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晶元行業專題報告:信創從「芯」開始

(報告出品方/作者:民生證券,呂偉)


1 信創產業的數字底座——CPU

1.1 CPU:現代信息工業的大腦

CPU 是信息產業中最基礎的核心部件。CPU 是計算機的運算和控制核心,是 信息處理、程序運行的最終執行單元,是計算機的核心組成部件。CPU 的本質是 超大規模集成電路,用於解釋計算機指令和處理計算機軟體中的數據,並負責控制、 調配計算機的所有軟硬體資源。CPU 從邏輯上可以劃分為控制單元和運算單元等。 控制單元從存儲單元中獲取可執行的代碼,通過指令解碼將其轉換為可執行的指 令,進而運算單元基於獲取的指令對存儲單元中的數據進行運算。

指令集是計算機程序執行的基礎單元功能集,是 CPU 產品生態體系的基石。 計算機的程序最終需要轉化為「指令」才能在 CPU 上運行。按照採用的指令集, CPU 可以分為複雜指令集(CISC)和精簡指令集(RISC)兩大類。其中,複雜指 令集指令豐富、定址方式靈活,以微程序控制器為核心,指令長度可變,功能強大, 複雜程序執行效率高;精簡指令集指令結構簡單、易於設計,具有較高的執行能效 比。在現行主流指令集架構中,x86 架構是複雜指令集的代表,而 ARM 架構、 MIPS 架構和 Alpha 架構等是精簡指令集的代表。

可搭載設備多樣化,下游應用行業廣泛。CPU 可以應用在伺服器、工作站、 個人計算機(台式機、筆記本電腦)、移動終端和嵌入式設備等不同設備上,根據 應用領域的不同,其架構、功能、性能、可靠性、能效比等技術指標也存在一定差 異。其中,以伺服器/PC 為代表的場景對 CPU 的性能要求最高且最為全面,涵蓋 數據處理能力、數據吞吐能力、可擴展性、可靠性、和可維護性等方面。相比之下, 移動終端與嵌入式設備則主要對功耗、可靠性等部分指標要求苛刻。CPU 產品已 經廣泛應用到消費電子、工業電子、物聯網、數據中心等領域。

1.2 晶元行業市場空間廣闊,市場擴容加速明顯

全球集成電路市場空間廣闊,我國集成電路市場增長迅猛。根據 WSTS 統計 數據,2013 年至 2021 年期間,全球集成電路行業市場規模由 2518 億美元增長 至 4630 億美元,年均複合增長率為 7.91%。根據 CISA 統計數據,2013 年至 2021 年期間,我國集成電路行業市場規模由 2509 億元增長至 10348 億元,年均 複合增長率為 19.38%。2019 年,受國際貿易摩擦的影響,全球集成電路市場規 模出現負增長,而國內集成電路市場規模持續快速提升。在數據中心設備需求增加、 5G 商用帶動各種服務擴大、車輛持續智能化的背景下,集成電路行業景氣度有望 持續。


海外廠商積累優勢形成一定產業頭部效應,我國自主化晶元奮起直追。集成電 路產業的頭部效應較為明顯,以英特爾、高通為代表少數國際巨頭企業佔據了市場 的主導地位。目前,全球集成電路市場主要由美國、歐洲、日本、韓國的企業所佔 據。我國集成電路產業起步較晚,但最近幾年,我國集成電路產業在結構和規模兩 方面得到了較大提升。2010 年以來,隨著我國智能手機全球市場份額的持續提升 以及國家對半導體行業的支持,並受益於人工智慧、大數據、5G 等技術的成熟和 產品的普及,人才、技術、資本的產業環境不斷成熟,全球半導體產業有望向中國 大陸實現產業轉移。

1.3 「中國芯」自主化勢在必行

自主化重要性日益凸顯,信創產業持續前行。自 2018 年以來,以「中興事件」 為標誌性的一系列海外貿易事件的發生,表明全球貿易不確定在加劇。自 2021 年以來,繼黨政信創展開後,包括三大運營商 及銀行在內的金融機構持續展開國產化伺服器集采,表明信創產業正在不斷向行 業延伸。

晶元為信創產業根本硬體基礎,重要性凸顯。不同於其他產業,IT 基礎設施國 產化存在顯著的「木桶效應」,在「硬體—軟體—服務」鏈條中任何環節的國產化 能力缺失將造成整個自主體系發展的停滯。晶元作為整個 IT 生態最底層的基礎硬 件,為整個計算機體系提供算力支撐,通過與上層的操作系統緊密配合,實現系統 軟硬體的基礎調度、控制與資源支持,是整個國產化信創體系的中樞大腦,是我國 軟硬體國產化的根本。


政策東風陣陣吹來,為國產化晶元廠商成長保駕護航。集成電路作為信息產業 的基礎和核心,是國民經濟和社會發展的戰略性、基礎性、先導性產業,國家給予 了高度重視和大力支持。為推動我國集成電路產業的發展,增強信息產業創新能力 和國際競爭力,國家出台了一系列鼓勵、扶持政策,為集成電路產業建立了良好的 政策環境。


2 國產化晶元廠商茁壯成長,信創從「芯」開始

2.1 華為鯤鵬: 目前最完善的生態體系與商業化能力

2.1.1 華為自主研發的全國產化高性能 CPU

自主研發全國產化晶元,解決基礎算力問題。鯤鵬晶元於 2019 年 1 月 7 日 在華為深圳發布會上正式對外發布,基於 ARM 架構開發,是華為繼移動麒麟芯 片、AI 昇騰晶元後,第三款自研晶元。鯤鵬晶元定位於伺服器應用,其產品自研 完成了華為具備優勢的伺服器業務自上而下的基礎算力打通。


擁抱 ARM 生態,與 x86 體系分庭抗禮。ARM 是日本軟銀集團旗下的半導體設計與軟體公 司,成立於 1978 年,主要的產品是 ARM 架構處理器及相關外圍組件的電路設計方案。不同於 以 Intel 為主力的 x86 陣營所採用的 CISC 複雜指令集,ARM 架構採用 RISC 精簡指令集。經過 數代產品的迭代與完善,ARM 的業務逐漸成熟,在智能手機、車載智能硬體和可穿戴設備等領 域表現出競爭優勢。作為 CPU 領域的新晉玩家,華為鯤鵬晶元選擇了擁抱 ARM 架構,在現同 樣功能性能佔用下實現晶元面積小、功耗低、集成度更高等優勢,並具備更好的並發性能。同時, 依託於 ARM 多年積累的生態,能夠很好地兼容從 IOT、終端到雲端的各類應用場景。

鯤鵬晶元多向出擊,鯤鵬 930 晶元值得期待。華為鯤鵬處理器是華為自主研發的基於 ARM 架構的企業級系列處理器產品,包含「算、存、傳、管、智」五個產品系統體系。為了保證鯤鵬 計算產業的可持續演進,鯤鵬處理器從指令集和微架構兩方面進行兼容性設計,確保既可以適應 未來的應用和技術發展演進的需求,又能後向兼容。參考華為鯤鵬晶元的發展路徑規劃,鯤鵬次 時代晶元 930 晶元將有望進一步迭代,並在伺服器和 PC 兩個方向進一步出擊。

2.1.2 協同生態夥伴持續壯大,產業鏈有望復甦

自上而下全棧式打通,打造鯤鵬計算產業。華為作為鯤鵬計算產業的一員,已經掌握 Arm64 處理器核、微架構及晶元設計相關技術,並擁有 Armv8 永久架構授權,在此基礎上發展了鯤鵬 系列處理器。鯤鵬計算滿足高性能、低功耗、低延時的綠色計算要求,同時又有中國電子技術標 准化研究院、Arm 中國、華為等行業巨頭的支持,為發展鯤鵬計算產業提供技術和商業基礎。鯤 鵬計算產業是基於鯤鵬處理器構建的全棧 IT 基礎設施、行業應用及服務,包括 PC、伺服器、存 儲、操作系統、中間件、虛擬化、資料庫、雲服務、行業應用以及諮詢管理服務等,充分與華為 已有的包括 openEuler、openGuass、TaiShan 伺服器內在的自主化軟硬體體系結合。


立足數據中心業務,以 Taishan 伺服器為標杆打造鯤鵬伺服器體系。目前在先進的大規模 數據中心中,伺服器成本佔比持續提升。根據華為官方數據,以華為雲數據中心為例,伺服器成 本佔比已超過 60%,計算正在成為數據中心的主體。TaiShan 200 伺服器是華為新一代數據中 心伺服器,基於華為鯤鵬 920 處理器,適合為大數據、分散式存儲、原生應用、高性能計算和數 據庫等應用高效加速,旨在滿足數據中心多樣性計算、綠色計算的需求。TaiShan 200 伺服器僅 為華為基於鯤鵬晶元所打造的自有伺服器產品,鯤鵬通用計算平台事實上提供基於鯤鵬處理器的 TaiShan 伺服器、鯤鵬主板及開發套件。硬體廠商可以基於鯤鵬主板發展自有品牌的產品和解決 方案;軟體廠商基於 openEuler 開源 OS 以及配套的資料庫、中間件等平台軟體發展應用軟體 和服務;鯤鵬開發套件可幫助開發者加速應用遷移和算力升級。

打造開源開放生態體系,協同夥伴發展鯤鵬產業。在 2019 華為全聯接大會上,華為公司正 式發布面向開發者的沃土計劃 2.0,宣布未來 5 年將投入 15 億美金,歡迎廣大企業和個人開發 者共同參與計算產業的生態發展。同時,首次發布了華為鯤鵬開發者套件,並升級發布一站式 AI 開發管理平台 ModelArts 2.0,支持開發者在鯤鵬和昇騰計算平台上進行簡單高效的軟體開發。 同時,華為分別推出了面向鯤鵬晶元的鯤鵬展翅夥伴計劃和華為雲的鯤鵬凌雲夥伴計劃,以認證 方式為合作夥伴提供培訓、技術、營銷、市場的全方位支持。另一方面,依託於鯤鵬基礎數字底 座,華為旗下的 openEuler、openGuass 等開源操作系統、資料庫社區持續吸引各類產業合作 夥伴共同拓展鯤鵬軟體生態。


華為發布 2021 年年度報告,鯤鵬產業持續發展。3 月 28 日,華為發布 2021 年年度報告。 報告指出,華為鯤鵬硬體可以支持運營商超過 80%的網路功能虛擬化場景應用。目前,華為鯤 鵬已有 12 家合作夥伴推出基於鯤鵬主板的 PC 和伺服器產品,並在中國建設 24 個鯤鵬生態創 新中心,發展超過 80 萬鯤鵬開發者,面向硬體、基礎軟體和應用全棧創新。報告中進一步指出, 鯤鵬應用軟體生態發展超預期,在政府、金融、運營商、電力、交通等主要行業全面規模上量, 認證夥伴超過 3500 家,認證方案超過 10000 個。昇騰應用軟體生態進入快車道,在中國掛牌 16 個昇騰生態創新中心,認證夥伴超過 500 家,認證方案超過 700 個,打造智城、智巡、智造、 智行四大「智」系列解決方案。我們認為,鯤鵬產業鏈在海外的科技打壓之下並沒有此銷聲匿跡, 而是在持續迭代壯大。

三大運營商接連公布國產化伺服器集采大單,鯤鵬伺服器持續中標表明產業鏈存在復甦潛力。 根據中國電信官網消息,中國電信 2022-2023 年伺服器集中採購項目已完成評審,共有 12 家 廠商入圍本次集采。其中,湖南湘江鯤鵬信息入圍 1 個標包。此前,中國移動已於 2 月 17 日發 布《2021 年至 2022 年 PC 伺服器集中採購(第 1 批次)(標包 8、13)》。其中,國產化伺服器 廠商長江計算、神州數碼、同方股份、黃河科技、寶德、湘江鯤鵬合計中標約 25 億元。中國聯 通於 2 月 25 日發布《2022 年中國聯通人工智慧伺服器集中採購項目中標候選人公示》,湘江鯤 鵬中標標包二,投標總價 1.45 億,份額 50%。我們認為,三大運營商國產化伺服器採購大單陸 續釋放,而鯤鵬伺服器接連中標,表明鯤鵬產業鏈有望復甦。(報告來源:未來智庫)

2.2 海光信息:通用型最強的國產化 CPU 廠商

2.2.1 攜手海外龍頭加快自主研發,發出國產 x86 體系最強音

托生自中科院體系,服務於中國信息化產業。海光信息是中科院參股企業,是 少數幾家同時具備高端通用處理器和協處理器研發能力的集成電路設計企業。基 於 x86 指令框架、「類 CUDA」計算環境和國際先進處理器設計技術,公司發展滿 足中國信息化發展需要的高端處理器產品。公司對海光通用處理器和海光協處理 器的微體系結構進行持續研發和優化,並高度重視處理器的安全性,通過擴充安全 演算法指令集及原生支持可信計算等方法,提升了海光處理器的安全性。

借力 AMD 進軍國產化 x86 晶元,實現產品自主研發。2016 年, AMD 公司 曾經與天津海光達成了合作, 雙方成立合資公司進行處理器的開發。2016 年 3 月, 基於 AMD 授權技術公司啟動海光一號 CPU 產品設計,並於 2018 年 4 月實現量 產。2017 年 7 月,公司在海光一號基礎上,對 Core 微結構進行優化,提升處理 器核心性能和安全應用性能,啟動了第二代 CPU 海光二號的產品研發工作,並於 2020 年 1 月實現量產。公司海光三號及海光四號研發計劃分別於 2018 年 2 月和 2019 年 7 月啟動,各項研發工作進展正常。根據公司與 AMD 簽署的技術許可 協議,公司基於 AMD 授權技術衍生的相關知識產權,屬於向 AMD 交叉授權的 範圍。

產品處於領先地位,具備多項專利。根據海光信息招股說明書披露,公司研發 出的第一代、第二代 CPU 和第一代 DCU 產品的性能均達到了國際上同類型主流 高端處理器的水平,在國內處於領先地位。海光 DCU 目前已經實現商業化應用, 未來將廣泛應用於大數據處理、人工智慧、商業計算等應用領域。公司在高端處理 器及相關領域開展了系統化的知識產權布局,為公司保持技術的持續領先奠定了 堅實的基礎。截至 2021 年 12 月 31 日,公司擁有已授權專利 179 項(其中發明 專利 136 項)、154 項軟體著作權和 81 項集成電路布圖設計專有權等知識產權。

2.2.2 CPU/DPU 雙向出擊,立足 x86 體系生態優勢明顯

公司同時擁有海光CPU和海光DCU兩類高端處理器產品,可以滿足伺服器、 工作站等計算、存儲設備中對高端處理器的功能需求: 海光 CPU:兼容 x86 指令集,處理器性能參數與國際同類型主流處理器產品 相當,支持國內外主流操作系統、資料庫、虛擬化平台或雲計算平台,能夠有效兼 容目前存在的數百萬款基於 x86 指令集的系統軟體和應用軟體,具有優異的生態 系統優勢。此外,海光 CPU 支持國密演算法,擴充了安全演算法指令,集成了安全算 法專用加速電路,支持可信計算,提升了高端處理器的安全性。

從海光 CPU 應用場景角度看,公司將海光 CPU 產品規劃為海光 7000 系列、 海光 5000 系列和海光 3000 系列。三個系列產品技術設計同源,處理器核心等 具有相似的技術特徵。根據不同的產品規格定義,需要在一塊基板上封裝 1 至 4 顆裸片。目前,公司在售的海光 CPU 產品主要為海光 7200、海光 5200 和海 光 3200 系列產品。

海光 DCU:以 GPGPU 架構為基礎,兼容「類 CUDA」環境,軟硬體生態豐 富,典型應用場景下性能指標達到國際上同類型高端產品的水平。海光 DCU 主 要面向大數據處理、商業計算等計算密集型應用領域,以及人工智慧、泛人工智慧 類運算加速領域。海光 DCU 產品採用與海光 CPU 類似的產品研發策略,2018 年 1 月啟動深算一號 DC 產品設計,目前品已實現商業化應用。另一方面,公司啟 動了第二代 DCU 深算二號的產品研發工作已於 2020 年 1 月啟動。


研發策略合理,發展後勁十足。海光信息秉承「銷售一代、驗證一代、研發一 代」的產品研發策略,公司建立了高端處理器的研發環境和流程,產品性能逐代提 升,已經研發出可應用於伺服器、工作站的高端處理器產品。根據海光信息招股說 明書披露,海光 CPU 系列產品中海光一號、海光二號已經實現商業化應用,海光 三號完成實驗室驗證,海光四號處於研發階段;海光 DCU 系列產品深算一號已經 實現商業化應用,深算二號處於研發階段。

2.3 天津飛騰:性能強悍的 ARM 架構 CPU 廠商

2.3.1 長期自主化耕耘,擁抱 ARM 架構

長期堅持國產化 CPU 自主研發,產品體系豐富。飛騰信息技術有限公司由中 國電子信息產業集團、天津市濱海新區政府和天津先進技術研究院於 2014 年聯合 支持成立。目前飛騰公司的總部設在天津,在長沙、成都、廣州和北京設有子公司, 在深圳、南京、西安、銀川、瀋陽、海口等地設有辦事處。飛騰晶元產品具有譜系 全、性能高、生態完善、自主化程度高等特點,目前主要包括高性能伺服器 CPU (飛騰騰雲 S 系列)、高效能桌面 CPU(飛騰騰銳 D 系列)、高端嵌入式 CPU(飛 騰騰瓏 E 系列)和飛騰套片四大系列,為從端到雲的各型設備提供核心算力支撐。 基於飛騰 CPU 的產品覆蓋多種類型的終端(台式機、一體機、便攜機、瘦客戶機 等)、伺服器和工業控制嵌入式產品等,在國內政務辦公、雲計算、大數據以及金 融、能源和軌道交通等行業信息系統領域已實現批量應用。

長期耕耘從未停歇,融入 ARM 體系盡享生態優勢。飛騰 CPU 最早是國防科 技大學立項研究的科技項目,由邢座程教授團隊負責研發。前兩代飛騰晶元均停留 在學術層面,均採用仿製英特爾架構及指令集的方法對晶元基礎技術進行學習消 化。自第三代產品 FT-1000 以來,飛騰晶元轉而採用 SPARC 指令架構下的 OpenSPARC 指令集。FT-1000 在製程上採用台積電的 65nm 技術,並可兼容 SPARCv9 指令集。隨著 Sun 公司被 Oracle 收購,SPARC 架構的支持逐步減弱。 飛騰晶元逐步投入 ARM 指令集的懷抱,並推出在原有 FT-1500 晶元上改進得來 的探索性產品 FT-1500A。


生態應用豐富,打造全棧式體系。飛騰與國內夥伴單位展開合作,形成了基於 飛騰平台的雲計算全棧、邊緣計算全棧、終端全棧、嵌入式全棧生態,為廣大集成 商和客戶提供更豐富的選擇空間。截至 2022 年 3 月底,飛騰的生態夥伴數量已經 超過 3700 家,包括集成商合作夥伴 300 余家、硬體合作夥伴 560 余家、軟體合 作夥伴 2800 余家。飛騰已聯合千餘家國內軟硬體廠商,支撐了 2000 多款飛騰平 台設備上市,已經和正在適配的軟體和外設超過 7000 款,分布在操作系統、應用 軟體、安全、雲產品、資料庫、中間件等各個領域,兼容 200 萬級移動 APP 應用, 構建起了國內最完善、最龐大的從端到雲的信息化建設全棧生態體系。

2.3.2 產品矩陣完善,背靠中國電子體系實力雄厚

天津飛騰的晶元產品主要分為高性能伺服器晶元、高效能桌面晶元和高端嵌 入式晶元。 高端嵌入式晶元:飛騰嵌入式晶元採用自主研發、面向嵌入式行業定製化的處 理器核心,具有高安全、高可靠、強實時和低功耗的特點,滿足行業終端產品、工 業控制領域應用產品需求。 高效能桌面晶元:飛騰桌面晶元採用自主研發的高能效處理器核心,全晶元性 能卓越、功耗適度,最新產品內置硬體級安全機制,能夠同時滿足信息化領域對性 能、能耗比和高安全的應用需求。 高端嵌入式晶元:飛騰嵌入式晶元採用自主研發、面向嵌入式行業定製化的處 理器核心,具有高安全、高可靠、強實時和低功耗的特點,滿足行業終端產品、工 業控制領域應用產品需求。 從產品迭代上,天津飛騰主要包括 FT-1500 系列產品、FT-2000 系列產品以 及基於 FTC663 內核的 D/S 系列產品。

FT-2000 系列產品:FT-2000 晶元集成飛騰自主研發的高能效處理器內核 FTC662,採用亂序四發射超標量流水線,晶元採用片上並行系統(PSoC)體系結 構,集成高效處理器核心、基於數據親和的大規模一致性存儲結構、層次二維 Mesh 互聯網路,優化存儲訪問延時,提供業界領先的計算性能、訪存帶寬和 IO 擴展能 力。晶元兼容 64 位 ARMV8 指令集。其中,FT-2000 /64 晶元適用於高性能、 高吞吐率的伺服器領域;FT-2000/4 晶元適用於構建有更高性能、能耗比和安全 需要的桌面終端、攜帶型終端、輕量級伺服器和嵌入式低功耗產品;FT-2000A/2 晶元面向各種行業終端產品、嵌入式裝備和工業控制領域應用產品需求。

D/S 系列產品:主要包括 S2500 處理器晶元及 D2000 晶元。兩者均集成自 主研發的 ARMv8 指令集兼容處理器內核 FTC663。S2500 主要應用於高性能、高 吞吐率伺服器領域,如對處理能力和吞吐能力要求很高的行業大型業務主機、高性 能伺服器系統和大型互聯網數據中心等;D2000 是一款面向桌面應用的高性能通 用處理器,最高主頻 2.6GHz,集成系統級安全機制,能夠滿足複雜應用場景下的 性能需求和安全可信需求,支持商業檔和工業檔質量等級。

充分融入 PK 體系,生態能力強大。2019 年 10 月世界互聯網大會上,PK 2.0 體系首次全新亮相。PK 2.0 體系是由飛騰 2000 系列 CPU 與之配套的麒麟 4.02 系列操作系統。2019 年 12 月 20 日,飛騰生態合作夥伴大會上, 共 120 多家國 內企業展示了基於飛騰 CPU 的成熟產品和解決方案, 適用於國內政務和企業辦公、 雲計算、數據中心、金融等多個領域。其中,長城、聯想、浪潮、同方、曙光、紫 光恆越等 10 家國內整機企業發布了基於 FT-2000/4 的計算機產品,長城、浪潮、 中電金融發布了基於 FT-2000/4 的金融設備,紫光恆越、邁普、奇安信、網御星雲、 綠盟科技等 9 家企業發布了基於飛騰晶元的網路安全產品。


2.4 中科龍芯:自主化程度最高的國產化 CPU 廠商

2.4.1 中科院嫡系部隊,專註於自主架構 CPU

托生中科院計算所,由科研項目向商用轉化。「龍芯」系列是我國最早研製的 通用處理器系列之一,於 2001 年在中科院計算所開始研發,得到了中科院、國 家自然科學基金、863、973、核高基等項目的大力支持。2010 年,在中國科學院 和北京市政府共同牽頭出資支持下,龍芯開始市場化運作,對龍芯處理器研發成果 進行產業化。龍芯中科面向國家信息化建設需求,面向國際信息技術前沿,以創新 發展為主題、以產業發展為主線、以體系建設為目標,堅持自主創新,全面掌握 CPU 指令系統、處理器 IP 核、操作系統等計算機核心技術,打造自主開放的軟硬 件生態和信息產業體系,為國家戰略需求提供自主、安全、可靠的處理器,為信息 產業的創新發展提供高性能、低成本的處理器和基礎軟硬體解決方案。

引進消化吸收 MIPS,推出自主研髮指令集架構。龍芯中科在指令系統上實現 了自主創新。龍芯中科自研發初期即選擇基於開放度較高的指令系統並結合自研 的模式,在授權體系相對開放的 MIPS 指令系統基礎上擴展了數百條自定義指令, 形成了 MIPS 兼容指令系統 LoongISA,並在多款 CPU 晶元中得到應用。2020 年,龍芯中科推出了自主指令系統 LoongArch。2021 年 7 月開始,公司信息化 業務已經轉向基於龍芯自主指令系統 LoongArch 的 3A5000 系列處理器,工控 業務開始轉向基於龍芯自主指令系統 LoongArch 的系列處理器。


「產品 生態」兩手抓,產品覆蓋多個下遊行業。龍芯中科主營業務為處理器 及配套晶元的研製、銷售及服務,主要產品與服務包括處理器及配套晶元產品與基 礎軟硬體解決方案業務。根據公司官網披露,龍芯中科基於信息系統和工控系統兩 條主線開展產業生態建設,面向網路安全、辦公與業務信息化、工控及物聯網等領 域與合作夥伴保持全面的市場合作,系列產品在電子政務、能源、交通、金融、電 信、教育等行業領域已獲得廣泛應用。

2.4.2 產品由點及面,重視軟體生態建設及解決方案提供能力

龍芯中科晶元產品依據應用領域的不同可分為工控類晶元和信息化類晶元。 工控類晶元面向嵌入式專用設備、工業控制與終端等,如物聯終端、儀器設備、數 據採集、網路設備、行業終端、智能製造等,系列產品在網安通信、能源、交通等 行業領域已獲得廣泛應用;信息化類晶元面向桌面和伺服器等,系列產品在電子政 務、金融、電信、教育等行業領域已獲得廣泛應用。具體而言,龍芯中科研製的芯 片包括龍芯 1 號、龍芯 2 號、龍芯 3 號三大系列處理器晶元及橋片等配套晶元:

龍芯 1 號系列:低功耗、低成本專用嵌入式 SoC 或 MCU 處理器,通常集成 1 個 32 位低功耗處理器核,應用場景面向嵌入式專用應用領域,如物聯終端、儀 器設備、數據採集等; 龍芯 2 號系列:低功耗通用處理器,採用單晶元 SoC 設計,通常集成 1-4 個 64 位低功耗處理器核,應用場景面向工業控制與終端等領域,如網路設備、行業終端、智能製造等; 龍芯 3 號系列:高性能通用處理器,通常集成 4 個及以上 64 位高性能處理器 核,與橋片配套使用,應用場景面向桌面和伺服器等信息化領域; 配套晶元:包括橋片及正在研發尚未實現銷售的電源晶元、時鐘晶元等,其中 橋片主要與龍芯 3 號系列處理器配套使用和銷售,電源晶元和時鐘晶元主要與龍 芯 2 號、龍芯 3 號系列處理器配套使用。龍芯 1 號、2 號、3 號處理器晶元及配套 晶元的主要客戶是板卡、整機廠商。

信息化與工控領域雙向出擊,持續拓展下游應用。在信息化領域,國內數十家 整機品牌推出了基於龍芯 CPU 的台式機、筆記本、一體機與伺服器設備,已經廣 泛應用於電子政務辦公信息化系統,並在金融、教育等應用中展開批量應用試點; 在工控領域,國內上百家主要工控和網路安全設備廠商推出了基於龍芯 CPU 的工 控和網安產品,包括工業 PC、工業伺服器、工業存儲設備、DCS、PLC、交換機、 路由器、防火牆、網閘、網路監測設備、數據加密通信設備等。上述設備已經在發 電、輸變電、石油管道、軌道交通、高速公路 ETC 系統、船舶運輸控制系統等領 域規模化應用或開展應用驗證。

持續拓展軟體生態,增強晶元產品可用性。為支持晶元銷售及應用,龍芯中科 開發了基礎版操作系統及瀏覽器、Java 虛擬機、基礎庫等重要基礎軟體,持續優 化改進,並以兩種方式免費提供給客戶,包括操作系統搭載和終端整機廠商搭載。 用戶可直接使用龍芯中科發布的基礎版操作系統,也可基於龍芯中科發布的基礎 版操作系統進行二次開發以定製其產品系統。龍芯中科提供免費的基礎版操作系 統供直接使用,可以有效降低終端用戶的整體成本。

提供配套解決方案及技術服務,解決客戶需求「最後一公里」。龍芯中科基於 開放的龍芯生態體系,為下游企業提供基於龍芯處理器的各類開發板及軟硬體模 塊,並提供完善的技術支持與服務。解決方案業務細分為硬體模塊和技術服務兩個 部分。硬體模塊業務的主要產品為基於龍芯處理器的開發板和驗證模塊;技術服務 業務主要是公司提供的基於龍芯處理器的系統產品開發服務。(報告來源:未來智庫)

2.5 橫向對比:國產化 CPU 大有可為

立足 Fabless 模式,聚焦設計環節。海光信息、龍芯中科、天津飛騰及華為鯤 鵬均為典型的 Fabless 模式企業,主要負責制定晶元的規格參數與方案、進行晶元 設計和驗證、交付晶元設計版圖等,而晶元的晶圓加工、封裝測試通過委外方式完 成。通過向晶圓製造廠採購定製加工生產的晶圓,向封裝測試廠採購封裝測試服務, 期間自身輔以工藝管理和測試支持,公司實現對設計環節的聚焦。


信創助力收入騰飛,具備盈利能力。根據各招股說明書及年報披露,海光信息 2018-2021 年收入規模分別為 0.48/3.79/10.22/23.10 億元;龍芯中科 2018- 2021 年收入規模分別為 1.93/4.86/10.82/12.01 億元;天津飛騰 2018-2021 年 收入規模分別為 0.64/2.07/12.72/22.18 億元。伴隨自 2019 年以來信創市場的崛 起,三家公司均實現了收入快速上揚。盈利能力方面,海光信息及龍芯中科 2019- 2021 年毛利潤率均保持在 50%左右的水平,海光信息伴隨收入快速爬升逐步實 現扭虧為盈。天津飛騰整體保持較為強勁的盈利能力,凈利潤率水平為已披露的三 件國產化 CPU 企業中最高。

出貨量持續提升,產品市場定位存在差異。根據海光信息及龍芯中科招股說明 書披露,產品單價方面,海光信息 7000 系列及 5000 系列產品的均價約 6000- 9000 元,3000 系列產品價格約 1000 元。中科龍芯的工控類和信息類晶元的均 價約 400-600 元;產品出貨量方面,海光信息三款產品出貨量合計約 20-50 萬 片,中科龍芯工控類產品出貨量約 100 萬片,信息類產品出貨量約 150 萬片。我 們認為,兩家公司產品單價及出貨量差異主要來自兩者定位的不同。其中,海光芯 片主要定位於伺服器應用市場,而龍芯主要定位於 PC 及類 PC 市場。相比之下,天津飛騰及華為鯤鵬 CPU 產品主要定位於伺服器應用場景。


結合對幾款國產化晶元廠商及其產品的分析和對比,我們認為可以得出以下 結論:

(1)國產化浪潮趨勢明顯,國產化晶元廠商有望順勢崛起。在海外貿易不確 定性持續的背景下,晶元作為硬體基礎底座的重要性與必要性凸顯。海光與龍芯自 2019 年以來收入的快速攀升,表明其在信創市場強勁的內生需求。在海外主流芯 片廠商出口存在不確定的大背景下,國產化晶元廠商有望藉助政策東風快速成長, 順勢崛起。

(2)海光信息伺服器市場優勢明顯,中科龍芯 PC 市場存在潛力。根據產品 單價及出貨量來看,海光與龍芯分別在不同市場具備優勢。海光承襲 x86 體系, 在伺服器市場具備優勢;龍芯實現自主架構研發並重視生態建設,在 PC 及類 PC 市場具備競爭優勢。

(3)ARM 架構生態強大,華為鯤鵬具備「王者歸來」潛質。天津飛騰及華 為鯤鵬基於 ARM 架構設計,本身能夠較好地吸收 ARM 體系已有的生態應用。鯤 鵬 920 晶元各項參數領先,並具備華為雲自身作為穩定需求方,在自身軟硬體技 術優勢下疊加持續壯大的合作夥伴生態體系,我們認為其是國產化晶元廠商中最 具競爭優勢的廠商之一。近期,鯤鵬在中國電信及農行等的中標,表明其發展潛力。 我們認為,如果供應鏈能夠逐步復甦,有望實現「王者歸來」。

(本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息,請參閱報告原文。)

精選報告來源:【未來智庫】。未來智庫 - 官方網站

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