현재 IGBT 분야에는 IDM 업체가 있고, 칩 디자인의 회로에는 아날로그 칩이 있지만, 디지털 칩은 전체 산업 체인을 거의 하지 않는다. 모두들 자신의 고리에 집중하여 서로 협조하다.
IGBT 와 아날로그 칩 기술과 자금 장벽이 높지만 수명 주기가 길기 때문이다. 그러나 디지털 칩의 발전은 무어의 법칙을 따른다. R&D 는 막대한 자금을 필요로 할 뿐만 아니라, 수정원대공도 대량의 자금을 필요로 하며, 게다가 반복도 매우 빠르다.
네가 이 세대의 제품을 모두 배치했을 때, 다음 세대의 제품이 다시 나왔으니, 너는 계속 따라잡아야 한다. 이것은 디지털 칩에서 가장 어려운 곳이다.
간단히 말해 디지털 칩은 트랜지스터를 통과하는 전류의' 통과' 와' 끊기' 를 제어하여 데이터 정보의' 1' 과' 0' 또는 논리적 판단의' 예' 와' 아니오' 를 나타내는 방식으로 작동하므로 디지털 회로도 스위치라고 합니다
그것의 구성은 주로 스위치 상태에서 작동하는 트랜지스터이기 때문에 디지털 칩의 크기는 그 안에 있는 트랜지스터의 수에 의해 결정된다. 무어의 법칙은 또한 트랜지스터의 수가 18 개월마다 두 배로 늘었기 때문에 트랜지스터의 수는 디지털 칩의 성능에 결정적인 역할을 한다고 말했다.
디지털 칩은 논리 회로, 범용 프로세서, 스토리지, 단일 칩 시스템 SoC, 마이크로컨트롤러 MCU, 사용자 정의 회로 ASIC 및 프로그래밍 가능한 논리 장치 등 7 가지 범주로 구성됩니다. 앞으로 주요 범주를 하나씩 분석해 보겠습니다.
간단한 논리 회로는 일반적으로 문 회로로 구성되며, 문 회로는 기본적으로 문 또는 문과 비문으로 구성됩니다. 이러한 회로 시리즈는 조합 논리 회로라고도 합니다.
대량의 논리 회로 칩은 서로 다른 배열 조합을 통해 이론적으로 매우 복잡한 제어와 연산 문제를 처리할 수 있다.
하지만 지금은 칩 통합도가 높아서 칩 내부에 많은 자체 논리 회로를 통합할 수 있다. 하나의 칩이 복잡한 기능을 실현할 수 있기 때문에, 대량의 작은 칩으로 하나의 큰 시스템을 실현하고자 하는 사람은 없다.
따라서 현재 논리 회로 칩은 소형 전자 제품, 대형 시스템의 범용 대형 칩 사이의 연결 회로에만 적용됩니다.
범용 프로세서는 일반적으로 GPU, DSP, APU 등 서버 및 데스크탑 컴퓨팅에 사용되는 CPU 칩을 나타냅니다.
그것은 규모가 가장 크고 구조가 가장 복잡한 디지털 회로 칩이다. 제어, 저장, 연산, 입력 및 출력과 같은 완전한 데이터 및 정보 처리 시스템을 포함한 대규모 논리 회로로 구성됩니다. 이번에는 CPU 의 세분화를 먼저 분석해 보겠습니다.
0 1 CPU 란 무엇입니까
CPU 는 중앙 처리 장치라고도 하며 컴퓨터의 운영 및 제어 센터이며, 주요 기능은 컴퓨터 명령의 실행 및 데이터 처리를 완료하는 것입니다. 따라서 CPU, 메모리 및 입/출력 장치는 컴퓨터의 세 가지 핵심 부품으로 간주됩니다.
제어 장치는 중앙 프로세서의 제어 센터입니다. 명령이 실행되면 제어 장치는 메모리의 데이터를 연산 장치로 전송하고 계산 결과를 메모리에 다시 저장하는 역할을 합니다.
산술 단위는 제어 단위의 명령을 수행하고 산술 및 논리 연산을 수행합니다.
저장 장치는 처리 또는 완료할 데이터가 저장되는 CPU 내의 임시 데이터 저장 위치입니다. 레지스터는 메모리에 비해 CPU 가 데이터에 액세스하는 시간을 줄이고 CPU 가 메모리에 액세스하는 횟수를 줄여 CPU 의 작동 속도를 높입니다.
처리 정보의 문자 길이에 따라 CPU 는 4 비트 마이크로프로세서, 8 비트 마이크로프로세서, 16 비트 마이크로프로세서, 32 비트 마이크로프로세서, 64 비트 마이크로프로세서 등으로 나눌 수 있습니다. , 후속 조치는 아직 개발 중입니다.
5G, 웨어러블 장비, 클라우드 서비스 등의 애플리케이션 개발로 인해 CPU 는 집적 회로의 일환으로 전 세계 집적 회로 시장에서 꾸준히 성장하고 있습니다.
중국은 세계에서 가장 큰 집적 회로 시장이며, 성장 속도도 세계에서 가장 빠르다. 20 12 ~ 2020 년 9 년간 집적 회로 산업 시장의 복합 성장률은 16.8 1% 에 달했다.
집적 회로 수출입 시장에서 우리나라에는 큰 적자가 있고 적자는 여전히 확대되고 있으며 국내 대체공간은 넓다.
CPU 다운스트림 시장은 서버, 데스크탑, 모바일 PC, 스마트폰, 사물인터넷, 인공지능, 자동차 전자, 스마트 웨어러블 등 새로운 응용 분야를 포괄한다.
현재 데스크탑과 모바일 PC 의 발전은 평범하고, 서버는 클라우드 트렌드, 스마트폰은 5G 세대교체의 물결로 주기적인 기회를 맞이하고 있다. 업계의 중장기 발전은 그 신흥 분야에 달려 있지만, 신흥 분야는 완전히 CPU 의 증분 시장 (예: 신에너지 자동차) 이 아니다.
현재 전 세계 신에너지 자동차 판매량이 지속적으로 증가하고 있으며, 자동차의 세 가지 주요 측면 (전기, 지능, * * *) 은 막을 수 없다. 전자 원가가 총원가를 차지하는 비율이 점차 증가하여 발전 공간이 매우 크다. 202 1 년 전 세계 자동차 칩 시장 규모는 440 억 달러에 이를 것으로 예상됩니다.
응용 프로그램 시나리오에 따라 차량 계산 칩은 스마트 조종석 칩, 자동 운전 칩 및 차체 제어 칩으로 나눌 수 있습니다.
단일 CPU 는 더 이상 스마트 자동차의 컴퓨팅 용량 요구 사항을 충족할 수 없기 때문에 CPU 와 GPU, FPGA, ASIC 등 범용 또는 전용 칩의 이기종 통합을 위한 SoC 솔루션이 주요 AI 칩 공급업체의 컴퓨팅 성능 경쟁의 주요 트랙으로 자리잡았습니다.
스마트 자동차뿐만 아니라 사물인터넷, 인공지능 등 분야에서도 전통적인 CPU 도 시장 요구를 충족시키지 못하고 있다.
사물인터넷 장비의 유연성 요구가 높아지면서 칩이 저전력, 고성능 방향으로 발전하고 있으며, MCU 와 SoC 가 눈에 띈다.
인공지능에 일반적으로 사용되는 AI 칩은 GPU, FPGA, ASIC, 신경 모방 칩 등 인공지능 알고리즘을 위해 특별히 가속화되는 칩이다.
CPU 는 심도 있는 학습 알고리즘에서 AI 칩만큼 좋지는 않지만 대규모 추리에는 장점이 있다. 또한 CPU 의 우세 분야는 시장 공간이 넓어 애플리케이션 시나리오가 풍부하다. 국내 과학기술업체들이 국산 CPU 를 계속 발전시키는 것은 여전히 필수적이다.
현재 CPU 의 주요 시장 점유율은 여전히 해외 기업들의 손에 달려 있다. 국산 기술이 발전함에 따라 국산 CPU 가 점차 가경으로 접어들면서 정책이 지속적으로 증정되고 국산 대체확실성이 높다.
02 CPU 칩 아키텍처
칩 아키텍처는 명령어 세트 아키텍처라고도 하며, 간단히 말하면 칩의 실행 과정이다. 명령어 세트 아키텍처가 다른 칩은 실행 단계가 다릅니다.
현재 CPU 명령어 아키텍처는 주로 복잡한 명령어 세트 (CISC) 와 씬 명령어 세트 (RISC) 의 두 가지 범주로 나뉩니다.
복잡한 명령어 세트는 더 많은 명령어를 지원하며, 각 작업에는 고유한 완전한 명령어가 있다. 몇 개의 명령만 재사용할 수 있기 때문에 명령 세트를 줄이는 것은 단순화를 위한 것이므로 모든 작업에 전체 명령이 있을 필요는 없습니다.
복잡한 명령 집합은 복잡한 컴퓨팅 컴퓨터 CPU 에 더 적합하며, 간단한 명령 집합은 컴퓨팅 요구 사항이 낮고 전력 소비량이 낮은 모바일 CPU 에 더 적합합니다.
이 두 명령 세트를 기반으로 서로 다른 아키텍처를 생성합니다. 즉, 명령 세트를 기반으로 CPU 에서 제어 장치, 연산 단위, 스토리지 단위 등의 구성 요소를 완벽하게 설계하고 배열할 수 있습니다.
03 X86 아키텍처
CISC 아키텍처는 주로 X86 아키텍처입니다. 현재 Intel 과 AMD 는 두 개의 주요 선도 회사입니다.
인텔과 Windows 는' Wintel' 연맹을 결성하여 애플, IBM, 모토로라의 권력연맹을 물리치고 20 여 년 동안 데스크탑 시장을 독점했다. 지금까지 X86 아키텍처 프로세서는 주로 서버, 데스크탑 및 모바일 PC 에 사용되었으며 인텔은 여전히 대부분의 시장을 점유하고 있습니다.
이후 AMD 2 세대 Epyc 프로세서' 로마' 가 출시됨에 따라 AMD 서버 CPU 의 시장 점유율은 단 2 년 만에 1% 에서 8% 로 증가했습니다. 이어 제 3 세대 Epyc 프로세서' 밀라노' 가 발표돼 서버 시장 점유율이 15% 에 이를 것으로 전망된다.
AMD 서버 칩의 가격 대비 성능과 타이완 반도체 매뉴팩처링 7nm 공정 기술의 가입으로 인해 점점 더 많은 데이터 센터가 AMD 제품을 구매하기 시작했습니다.
X86 아키텍처는 초기, 성능, 호환성이 우수한 것 외에도 완벽한 생태계를 갖추고 있습니다. 현재 전 세계 소프트웨어 개발자의 65% 이상이 X86 서비스를 제공하고 있습니다. 너는 스스로 구조를 설계해야 한다, 생태가 없으면 아무도 쓰지 않는다.
현재 X86 아키텍처는 중국에서 여전히 광범위한 시장을 가지고 있으며, 특히 서버 분야에서는 거의 모든 서버 판매량을 차지하고 있습니다. 다른 비 X86 아키텍처의 서버 비율은 매우 작으며 주로 ARM 아키텍처입니다.
인텔과 AMD 의 이중과점 외에도 중국에는 메가코어, 광해, MPRC 와 같은 여러 X86 칩 제조업체가 있습니다. 현재 국내에서 X86 아키텍처를 대체하는 것은 분명하지 않다. 20 19 년 메가코어의 시장 점유율은 0. 1% 에 불과하다.
04 ARM 아키텍처
RISC 아키텍처는 ARM, MIPS, Power PC, 알파, RISC-v 등을 포함합니다.
현재 스마트폰의 90% 이상이 ARM 아키텍처를 채택하고 있으며, MIPS 는 임베디드 장치에 널리 사용되고 있으며, 성능 향상과 기술의 융합으로 RISC 아키텍처도 X86 응용 분야에 지속적으로 침투하고 있습니다.
ARM 아키텍처는 저비용, 저전력, 소형, 고성능으로 이동통신 분야에 적합하며 스마트폰, 모뎀, 차량 정보 장비, 웨어러블 장비 등에서 절대적인 우위를 점하고 있습니다.
현재 ARM 아키텍처는 비 X86 아키텍처 중 가장 광범위하고 검증된 아키텍처로 43.2% 의 시장 점유율을 기록하고 있습니다.
ARM 전체 제품군에는 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 링 프로세서, 구현 소프트웨어, 셀 라이브러리, 임베디드 스토리지, 고속 연결 제품, 주변 장치 및 개발 도구가 포함됩니다.
현재 국내외 주요 ARM 업체는 ARM, 연발과, 고통고통, 애플, 삼성전자, 비약, 화웨이붕, 전파Trum 입니다.
세계 주요 반도체 업체들은 ARM 에서 자체 설계한 ARM 마이크로프로세서 코어를 구입하고 각기 다른 애플리케이션 분야에 따라 적절한 주변 회로를 추가하여 자체 ARM 마이크로프로세서 칩을 만들어 시장에 진출합니다.
연발과는 세계 최대의 ARM 휴대폰 칩 공급업체이다. 최근 몇 년 동안 애플 삼성 고통 등 업계 거물들은 ARM 아키텍처를 이용해 ARM 기반 전 생태 체인을 점진적으로 실현하고 있다.
202 1Q 1 을 기준으로 UNDP 와 gaotong 은 각각 35% 와 29% 의 시장 점유율로 전년 대비 각각1/kloc-0 씩 증가했다
애플의 시장 점유율은 65,438+07% 로 삼성의 시장 점유율은 9% 로 떨어졌다. 미국의 제재 확대로 화웨이하이스의 시장 점유율이 5% 로 급락했다.
서버측에서 X86 이 아닌 현재 참가자는 화웨이, 비약, 고통, 아마존이다.
화웨이 붕붕 서버는 ARM 서버의 중요한 참가자이다. 화웨이 측은 붕붕의 출하량이 이미 50% 의 시장 점유율을 차지했으며, 앞으로 모바일 시장에서 우위를 점할 것으로 예상되며 클라우드 협력을 통해 서버 시장에서 더 많은 점유율을 차지할 것으로 전망했다.
데스크탑 PC 시장에서 ARM 은 점점 더 많은 기업에 적용되고 있습니다. 20 1 1 년, Microsoft 는 ARM 의 Windows 시스템을 채택하기 시작했고, ARM 은 X86 의 전통적인 우세 분야에 진입하기 시작했다. 현재 애플의 MacOS 와 새 Windows 는 모두 ARM 아키텍처를 채택하고 있다.
게다가, ARM 은 사물인터넷, 자동차 등 분야에서 발전 잠재력이 크다. ARM 은 공공 시설, 스마트 시티 및 자산 관리 분야에서 솔루션을 제공합니다.
05 MIPS 및 기타 아키텍처
MIPS, 알파, 파워 등의 아키텍처는 주요 시장 애플리케이션은 아니지만 특정 분야에서는 여전히 사용되고 있습니다.
MIPS 아키텍처는 간결하고 최적화되며 확장성이 뛰어난 RISC 아키텍처로, 오늘날의 SoC 설계에서 평방 밀리미터당 최고 수준의 성능과 최저 에너지 소비량을 제공합니다. 모바일 및 임베디드 업계에서 거의 30 년 동안 판매되었으며 현재 시장 점유율은 9% 입니다.
MIPS 멀티스레드 CPU 는 다양한 분야와 많은 모바일 장치의 LTE 모뎀에 널리 사용되고 있습니다.
국내외 주요 MIPS 칩 제조업체는 주로 MIPS 회사, Ikanos, 용심 중과, 베이징 정균입니다. 그러나, MIPS 가 두 번 손을 바꾼 후, 새 회사는 이미 RISC-V 로 바뀌었다.
드래곤 코어와 Shenwei 는 각각 MIPS 와 Alpha 의 영구 허가를 받아 별도의 명령 세트를 개발할 수 있습니다. 중국 기업은 이미 응용 프로그램 개발과 이 구조의 글로벌 생태 건설의 단일 역량이 되었으며, 그 응용도 국가가 안전을 중시하는 영역이다.
파워아키텍처는 관련 시장에서 점유율이 1% 정도밖에 되지 않지만 고성능 컴퓨팅 분야에서는 Power 과 경쟁할 수 있는 기술적 특징을 지닌 매우 중요한 역할을 해 왔습니다. 하지만 시장 참여자는 기본적으로 IBM 에 불과합니다.
06 RISC-V 아키텍처
RISC-V 는 현재 업계에서 가장 유망한 새로운 아키텍처로 커브길에서 추월할 가능성이 가장 높다. 완전 오픈 소스, 간단한 아키텍처, 이식성, 다양한 장치에 적용, 완벽한 도구 체인, 효율적인 운영 등의 특징을 갖추고 있습니다.
현재 이 아키텍처의 수용도가 점차 높아지고 있어 X86, ARM 아키텍처에 이어 세 번째 메인스트림 명령어 세트 아키텍처가 될 전망이다.
RISC-V 재단은 비영리 회원제 조직이기 때문에 RISC-V 자체는 무료입니다. 20 15 RISC-V 재단 설립 이후 RISC-V 생태계가 폭발적으로 성장해 2020 년 회원 성장률이 133% 에 달했다.
사물의 인터넷의 출현은 상류 산업 체인에 새로운 성장 잠재력을 제공하였다. RISC-V 는 오픈 소스 기능을 갖추고 있어 사물 네트워킹의 보다 유연하고 다양한 요구 사항을 충족합니다.
그리고 중미 무역전 이후 미국의 제약으로 인해 중국 기업이 구조를 업그레이드할 수 없을 위험이 있다. RISC-V 가 점차 수용됨에 따라 중국 칩 업체들이 RISC-V 아키텍처를 통해 독립을 실현하는 것이 가능합니다.
Semico Research 는 2025 년까지 시장이 624 억 개의 RISC-V CPU 코어를 소비할 것으로 예상하고 있으며 연간 복합 성장률은 65,438+08-2025 입니다. 이 중 공업 분야는 6543.8+067 억 핵을 넘어 월등히 앞서게 될 것이다.
시장 조사 업체인 Tractica 도 RISC- V 의 IP 및 소프트웨어 툴 시장이 20 18 년에 5200 만 달러로 2025 년까지 1 1000 억 달러로 성장할 것으로 전망했다
현재 RISC-V 는 개발 기간이 길지 않아 독점이 형성되지 않았으며 관련 생태는 여전히 발전하고 있다.
단기적으로는 ARM 아키텍처가 여전히 중급형 시장을 점유하고 있으며, RISC-V 는 주로 사물인터넷의 경단장면과 같은 단편화된 신흥시장에 적용된다.
이러한 시나리오에는 저전력, 저비용이 필요하지만, 프로그램을 크게 변경할 필요가 없고, 소프트웨어 생태계에 대한 의존도가 낮고, 출하량이 크며, RISC-V 의 단계적 발전 목표에 부합하는 경우가 많습니다.
RISC-V 를 사용하면 모든 제조업체가 RISC-V 칩과 소프트웨어를 설계, 제조 및 판매할 수 있으므로 많은 기술 회사가 시장에 진출할 수 있습니다.
녹보, IBM, 은지포, 서부 데이터, 영위다, 고통, 삼성, 구글, 화웨이, 경신 기술, 신원, 레신 기술, 아리고고, 중천미미, 홍모, 테슬라 등이/Kloc-0 을 넘어섰다
국내 CPU 자율 제어 정도
국산 CPU 는 최근 20 년간의 발전을 거쳤으며, 앞서 언급한 중과룡심, 천진비약, 광해 정보, 상하이 신위, 상하이 조신과 같은 강력한 기업들도 생겨났다.
그중 신웨이와 용심은 자제력이 가장 높다. 상하이 신웨이는 주로 알파 구조의 연구 개발에 종사한다. 현재 국내 혁신의 신뢰성이 가장 높은 CPU 제조업체로, 기본적으로 완전히 자율적으로 통제할 수 있다. 주로 당정 사무실, 군사, 슈퍼컴퓨팅 등에 적용된다.
다음은 비약과 화웨이붕 (하이스) 을 대표하는 ARM 아키텍처 국내 제조업체다. ARM 스키마에는 ARM 회사 인증이 필요합니다. 인증에는 사용 수준 권한 부여, 커널 수준 권한 부여 및 스키마/명령 세트 수준 권한 부여의 세 가지 수준이 있습니다.
이 중 명령어 세트의 인증 수준이 가장 높기 때문에 기업은 ARM 명령어를 개조하여 자신의 프로세서를 설계할 수 있다. 현재 헤이즈와 이륙은 이미 ARMV8 영구 허가를 받았다.
V8 라이센스에 따라 자체 명령 세트를 개발하면 혁신적인 신뢰도가 크게 향상되며 향후 V9V 10 과 같은 새로운 아키텍처에 대한 허가를 받지 않아도 선진성을 유지할 수 있습니다.
마지막으로, 광해, 메가코어 등과 같은 X86 공급업체는 커널 수준에서만 권한을 부여하므로 향후 명령 집합을 확장하여 자율적으로 제어할 수 있는 명령 집합을 형성하기가 어렵습니다.