联网分支领域，力争在新产业成型前稳固领先地位；战略性投入人工智能硬件、框架等基础技术，创新人工智能产业发展模式与应用方法，力争主导人工智能产业的第三次发展浪潮。

作者：硕天鸾 单位：中国信息通信研究院