王超

當(dāng)前，以CPU和操作系統(tǒng)為核心的信息技術(shù)產(chǎn)品生態(tài)體系競爭的重要性日益顯現(xiàn)。我國信息技術(shù)產(chǎn)品生態(tài)體系雖已初步成型，但產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)權(quán)仍掌握在美歐等西方國家手中。研究國內(nèi)外信息技術(shù)產(chǎn)品生態(tài)體系建設(shè)現(xiàn)狀，結(jié)合我國發(fā)展實際，提出推進我國信息技術(shù)產(chǎn)品生態(tài)建設(shè)的措施建議。

信息技術(shù)產(chǎn)品生態(tài)體系框架

CPU和操作系統(tǒng)是信息技術(shù)產(chǎn)品生態(tài)體系的核心。CPU是“心”，是整個信息系統(tǒng)的運算和控制中心，承擔(dān)著處理指令、執(zhí)行操作、控制時間、處理數(shù)據(jù)等功能，是整個信息系統(tǒng)的“心臟”。操作系統(tǒng)是“魂”，是應(yīng)用軟件與硬件之間的橋梁，用來對整個信息系統(tǒng)的硬件和軟件資源進行配置和管理，控制所有應(yīng)用程序運行。信息技術(shù)產(chǎn)品生態(tài)體系主要由硬件、基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用三部分構(gòu)成。其中，硬件包括CPU、芯片、存儲器和輸入輸出設(shè)備，CPU是核心；基礎(chǔ)軟件以操作系統(tǒng)為核心，還包括支撐軟件（數(shù)據(jù)庫、中間件、辦公套件）。以CPU和操作系統(tǒng)為核心，信息技術(shù)產(chǎn)品生態(tài)體系大致涉及三個層面：技術(shù)層面涵蓋核心技術(shù)產(chǎn)品生命周期所涉及的關(guān)鍵技術(shù)、研發(fā)主體等；產(chǎn)業(yè)層面涵蓋核心技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈上下游各環(huán)節(jié)、相關(guān)主體等；應(yīng)用層面涵蓋核心技術(shù)產(chǎn)品在構(gòu)成信息系統(tǒng)中呈現(xiàn)出來的功能、性能和用戶體驗等。

國際信息技術(shù)產(chǎn)品生態(tài)體系建設(shè)現(xiàn)狀

（一）中央處理器。CPU從最初發(fā)展至今已經(jīng)有40多年的歷史，時至今日，全球范圍內(nèi)CPU的主流架構(gòu)依舊是x86、ARM和MIPS三種，基于上述架構(gòu)，Intel、ARM等企業(yè)構(gòu)建起了相應(yīng)的生態(tài)體系。

1.x86架構(gòu)。x86架構(gòu)廣泛應(yīng)用于PC、服務(wù)器CPU領(lǐng)域。x86架構(gòu)生態(tài)體系的企業(yè)主要有Intel和AMD兩家，Intel對x86架構(gòu)擁有絕對掌控力。相關(guān)調(diào)查顯示，在服務(wù)器CPU中，x86架構(gòu)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(gòu)。ARM架構(gòu)的處理器廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，從可攜式裝置到電腦外設(shè)（服務(wù)器、PC、手機），甚至導(dǎo)彈的彈載計算機等軍用設(shè)施中都有應(yīng)用。ARM公司通過架構(gòu)層級授權(quán)、內(nèi)核層級授權(quán)、使用層級授權(quán)等方式，構(gòu)建了開放的ARM架構(gòu)生態(tài)體系。ARM的開放式授權(quán)模式非常成功，根據(jù)ARM公司數(shù)據(jù)，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(gòu)。MIPS架構(gòu)被廣泛使用在電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、個人娛樂裝置與商業(yè)裝置上。為確保MIPS產(chǎn)品和生態(tài)體系的完整性，MIPS推出了驗證全球MIPS-Based產(chǎn)品的MIPS-Verified項目，驗證后的知識產(chǎn)權(quán)將標(biāo)注MIPS-Verified正式標(biāo)志。MIPS-Verified商標(biāo)可幫助設(shè)計師區(qū)分高質(zhì)量、高可靠的產(chǎn)品以及擁有充分支持的解決方案，這些都與MIPS生態(tài)體系兼容。帶有MIPS-Verified標(biāo)志的內(nèi)核或架構(gòu)實現(xiàn)可保證該知識產(chǎn)權(quán)經(jīng)過多年產(chǎn)權(quán)驗證技術(shù)的嚴格測試。這種設(shè)計驗證技術(shù)由MIPS工程師定期優(yōu)化和加強，以測試加到MIPS架構(gòu)的每個新版本和新功能。

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

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

2.Linux系統(tǒng)。Linux開源系統(tǒng)是一款源代碼開放系統(tǒng)，針對Linux內(nèi)核，每一天來自全球各地的3900名開發(fā)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(shù)的研發(fā)，并向開源社區(qū)貢獻代碼，促進Linux生態(tài)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(qū)貢獻了多項關(guān)鍵的大型主機技術(shù)的代碼。

3.iOS系統(tǒng)。蘋果公司致力于基于iOS系統(tǒng)的生態(tài)體系建設(shè)。iPod touch的發(fā)布，iTunes Wi-Fi Music Store的橫空出世是iOS生態(tài)發(fā)展的里程碑。App Store的問世標(biāo)志著iOS生態(tài)系統(tǒng)初步形成。

4.Android系統(tǒng)。Google公司致力于打造Android生態(tài)圈，發(fā)布了全新移動操作系統(tǒng)Android L、車載系統(tǒng)、智能手表系統(tǒng)以及Android One等。Google全線布局，旨在打造Android閉環(huán)，從移動設(shè)備、可穿戴設(shè)備、智能家居全方位打造Android生態(tài)圈。

（三）生態(tài)體系。

1.Wintel生態(tài)。當(dāng)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(tǒng)，Wintel聯(lián)盟將Intel的CPU與微軟的Windows系統(tǒng)兩者進行最佳結(jié)合、協(xié)同更新，拉動了整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.Android+ARM生態(tài)。由于采取的核心策略都高度符合移動互聯(lián)網(wǎng)時代的需要，Android+ARM生態(tài)在智能終端設(shè)備上獲得了廣泛應(yīng)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(wǎng)本等多個領(lǐng)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(guān)產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計運用。

3.iOS+ARM生態(tài)。ARM處理器因為其低功耗和小尺寸的優(yōu)勢，在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，性能在同等功耗產(chǎn)品中也非常出色。截至目前，蘋果公司已經(jīng)發(fā)布的iOS設(shè)備中的處理器都是基于ARM架構(gòu)的。

此外，市場中還存在眾多其他操作系統(tǒng)和CPU的組合，例如Android+x86、Android+MIPS以及Android+PowerPC等組合形式。其中，發(fā) 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(shù)產(chǎn)品生態(tài)建設(shè)現(xiàn)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(fā)進入多技術(shù)路線同步推進階段，“引進消化吸收”成為主要路徑之一，國內(nèi)企業(yè)紛紛與IBM、ARM、Intel等國際巨頭合作，利用其成熟的生態(tài)快速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

在x86架構(gòu)的CPU生態(tài)中，中科曙光通過與AMD成立合資公司，獲取高端64位x86架構(gòu)CPU的商業(yè)授權(quán)；上海兆芯通過和臺灣VIA合資，借助VIA和Intel的交叉授權(quán)協(xié)議進入x86領(lǐng)域。

在ARM架構(gòu)的CPU生態(tài)中，飛騰、海思和紫光展銳均取得了ARM架構(gòu)授權(quán)開始自研CPU內(nèi)核，工藝水平與高通、MTK（聯(lián)發(fā)科）、蘋果等國際領(lǐng)先ARM芯片設(shè)計企業(yè)基本并肩；飛騰推出FT-1500A、FT-2000等系列ARM 64位CPU，實現(xiàn)了設(shè)計流程的安全可控，已有核心技術(shù)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(wù)器CPU的研發(fā)工作。

在MIPS架構(gòu)的CPU生態(tài)中，龍芯堅持自主研發(fā)，申請專利已超過200件，其最新推出的第二代CPU產(chǎn)品通用處理性能是第一代產(chǎn)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(chǎn)品E5的水平，完全可以滿足黨政軍等重點領(lǐng)域應(yīng)用需求。在生態(tài)建設(shè)方面，龍芯對Java、gcc等重要API軟件進行持續(xù)的完善和優(yōu)化，目前主要API性能和功能已經(jīng)不亞于主流x86平臺的相關(guān)軟件；提供基礎(chǔ)版操作系統(tǒng)Loongnix，支持國內(nèi)操作系統(tǒng)企業(yè)和整機企業(yè)發(fā)行定制版操作系統(tǒng)產(chǎn)品，中標(biāo)軟件、普華軟件、深度科技等都已經(jīng)發(fā)布了基于龍芯平臺的操作系統(tǒng)；龍芯還加快完善軟硬件接口規(guī)范，對龍芯的CPU、橋片、BIOS、操作系統(tǒng)進行了規(guī)范，并在MIPS指令集基礎(chǔ)上增加了x86和ARM的功能，實現(xiàn)了對Windows XP所支持外設(shè)的自動識別。

在Alpha架構(gòu)的CPU生態(tài)中，申威通過對自主Alpha架構(gòu)不斷深化、升級，在雙核Alpha基礎(chǔ)上拓展了多核架構(gòu)和SIMD等特色擴展指令集，處理器架構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(tài)建設(shè)方面，申威自主開發(fā)了神威睿智編譯器，研發(fā)了基于Linux的神威睿思操作系統(tǒng)，并推出了使用8704片申威1600的神威藍光超算，實現(xiàn)了軟件和硬件全部國產(chǎn)化。目前，申威芯片的主攻方向仍為軍用計算機、

服務(wù)器和超級計算機。

在PowerPC架構(gòu)的CPU生態(tài)中，中晟宏芯承接POWER CPU全套技術(shù)，已發(fā)布基于IBM POWER8的芯片CP1，實現(xiàn)了中試和量產(chǎn)。

（二）操作系統(tǒng)。國內(nèi)企業(yè)基于開源的Linux和Android系統(tǒng)，推出了一系列面向服務(wù)器、桌面、移動和嵌入式領(lǐng)域的國產(chǎn)操作系統(tǒng)。在桌面操作系統(tǒng)方面，中標(biāo)麒麟、銀河麒麟等國產(chǎn)Linux桌面操作系統(tǒng)，通過計算機預(yù)裝和正版化推進等方式，在國防、教育等行業(yè)達到百萬規(guī)模級應(yīng)用；廣東新支點、廣西一銘、云南思普、武漢深之度等國內(nèi)企業(yè)也都在Linux開源操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，不斷加強自主研發(fā)，推出了各自的操作系統(tǒng)產(chǎn)品，并應(yīng)用于政府部門和大型國有企事業(yè)單位。在傳統(tǒng)服務(wù)器操作系統(tǒng)方面，中標(biāo)麒麟、中科方德、凝思等國產(chǎn)Linux服務(wù)器操作系統(tǒng)，在國內(nèi)Linux系統(tǒng)市場占有率超過30%，在郵政存儲銀行全國范圍的服務(wù)器中應(yīng)用率達93%，在國家電網(wǎng)的電力調(diào)度控制系統(tǒng)應(yīng)用率達100%。在面向云計算應(yīng)用的服務(wù)器操作系統(tǒng)方面，阿里、百度、華為、浪潮等在云計算操作系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得突破，產(chǎn)品在互聯(lián)網(wǎng)、電子政務(wù)及企業(yè)信息化領(lǐng)域得到應(yīng)用。在智能終端操作系統(tǒng)方面，基于開源Linux自主研發(fā)或基于Android系統(tǒng)深度替換和定制的國產(chǎn)移動智能終端操作系統(tǒng)已應(yīng)用于智能手機、平板電腦、數(shù)字電視/機頂盒等智能終端，阿里云、華為、百度、聯(lián)想等公司研發(fā)的產(chǎn)品累計裝機應(yīng)用量超過6000萬，小米科技的MIUI系統(tǒng)隨小米手機實現(xiàn)8000萬裝機量。在嵌入式操作系統(tǒng)方面，面向軍工領(lǐng)域研發(fā)出的系列嵌入式操作系統(tǒng)已應(yīng)用于飛機、戰(zhàn)車、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等武器裝備中；普華等企業(yè)開發(fā)了車控操作系統(tǒng)和基于Linux的車載操作系統(tǒng)，并在長安、上汽等國產(chǎn)汽車中得到量產(chǎn)應(yīng)用；和利時等企業(yè)開發(fā)的實時操作系統(tǒng)在工業(yè)控制系統(tǒng)實現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用。

（三）生態(tài)體系。我國政府、相關(guān)企業(yè)開展了大量基于國產(chǎn)CPU和操作系統(tǒng)的適配工作，取得了一定成效，基于國產(chǎn)CPU和操作系統(tǒng)的核心技術(shù)生態(tài)初步形成。工業(yè)和信息化部組織建立了聯(lián)合攻關(guān)基地，系統(tǒng)集成商聯(lián)合CPU、操作系統(tǒng)、整機、數(shù)據(jù)庫、中間件等廠商，開展集成適配技術(shù)攻關(guān)，推進國產(chǎn)核心軟硬件的集成適配和協(xié)同發(fā)展，發(fā)現(xiàn)、解決、優(yōu)化實際問題數(shù)百項，整體性能提升5倍以上，促進國產(chǎn)軟硬件版本升級300余次，體系化提升國產(chǎn)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(tǒng)的國產(chǎn)化替代初步奠定了基礎(chǔ)。同時，相關(guān)企業(yè)也自發(fā)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(chǔ)版操作系統(tǒng)，還與中標(biāo)麒麟、普華、中科方德等國產(chǎn)操作系統(tǒng)廠商進行適配；在中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團的引領(lǐng)下，天津飛騰、銀河麒麟、達夢數(shù)據(jù)庫、邁普網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等形成了包括基礎(chǔ)硬件、基礎(chǔ)軟件、應(yīng)用軟件等在內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)，初步具備用飛騰+麒麟的PK技術(shù)體系代替國外Wintel技術(shù)體系的能力。

我國信息技術(shù)產(chǎn)品生態(tài)發(fā)展的問題及相關(guān)對策

當(dāng)前，全球信息技術(shù)產(chǎn)品生態(tài)體系的主導(dǎo)權(quán)仍掌握在美歐等西方國家手中。我國信息技術(shù)產(chǎn)品生態(tài)體系雖已初步成型，信息技術(shù)產(chǎn)品安全可控程度可滿足部分關(guān)鍵領(lǐng)域和重要信息系統(tǒng)最基本的應(yīng)用需求，但仍面臨較嚴峻的可控性風(fēng)險，CPU、操作系統(tǒng)等核心技術(shù)受制于人，核心技術(shù)及產(chǎn)業(yè)生態(tài)碎片化嚴重等問題仍亟待解決。國家相關(guān)部門應(yīng)進一步加強信息技術(shù)產(chǎn)品生態(tài)發(fā)展的統(tǒng)籌指導(dǎo)，掌握產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)權(quán)。

（一）加大技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的資金支持力度。充分利用核高基重大專項、電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金、技術(shù)改造專項、云計算示范工程等中央財政資金，加大對芯片設(shè)計制造、自主操作系統(tǒng)研發(fā)、關(guān)鍵應(yīng)用軟件研發(fā)和遷移等方面的支持力度。設(shè)立國家網(wǎng)信領(lǐng)域核心技術(shù)引進專項資金，建立重點引進核心技術(shù)清單和滾動調(diào)整機制，支持企業(yè)面向全球引進指令集、IP核、制造工藝等先進技術(shù)，并通過國家購買專利、形成專利池的方式支持共性技術(shù)專利共享。

（二）加強核心技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新。一是支持龍芯、申威等國內(nèi)芯片設(shè)計企業(yè)，通過建立聯(lián)盟等形式，與國內(nèi)制造、封測、應(yīng)用等企業(yè)深化合作，加強戰(zhàn)略、技術(shù)、標(biāo)準、市場等溝通協(xié)作，理順聯(lián)盟企業(yè)間的利益紐帶關(guān)系，加快國產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同創(chuàng)新。二是支持企業(yè)積極參與國際開源社區(qū)，深化對開源技術(shù)的理解，提升在國內(nèi)企業(yè)在開源社區(qū)的影響力。整合國產(chǎn)操作系統(tǒng)廠商、科研院所的研發(fā)力量，聯(lián)合建設(shè)國家主導(dǎo)的開源社區(qū)，組織制定社區(qū)技術(shù)和數(shù)據(jù)共享規(guī)范，引導(dǎo)國內(nèi)企業(yè)合力開發(fā)統(tǒng)一開放的操作系統(tǒng)產(chǎn)品。三是聚焦我國黨政軍等關(guān)鍵領(lǐng)域應(yīng)用需求，建設(shè)和完善以國產(chǎn)CPU和操作系統(tǒng)為核心的國產(chǎn)關(guān)鍵軟硬件測試、驗證公共服務(wù)平臺，加快國產(chǎn)關(guān)鍵軟硬件的集成攻關(guān)和適配優(yōu)化，推動強強聯(lián)合，形成攻關(guān)合力。

（三）建立并完善人才培養(yǎng)、評價和激勵機制。一是建立科學(xué)的人才評價和激勵機制。結(jié)合CPU、操作系統(tǒng)等核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)特點，制定人才入股、技術(shù)入股等方面的專門政策，保障骨干技術(shù)人才對技術(shù)成果的處置、使用、收益等合法權(quán)益。建立科學(xué)的自主創(chuàng)新評價機制，以實際能力為衡量標(biāo)準，不唯學(xué)歷、不唯論文、不唯資歷，建立有利于核心技術(shù)人才發(fā)展的職稱評價制度，最大限度激發(fā)人才創(chuàng)新活力。二是以全球視野培養(yǎng)、選拔和引進高端人才。鼓勵核心技術(shù)企業(yè)通過國際并購、設(shè)立海外研發(fā)中心、制定配套人才政策等招攬國際人才，減少技術(shù)水平差距。加強國內(nèi)計算機體系架構(gòu)、EDA、微電子、系統(tǒng)軟件、開源軟件等專業(yè)人才培養(yǎng)，支持支持高校、科研院所與企業(yè)聯(lián)合建立一批開放實驗室，開展信息領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)研究，加快高端人才培養(yǎng)。