國內外信息技術產品生態體系現狀對比分析

王超

當前，以CPU和操作系統為核心的信息技術產品生態體系競爭的重要性日益顯現。我國信息技術產品生態體系雖已初步成型，但產業主導權仍掌握在美歐等西方國家手中。研究國內外信息技術產品生態體系建設現狀，結合我國發展實際，提出推進我國信息技術產品生態建設的措施建議。

信息技術產品生態體系框架

CPU和操作系統是信息技術產品生態體系的核心。CPU是“心”，是整個信息系統的運算和控制中心，承擔著處理指令、執行操作、控制時間、處理數據等功能，是整個信息系統的“心臟”。操作系統是“魂”，是應用軟件與硬件之間的橋梁，用來對整個信息系統的硬件和軟件資源進行配置和管理，控制所有應用程序運行。信息技術產品生態體系主要由硬件、基礎軟件和應用三部分構成。其中，硬件包括CPU、芯片、存儲器和輸入輸出設備，CPU是核心；基礎軟件以操作系統為核心，還包括支撐軟件（數據庫、中間件、辦公套件）。以CPU和操作系統為核心，信息技術產品生態體系大致涉及三個層面：技術層面涵蓋核心技術產品生命周期所涉及的關鍵技術、研發主體等；產業層面涵蓋核心技術產品產業鏈上下游各環節、相關主體等；應用層面涵蓋核心技術產品在構成信息系統中呈現出來的功能、性能和用戶體驗等。

國際信息技術產品生態體系建設現狀

（一）中央處理器。CPU從最初發展至今已經有40多年的歷史，時至今日，全球范圍內CPU的主流架構依舊是x86、ARM和MIPS三種，基于上述架構，Intel、ARM等企業構建起了相應的生態體系。

1.x86架構。x86架構廣泛應用于PC、服務器CPU領域。x86架構生態體系的企業主要有Intel和AMD兩家，Intel對x86架構擁有絕對掌控力。相關調查顯示，在服務器CPU中，x86架構CPU占整個CPU市場96%的份額，其中Intel出貨量占99%，AMD僅有約1%的市場占有率。

2.ARM架構。ARM架構的處理器廣泛應用于電子產品中，從可攜式裝置到電腦外設（服務器、PC、手機），甚至導彈的彈載計算機等軍用設施中都有應用。ARM公司通過架構層級授權、內核層級授權、使用層級授權等方式，構建了開放的ARM架構生態體系。ARM的開放式授權模式非常成功，根據ARM公司數據，在已出貨的1000億顆基于ARM的芯片中，有500億顆是由合作伙伴在2013年到2017年間出貨的，增長勢頭迅猛。

3.MIPS架構。MIPS架構被廣泛使用在電子產品、網絡設備、個人娛樂裝置與商業裝置上。為確保MIPS產品和生態體系的完整性，MIPS推出了驗證全球MIPS-Based產品的MIPS-Verified項目，驗證后的知識產權將標注MIPS-Verified正式標志。MIPS-Verified商標可幫助設計師區分高質量、高可靠的產品以及擁有充分支持的解決方案，這些都與MIPS生態體系兼容。帶有MIPS-Verified標志的內核或架構實現可保證該知識產權經過多年產權驗證技術的嚴格測試。這種設計驗證技術由MIPS工程師定期優化和加強，以測試加到MIPS架構的每個新版本和新功能。

（二）操作系統。目前，全球主流的終端設備操作系統主要有Windows系統、Linux系統、iOS系統以及Android系統。

1.Windows系統。微軟致力于打造統一的生態系統，讓用戶在所有平臺上擁有一致的體驗。微軟推出了應用商店Windows Store，開發者和用戶可以通過Windows Store發布和購買所需軟件。Windows 8操作系統可同時支持ARM和x86芯片構架，能應用于臺式機、筆記本、平板電腦等終端設備。目前，Windows生態圈在元器件生產方面裂變成了Wintel陣營和Winarm陣營；在軟件生態領域發生了聚合，不僅可以用于x86架構下的PC等設備，也可以用于ARM架構下的手機等移動終端。

2.Linux系統。Linux開源系統是一款源代碼開放系統，針對Linux內核，每一天來自全球各地的3900名開發人員添加10800行代碼，刪除5300行代碼，修改1800行代碼。很多大公司十分重視Linux技術的研發，并向開源社區貢獻代碼，促進Linux生態不斷壯大。如IBM在全球主流開源組織中參與了超過150個開源項目，并向開源社區貢獻了多項關鍵的大型主機技術的代碼。

3.iOS系統。蘋果公司致力于基于iOS系統的生態體系建設。iPod touch的發布，iTunes Wi-Fi Music Store的橫空出世是iOS生態發展的里程碑。App Store的問世標志著iOS生態系統初步形成。

4.Android系統。Google公司致力于打造Android生態圈，發布了全新移動操作系統Android L、車載系統、智能手表系統以及Android One等。Google全線布局，旨在打造Android閉環，從移動設備、可穿戴設備、智能家居全方位打造Android生態圈。

（三）生態體系。

1.Wintel生態。當前，全球有80%的PC使用Intel的處理器，超過90%的PC使用微軟的Windows操作系統，Wintel聯盟將Intel的CPU與微軟的Windows系統兩者進行最佳結合、協同更新，拉動了整個產業的發展。

2.Android+ARM生態。由于采取的核心策略都高度符合移動互聯網時代的需要，Android+ARM生態在智能終端設備上獲得了廣泛應用。目前，90%左右的手機都使用ARM處理器，ARM處理器在手機市場上處于絕對霸主地位。Google在智能手機、上網本等多個領域與ARM合作。ARM也宣布啟用Android解決方案中心，提供采用Android進行ARM相關產品開發設計運用。

3.iOS+ARM生態。ARM處理器因為其低功耗和小尺寸的優勢，在嵌入式系統中的應用非常廣泛，性能在同等功耗產品中也非常出色。截至目前，蘋果公司已經發布的iOS設備中的處理器都是基于ARM架構的。

此外，市場中還存在眾多其他操作系統和CPU的組合，例如Android+x86、Android+MIPS以及Android+PowerPC等組合形式。其中，發 展 較 為 完 善的組合是Android+x86；Android+MIPS以及Android+PowerPC仍在移植、完善過程中。

我國信息技術產品生態建設現狀

（一）中央處理器。在國家科技重大專項等政策推動下，我國CPU研發進入多技術路線同步推進階段，“引進消化吸收”成為主要路徑之一，國內企業紛紛與IBM、ARM、Intel等國際巨頭合作，利用其成熟的生態快速實現產業化。

在x86架構的CPU生態中，中科曙光通過與AMD成立合資公司，獲取高端64位x86架構CPU的商業授權；上海兆芯通過和臺灣VIA合資，借助VIA和Intel的交叉授權協議進入x86領域。

在ARM架構的CPU生態中，飛騰、海思和紫光展銳均取得了ARM架構授權開始自研CPU內核，工藝水平與高通、MTK（聯發科）、蘋果等國際領先ARM芯片設計企業基本并肩；飛騰推出FT-1500A、FT-2000等系列ARM 64位CPU，實現了設計流程的安全可控，已有核心技術納入新版ARM 64位指令集中；高通與貴州政府合資成立的貴州華芯通也在積極展開對ARM服務器CPU的研發工作。

在MIPS架構的CPU生態中，龍芯堅持自主研發，申請專利已超過200件，其最新推出的第二代CPU產品通用處理性能是第一代產品的3～5倍，超過了Intel的低端凌動系列，訪存帶寬達到了Intel的高端產品E5的水平，完全可以滿足黨政軍等重點領域應用需求。在生態建設方面，龍芯對Java、gcc等重要API軟件進行持續的完善和優化，目前主要API性能和功能已經不亞于主流x86平臺的相關軟件；提供基礎版操作系統Loongnix，支持國內操作系統企業和整機企業發行定制版操作系統產品，中標軟件、普華軟件、深度科技等都已經發布了基于龍芯平臺的操作系統；龍芯還加快完善軟硬件接口規范，對龍芯的CPU、橋片、BIOS、操作系統進行了規范，并在MIPS指令集基礎上增加了x86和ARM的功能，實現了對Windows XP所支持外設的自動識別。

在Alpha架構的CPU生態中，申威通過對自主Alpha架構不斷深化、升級，在雙核Alpha基礎上拓展了多核架構和SIMD等特色擴展指令集，處理器架構優化設計方面基本達到了Intel主流芯片水平，基于申威CPU的“神威太湖之光”峰值性能達每秒12.5億億次浮點運算，成為世界首臺運行速度超10億億次的超級計算機。在生態建設方面，申威自主開發了神威睿智編譯器，研發了基于Linux的神威睿思操作系統，并推出了使用8704片申威1600的神威藍光超算，實現了軟件和硬件全部國產化。目前，申威芯片的主攻方向仍為軍用計算機、

服務器和超級計算機。

在PowerPC架構的CPU生態中，中晟宏芯承接POWER CPU全套技術，已發布基于IBM POWER8的芯片CP1，實現了中試和量產。

（二）操作系統。國內企業基于開源的Linux和Android系統，推出了一系列面向服務器、桌面、移動和嵌入式領域的國產操作系統。在桌面操作系統方面，中標麒麟、銀河麒麟等國產Linux桌面操作系統，通過計算機預裝和正版化推進等方式，在國防、教育等行業達到百萬規模級應用；廣東新支點、廣西一銘、云南思普、武漢深之度等國內企業也都在Linux開源操作系統的基礎上，不斷加強自主研發，推出了各自的操作系統產品，并應用于政府部門和大型國有企事業單位。在傳統服務器操作系統方面，中標麒麟、中科方德、凝思等國產Linux服務器操作系統，在國內Linux系統市場占有率超過30%，在郵政存儲銀行全國范圍的服務器中應用率達93%，在國家電網的電力調度控制系統應用率達100%。在面向云計算應用的服務器操作系統方面，阿里、百度、華為、浪潮等在云計算操作系統關鍵技術領域取得突破，產品在互聯網、電子政務及企業信息化領域得到應用。在智能終端操作系統方面，基于開源Linux自主研發或基于Android系統深度替換和定制的國產移動智能終端操作系統已應用于智能手機、平板電腦、數字電視/機頂盒等智能終端，阿里云、華為、百度、聯想等公司研發的產品累計裝機應用量超過6000萬，小米科技的MIUI系統隨小米手機實現8000萬裝機量。在嵌入式操作系統方面，面向軍工領域研發出的系列嵌入式操作系統已應用于飛機、戰車、導彈、衛星等武器裝備中；普華等企業開發了車控操作系統和基于Linux的車載操作系統，并在長安、上汽等國產汽車中得到量產應用；和利時等企業開發的實時操作系統在工業控制系統實現規模應用。

（三）生態體系。我國政府、相關企業開展了大量基于國產CPU和操作系統的適配工作，取得了一定成效，基于國產CPU和操作系統的核心技術生態初步形成。工業和信息化部組織建立了聯合攻關基地，系統集成商聯合CPU、操作系統、整機、數據庫、中間件等廠商，開展集成適配技術攻關，推進國產核心軟硬件的集成適配和協同發展，發現、解決、優化實際問題數百項，整體性能提升5倍以上，促進國產軟硬件版本升級300余次，體系化提升國產核心軟硬件的性能和可靠性，為國家黨政軍和重要信息系統的國產化替代初步奠定了基礎。同時，相關企業也自發開展適配工作。龍芯不僅推出了與其CPU充分適配的龍芯基礎版操作系統，還與中標麒麟、普華、中科方德等國產操作系統廠商進行適配；在中國電子信息產業集團的引領下，天津飛騰、銀河麒麟、達夢數據庫、邁普網絡產品等形成了包括基礎硬件、基礎軟件、應用軟件等在內的生態系統，初步具備用飛騰+麒麟的PK技術體系代替國外Wintel技術體系的能力。

我國信息技術產品生態發展的問題及相關對策

當前，全球信息技術產品生態體系的主導權仍掌握在美歐等西方國家手中。我國信息技術產品生態體系雖已初步成型，信息技術產品安全可控程度可滿足部分關鍵領域和重要信息系統最基本的應用需求，但仍面臨較嚴峻的可控性風險，CPU、操作系統等核心技術受制于人，核心技術及產業生態碎片化嚴重等問題仍亟待解決。國家相關部門應進一步加強信息技術產品生態發展的統籌指導，掌握產業發展的主導權。

（一）加大技術產業發展的資金支持力度。充分利用核高基重大專項、電子信息產業發展基金、技術改造專項、云計算示范工程等中央財政資金，加大對芯片設計制造、自主操作系統研發、關鍵應用軟件研發和遷移等方面的支持力度。設立國家網信領域核心技術引進專項資金，建立重點引進核心技術清單和滾動調整機制，支持企業面向全球引進指令集、IP核、制造工藝等先進技術，并通過國家購買專利、形成專利池的方式支持共性技術專利共享。

（二）加強核心技術協同創新。一是支持龍芯、申威等國內芯片設計企業，通過建立聯盟等形式，與國內制造、封測、應用等企業深化合作，加強戰略、技術、標準、市場等溝通協作，理順聯盟企業間的利益紐帶關系，加快國產CPU產業鏈上下游協同創新。二是支持企業積極參與國際開源社區，深化對開源技術的理解，提升在國內企業在開源社區的影響力。整合國產操作系統廠商、科研院所的研發力量，聯合建設國家主導的開源社區，組織制定社區技術和數據共享規范，引導國內企業合力開發統一開放的操作系統產品。三是聚焦我國黨政軍等關鍵領域應用需求，建設和完善以國產CPU和操作系統為核心的國產關鍵軟硬件測試、驗證公共服務平臺，加快國產關鍵軟硬件的集成攻關和適配優化，推動強強聯合，形成攻關合力。

（三）建立并完善人才培養、評價和激勵機制。一是建立科學的人才評價和激勵機制。結合CPU、操作系統等核心技術產業特點，制定人才入股、技術入股等方面的專門政策，保障骨干技術人才對技術成果的處置、使用、收益等合法權益。建立科學的自主創新評價機制，以實際能力為衡量標準，不唯學歷、不唯論文、不唯資歷，建立有利于核心技術人才發展的職稱評價制度，最大限度激發人才創新活力。二是以全球視野培養、選拔和引進高端人才。鼓勵核心技術企業通過國際并購、設立海外研發中心、制定配套人才政策等招攬國際人才，減少技術水平差距。加強國內計算機體系架構、EDA、微電子、系統軟件、開源軟件等專業人才培養，支持支持高校、科研院所與企業聯合建立一批開放實驗室，開展信息領域關鍵技術研究，加快高端人才培養。