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2018年中国自主可控产业结构组成及其发展现状分析(图)
发布时间:2018-05-30 13:38
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        自主可控产业可以简单分为三类:以芯片、基础软件为代表的底层;以服务器、通信设备、移动终端为代表的中间层;以应用软件为代表的应用层。
         
       
自主可控产业结构
 
        图表来源:公开资料整理

        相比于较为稳固的中间层与发展迅速地应用层,当前基础层较为薄弱,有望弯道超车。基础层的代表有高端通用芯片、SoC芯片、基础软件等,是国产替代领域的难点和重点。由于我国计算机行业起步较晚,大部分技术、工艺、标准多为引进外国,失去了先发优势。加上基础层的芯片和软件需要大量的投入,且短期内很难看到回报,所以世界上只有少数几家公司愿意去发展基础层,这也是我国的基础层产品比较薄弱,发展较慢的原因。但是,由于基础层在IT领域属于比较重要的一部分,决定了整个生态,中间层必须依靠在基础层建立的标准之上才能够形成。而且我国作为拥有17万亿IT市场的需求大国,一直想要打破外国垄断,形成自己的体系。所以,不管是市场结构和政策方面,国产替代动力强劲。正因如此,基础层的重要性逐渐凸显,尤其是芯片、操作系统成为了自主可控的重中之重。
       
        一、国内基础软硬件日臻成熟,关键行业规模化替代指日可待
       
        国外芯片漏洞不断被曝光,中美贸易战火升级,表明目前网络安全岌岌可危,形势极其严峻,发展自主可控刻不容缓。信息战是未来主要的战争形态,信息战中的关键就在于自主可控,自主可控的关键在于芯片。芯片就是自主可控的核心与最关键一环,是自主可控的基础与根基。没有自主研发能力,就谈不上国家安全,更无法维护国家利益。我们必须加快发展国产芯片,加快国产替代的步伐,摆脱从美国及其他国家进口的危险,拿起自己的武器,对抗外来侵袭。国家下一步将集中力量发展国产芯片产业,加强硬件自主研发能力,进一步巩固与加深我国信息安全,捍卫国家利益。预计未来我国将从多个维度颁布更强力度的支持政策,助力自主可控产业将迈入加速蓬勃发展阶段。
       
        1、国产芯片多技术路线同步推进,ARM体系成为最佳选择
       
        目前我国芯片研发已进入多技术路线同步推进的高速发展阶段,并因发展模式和技术特性的差异而呈现不同的发展特色,其中领导厂商为龙芯、申威、飞腾、兆芯,其指令体系分别为MIPS、Alpha、ARM、x86。
       
        飞腾:主要致力于高性能、低功耗集成电路芯片的设计、生产,核心研究团队为国防科技大学计算机学院。飞腾购买了ARM自主化程度最高的架构授权,可进行自主CPU基础架构的研发。其最新发布的FT-2000/64是国内自主设计的第一款64核通用处理器,也是现阶段全球性能最高的ARM架构服务器芯片之一,可实现对Intel中高端“至强”服务器芯片的替代。
       

飞腾芯片情况
 
        图表来源:公开资料整理

        兆芯:上海市国资委、台湾威盛电子合资成立上海兆芯,威盛是除Intel、AMD之外,唯一一家拥有X86架构授权的公司,也是除高通之外,唯一一家拥有CDMA基带授权的公司。兆芯的技术源自VIA,走的是技术引进、仿制,再修改原始设计,最后自主创新的道路。尽管自主程度不如其他三家企业,但合作开发意味着国内企业可以直接获得CPU的原始代码并检查其中是否存在后门,因此能满足关键部门基本的信息安全需求。
       
        目前兆芯已推出3代CPU产品,并形成了完整的芯片组解决方案,在操作系统层面除兼容windows和linux外,也联合方德、中标、普华等多家国内企业展开适配。
         
       
兆芯芯片情况
        图表来源:公开资料整理

        龙芯:主要研发团队为中国科学院计算所,指令集和微结构均是自主设计,拥有完全的知识产权。其成功包揽了我国三项CPU界的“首款”称号—我国首款通用CPU(龙芯1号)、我国首款64位通用CPU(龙芯2B)、我国首款四核CPU(龙芯3A)。由于目前软件生态贫乏与产业联盟弱小,2016年龙芯将GS132和GS232两款CPU核向高校和学术界开源,致力于建立起自己的生态,丰富龙芯的软件生态和产业链,未来有望带动相关产业链的发展。
       

龙芯芯片情况
        图表来源:公开资料整理

        申威:申威在国家"核高基"重大专项支持下、采用自主指令集,具体负责研发的单位是江南计算机所属于军方研究机构(总参56所),且具有完全的自主知识产权。在第47届世界超级计算机大会上公布的最新TOP500排名中,申威26010名列榜首,比第二名美国的泰坦超算还快一倍多。
       
        同样由于PC市场软件生态贫乏且产业联盟弱小,申威的民用PC市场仍然存在兼容性的问题。但由于是军方项目,其软件和硬件产品完全可以在体制内完成内部循环,以解决在超算和国防、信息安全无“芯”可用的困境,为国家信息安全保驾护航。
       

申威芯片情况
        图表来源:公开资料整理
       
飞腾、兆芯、申威、龙芯芯片基本情况对比
 
        图表来源:公开资料整理

       
        对于国产CPU而言,由于各自选择了不同的技术体系进行研发,四大领导厂商所代表的四种指令集备选体系也各有优劣。
         
       
飞腾、兆芯、申威、龙芯芯片指令集对比
 
        图表来源:公开资料整理

        所谓“自主可控”是指拥有自主知识产权和芯片安全可控,即拥有自己的指令集和微结构,目前国内符合条件的只有龙芯和申威。但购买国外厂商指令集授权(如ARM指令授权),自己设计微结构同样可以满足安全可控的要求,也是一个很好的选择。尽管无法自主选择发展路线,但是在硬件方面安全可控,且依附于AA体系后,公司不需要研发自己的编译器,可兼容AA体系的软件生态,大幅降低研发的技术门槛、时间和资金成本。在目前国内面临无“芯”可用、需求迫切的困境下,更有利于市场化运营。
       
        综合来看:ARM体系是几种方案中的最佳选择,既满足了自主研发的相关要求,又有着成熟的软件配套资源,很容易发展出一套软硬件生态满足政府、国企等单位的办公PC、服务器等需求。飞腾作为该领域的领导企业,未来业绩有望迎来新突破。
       
        而从芯片各项硬件规格来看:就研发定位而言,申威、兆芯主要致力于超级计算和高性能计算,飞腾和龙芯则主要面向桌面和服务器,更加适合政府、国企等单位的办公PC、服务器等需求。
       
        从芯片性能来看:根据相关机构对飞腾、龙芯与Intel的芯片性能测试结果,分桌面芯片和服务器芯片来进行比较。
       
        就桌面芯片而言,在编译器为GCC5.2的情况下,IntelI54460在3.2G主频下SPEC2006的定点成绩为32分;在编译器为GCC4.4.7的情况下,龙芯3A3000在1.5G主频下的定点成绩为11分;在编译器为GCC4.8的情况下,飞腾1500A在1.8G主频的定点成绩为10分。
       
        就定点性能而言,龙芯3A3000和飞腾1500A的单线程性能相当,且约为IntelI54460的三分之一。尽管和Intel的差距依旧较大,但目前龙芯和飞腾还没有大型游戏等对CPU性能要求较高的软件应用,现在的性能对于绝大多数应用如党政军办公电脑和一体机等,龙芯3A3000和飞腾1500A的性能已经完全够用,只要构建相应的软件生态,在党政军领域就能替换Intel的CPU。
       
        而对于服务器芯片,以国产服务器CPU中多线程性能最强的飞腾2000为例。根据HotcChips的Spec2006测试中,FT-2000成绩为整数672,浮点585,足以和XeonE5-2699v3相媲美,这也是国产服务器芯片第一次在性能上紧跟Intel步伐,对于大多数的国内服务器而言这样的性能已是绰绰有余,未来有望大规模替代Intel。
       

飞腾、兆芯、申威、龙芯芯片硬件规格对比
 
        图表来源:公开资料整理

       
        2、国产操作系统日臻成熟,满足关键领域高安全性需求
       
        目前我国发展得最为成熟的操作系统是CEC集团旗下中标公司的麒麟系统。截至目前,中标麒麟已形成面向桌面操作系统、服务器操作系统、安全操作系统等多类型产品,能支持X86、龙芯、申威、众志、飞腾等CPU平台,满足了满足政府、国防、金融、电力、机要、保密等领域对操作系统的高安全性需求。
         
       
中标麒麟操作系统产品情况
 
        图表来源:公开资料整理

        将麒麟系统与微软的Windows进行对比:
       
        从内存和硬盘容量来看:两者相差不大,基本都能满足用户的相关需求。
       
        从兼容平台上看,麒麟系统除了兼容x86外,还支持龙芯、飞腾等多种国产CPU,而MicrosoftWindows仅支持x86和x64,相比之下麒麟系统更符合保密行业安全可控的要求。
        从安全性来看:NT内核是闭源的,就应用的角度来说,想要扩展第三方文件系统较为困难,因为Windows内核里有太多的API是不公开或者没有明确文档说明的。Windows内核为了方便第三方软件工作提供了过滤驱动接口,使得用户无法触及封闭的部分导致开放的部分被人滥用,造成极大安全隐患。
        而Linux内核是开源的,在遵守协议的前提下,中国人可以免费获得源代码、使用或修改Linux。国内企业通过仔细审核源代码,将部分有问题的代码替换掉,对系统内核进行修改,添加内核安全模块,就能实现自主可控。
       
        从软件生态来看:尽管麒麟操作系统软件生态贫乏,但已能基本满足上网、影音、办公需求。虽然在民用市场还难觅踪影,但在党政军市场已得到一定程度的推广和应用。2015年,航天科工集团将18个核心经营管理类应用系统进行了国产化迁移、适配、优化,实现了从处理器、操作系统到数据库、中间件的全国产化替代,并在真实科研生产环境下开展了广泛应用。
       
        我们认为:未来随着飞腾等国产CPU与中标麒麟建立类似于Wintel同盟的关系,我国自主可控市场潜力巨大,有望带动相关企业的业绩大爆发。
         
       
中标麒麟与MicrosoftWindows基本情况对比
        图表来源:公开资料整理

        3、国产数据库实现量身定制,覆盖多个关键领域
       
        中国电子作为中国最大的国有综合性IT企业集团,旗下众多企业覆盖从软件到硬件,从芯片到云计算服务器等多品类电子信息产品。除了麒麟系统和飞腾芯片外,旗下的达梦数据库在行业中同样遥遥领先。
       
        达梦30多年来始终坚持原始创新、独立研发,掌握全部源代码,拥有完全自主知识产权,目前已覆盖公安、电力、航空、审计、通信、金融、海关、国土资源、电子政务等军口、民口20多个行业领域,连续5年国产数据库市场占有率第一。
       
        将达梦的DM6与Oracle10g进行对比:
       
        从安装和内存结构来看:达梦的安装较Oracle更为方便快捷,适合初学者。对于内存结构二者较为相似,只是对于Oracle的PGA部分,DM并未设置专门的内存与之对应,而用SORT_BUF_SIZE参数来控制排序缓冲和索引重建的内存大小。
       
        从运行机制、模式(schema)和数据库备份和恢复来看:达梦DM6一个实例对应多个库、一个用户可以拥有多个schema,修改数据库的归档模式不需要重启,因而相较于Oracle更为方便易用,操作也更为直观。
         
       
达梦DM6与Oracle10g基本情况对比
 
        图表来源:公开资料整理

        从系统视图来看:达梦则弱于Oracle。Oracle系统视图结构庞大,普通用户也可以查看自己所拥有的对象的视图,而DM对于单个用户则没有提供这些视图,DM的视图和系统表是针对数据库实例(全局)和单个数据库(局部)的,而动态性能视图如v$buffer则是只有SYSTEM数据库才有的,用于查看整个数据库实例的动态信息,而其他一些系统表如systables等则是每个数据库生成一份,存放在各个数据库的sysdba模式下面,默认的拥有者是系统管理员DBA,这对数据库的信息完善程度也造成了一定的影响。
       
        尽管如此,达梦已完全具备系统视图中关键视图供应能力,如systables,sysindexes,这已完全满足党政军领域的日常使用。目前达梦数据库也已覆盖多达20个行业,未来有望继续拓展获得更大市场份额。
       
        对于达梦而言,完全自主知识产权,量身定制、本地化原厂服务是其最大优势,随着系统软件和信息安全问题越来越受到国家高度重视,达梦从根本上保证了系统的安全性,尤其适合政府等敏感部门的需要,完全实现量身定制。
       
        二、国产中间件发展日趋完善,促进自主可控市场发展
       
        随着信息安全备受重视和国家的高度支持,以飞腾、中标、达梦等为代表的芯片、操作系统、数据库自主研发企业发展迅速,以东方通为首的中间件也日趋成熟。
       
        作为中国中间件第一品牌,东方通目前已形成了应用服务器Tong Web、应用消息传输Tong LINK/Q、事务管理中间件Tong EASY、企业服务总线Tong ESB、负载均衡Tong LB五大系列产品,在金融、通信、政府、能源、交通等领域拥有2000多家企业级用户和500多家合作伙伴。
       
        将东方通Tong LINK/Q与IBM Web Sphere MQ进行对比:
       
        从产品可用性来看:Web Sphere MQ的应用程序逻辑较为复杂,且不提供软备份,而Tong LINK/Q则更为贴近用户需求,既简化了应用程序的逻辑复杂度,又节省了专门的双机备份设备的采购费用,可用性更强。
       
        参考观研天下发布《
2018年中国自主可控行业分析报告-市场深度调研与发展前景预测
       
        从安全性来看:对于专注于上层业务系统的开发者而言,过度关注连接、通道、网络等将会极大消耗开发者精力。Web Sphere MQ的通道(Channel)的配置和维护非常复杂,在此之上又叠加了一整套安全认证机制,尽管使MQ的安全性有所加强,但也更加容易出错。
       
        而Tong LINK/Q提供节点间数据传输通道的自动维护功能,并提供传输层SSL(含国密算法)及提供了基于连接通道级别的流量保护措施,这个整体的传输体系为用户呈现了一个安全、可靠、透明的传输通道,用户完全不用关心这些细节,直接使用即可,在保证了安全性的同时使用感更佳。
       
        从竞品互通与国产化适配来看:Tong LINK/Q产品经过22年的优化完善已实现了大量的替代IBMMQ的案例,其中与竞品并存互通的机制,起到了关键性作用。在全世界各种开源和商用消息中间件中,该机制是绝无仅有的。
       
        同时Tong LINK/Q还支持各种国产化设备,为我国自主可控市场的发展起到巨大的推动作用。
         
       
IBM Web Sphere MQ与东方通Tong LINK/Q基本情况对比
 
        图表来源:公开资料整理

       
        三、国产办公套件逐渐崛起,为国家信息安全保驾护航
       
        在办公套件方面,以金山WPS为代表的国产办公套件近年来也渐渐崛起,并逐渐替代微软office软件,为国家信息安全保驾护航。
       
        据报道,WPSOffice在企业级市场的占有份额逐年增长,在过往三年新增的政府、央企、金融行业市场分别占有70%、75%、67%的市场份额。同时,WPS的企业级用户几乎囊括了国家重点领域的一线企业,包括国资委、外交部等政府部门及国内五大银行等金融机构。
        将金山WPS和微软office软件进行对比:
       
        从运行平台和兼容性来看:金山WPS的兼容性较微软office更为强大,而且可在基于Linux的麒麟系统下运行,更为符合我国信息安全自主可控的要求。从功能上来看:微软office功能更加齐全和强大,但目前WPS亦可以满足常用的办公需求,且在文档编辑、排版、格式上更加符合中文需求和习惯,在办公过程中表现出较大的便易性。
       

金山WPS与微软office基本情况对比
 
        图表来源:公开资料整理
 
 
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