国内外信息技术产品生态体系现状对比分析

王超

当前，以CPU和操作系统为核心的信息技术产品生态体系竞争的重要性日益显现。我国信息技术产品生态体系虽已初步成型，但产业主导权仍掌握在美欧等西方国家手中。研究国内外信息技术产品生态体系建设现状，结合我国发展实际，提出推进我国信息技术产品生态建设的措施建议。

信息技术产品生态体系框架

CPU和操作系统是信息技术产品生态体系的核心。CPU是“心”，是整个信息系统的运算和控制中心，承担着处理指令、执行操作、控制时间、处理数据等功能，是整个信息系统的“心脏”。操作系统是“魂”，是应用软件与硬件之间的桥梁，用来对整个信息系统的硬件和软件资源进行配置和管理，控制所有应用程序运行。信息技术产品生态体系主要由硬件、基础软件和应用三部分构成。其中，硬件包括CPU、芯片、存储器和输入输出设备，CPU是核心；基础软件以操作系统为核心，还包括支撑软件（数据库、中间件、办公套件）。以CPU和操作系统为核心，信息技术产品生态体系大致涉及三个层面：技术层面涵盖核心技术产品生命周期所涉及的关键技术、研发主体等；产业层面涵盖核心技术产品产业链上下游各环节、相关主体等；应用层面涵盖核心技术产品在构成信息系统中呈现出来的功能、性能和用户体验等。

国际信息技术产品生态体系建设现状

（一）中央处理器。CPU从最初发展至今已经有40多年的历史，时至今日，全球范围内CPU的主流架构依旧是x86、ARM和MIPS三种，基于上述架构，Intel、ARM等企业构建起了相应的生态体系。

1.x86架构。x86架构广泛应用于PC、服务器CPU领域。x86架构生态体系的企业主要有Intel和AMD两家，Intel对x86架构拥有绝对掌控力。相关调查显示，在服务器CPU中，x86架构CPU占整个CPU市场96%的份额，其中Intel出货量占99%，AMD仅有约1%的市场占有率。

2.ARM架构。ARM架构的处理器广泛应用于电子产品中，从可携式装置到电脑外设（服务器、PC、手机），甚至导弹的弹载计算机等军用设施中都有应用。ARM公司通过架构层级授权、内核层级授权、使用层级授权等方式，构建了开放的ARM架构生态体系。ARM的开放式授权模式非常成功，根据ARM公司数据，在已出货的1000亿颗基于ARM的芯片中，有500亿颗是由合作伙伴在2013年到2017年间出货的，增长势头迅猛。

3.MIPS架构。MIPS架构被广泛使用在电子产品、网络设备、个人娱乐装置与商业装置上。为确保MIPS产品和生态体系的完整性，MIPS推出了验证全球MIPS-Based产品的MIPS-Verified项目，验证后的知识产权将标注MIPS-Verified正式标志。MIPS-Verified商标可帮助设计师区分高质量、高可靠的产品以及拥有充分支持的解决方案，这些都与MIPS生态体系兼容。带有MIPS-Verified标志的内核或架构实现可保证该知识产权经过多年产权验证技术的严格测试。这种设计验证技术由MIPS工程师定期优化和加强，以测试加到MIPS架构的每个新版本和新功能。

（二）操作系统。目前，全球主流的终端设备操作系统主要有Windows系统、Linux系统、iOS系统以及Android系统。

1.Windows系统。微软致力于打造统一的生态系统，让用户在所有平台上拥有一致的体验。微软推出了应用商店Windows Store，开发者和用户可以通过Windows Store发布和购买所需软件。Windows 8操作系统可同时支持ARM和x86芯片构架，能应用于台式机、笔记本、平板电脑等终端设备。目前，Windows生态圈在元器件生产方面裂变成了Wintel阵营和Winarm阵营；在软件生态领域发生了聚合，不仅可以用于x86架构下的PC等设备，也可以用于ARM架构下的手机等移动终端。

2.Linux系统。Linux开源系统是一款源代码开放系统，针对Linux内核，每一天来自全球各地的3900名开发人员添加10800行代码，删除5300行代码，修改1800行代码。很多大公司十分重视Linux技术的研发，并向开源社区贡献代码，促进Linux生态不断壮大。如IBM在全球主流开源组织中参与了超过150个开源项目，并向开源社区贡献了多项关键的大型主机技术的代码。

3.iOS系统。苹果公司致力于基于iOS系统的生态体系建设。iPod touch的发布，iTunes Wi-Fi Music Store的横空出世是iOS生态发展的里程碑。App Store的问世标志着iOS生态系统初步形成。

4.Android系统。Google公司致力于打造Android生态圈，发布了全新移动操作系统Android L、车载系统、智能手表系统以及Android One等。Google全线布局，旨在打造Android闭环，从移动设备、可穿戴设备、智能家居全方位打造Android生态圈。

（三）生態体系。

1.Wintel生态。当前，全球有80%的PC使用Intel的处理器，超过90%的PC使用微软的Windows操作系统，Wintel联盟将Intel的CPU与微软的Windows系统两者进行最佳结合、协同更新，拉动了整个产业的发展。

2.Android+ARM生态。由于采取的核心策略都高度符合移动互联网时代的需要，Android+ARM生态在智能终端设备上获得了广泛应用。目前，90%左右的手机都使用ARM处理器，ARM处理器在手机市场上处于绝对霸主地位。Google在智能手机、上网本等多个领域与ARM合作。ARM也宣布启用Android解决方案中心，提供采用Android进行ARM相关产品开发设计运用。

3.iOS+ARM生态。ARM处理器因为其低功耗和小尺寸的优势，在嵌入式系统中的应用非常广泛，性能在同等功耗产品中也非常出色。截至目前，苹果公司已经发布的iOS设备中的处理器都是基于ARM架构的。

此外，市场中还存在众多其他操作系统和CPU的组合，例如Android+x86、Android+MIPS以及Android+PowerPC等组合形式。其中，发 展 较 为 完 善的组合是Android+x86；Android+MIPS以及Android+PowerPC仍在移植、完善过程中。

我国信息技术产品生态建设现状

（一）中央处理器。在国家科技重大专项等政策推动下，我国CPU研发进入多技术路线同步推进阶段，“引进消化吸收”成为主要路径之一，国内企业纷纷与IBM、ARM、Intel等国际巨头合作，利用其成熟的生态快速实现产业化。

在x86架构的CPU生态中，中科曙光通过与AMD成立合资公司，获取高端64位x86架构CPU的商业授权；上海兆芯通过和台湾VIA合资，借助VIA和Intel的交叉授权协议进入x86领域。

在ARM架构的CPU生态中，飞腾、海思和紫光展锐均取得了ARM架构授权开始自研CPU内核，工艺水平与高通、MTK（联发科）、苹果等国际领先ARM芯片设计企业基本并肩；飞腾推出FT-1500A、FT-2000等系列ARM 64位CPU，实现了设计流程的安全可控，已有核心技术纳入新版ARM 64位指令集中；高通与贵州政府合资成立的贵州华芯通也在积极展开对ARM服务器CPU的研发工作。

在MIPS架构的CPU生态中，龙芯坚持自主研发，申请专利已超过200件，其最新推出的第二代CPU产品通用处理性能是第一代产品的3～5倍，超过了Intel的低端凌动系列，访存带宽达到了Intel的高端产品E5的水平，完全可以满足党政军等重点领域应用需求。在生态建设方面，龙芯对Java、gcc等重要API软件进行持续的完善和优化，目前主要API性能和功能已经不亚于主流x86平台的相关软件；提供基础版操作系统Loongnix，支持国内操作系统企业和整机企业发行定制版操作系统产品，中标软件、普华软件、深度科技等都已经发布了基于龙芯平台的操作系统；龙芯还加快完善软硬件接口规范，对龙芯的CPU、桥片、BIOS、操作系统进行了规范，并在MIPS指令集基础上增加了x86和ARM的功能，实现了对Windows XP所支持外设的自动识别。

在Alpha架构的CPU生态中，申威通过对自主Alpha架构不断深化、升级，在双核Alpha基础上拓展了多核架构和SIMD等特色扩展指令集，处理器架构优化设计方面基本达到了Intel主流芯片水平，基于申威CPU的“神威太湖之光”峰值性能达每秒12.5亿亿次浮点运算，成为世界首台运行速度超10亿亿次的超级计算机。在生态建设方面，申威自主开发了神威睿智编译器，研发了基于Linux的神威睿思操作系统，并推出了使用8704片申威1600的神威蓝光超算，实现了软件和硬件全部国产化。目前，申威芯片的主攻方向仍为军用计算机、

服务器和超级计算机。

在PowerPC架构的CPU生态中，中晟宏芯承接POWER CPU全套技术，已发布基于IBM POWER8的芯片CP1，实现了中试和量产。

（二）操作系统。国内企业基于开源的Linux和Android系统，推出了一系列面向服务器、桌面、移动和嵌入式领域的国产操作系统。在桌面操作系统方面，中标麒麟、银河麒麟等国产Linux桌面操作系统，通过计算机预装和正版化推进等方式，在国防、教育等行业达到百万规模级应用；广东新支点、广西一铭、云南思普、武汉深之度等国内企业也都在Linux开源操作系统的基础上，不断加强自主研发，推出了各自的操作系统产品，并应用于政府部门和大型国有企事业单位。在传统服务器操作系统方面，中标麒麟、中科方德、凝思等国产Linux服务器操作系统，在国内Linux系统市场占有率超过30%，在邮政存储银行全国范围的服务器中应用率达93%，在国家电网的电力调度控制系统应用率达100%。在面向云计算应用的服务器操作系统方面，阿里、百度、华为、浪潮等在云计算操作系统关键技术领域取得突破，产品在互联网、电子政务及企业信息化领域得到应用。在智能终端操作系统方面，基于开源Linux自主研发或基于Android系统深度替换和定制的国产移动智能终端操作系统已应用于智能手机、平板电脑、数字电视/机顶盒等智能终端，阿里云、华为、百度、联想等公司研发的产品累计装机应用量超过6000万，小米科技的MIUI系统随小米手机实现8000万装机量。在嵌入式操作系统方面，面向军工领域研发出的系列嵌入式操作系统已应用于飞机、战车、导弹、卫星等武器装备中；普华等企业开发了车控操作系统和基于Linux的车载操作系统，并在长安、上汽等国产汽车中得到量产应用；和利时等企业开发的实时操作系统在工业控制系统实现规模应用。

（三）生态体系。我国政府、相关企业开展了大量基于国产CPU和操作系统的适配工作，取得了一定成效，基于国产CPU和操作系统的核心技术生态初步形成。工业和信息化部组织建立了联合攻关基地，系统集成商联合CPU、操作系统、整机、数据库、中间件等厂商，开展集成适配技术攻关，推进国产核心软硬件的集成适配和协同发展，发现、解决、优化实际问题数百项，整体性能提升5倍以上，促进国产软硬件版本升级300余次，体系化提升国产核心软硬件的性能和可靠性，为国家党政军和重要信息系统的国产化替代初步奠定了基础。同时，相关企业也自发开展适配工作。龙芯不仅推出了与其CPU充分适配的龙芯基础版操作系统，还与中标麒麟、普华、中科方德等国产操作系统厂商进行适配；在中国电子信息产业集团的引領下，天津飞腾、银河麒麟、达梦数据库、迈普网络产品等形成了包括基础硬件、基础软件、应用软件等在内的生态系统，初步具备用飞腾+麒麟的PK技术体系代替国外Wintel技术体系的能力。

我国信息技术产品生态发展的问题及相关对策

当前，全球信息技术产品生态体系的主导权仍掌握在美欧等西方国家手中。我国信息技术产品生态体系虽已初步成型，信息技术产品安全可控程度可满足部分关键领域和重要信息系统最基本的应用需求，但仍面临较严峻的可控性风险，CPU、操作系统等核心技术受制于人，核心技术及产业生态碎片化严重等问题仍亟待解决。国家相关部门应进一步加强信息技术产品生态发展的统筹指导，掌握产业发展的主导权。

（一）加大技术产业发展的资金支持力度。充分利用核高基重大专项、电子信息产业发展基金、技术改造专项、云计算示范工程等中央财政资金，加大对芯片设计制造、自主操作系统研发、关键应用软件研发和迁移等方面的支持力度。设立国家网信领域核心技术引进专项资金，建立重点引进核心技术清单和滚动调整机制，支持企业面向全球引进指令集、IP核、制造工艺等先进技术，并通过国家购买专利、形成专利池的方式支持共性技术专利共享。

（二）加强核心技术协同创新。一是支持龙芯、申威等国内芯片设计企业，通过建立联盟等形式，与国内制造、封测、应用等企业深化合作，加强战略、技术、标准、市场等沟通协作，理顺联盟企业间的利益纽带关系，加快国产CPU产业链上下游协同创新。二是支持企业积极参与国际开源社区，深化对开源技术的理解，提升在国内企业在开源社区的影响力。整合国产操作系统厂商、科研院所的研发力量，联合建设国家主导的开源社区，组织制定社区技术和数据共享规范，引导国内企业合力开发统一开放的操作系统产品。三是聚焦我国党政军等关键领域应用需求，建设和完善以国产CPU和操作系统为核心的国产关键软硬件测试、验证公共服务平台，加快国产关键软硬件的集成攻关和适配优化，推动强强联合，形成攻关合力。

（三）建立并完善人才培养、评价和激励机制。一是建立科学的人才评价和激励机制。结合CPU、操作系统等核心技术产业特点，制定人才入股、技术入股等方面的专门政策，保障骨干技术人才对技术成果的处置、使用、收益等合法权益。建立科学的自主创新评价机制，以实际能力为衡量标准，不唯学历、不唯论文、不唯资历，建立有利于核心技术人才发展的职称评价制度，最大限度激发人才创新活力。二是以全球视野培养、选拔和引进高端人才。鼓励核心技术企业通过国际并购、设立海外研发中心、制定配套人才政策等招揽国际人才，减少技术水平差距。加强国内计算机体系架构、EDA、微电子、系统软件、开源软件等专业人才培养，支持支持高校、科研院所与企业联合建立一批开放实验室，开展信息领域关键技术研究，加快高端人才培养。