本报告导读：
　　地缘政治背景下的科技战为CPU国产化敲响警钟，国产CPU势在必行，在行业信创推动下，未来有广阔的发展空间
　　摘要：
　　投资建议：推荐中国长城，受益标的海光信息、龙芯中科。俄乌战争等地缘政治事件证明科技有国界，发展国产CPU是我国必然选择。预计在政策的持续扶持下，国产CPU行业将进入黄金发展期。推荐中国长城（持有天津飞腾股份），受益标的海光信息、龙芯中科。
　　 CPU是PC及服务器的大脑。中央处理器CPU是电子计算机的运算和控制核心。指令集是计算和控制计算机系统的所有指令的集合，是CPU性能体现的重要标志。按照指令集，CPU可划分为复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC）两大类。CPU产品研制主要有设计、制造、封装与测试三大环节。CPU产业链主要由上游基础环节、中游制造环节以及下游应用环节构成。
　　复杂多变的国际形势下，国产化助力打破CPU行业垄断格局。CPU战略地位显著，国产化势在必行，强政策推动终将改变CPU行业垄断僵局。国产CPU起步较早，但发展历经坎坷，择优引进和自主研发并举，目前呈现多点开花局面，国产化道路曲折而光明。
　　国内CPU主要有六大参与厂商，未来前景广阔。对比兆芯、海光、飞腾、鲲鹏、龙芯、申威六大厂商，综合展望未来发展前景。未来国产CPU行业将由数字经济新基建和信创双轮驱动，国产CPU行业空间巨大。
　　风险提示：芯片国产化市场同业竞争加剧；下游需求增速不及预期；产业链生态建设不及预期；无法继续使用授权技术。
　　

研究报告全文：股票研究TableindustryInfo计算机TableMainInfoTableTitle评级TableInvest增持20221219上次评级增持CPU国产替代成长空间广阔TablesubIndustry细分行业评级行计算机增持业李沐华分析师李博伦分析师更010-839397970755-23976516limuhuagtjascomlibolungtjascom新证书编号S0880519080009S0880520020004本报告导读地缘政治背景下的科技战为CPU国产化敲响警钟国产CPU势在必行在行业信创相关报告TableDocReport推动下未来有广阔的发展空间计算机中央经济工作会议强调关键技术摘要攻关和数字经济发展20221218TableSummary投资建议推荐中国长城受益标的海光信息龙芯中科俄乌战争计算机工业数据安全管理办法落地催生等地缘政治事件证明科技有国界发展国产CPU是我国必然选择预新需求计在政策的持续扶持下国产CPU行业将进入黄金发展期推荐中国20221214长城持有天津飞腾股份受益标的海光信息龙芯中科计算机重视管控新政下的互联网医疗投资机会CPU是PC及服务器的大脑中央处理器CPU是电子计算机的运算20221207和控制核心指令集是计算和控制计算机系统的所有指令的集合是计算机11月环比提升明显单月千万级订单占比过半性能体现的重要标志按照指令集可划分为复杂指令集CPUCPU20221204CISC和精简指令集RISC两大类CPU产品研制主要有设计计算机防疫政策边际大放松带来计算机证制造封装与测试三大环节CPU产业链主要由上游基础环节中游投资机会20221201券制造环节以及下游应用环节构成研复杂多变的国际形势下国产化助力打破CPU行业垄断格局CPU究战略地位显著国产化势在必行强政策推动终将改变CPU行业垄报断僵局国产CPU起步较早但发展历经坎坷择优引进和自主研发并举目前呈现多点开花局面国产化道路曲折而光明告国内CPU主要有六大参与厂商未来前景广阔对比兆芯海光飞腾鲲鹏龙芯申威六大厂商综合展望未来发展前景未来国产CPU行业将由数字经济新基建和信创双轮驱动国产CPU行业空间巨大风险提示芯片国产化市场同业竞争加剧下游需求增速不及预期产业链生态建设不及预期无法继续使用授权技术请务必阅读正文之后的免责条款部分行业更新目录1CPU是PC及服务器的大脑311CPU是计算机的核心配件312CPU指令集分为复杂和精简两类313CPU主流架构为x86与ARM架构414CPU三大研制环节对应不同细分产业链62CPU行业具备寡头垄断特质721全球CPU市场呈现双寡头垄断格局722双雄在竞争中迭代占据全球CPU市场823英特尔CPU的先行者924AMDCPU的挑战者1225寡头竞争效应下全球CPU市场规模稳步增长143国产化助力打破CPU行业垄断格局1531国产CPU起步较早但发展历经坎坷1532国产CPU紧跟全球发展进程择优引进和自主研发并进1633国内CPU市场呈现多点开花局面国产化道路曲折而光明1634CPU战略地位显著国产化势在必行174国产CPU六大主流厂商发展模式各异2041海光国产X86CPU的领航者2042兆芯合资CPU的探路者2243鲲鹏垂直生态的领导者2444飞腾PK生态的主导者2745龙芯自主可控程度最高的CPU2946申威特征领域的引领者3147主流CPU厂商横向对比情况335国产CPU发展前景广阔3551国产CPU由数字经济新基建和信创双轮驱动3552信创CPU的PC端和服务器端未来前景广阔356投资建议377风险提示37请务必阅读正文之后的免责条款部分2of39行业更新1CPU是PC及服务器的大脑11CPU是计算机的核心配件中央处理器CPUCentralProcessingUnit作为PC及服务器的大脑是计算机的运算和控制核心CPU与内部存储器和输入输出设备合称为电子计算机三大核心部件CPU的本质是一块超大规模的集成电路主要功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据CPU的内部结构可分为控制单元运算单元和存储单元三大部分据此CPU的工作原理可以拆解为控制单元根据指令将存储器中的数据发送至运算单元经运算单元处理后的数据再存储在存储单元中最后交由应用程序使用根据冯诺依曼体系CPU的工作流程又可分为五大阶段取指令阶段指令译码阶段执行指令阶段访存取数阶段和结果写回阶段图1CPU包含控制运算储存三大单元数据来源CSDN国泰君安证券研究12CPU指令集分为复杂和精简两类指令集是CPU性能体现的重要标志指令集一般被整合在操作系统内核最底层的硬件抽象层中指令集属于计算机中硬件与软件的接口它向操作系统定义了CPU的基本功能指令集包括指令格式寻址方式和数据形式一台计算机的指令集反映了该计算机的全部功能机器类型不同其指令集也不同因而功能也不同CPU要有较好的性能需要具备功能齐全通用性强内含丰富的指令集图2CPU执行指令分为取指令分析指令执行指令三个阶段数据来源CSDN国泰君安证券研究请务必阅读正文之后的免责条款部分3of39行业更新按照指令集CPU可划分为复杂指令集CISCComplexInstructionSetComputer和精简指令集RISCReducedInstructionSetComputer两大类其中复杂指令集CISC由一条指令完成一个复杂的基本功能单条指令集功能强指令类型丰富完善编译后指令数量较少通用场景下性能具有优势复杂指令集以x86架构为代表主要用于桌面PC及服务器领域配套软硬件丰富完善精简指令集RISC由一条指令完成一个基本动作多条指令组合完成一个复杂的基本功能译码效率高偏向低功耗领域优化精简指令集以ARM架构为代表主要用于手机平板等移动终端软硬件生态逐步建设完善表1复杂指令集CISC和精简指令集RISC的对比CISCRISC指令系统复杂庞大精简指令数目一般大于200条一般小于200条指令字长不固定定长可访存指令不限制只有Loadstore指令通用寄存器数较少多各种指令使用频率相差较大都比较常用控制方式微程序控制硬布线控制指令流水线可通过一定方式实现必须实现代表架构x86ARMMIPSRISC-V等特点高性能生态完善低功耗生态逐步完善应用场景桌面PC服务器移动终端服务器数据来源国泰君安证券研究图3指令集分为简单和复杂两种各有代表架构数据来源国泰君安证券研究13CPU主流架构为x86与ARM架构如今CPU行业在全球形成了Wintel和AA两大信息化生态体系均由美国主导Wintel体系即WindowsIntel由Windows操作系统与X86指令集组成其实质是Microsoft与Intel的商业联盟在硬件上Wintel通过捆绑销售掌控了对产业链下游生产商的控制权而Intel作为芯片IDM厂商占据了市场话语权在软件上Windows平台凝聚了大批的开发者使Microsoft能快速迭代出不同层次的应用软件产品请务必阅读正文之后的免责条款部分4of39行业更新Wintel体系在软硬件市场上构建起强大的生态壁垒在桌面及服务器CPU市场所向披靡AA体系即AndroidARM由Android操作系统与ARM指令集组成其中谷歌公司负责安卓系统及其软件生态的搭建ARM公司负责ARM指令集的扩展更新微结构设计和编译器的开发并对AA体系下的公司出售授权随着HTC三星华为等手机终端企业的快速崛起高度符合移动互联网时代需要的AA体系逐渐占领了移动终端市场目前除了主流的X86ARM架构外还有MIPSPOWERRISC-V等架构其余架构简介如下MIPS架构由MIPS科技公司开发并授权广泛被使用在许多电子产品网络设备个人装置与商业装置上最早的MIPS架构是32位最新的版本已经变成64位它包含大量的寄存器指令数和字符可视的管道延时时隙这些特性使MIPS架构能够提供最高的每平方毫米性能和当今SoC设计中最低的能耗POWER架构由IBM公司设计开发具有高度通用高性能等特性支持从嵌入式系统到超级计算机等平台在汽车医疗设备军事航空航天等领域都有一席之地可以说Power是适用于物联网网络和无线工业和环境控制系统个人计算企业服务器以及手持设备和移动设备等领域的一款CPU架构RISC-V架构RISC系列指令集的第五代产品2010年加州大学伯克利分校的研究团队设计出RISC-V虽然与ARM同属于精简指令集架构但RISC-V推出晚没有背负向后兼容的包袱架构短小精悍目前RISC-V被认为最适合应用在IoT市场因为IoT市场更为灵活客户需求相对多样化目前尚无任一架构统一市场RISC-V具有低功耗低成本灵活可扩展及安全可靠的特性表2不同指令集架构对比指令集架构x86ARMMIPSPOWERRISC-VIntelAMD台湾加州大学伯克利来源ARM公司MIPS公司IBM威盛分校分类CISCRISCRISCRISCRISC是否开源未开源未开源已开源已开源已开源自主程度较高性能强大自主自主程度较高高性能生态完生态完善自主优点供应链安全免程度较高供应供应链安全免善程度较高费链安全免费费灵活授权费用高供供应链风险需缺点应链风险授权生态不完善生态不完善生态不完善要授权费层级低IntelAMD海Apple华为海摩托罗拉龙芯中科北京平头哥兆易创国内外应用公司光信息上海兆思飞腾信息Apple苏州国君正新紫光展锐芯兆易创新芯中晟宏芯数据来源CSDN半导体行业观察PConline原创华经情报网国泰君安证券研究X86架构仍是主力ARM架构正奋起直追X86架构起步较早生态环境具有明显优势目前X86架构占领了服务器桌面和PC电脑市场绝大部分份额根据IDC统计截至2020年X86架构服务器CPU在请务必阅读正文之后的免责条款部分5of39行业更新全球服务器市场中销售量占比超过97处于显著领先的地位随着5G的发展移动终端正在快速取代传统PC在终端市场中的地位根据IDC数据移动终端在全球终端包括个人电脑平板电脑和智能手机出货量所占的比例已经由2010年的447上升到了2018年的776预计到2023年将超过80而ARM架构占领了绝大多数移动终端将对X86架构全球市场份额发起挑战图42014-2020年全球服务器销售量X86占超97数据来源华经产业研究院相比X86架构的高性能ARM架构拥有低功耗的错位优势X86架构的强项是设计超高性能的PC和服务器处理器在移动设备行业X86架构下的复杂指令集难以放入移动设备体积较小的处理器中而为了保持高性能X86架构处理器会使得移动设备温度过高耗电过快例如Inteli7处理器平均发热率为45瓦基于ARM的片上系统发热率最大瞬间峰值约3瓦功率是Inteli7处理器的11514CPU三大研制环节对应不同细分产业链现代CPU产品研制主要有设计制造封装与测试三大环节CPU设计环节是决定芯片功能性能最为关键的研发环节由芯片设计工程师基于CPU指令集使用专业IC设计软件进行设计过程极为复杂繁琐CPU制造环节是最为复杂难度最大的环节具备技术密集型资本密集型的特征芯片的制造过程又称为流片是在完成CPU电路设计以后交给晶圆代工厂进行生产需要从沙子中提纯出单晶硅切割成晶圆再使用光刻机在晶圆上融刻芯片版图的复杂电路结构最后形成晶圆晶圆完成封装后形成最终的CPU产品此时测试厂商对CPU产品进行测试通过测试的CPU可开始量产未通过测试的CPU则要重返设计层面检查修正请务必阅读正文之后的免责条款部分6of39行业更新图5CPU研制流程示意图数据来源海光信息招股说明书CPU产业链主要由上游基础环节中游制造环节以及下游应用环节构成中游芯片设计商制造商封装测试商向上游基础环节采购软硬件工具材料设备来实现芯片生产继而实现下游各领域的应用上游基础环节影响供给成本下游应用环节决定行业需求上游基础环节主要包括EDA软件IP半导体设备半导体材料中游生产环节主要包括CPU研制的三大环节设计制造和封装测试下游应用环节CPU广泛应用于通讯汽车电力物联网人工智能工业医疗等行业领域图6CPU产业链数据来源前瞻产业研究院国泰君安证券研究2CPU行业具备寡头垄断特质21全球CPU市场呈现双寡头垄断格局Intel霸主地位强势AMD欲与之争锋目前X86架构占据了服务器桌面及PC电脑等终端的主要市场份额其中代表厂商为Intel和AMD尤以Intel产品市场占有率遥遥领先根据Passmark发布的AMD及Intel请务必阅读正文之后的免责条款部分7of39行业更新的CPU市场份额报告可以看出二者的市场份额占比和变化趋势AMD在2021年Q3季度实现了最高397的纪录跟Intel形成46的格局但难抵随后的下滑趋势到2022年Q1季度已经跌倒了343Intel则以656的份额拉大了双方的差距可见Intel具备强势的霸主地位AMD近期虽脚步放缓但处于持续追赶状态图72004-2022年AMD和Intel市场份额占比数据来源Passmark22双雄在竞争中迭代占据全球CPU市场从英特尔公司和AMD公司的较量中看CPU的历史变迁二者的发展历程可大致划分为四个阶段第一阶段是发家起步期第二阶段是初始合作期第三阶段是正面交锋期第四阶段是持续较量期发家起步期1968-1975年1968年英特尔公司成立次年后AMD公司成立两家公司创始人都来自仙童半导体创立之初也都聚焦于存储领域但创业境况却大不相同因为与英特尔创始人的技术出身不同AMD创始人原本是仙童的销售高管所以在创业初期AMD的融资显得举步维艰初始合作期1975-1985年因发家背景不同英特尔坚持以技术创新为本而AMD定位为第二供应商主攻性价比各自发展路线与自身能力匹配20世纪70-80年代日本政府颁布超大规模集成电路计划通产省组织日立NEC富士通三菱东芝等五家公司领衔大举发展半导体产业存储领域的竞争变得异常激烈随着1975年第一个桌面计算器Altair8800的诞生拉开了计算机微型化时代的序幕AMD和Intel抓住时代机遇纷纷由存储领域战略转型聚焦于微型处理器领域此时想要快速扩大生产PC的IBM搭建了英特尔和AMD之间合作的桥梁IBM公司原本一直由英特尔供货但由于英特尔产能不足造成了供货紧张IBM公司要求英特尔找到第二家供应商因此英特尔找到了AMD并签订了五年技术合作协议全面授权AMD生产8086微处理器因此AMD利用当时并不完善的专利和知识产权保护制度获得了仿制并超越英特尔产品的契机请务必阅读正文之后的免责条款部分8of39行业更新正面交锋期1985-1997年英特尔在1985年发布了热销产品386后正式对外宣布明确了其主营业务是微处理器英特尔转战微处理器领域后先发优势明显但1986年AMD公司就克隆出市场定位和性能与Intel80286微处理器匹敌的AM286次年英特尔在与AMD合约到期前单方面撕毁了合作协议宣布独家生产386为此AMD将英特尔告上了法庭在此后长达7年的官司中1987-1994年AMD虽以胜诉告终但也错过了PC发展的黄金时段持续较量期1997年-至今在AMD和英特尔分道扬镳后AMD制造了与英特尔X86架构兼容的产品而英特尔采用了与之相反的策略想通过研发不兼容X86架构的处理器来消灭竞争对手但最终由于缺乏配套软件应用而失败AMD也因此得以趁胜追击在全力追赶英特尔的过程中AMD取得了较为可观的进度AMD的收入在2017年至2021年期间增长了两倍多从53亿美元增长到160亿美元与此同时英特尔在此期间的年收入增幅只有约25从2017年的近630亿美元增长至2021年的790亿美元23英特尔CPU的先行者英特尔公司成立于1968年是全球最大的个人计算机零件和半导体芯片制造商英特尔于1971年推出了全球第一个微处理器微处理器所带来的计算机和互联网革命改变了整个世界英特尔为计算机工业提供关键元件包括性能卓越的微处理器芯片组板卡系统及软件等这些产品是标准计算机架构的重要组成部分图8Intel处理器产品矩阵数据来源英特尔官网从单核到多核自英特尔在1978年推出第一颗x86处理器8086后CPU的发展方向一直都是整合更多的指令集与外部控制器以及更高的主频单核性能的提升除了架构以外很重要的一点是取决于频率和缓存而频率限于CPU温度和功耗不可能增长太快缓存限于CPU面积和成本同样不能快速增长这样频率和缓存只能依靠半导体工艺的进步来逐请务必阅读正文之后的免责条款部分9of39行业更新步提升当CPU的单核效能与频率都到瓶颈之后英特尔与AMD都开始向多核发展第一款双核处理器问世2005年4月英特尔的第一款双核处理器平台包括采用英特尔955X高速芯片组主频为32GHz的英特尔奔腾处理器至尊版840此款产品的问世标志着一个属于多核心的新时代已经来临图9史上第一个双核处理器PentiumD数据来源中关村在线第一款四核处理器问世2006年PentiumD处理器的继任者是非常经典的Core2Due处理器而且他们还用当年炮制首款双核处理器的手法造出了首款四核处理器Core2Quad首款桌面级的四核处理器诞生于2006年11月2日首发产品为Core2ExtremeEditionQX6700图10史上第一个四核处理器PentiumD数据来源公司官网制成和架构交替进步从2005年开始英特尔就制定了一套钟摆计划Tick-Tock战略Tick-Tock就是时钟嘀嗒的意思一个嘀嗒代表着一秒而在Intel的处理器发展战略上每一个嘀嗒代表着2年一次的工艺制程进步每个Tick-Tock中的Tick代表着工艺的提升晶体管变小并在此基础上增强原有的微架构而Tick-Tock中的Tock则在维持相同工艺的前提下进行微架构的革新这样在制程工艺和核心架构的两条提升道路上总是交替进行请务必阅读正文之后的免责条款部分10of39行业更新图11英特尔Tick-Tock发展战略数据来源中关村在线从6核到10核2013年英特尔推出的Corei7-980X是首款6核处理器桌面市场的第一颗真8核处理器是英特尔在2014年推出的Corei7-5960X后来Corei7-6950X成为首款桌面的10核处理器生产工艺从22nm升级到14nm核心数量从上代Corei7-5960X的8核增加到10核晶体管数量也从26亿增加到32亿英特尔开启混合架构新时代2017年英特尔推出了第七代CoreX系列处理器包括Skylake-X与Kabylake-X两种不同架构的处理器SkylakeX处理器多了12核14核16核18核的产品并且用Corei9取代Corei7成为英特尔消费级市场上最强处理器的代名词Intel的Lakefield项目于2020年正式上市从此Intel开启混合架构新时代图12Intel开启混合架构新时代数据来源PC物语英特尔过去五年业绩稳重有升但2022年Q2遭遇下滑英特尔22Q2营收153亿较二季度业绩指引180亿低15主要由于CCG和DCAI业务不及预期净利润亏损45亿2017年Q4以来首次季度亏损英请务必阅读正文之后的免责条款部分11of39行业更新特尔出现季度亏损历史上是小概率事件数据显示自1993的以来近30年的时间里英特尔只出现三次季度亏损图132019Q1-2022Q3英特尔总营收及增速亿美元25020152001015050100-5-1050-150-20营业收入增长数据来源Wind国泰君安证券研究在2022年投资者大会上英特尔首次披露了2022-2024年的全新英特尔至强产品路线图至强Xeon是主要用于中间范围的企业服务器和工作站在英特尔的服务器主板上最多达八个Xeon处理器能够共用100MHz的总线而进行多路处理目前英特尔最新款服务器CPU仍旧是2021年推出的第三代至强Xeon可扩展处理器代号IceLake其主要亮点包括采用英特尔最新的10nm工艺单个芯片最多包含40核与上一代20核CascadeLake相比IPC性能提升20在主流数据中心工作负载上性能平均提升4674的AI推理性能增加与5年前的老系统相比平均性能提升265倍图142022-2024年的全新英特尔至强产品路线图数据来源英特尔官网24AMDCPU的挑战者AMD公司成立于1969年是一家生产微处理器提供闪存和低功率处理器解决方案的公司是英特尔公司最强劲的竞争对手请务必阅读正文之后的免责条款部分12of39行业更新以第二供应商发家靠质量赢得口碑为了达到业界最高的质量AMD在起步之初就选择美国军工领域标准MIL-STD883作为AMD产品质量的标准严格的质量标准下产品性能优势显著助力AMD产品打开市场例如当时AMD替代Intel的Am1506产品其散热能力比原版还强30研发全速前进不断拓展产品矩阵1969年AMD第一款产品Am9300是一款MSI移位寄存器其基于2英寸晶圆取得了当时行业领先40良率此后公司推出了逻辑计数器Am25011971年又推出了MSI乘数芯片Am2505Am3101截至1971年短短三年间AMD公司推出了67款产品其中8款是自主产权的产品图15AMDAm2501逻辑计数器数据来源快科技官网与英特尔携手前进巩固第二供应商地位1976年英特尔推出了整合指令集代码的CPU同年两家公司达成授权合作AMD获得了英特尔开发CPU的代码使用权进一步巩固了第二供应商的地位1981年AMD和英特尔签署了行业最重要的授权协议AMD获得了英特尔X86系列处理器的授权1983年AMD成为了全球第九大集成电路制造商图16AMD生产的8086处理器数据来源快科技官网英特尔停止授权陷入官司大战1987年Intel宣布停止对AMD进行386产品授权AMD面对反向攻关386产品的难题度过了一段艰难的岁月最终仅仅18个月AMD拿出了Am386这款优秀的处理器产品其能耗甚至比Intel的386芯片更好且完全兼容Windows等各项软件其上市一年后销售收入就达到11亿美元销售量超过100万枚请务必阅读正文之后的免责条款部分13of39行业更新官司胜利后AMD加大研发力度1990年代初AMD加大自主研发力度并于1995年成功推出首款自研微处理器K5用于对抗英特尔当时风头正劲的奔腾处理器随后几年又陆续推出K6K7等系列即AMD为世人熟知的速龙系列在自研过程中AMD逐渐对英特尔形成赶超之势1999年AMD抢先跨越CPU主频1GHz的大关发布了K7微架构的Athlon速龙俗称阿斯龙代号PlutoAthlon诞生标志着AMD第一次超越Intel首次迎来技术研发的高光时刻2003年AMD率先推出兼容前期产品的X86架构64位速龙芯片2005年AMD推出性能领先的X86双核CPU新CEO上任后改变发展轨迹AMD迎来黄金时期2014年底苏姿丰成为AMD新任CEO管理团队适时根据市场环境进行了策略调整开始将产品定位长期聚焦在高性能计算市场重点市场包括数据中心个人电脑游戏主机等面向高性能计算争夺高端市场逐渐成为AMD发展的主要策略2017年春季AMD发布了研发已久的利剑Zen架构Ryzen品牌八核心桌面级处理器系列R71800XR71700以及随后跟进的R5R3系列CPU在多数细分市场对Intel的i7E3i5系列处理器构成了极强的竞争优势图17AMDRyzen品牌锐龙系列数据来源AMD官网25寡头竞争效应下全球CPU市场规模稳步增长在Intel和AMD的寡头竞争效应下技术快速迭代叠加产品的全面推广全球CPU市场规模稳步增长根据全球半导体贸易统计组织WSTS的数据2013-2018年全球CPU行业呈现快速增长趋势行业总收入年均复合增长率为9332019年受国际贸易影响全球CPU行业总收入略有下降2020年因贸易摩擦缓解加之数据中心5G商用智能汽车等需求的增加全球CPU行业市场规模上升至3612亿美元同比增长932市场重回稳步增长态势请务必阅读正文之后的免责条款部分14of39行业更新图182013-2020年全球CPU市场规模数据来源WSTS3国产化助力打破CPU行业垄断格局31国产CPU起步较早但发展历经坎坷国产CPU起步较早但发展历经坎坷大致可概括为开始起步发展受限初具规模三大阶段国产CPU事业开始起步1950-1970年1956年半导体科技被列为国家新技术四大紧急措施之一1965年我国自主设计研发了与国际水平相差不大的晶体管109机又于1968年研发了小规模集成电路106机国产CPU事业发展受限1971-1990年70年代以后超大规模集成电路快速发展以Intel4004为标志的真正意义上的微处理器面世CPU正式进入商用时代此后按照摩尔定律持续快速演进Intel也由此开始统治全球桌面和高性能计算市场但当时的国内受限于经济条件国际技术封锁等原因虽然研制出了基于大规模集成电路的第三代计算机系统专用77型微机但丧失了第四代计算机系统基于超大规模集成电路的研究能力从七五开始一直到九五国家对国产CPU的支持力度明显下降主要科研支持计划都未将其列入上世纪90年代国内大量处理器研究单位关闭人员大批流失大学也很少设置硬件专业计算机公司变成组装厂CPU设计能力基本丧失国产CPU事业初具规模1991年至今随着国内信息化与电子硬件制造业的快速发展缺芯的问题再次受到国家高度重视从十五开始国产CPU自主性的问题再度提上议程产业政策不断加码在核高基泰山计划863计划等的大力支持下国产CPU奋力追赶以鲲鹏海光龙芯飞腾兆芯申威等为代表的厂商全力打造出中国芯时至今日国内终于培育出了一批国产CPU设计单位和研究机构发展逐渐走向正轨中美关系走向影响国产CPU事业的发展进程CPU行业的发展和国防请务必阅读正文之后的免责条款部分15of39行业更新需求国际关系息息相关半导体起源于美国国防工业从50年代年至今CPU等电子组件在国防和武器系统中无处不在1978年中美关系正常化此时国家对于CPU在国防建设中的重视程度有所下降国产CPU事业陷入停滞而20世纪90年代后中美竞争全面展开CPU事业又重新受到了国家的高度重视由此可见中美关系紧张对国防需求的迫切度提高会加速我国自主芯片的发展进程32国产CPU紧跟全球发展进程择优引进和自主研发并进国产CPU架构各异三大路线各有所长择优引进和自主研发并进国产CPU主要采用X86架构ARM架构MIPS架构和Alpha架构不同架构下厂商的自主化程度也有所区别采用X86架构的代表厂商有兆芯和海光使用IP内核授权方式基于指令集进行SOC集成设计自主化程度偏低采用ARM架构的代表厂商有飞腾和华为使用ARM指令集授权方式基于指令集授权自主设计CPU自主化程度较高采用MIPS架构和Alpha架构的代表厂商有龙芯和申威自研指令集自主设计自主化程度极高图19国产CPU的三大路线数据来源华经情报网国泰君安证券研究33国内CPU市场呈现多点开花局面国产化道路曲折而光明国产CPU目前呈现三大阵营主要包括自主架构阵营x86阵营和ARM阵营其中自主架构主要包括龙芯与申威x86阵营包括上海兆芯和天津海光中科曙光参股ARM阵营包括飞腾中国长城拟参股和华芯通图20国产CPU阵营及相关厂商数据来源国泰君安证券研究请务必阅读正文之后的免责条款部分16of39行业更新多点开花但各阵营力量单薄自主可控的发展道路仍然漫长虽然中国在CPU发展上已经实现多点开花并初步建立了自主可控的软硬件生态但与国外巨头相比各个阵营的力量仍然比较单薄X86阵营下以海光信息为例虽然得到AMD的授权和支持其CPU在综合性能上比较领先但由于其成立时间较短产品的稳定性有待市场检验这需要较长时间的大规模应用来验证更为重要的是国内团队对于AMD先进CPU的消化吸收再创新需要多年时间并且未来能否实现可持续的技术创新能否自主扩展指令集存在一定的不确定性ARM阵营下ARM架构服务器虽然有低功耗并发优势但ARM单核性能相对于x86较弱值得一提的是ARM服务器的重要推动者高通计划放弃在这个领域的进一步投入因此ARM服务器的前景有待进一步观察自主架构阵营下龙芯和申威虽然已经初步建立软硬件生态但在实力上仍然弱小无法与国外成熟的Wintel生态相抗衡需要政策的持续支持集成电路市场需求不断扩张CPU行业将保持快速增长趋势我国集成电路行业持续高速发展2013年到2020年的复合年均增长率为1973复合增长率是全球增速的近三倍持续保持高速增长趋势2020年总销售额高达8848亿元同比增长1701受益于人工智能大数据5G等技术的发展预计我国集成电路中的CPU行业将在未来继续保持快速增长趋势图212013-2020年中国集成电路产业市场规模数据来源中国半导体行业协会前瞻产业研究院34CPU战略地位显著国产化势在必行俄乌冲突外溢多重危机国家大安全战略下仍将维持对国产CPU的强支持俄乌冲突爆发后越来越多的迹象显示现代战争已经不仅限于热战更像是一场信息科技战争对比1991年海湾战争中的信息化数字化形态眼下的俄乌冲突更体现了现代战争的智能化算力化形态俄乌冲突表明战争打响后CPU生产等高技术企业瞬间就会变成攻城掠地的马前卒杀伤力不亚于精确制导武器突破国外技术垄断实现自主可控不仅仅局限于技术和商业层面面对残酷的现代化战争全球不确定性和风险加剧保卫国家安全离不开国产CPU的建设请务必阅读正文之后的免责条款部分17of39行业更新中美两国科技博弈加剧自主可控的需求长期不变科技强国的道理永不过时自特朗普时代开始美国便有计划地在CPU领域恶意打压中国美国商务部颁布禁令不仅禁止向中国出口使用美国设备制造的高端芯片还将部分中国企业列入黑名单不许其获取美国某些半导体技术面对美国不断升级的制裁手段中国需持续加速国产替代进程予以国产CPU企业更强有力的政策资金人才支持相信国产CPU经过此次淬炼必将迎来突破性新生美国芯片出口管制新规全面打击信创CPU流片2020年10月的美国芯片出口管制新规增加三个外国直接产品规则范围内的所有实体及产品几乎受到0含美量制裁与此前华为待遇类似28家实体清单企业无法进口含美技术的芯片成品无法在含美产线进行流片性能可以达到英伟达A100及以上的含美技术的芯片成品均无法进口且中国企业设计的性能可以达到相关标准的芯片产品也无法在含美技术产线流片最终用途为中国超算的含美技术的整机芯片组件等都禁止进口2022年10月21日为上述产品运输到中国最终用户的最后日期此外新规还限制美国国籍人员参与中国涉及上述业务的工作对我国芯片产业实行全方位限制对于国产化厂商的影响较大对于六大信创CPU厂商首先鲲鹏海光飞腾申威为实体清单企业无法使用美国技术和产品进行流片其次六家厂商目前正在销售的主力芯片制程都在16nm及以下飞腾16nm7nm申威16nm兆芯167nm景嘉微14nm海光147nm龙芯1412nm鲲鹏7nm因而美国此次新品出口管制新规对信创芯片实现了全面打击表3当前国产CPU厂商主力芯片制程鲲鹏飞腾海光兆芯龙芯申威当前主力芯片制程7nm16nm147nm167nm1412nm16nm上代主力芯片制程-28nm14nm28nm28nm28nm数据来源国泰君安证券研究美国芯片出口管制新规短期影响可控短期依靠备货中长期需要去A化产线快速成长美国芯片出口管制新规的目的是彻底封杀中国的超算行业AI计算只能采用相对低端的芯片通用计算领域使中国芯片厂商限制在成熟制程内发展先进制程芯片成品只能进口使中国企业的自主芯片与美国芯片出现代差短期应对措施可提前备货参考华为提前的备货应可以支持至少2年维度的芯片供应2020年5月华为被突然实施0含美量制裁至今华为7nm制程的鲲鹏芯片仍在持续供货中长期需要去A化产线快速成长28nm芯片供货后将优先满足芯片消耗量较大的信创PCCPU的使用需求未来有可能通过Chiplet等先进封装技术实现类似于14nm芯片的性能表现从而满足服务器芯片的使用需求同时非去A化的14nm产线乐观情况下也有机会在未来较快跑通发挥国家经济制度优势强政策终将改变CPU行业垄断僵局受惠于持续的国家资助和扶持中国企业在CPU行业不断取得进步国产CPU请务必阅读正文之后的免责条款部分18of39行业更新正实现从无到有可用到好用的转变有望同高性能计算和服务器一样具备抗衡国际巨头的实力表4CPU行业相关国家政策时间具体文件关键内容加强国家创新体系建设编制关于新时代加快完善社会主20205新一轮国家中长期科技发展规义市场经济体制的意见划强化国家战略科技力量为进一步优化集成电路产业和关于新时期促进集成电路产软件产业发展环境深化产业20208业和软件产业高质量发展若干国际合作提升产业创新能力政策的通知和发展质量加速国内科技产业建设推动国产替代进程加大5G建设投资加快5G商用发展步伐加快基础材料关于扩大战略性新兴产业投关键芯片高端元器件新型20209资培育壮大新增长点增长极的显示器件关键软件等核心技指导意见术攻关大力推动重点工程和重大项目建设积极扩大合理有效投资打造全国信创产业示范基地关于印发金东区促进制造业打造电子信息关键材料-芯片20211重点细分行业发展政策意见设计和封测-系统整机集成-智试行的通知能终端应用产业体系支持深圳强化关键核心技术攻关优化和创新支持方式采深圳市中国特色社会主义先20212用立军令状滚动立项行示范区科技创新行动方案等组织方式集中突破集成电路等领域关键核心技术攻关制定科技强国行动纲要健全社会主义市场经济条件下新型举国体制打好关键核心技术攻坚战提高创新链整体效十四五发展规划和2035年20213能培育壮大人工智能大数远景目标纲要据区块链云计算网络安全等新兴数字产业提升通信设备核心电子元器件关键软件等产业水平强化市场化和产业化引导推动计算芯片存储芯片等创新面向关键基础软件高端工业软件云计算大数据202112十四五国家信息化规划信息安全人工智能车联网等重点领域和重大需求加强重点软件的开发加快软件知识产权保护与信息服务体系建设硬布线控制请务必阅读正文之后的免责条款部分19of39行业更新推进科技创新促进产业优化升级突破供给约束堵点依靠创新提高发展质量培育壮202232022年政府工作报告大集成电路人工智能等数字产业提升关键软硬件技术创新和供给能力数据来源政府官网国泰君安证券研究4国产CPU六大主流厂商发展模式各异41海光国产X86CPU的领航者海光信息是一家从事高端处理器加速器等计算芯片产品和系统研发的公司是国产X86CPU领航者公司发展经历了四大里程碑2014年海光有限公司成立2016年公司与AMD合资成立海光集成海光微电子两家子公司并获得高端处理器的技术授权2020年公司变更为股份有限公司中科曙光成为公司第一大股东2022年公司于科创板上市图22公司发展经历了四大里程碑2014年10月天2016年公司与2020年变更为股津海泰科技投资合资成立海AMD份有限公司中年月公司于管理有限公司出光集成海光微科曙光成为公司20228科创板上市资设立海光有限电子签署技第一大股东公司术许可协议数据来源公司官网国泰君安证券研究公司股权结构合理聚集了各方优势中科院体系地方国资等资源优势在股权结构中得以发挥公司不存在单一股东及其一致行动人通过实际支配公司股份表决权能够决定公司董事会半数以上成员选任或足以对股东大会的决议产生重大影响公司无控股股东无实际控制人请务必阅读正文之后的免责条款部分20of39