行业观点
　　ChatGPT引爆新一轮人工智能应用，人工智能将成为未来无所不在的工具。ChatGPT是由OpenAI推出的人工智能聊天机器人，基于GPT-3.5/GPT-4大模型，并引入人工标注数据和强化学习进行训练。ChatGPT通过问答形式与用户完成交互，凭借近似真实的对话和互动效果迅速成为近期发展最快和关注度最高的应用之一，上线两个月活跃用户突破1亿，成为历史上用户增长最快的应用程序，它的应用火爆使得人工智能赛道迅速升温。我们认为人工智能平台（包括芯片，模组，算法，云训练/推理）不算新型应用，而是整合电子,通信,软件及云/边缘运算/设备电子端后成为各种提升应用效能的人工智能工具平台，各类AI+应用即将落地，像ChatGPT对话机器人，以及特斯拉即将自动驾驶中引入AI学习框架，传统应用在引入AI后将迎来巨变。因此人工智能平台除了被广泛利用在云端大数据的深度学习训练和推断外,也将出现在各式各样的应用端、边缘运算及终端。
　　人工智能高速发展，电子半导体产业链大有可为
　　人工智能的发展将重塑电子半导体基础设施，海量数据的收集、清洗、计算、训练以及传输需求，将带来算力和网络的迭代升级，利好AI数据中心及边缘高速运算大量使用的CPU，GPU，FPGA，ASIC，HBM存储器，3DNAND，以太网PHY芯片及电源管理芯片。根据PrecedenceResearch的数据，2022年全球人工智能芯片市场规模为168.6亿美元，22-32年CAGR有望达29.7%。我们看好人工智能加速发展对电子行业带来的发展新机遇，细分板块有望持续受益：1）计算芯片：AI拉动CPU/GPU/FPGA/ASIC量价齐升，国产替代空间巨大；2）存储芯片：看好2023年存储板块止跌反弹,DDR5内存有望放量。据Yole，21-28年内存接口及配套芯片市场规模CAGR达28%；3）以太网芯片：有限局域网通信之基，服务器端大有可为。据观研天下信息，25年中国数据中心用以太网交换芯片市场规模将达到120.4亿元；4）电源管理芯片：2023年下半年有望迎来需求回暖。随着云计算、人工智能以及大功率处理器和加速卡需求的不断增长，加速服务器电压转向48V，DC-DC受益明显；5）PCB/CCL：AI催化算力需求，服务器主板和载板量价齐升。AI需求兴起，服务器PCB/CCL升级大潮将至。算力对CPU/GPU要求大幅提升，先进封装凸显载板价值。6)光芯片：全球数据量爆炸式增长，光通信逐渐崛起。据Lightcounting数据，2027年全球光模块市场规模超200亿，光芯片为光模块核心组件。
　　人工智能高速发展对通信行业的加持
　　ChatGPT等AIGC业务快速迭代，带来新一轮通信基础设施升级机遇。一方面，ChatGPT大幅提振高算力需求，带动服务器增长与AI服务器占比提升。据TrendForce，截至2022年搭载GPGPU的AI服务器年出货量占整体服务器比重近1%，2023年预估在ChatGPT加持下出货量年成长可达8%，2022-2026年CAGR将达10.8%。浪潮信息、中科曙光等国内龙头公司AI算力业务成长有望提速。另一方面，ChatGPT带动云计算产业链升级，加速800G光模块商用，同时带动CPO等先进封装技术需求。据LightCounting，全球TOP5云厂商2020年以太网光模块支出为14亿美元，到2026年其支出有望超30亿美元，800G光模块将从2025年底开始主导这一细分市场。中际旭创800G前沿产品已接收小规模批量订单，且天孚通信和中际旭创在CPO封装已经有所布局，有望开辟新成长曲线。
　　投资建议与估值
　　重点推荐:英伟达、AMD、澜起科技、裕太微、沪电股份、兴森科技、浪潮信息、中际旭创、天孚通信、通富微电。
　　风险提示
　　海外市场陷入衰退:人工智能终端应用落地不如预期;各下游市场需求不如预期:美国加大对华制裁力度。
　　

研究报告全文：ChatGPT引爆新一轮人工智能应用人工智能将成为未来无所不在的工具ChatGPT是由OpenAI推出的人工智能聊天机器人基于GPT-35GPT-4大模型并引入人工标注数据和强化学习进行训练ChatGPT通过问答形式与用户完成交互凭借近似真实的对话和互动效果迅速成为近期发展最快和关注度最高的应用之一上线两个月活跃用户突破1亿成为历史上用户增长最快的应用程序它的应用火爆使得人工智能赛道迅速升温我们认为人工智能平台包括芯片模组算法云训练推理不算新型应用而是整合电子通信软件及云边缘运算设备电子端后成为各种提升应用效能的人工智能工具平台各类AI应用即将落地像ChatGPT对话机器人以及特斯拉即将自动驾驶中引入AI学习框架传统应用在引入AI后将迎来巨变因此人工智能平台除了被广泛利用在云端大数据的深度学习训练和推断外也将出现在各式各样的应用端边缘运算及终端人工智能的发展将重塑电子半导体基础设施海量数据的收集清洗计算训练以及传输需求将带来算力和网络的迭代升级利好AI数据中心及边缘高速运算大量使用的CPUGPUFPGAASICHBM存储器3DNAND以太网PHY芯片及电源管理芯片根据PrecedenceResearch的数据2022年全球人工智能芯片市场规模为1686亿美元22-32年CAGR有望达297我们看好人工智能加速发展对电子行业带来的发展新机遇细分板块有望持续受益1计算芯片AI拉动CPUGPUFPGAASIC量价齐升国产替代空间巨大2存储芯片看好2023年存储板块止跌反弹DDR5内存有望放量据Yole21-28年内存接口及配套芯片市场规模CAGR达283以太网芯片有限局域网通信之基服务器端大有可为据观研天下信息25年中国数据中心用以太网交换芯片市场规模将达到1204亿元4电源管理芯片2023年下半年有望迎来需求回暖随着云计算人工智能以及大功率处理器和加速卡需求的不断增长加速服务器电压转向48VDC-DC受益明显5PCBCCLAI催化算力需求服务器主板和载板量价齐升AI需求兴起服务器PCBCCL升级大潮将至算力对CPUGPU要求大幅提升先进封装凸显载板价值6光芯片全球数据量爆炸式增长光通信逐渐崛起据Lightcounting数据2027年全球光模块市场规模超200亿光芯片为光模块核心组件ChatGPT等AIGC业务快速迭代带来新一轮通信基础设施升级机遇一方面ChatGPT大幅提振高算力需求带动服务器增长与AI服务器占比提升据TrendForce截至2022年搭载GPGPU的AI服务器年出货量占整体服务器比重近12023年预估在ChatGPT加持下出货量年成长可达82022-2026年CAGR将达108浪潮信息中科曙光等国内龙头公司AI算力业务成长有望提速另一方面ChatGPT带动云计算产业链升级加速800G光模块商用同时带动CPO等先进封装技术需求据LightCounting全球TOP5云厂商2020年以太网光模块支出为14亿美元到2026年其支出有望超30亿美元800G光模块将从2025年底开始主导这一细分市场中际旭创800G前沿产品已接收小规模批量订单且天孚通信和中际旭创在CPO封装已经有所布局有望开辟新成长曲线重点推荐英伟达AMD澜起科技裕太微沪电股份兴森科技浪潮信息中际旭创天孚通信通富微电海外市场陷入衰退人工智能终端应用落地不如预期各下游市场需求不如预期美国加大对华制裁力度敬请参阅最后一页特别声明1行业深度研究内容目录一人工智能高速发展对电子行业的加持511ChatGPT点燃新一轮人工智能热情512计算芯片AI拉动GPUFPGAASIC量价齐升713存储芯片看好23年存储板块有望迎来拐点DDR5内存放量1414以太网芯片有限局域网通信之基服务器端大有可为1815电源管理芯片2023年下半年有望迎来需求回暖2116PCBCCLAI催化算力需求服务器主板和载板量价齐升2317光芯片数通和电信市场水大鱼大光芯片国产替代空间广阔27二人工智能高速发展对通信行业的加持2921ChatGPT大幅提振算力需求带动服务器增长与AI服务器占比提升2922ChatGPT刺激高速率光模块占比提升CPO产品迎来爆发期31三投资建议33四风险提示34图表目录图表1ChatGPT成为历史上最快突破1亿活跃用户的应用程序5图表2AI人工智能不同落地场景6图表32025年全球人工智能市场规模达2219亿美元6图表42025年中国人工智能市场规模达184亿美元6图表5英伟达加速计算平台示意图7图表6大模型时代训练所需算力增速远超摩尔定律7图表722-32年人工智能芯片市场规模CAGR达2977图表8CPUGPUFPGAASIC特点对比8图表9CPU采用串行计算架构8图表10CPU采用低延迟设计架构8图表112026年全球服务器市场规模1665亿美元8图表12Intel主导全球CPU市场8图表13国产CPU芯片对比9图表14X86架构CPU国产替换空间测算10图表15GPU采用串行计算架构10图表16GPU采用高吞吐设计架构10图表172016年-2021年数据中心负载任务量变化11图表182024年全球超大规模数据中心超1000个11敬请参阅最后一页特别声明2行业深度研究图表192030年全球GPU市场规模有望达4774亿美元11图表20英伟达主导独立GPU市场11图表21国内GPU产业链情况12图表22英特尔FPGA技术路线图13图表232030年全球FPGA市场规模有望达221亿美元13图表242021年中国FPGA芯片下竞争格局14图表25谷歌历代TPU性能对比14图表26机器数据量图表15图表272021-2023ENAND产能16图表282021-2023ENAND需求16图表292021-2023EDRAM产能16图表302021-2023EDRAM需求16图表312023年NAND供需格局大幅缓解17图表322023年DRAM供需格局小幅缓解17图表33我们看好弹性最大的存储板块2023年止跌反弹17图表342028年全球内存模组出货量有望达65亿18图表352028年内存接口芯片及配套芯片市场规模有望达40亿美元18图表36以太网下游应用场景19图表37英伟达Spectrum以太网交换机19图表38英伟达LinkX以太网电缆19图表39以太网结构示意图20图表40以太网PHY芯片功能示意图20图表41以太网技术发展路线20图表42数据中心脊叶架构示意图20图表43中国数据中心以太网芯片市场规模及预测20图表44国内外主要公司以太网芯片技术对比21图表45电源管理芯片产品类别与应用场景21图表462020年全球模拟芯片各品类销售占比22图表47全球模拟芯片市场规模变化情况22图表4848V电源与12V电源功耗对比22图表4948V电源DCDC转换器选择方案22图表502020年全球电源管理芯片集中度23图表512020年中国企业电源管理芯片集中度23图表52杰华特DC-DC产品与海外竞品性能对比情况23图表53PCB是支撑服务器内部结构的重要元器件24敬请参阅最后一页特别声明3行业深度研究图表54服务器平台升级24图表55CCL材料等级划分24图表56服务器平台升级25图表572021年全球特种基材CCL市场格局25图表58全球先进封装市场规模十亿美元25图表59封装基板结构示意图25图表60先进封装中载板成本占比达到5026图表61各类载板的产值变化百万美元26图表62国内载板厂商在载板市场占有率26图表63国内载板第一梯队厂商布局情况27图表64光芯片在光通信中用于产生和接受光信号27图表65激光器芯片和探测器芯片细分品类28图表662025年全球光模块市场规模有望达113亿美元28图表67光芯片竞争格局29图表68全球服务器出货量30图表69全球服务器市场规模亿美元30图表70数据中心硬件成本结构30图表712022-2026年全球AI服务器出货量31图表722021年全球AI服务器市场份额31图表73亿欧智库算力服务综合价值力评估31图表74全球光模块市场规模亿美元32图表75全球TOP5云厂商以太网光模块销售额M32图表76光电共封装的封装形式及发展趋势33敬请参阅最后一页特别声明4行业深度研究11ChatGPT点燃新一轮人工智能热情ChatGPT是由OpenAI于2022年11月推出的人工智能聊天机器人该程序使用基于GPT-35架构的大型语言模型并通过人类反馈的监督学习和强化学习进行训练ChatGPT通过问答形式与用户完成交互可以完成自动生成文本自动问答自动摘要等多种任务ChatGPT因其能提供类似人类的响应迅速成为近期发展最快和关注度最高的应用之一上线5天用户突破百万上线两个月活跃用户突破1亿使其成为历史上用户增长最快的应用程序它的爆火出圈使得人工智能赛道迅速升温图表1ChatGPT成为历史上最快突破1亿活跃用户的应用程序来源CNBC国金证券研究所人工智能AI顾名思义就是通过高性能计算机来模拟人脑的认知及推理过程尤其是在收集大量原始数据后再通过高性能计算机加上各类特殊的AI算法来训练和提高AI的认知能力其中包括视觉图像视频听觉语言声音等各类能力当AI的认知能力训练完成后推理算法能够使用高性能计算机举一反三完成数据收集推理和决策形成对人类部分工作的代替人工智能正在由云端应用场景走向终端应用场景人工智能平台包括芯片模组软件在一般人看起来像是一种新型应用但在我们看来人工智能芯片在整合软硬件后将成为各类终端应用的提升效能工具平台各类AI应用即将落地像ChatGPT对话机器人以及特斯拉即将自动驾驶中引入AI学习框架传统应用在引入AI后将迎来巨变这就像我们常用的微软bing搜索微软bing搜索是我们应付各种陌生问题的生财工具引入类ChatGPT的AI模型后能够直接给用户提供部分答案因此人工智能平台除了被广泛利用在云端大数据的深度学习训练和推断外我们认为人工智能平台也将出现在各式各样的应用端的边缘运算及终端AI的第一波浪潮是学习感知和推理例如自然语言处理机器视觉推荐算法等而AI的下一波浪潮将会是人工智能规划AI将感知学习和推理的结果通过各类机器人形成计划和付诸行动敬请参阅最后一页特别声明5行业深度研究图表2AI人工智能不同落地场景来源英伟达国金证券研究所人工智能技术已在人机交互智能家居智能驾驶智慧金融智能安防等多个领域实现技术落地且应用场景愈来愈丰富AI产业已进入全方位商业化的发展阶段根据IDC的数据2021年全球人工智能市场规模达到8857亿美元预计2025年将达到22187亿美元21-25年CAGR达262当前我国人工智能产业加速发展从基础支撑核心技术到行业应用的产业链条基本形成一批创新活跃特色鲜明的创新企业加速成长新模式新业态不断涌现整体呈现蓬勃发展态势政策支持投资引导和巨头布局将推动中国AI产业的结构调整进一步扩大市场规模根据IDC的数据中国人工智能市场规模预计2025年有望达1843亿美元21-25年CAGR达244图表32025年全球人工智能市场规模达2219亿美元图表42025年中国人工智能市场规模达184亿美元全球人工智能市场规模亿美元中国人工智能市场支出亿美元YoY2500200451804020001603514030150012025100201000801560500401020500020212025E202020212022E2023E2024E2025E来源海天瑞声2021年年报国金证券研究所来源海天瑞声2021年年报国金证券研究所人工智能产业链可分为基础层技术层应用层三个层面我们以英伟达的加速计算平台为例基础层包括各类软硬件设施CPUGPUDPUASICFPGA存储芯片等以及数据服务技术层包括各类技术框架和算法模型涵盖深度学习计算机视觉自然语言处理语音识别等应用层包括各类解决方案和终端应用场景敬请参阅最后一页特别声明6行业深度研究图表5英伟达加速计算平台示意图来源英伟达国金证券研究所2017年谷歌提出Transformer模型使得深度学习进入了大模型时代大模型所需算力的增长幅度远超过摩尔定律提供的性能成长速度势必带来更多人工智能芯片需求在2010年前AI模型所需算力的增长幅度与摩尔定律同步约每20个月翻倍2015年以后出现的大模型所需算力为原来的10-100倍所需算力的翻倍时间缩短到10个月这意味着AI芯片基于摩尔定律的性能迭代和升级速度可能不如算力需求的增长速度云计算厂商需要堆叠更多的人工智能芯片等来满足模型训练根据PrecedenceResearch的数据2022年全球人工智能芯片市场规模为1686亿美元22-32年CAGR有望达297图表6大模型时代训练所需算力增速远超摩尔定律图表722-32年人工智能芯片市场规模CAGR达297人工智能芯片市场规模十亿美元25020015010050020222023E2026E2028E2029E2031E2025E2027E2030E2032E2024E来源COMPUTETRENDSACROSSTHREEERASOFMACHINE来源PrecedenceResearch国金证券研究所LEARNING国金证券研究所12计算芯片AI拉动GPUFPGAASIC量价齐升人工智能芯片多用传统型芯片或用昂贵的图形处理器GPU或用现场可编程门阵列芯片配合中央处理器FPGACPU为主用以在云端数据中心的深度学习训练和推理通用专用型AI芯片ASIC也就是张量处理器或特定用途集成电路ASIC主要是针对具体应用场景三类芯片短期内将共存并在不同应用场景形成互补敬请参阅最后一页特别声明7行业深度研究图表8CPUGPUFPGAASIC特点对比类别CPUGPUFPGAASIC进行大规模并行计算方面受到限制性能高计算能力强可编程性灵活功耗和定制化设计特点擅长于处理逻辑控制功耗高通用性介于GPU与ASIC性能稳定提供系统可靠性通用性好之间优秀的功耗控制通用性好寒武纪地平线比特代表公司英特尔AMD英伟达AMD赛灵思大陆谷歌TPU来源ADLINK国金证券研究所中央处理器CPUX86和ARM结构在内的传统CPU处理器架构往往需要数百甚至上千条指令才能完成一个神经元的处理但对于并不需要太多的程序指令却需要海量数据运算的深度学习的计算需求这种结构就显得不匹配中央处理器CPU需要很强的处理不同类型数据的计算能力以及处理分支与跳转的逻辑判断能力这些都使得CPU的内部结构异常复杂现在CPU可以达到64bit双精度执行双精度浮点源计算加法和乘法只需要13个时钟周期时钟周期频率达到15323gigahertzCPU拥有专为顺序逻辑处理而优化的几个核心组成的串行架构这决定了其更擅长逻辑控制串行运算与通用类型数据运算当前最顶级的CPU只有6核或者8核但是普通级别的GPU就包含了成百上千个处理单元因此CPU对于影像视频计算中大量的重复处理过程有着天生的弱势图表9CPU采用串行计算架构图表10CPU采用低延迟设计架构来源SERIALCOMPUTINGvsPARALLELCOMPUTINGACOMPARATIVE来源Github国金证券研究所STUDYUSINGMATLAB国金证券研究所英特尔和AMD垄断全球CPU市场英特尔在服务器CPU市场占据绝对优势根据IDC的数据2022年全球服务器市场规模有望达1216亿美元2026年全球服务器市场规模有望达1665亿美元22-26年CAGR达102截至23Q1intel在全球CPU市场中的占比为630在全球服务器CPU市场中的占比为942在服务器CPU市场中占据绝对主导地位图表112026年全球服务器市场规模1665亿美元图表12Intel主导全球CPU市场x86亿美元Non-x86x86IntelAMDIntel服务器AMD服务器1600921001400911200809010006089800408860087204002008600852008Q12009Q12010Q12011Q12012Q12019Q12020Q12021Q12022Q12023Q12005Q12006Q12007Q12013Q12014Q12015Q12016Q12017Q12018Q120212022E2023E2024E2025E2026E2004Q1来源IDC国金证券研究所来源Cpubenchmark国金证券研究所国产服务器芯片渗透率低对应巨大国产替代空间根据海光信息招股说明书的数据2020年国内x86服务器芯片出货量6981万颗绝大部分市场份额被Intel和AMD两家敬请参阅最后一页特别声明8行业深度研究公司占据合计市场份额超过95其中Intel产品市场占有率遥遥领先2020年海光信息CPU产品销售量约占总体市场份额的375占据了国产x86服务器CPU绝大部分市场份额除了海光之外国内CPU厂商主要有海思龙芯兆芯飞腾申威等图表13国产CPU芯片对比飞腾鲲鹏海思龙芯海光申威兆芯研发单位天津飞腾中国长城华为龙芯中科海光信息申威科技上海兆芯中科曙光中科院控上海市国资委台团队背景国防科技大学华为中科院计算机所江南计算所股湾威盛电子指令集体系SPARCARM授权ARM授权自研MIPS授权自研X86授权Alpha授权自研X86ARM授权来源自研ARMv8架构层级永ARMv8架构层级永获MIPS指令集修授权层级创X86内核层级授权已完全实现自X86内核层级授权久授权自主化程度久授权自主化程度改权限但需付专利新可信程度自主化程度弱主可控自主化程度弱大大费自主化程度大应用领域党政商用市场党政商用市场党政市场党政商用军方党政X86最新授权性在军方市场占优底架构层级授权自主化性能最强党政商起步最早适配厂商上海地区覆盖广优势能较强应用生态丰层应用超算为主力程度较高用市场接受程度高多自主化程度高x86应用生态丰富富方向ZX-CZX-DKX-50腾云S系列腾锐D龙芯1号龙芯2号海光1号2号3号SW-1600相关产品鲲鹏系列麒麟系列00KX-6000KH-20系列腾珑E系列龙芯3号4号SW-1610000产品覆盖领服务器桌面嵌入服务器桌面嵌入嵌入式服务器桌桌面服务器服务器服务器桌面域式式移动端面联想笔记本笔记天河一号天河二号华为服务器华为手玲珑逸珑福珑北神威蓝光神威太实际应用国家级超算项目本服务器火星舱天河三号机斗导航卫星湖之光存储系统2019年出货预计20年底出货累计出货量超10050万片10万片量100万片万片鲲鹏由台积电代工意法半导体新思科中芯国际台积电和代工厂中芯国际麒麟由中芯国际代华力技三星工鲲鹏7nm最小制程16nm28nm12nm28nm16nm麒麟1214nm来源各公司官网国金证券研究所我们测算国内x86服务器用CPU市场规模为3151亿美元IDC数据显示预计2025年国内x86服务器出货量将达到5252万台根据x86服务器出货量和x86服务器路数分布情况进行计算2020年中国市场x86服务器芯片出货量约为6981万颗假设到2025年x86服务器的平均路数为3预测2025年中国市场x86服务器芯片出货量可达15756万颗对应市场空间可达3151亿美元22-25年CAGR达19我们测算2025年整体x86架构国产PC服务器端CPU国产替代空间达5543亿元22-25年CAGR为32我们认为服务器领域国产替代空间主要在于政府机关事业单位以及核心国央企等有望率先放量测算逻辑如下1相关人数测算根据人社部2016年发布的2015年人力资源和社会保障事业发展统计公报中国共有公务员7167万人我们假设目前公务员人数为800万人根据国家统计局2020年我国国有单位就业人员共5563万人此口径以政府机关事业单位为主根据国家统计局剔除教育卫生社会保障和社会福利院后2020年中口径国有单位就业人员共3032万人因此假设国央企及事业单位人数预计有8000万人敬请参阅最后一页特别声明9行业深度研究2假设每人配备一台PCPC与服务器配置比例为101根据海光3000系列PC端CPU单颗价值1000元颗服务端海光目前最高端7200芯片ASP11000元低端7100ASP4000元整体服务器CPU均价大约8000元颗3假设到2025年党政机关国产服务器替换比例为95其中国产x86服务器占比20国央企及事业单位国产x86服务器替换比例为20那么测算得出预计2022年X86架构国产PC服务器CPU替换空间为2428亿元到2025年有望达到5543亿元22-25年CAGR为32图表14X86架构CPU国产替换空间测算202020212022E2023E2024E2025E国内X86服务器CPU市场空间测算X86服务器出货量万台34393751408444548385252单x86服务器CPU价值量美元160018002000200020002000平均单服务器搭载CPU颗数203232527283国内X86服务器CPU市场规模亿美元111715532042240327093151国产替代空间测算党政公务员万人800800800800800800PC国产替换率506070809095X86架构占比51013151820国产X86架构PC出货量2048728961296152国产x86架构服务器出货量4061104182259236288456PC用CPU均价元100010001000100010001000服务器用CPU均价元800080008000800080008000党政PC服务器替代空间亿元0314284676103国央企及事业单位人员万人800080008000800080008000国产替换率5810151820国产X86架构PC出货量400640800120014401600国产x86架构服务器出货量406480120144160PC用CPU均价元100010001000100010001000服务器用CPU均价元800080008000800080008000PC服务器替代空间亿元105018182400379246665440整体X86架构CPU国产替换空间亿元105218312428383847415543来源国金证券研究所测算图表15GPU采用串行计算架构图表16GPU采用高吞吐设计架构来源SERIALCOMPUTINGvsPARALLELCOMPUTINGACOMPARATIVE来源Github国金证券研究所敬请参阅最后一页特别声明10行业深度研究STUDYUSINGMATLAB国金证券研究所近年来随着人工智能数据挖掘等新技术的发展集成电路行业迎来了数据中心引领发展的阶段对海量数据进行计算和处理将成为带动集成电路行业发展的新动能大规模张量运算矩阵运算是人工智能在计算层面的突出需求高并行度的深度学习算法在视觉语音和自然语言处理等领域上的广泛应用使得计算能力需求呈现指数级增长根据Cisco的预计2021年全球数据中心负载任务量将超过2016年的两倍从2016年的不到250万个负载任务量增长到2021年的近570万个负载任务量这也将驱动全球范围内云数据中心超级数据中心的建设速度不断加快SynergyResearchGroup预计到2024年全球范围内计算能力更强的超大数据中心将超过1000个图表172016年-2021年数据中心负载任务量变化图表182024年全球超大规模数据中心超1000个来源Cisco国金证券研究所来源SynergyResearchGroup国金证券研究所人工智能算法的不断普及和应用以及对商业计算和大数据处理的算力需求的不断增长使得全球范围内对于计算加速硬件的需求不断上升根据VerifiedMarketResearch的数据2021年全球GPU市场规模335亿元2028年全球GPU市场规模有望达到4774亿元22-30年CAGR达333作为GPU领域的代表性企业英伟达在全球独立显卡的市占率高达80其高端GPU如H100A100和V100等占据了AI算法训练市场绝大部分的份额英伟达数据中心业务收入在2017年仅为19亿美元2021年高速增长至为106亿美元从2017年至2021年英伟达数据中心业务的CAGR达53其增速远超英伟达其他板块业务的收入增速英伟达数据中心业务收入的快速增长体现了下游数据中心市场对于GPU等AI芯片的旺盛需求图表192030年全球GPU市场规模有望达4774亿美元图表20英伟达主导独立GPU市场AMD英伟达10080604020004Q405Q406Q411Q412Q417Q418Q419Q402Q403Q407Q408Q409Q410Q413Q414Q415Q416Q420Q421Q4来源VerifiedMarketResearch国金证券研究所来源JRR国金证券研究所国内厂商GPU市占率不足1美国对华制裁加速GPU国产替代2015年以来美国对GPU的制裁不断升级美国国防部研究员曾提出中美竞争中利用人工智能更多且更快的一方将获胜前几年主要是美国将中国超算中心及相关GPU芯片企业拉入实体清单以此达到限制中国AI以及超级计算机的发展但是限制范围限于超算单一场景2022年9月美国针对AIHPC及数据中心研发所用的高端GPU发出限制英伟达的A100和H100以及AMD的MI250芯片暂停向中国客户销售2022年10月美国升级禁令限制范围对高算力芯片的连接速度和每秒运算次数等具体参数做限制除英伟达和AMD外国内厂商海光信息的部分产品也被加入到限制范围内美国将制裁限制范围由应用场景扩大到芯片和产敬请参阅最后一页特别声明11行业深度研究品层面其实也是代表着国内相关GPU产品或下游应用发展超过美国政府的预期我们认为美国持续加大对中国高端芯片的出口限制高速运算相关的GPUCPU等芯片国产化进程必然加快从国产替代方案来看景嘉微海光信息好利科技壁仞科技未上市等厂商有望受益图表21国内GPU产业链情况核心技术具体情况相关产品主要应用领域景嘉微国内首家实现自主研发本土化GPU并产业化的企业具JM5400JM7201JM92系列军用工业人工智能金融云计备支持本土GPU和本土操作系统的自主知识产权GPU算等2020年公司成立GPU突击队加快GPU研发设计自研7A2000桥片的自主研发GPU模龙芯中科金融政务办公网络安全等统一渲染架构块海光DCU属于GPGPU通用图形处理一种2021年海光信息公司深算一号DCU产品已实现商业化应用深算一号DCU产品人工智能训练等3月发布AI训练GPU新品搭载双芯片四芯粒封装的思寒武纪MLU370-X8人工智能训练等元370集成寒武纪MLU-Link多芯互联技术GPUIP供应厂商GPU含ISP市场占有率排名全球前ArcturusGC8800GC8400芯原股份小型物联网MCU人工智能等三名2020年全球市场占有率约102GC8200GC8000GPUNanoIP壁仞科技已有自主原创GPU芯片架构BR100GPU人工智能云计算图形渲染等具备自主研发高性能GPU芯片架构兼容国际主流生态沐曦MXNMXCMXG物理仿真云游戏元宇宙等的完整软件栈物理仿真人工智能自动驾驶等摩尔线程具备3D图形计算和高性能并行计算技术MTTS60MTTS2000领域芯动科技一站式高速混合电路IP及芯片定制解决方案供应商风华1号元宇宙云游戏人工智能等来源科创板日报国金证券研究所现场可编程门阵列芯片FPGA的优势在低功耗低延迟性CPU内核并不擅长浮点运算以及信号处理等工作将由集成在同一块芯片上的其它可编程内核执行而GPU与FPGA都以擅长浮点运算著称FPGA和GPU内都有大量的计算单元它们的计算能力都很强在进行人工智能神经网络CNNRNNDNN运算的时候两者的速度会比CPU快上数十倍以上但是GPU由于架构固定硬件原来支持的指令也就固定了而FPGA则是可编程的因为它让软件与应用公司能够提供与其竞争对手不同的解决方案并且能够灵活地针对自己所用的算法修改电路虽然FPGA比较灵活但其设计资源比GPU受到较大的限制例如GPU如果想多加几个核心只要增加芯片面积就行但FPGA一旦型号选定了逻辑资源上限就确定了而且FPGA的布线资源也受限制因为有些线必须要绕很远不像GPU这样走ASICflow可以随意布线这也会限制性能FPGA虽然在浮点运算速度增加芯片面积及布线的通用性比GPU来得差却在延迟性及功耗上对GPU有着显著优势英特尔斥巨资收购Altera是要让FPGA技术为英特尔的发展做贡献表现在技术路线图上那就是从现在分立的CPU芯片分立的FPGA加速芯片过渡到同一封装内的CPU晶片FPGA晶片到最终的集成CPUFPGA系统芯片预计这几种产品形式将会长期共存因为CPU和FPGA的分立虽然性能稍差但灵活性更高敬请参阅最后一页特别声明12行业深度研究图表22英特尔FPGA技术路线图来源英特尔国金证券研究所随着全球新一代通信设备以及人工智能与自动驾驶技术等新兴市场领域需求的不断增长预计全球FPGA市场规模将从2021年的686亿美元增长至2025年的1258亿美元年均复合增长率约为164根据Gartner预测军工航天特种FPGA市场稳定增长占FPGA市场整体份额维持在15左右FPGA在航空航天和军事领域的应用越来越多包括飞行控制传感器接口和图像处理的无人机系统军用雷达射频信号处理等国内复旦微电和紫光国微在特种FPGA领域已经陆续突破2xnm及1xnm下游国产化率持续提升另一方面FPGA下游最大应用领域为通信行业占比超过40国内民用FPGA龙头为紫光同创紫光国微持股30和安路科技在通信领域验证加速持续快速增长图表232030年全球FPGA市场规模有望达221亿美元全球FPGA市场规模亿美元YoY1402018120161001412801060840642020020162017201820192020E2021E2022E2023E2024E2025E来源FrostSullivan国金证券研究所海外厂商主导全球FPGA市场Xilinx和Intel形成双头垄断国内企业持续加大FPGA芯片的布局成长空间巨大FPGA方面我们建议关注复旦微电高可靠FPGA技术领先率先推出亿门级FPGA和PSoC芯片应用领域不断丰富和紫光国微国内特种集成电路行业领先者产品覆盖500多个品种特种领域FPGA持续更新安路科技国内民用FPGA龙头敬请参阅最后一页特别声明13行业深度研究图表242021年中国FPGA芯片下竞争格局8960366赛灵思IntelLattice232安路科技其他253来源FrostSullivan国金证券研究所专用人工智能芯片ASIC的优势在于高性能和低功耗ASIC是面向人工智能领域而专门设计的芯片其架构和指令集针对人工智能领域中的各类算法和应用作了专门优化以使芯片在计算精度降低的情况下更耐用这意味每一个操作只需要更少的晶体管可以使用更多精密且大功率的机器学习模型同时用户能得到更正确的结果ASIC每瓦能为机器学习提供比所有商用GPU和FPGA更高的量级指令但ASIC并不擅长科学计算任务CPU和GPU图形渲染任务GPU通信调制解调任务DSP对硬件架构进行重构FPGA且需要大量研发投入研发周期长产品定制程度高若不能保证出货量则单颗成本难以下降ASIC的典型代表是谷歌TPU和寒武纪思元AI芯片除此之外各大云厂商互联网厂商如从百度AI业务分拆而来的昆仑芯阿里平头哥特斯拉以及比特大陆等也纷纷涉猎以谷歌TPU为例因为它能加速其人工智能系统TensorFlow的运行而且效率也大大超过GPU谷歌的深层神经网络就是由TensorFlow引擎驱动的其第四代张量处理器第四代TPU的性能是第三代的27倍是专为机器学习由谷歌提供系统设计博通提供芯片设计服务及IP授权服务台积电提供7纳米制程工艺量身定做的执行每个操作所需的晶体管数量更少自然效率更高图表25谷歌历代TPU性能对比来源TenLessonsFromThreeGenerationsShapedGooglesTPUv4iIndustrialProduct国金证券研究所13存储芯片看好23年存储板块有望迎来拐点DDR5内存放量根据应用材料提供的资料机器所产生的数据量在2018年首次超越人类所创造的数据量从2019年每年几乎以倍数的幅度来增加从2020年到2025年全球数据增量将达到157Zetabytes1Yotabyte1000Zetabytes1Zetabyte1000Exabytes1Exabyte1000Petabytes1Petabyte1000Terabytes1Terabyte1000Gigabytes5年高达89的复合增速以这样的速度增长我们很快在2028年就会看到超过1Yotabyte的数据增敬请参阅最后一页特别声明14行业深度研究量这么庞大的数据增量不可能用人工来处理分析必须运用各种具备高速运算的人工智能芯片来过滤处理分析训练及推理这将持续带动7nm以下高速运算HBM存储器3DNANDCPUAIGPUFPGA网络芯片晶圆代工的需求及顺势带动成熟制程的配套芯片如电源管理芯片PCIEGen45retimer等的需求图表26机器数据量图表来源应用材料国金证券研究所从NAND供给端看各大厂商已有实质性减产动作2023年NAND供给位元涨幅收敛到21投片量涨幅收敛到1根据TrendForce的数据以存储位元计算2023年全球NAND供给位元达8954亿等价8GB同比增加21以晶圆产出计算2023年全球NAND晶圆产量2061万片等价12英寸同比增加1展望2023年各大存储厂商NAND产能情况三星YMTC将增产铠侠WDC海力士和美光都将减产同时国内NAND大厂长江存储受困于美国制裁也将减产128层以上NANDFlash产品在终端需求不景气以及NAND价格持续下跌的背景下三星激进扩产的原因主要在于1NAND芯片竞争对手较多部分竞争对手如铠侠与WDC的联盟产品组合单一专注于NAND业务缺乏DRAM的产品组合来保护营业利润因此总体抗风险能力略逊于其他同时专注于DRAM和NAND的存储厂商三星或希望通过激进的扩产计划来抢占部分竞争对手的份额历史上前几轮也是如此2三星一部分NAND的产能来自西安工厂长期来看西安厂扩产能力有限三星或在韩国厂增加弥补西安厂产能下滑的风险从NAND需求端看2023年NAND终端需求位元同增27供过于求的竞争格局有望缓解2023年NAND需求位元达8608亿同比增长27手机企业级SSD和PCSSD成为需求位元最大的三大细分领域2023年需求占比分别达3126和22其中企业级SSD和手机端成为增长的主要贡献力量需求位元分别同比增长39和23PCSSD受到需求萎靡与单机搭载容量增速下滑的影响需求位元成长仅10企业级增长的原因主要系服务器单机搭载闪存容量的上升全球数据量指数级增长数据存储的需求持续因此预计2023年服务器单机容量会成长到4167GB同比增长243手机端我们看到UFS的渗透率在不断提高UFS31成为中高端手机的标配甚至部分旗舰手机已经搭载UFS40有望带动2023年手机闪存容量成长到219GB同比增长216此外鉴于ChatGPT的横空出世我们认为将推动超高算力数据中心的需求后续随着各种智能化应用终端的出现将有望带动存储器的需求敬请参阅最后一页特别声明15行业深度研究图表272021-2023ENAND产能图表282021-2023ENAND需求SamsungKioxiaWDCTotalHandsetsPCSSDSKhynixSolidigmGameConsoleEnterpriseSSDMicronYMTC3000MemoryCardUFD10000Others亿8GBBitYoY50Others亿8GB250080004020006000301500400020100020001050000020212022E2023E202120222023F来源TrendForce国金证券研究所来源TrendForce国金证券研究所从DRAM供给端看2023年DRAM位元供给增幅不足10DRAM厂商扩产计划延后根据TrendForce的数据以位元计算2023年全球DRAM位元供给1146亿等价2GB同比增加9以投片量计算2023年全球DRAM晶圆产量1587万片等价12英寸同比增加1展望2023年各大存储厂商DRAM供给位元情况服务器有望首次超过手机DRAM业务成为供给位元的第一大产出服务器占比38手机占比37服务器和Consumer则成为供给增速的主要贡献力量分别同比成长18和11Consumer的高增长主要来自车用DRAM从投片量看三星海力士和CXMT将增产分别同比增加52和26美光南亚和力积电都将减产分别同比减少1221和22从DRAM需求端看消费类需求的萎靡导致2023年DRAM位元需求仅成长10预计2023年DRAM需求位元达1071亿同比增长10其中服务器和手机DRAM为需求最大的细分领域分别为410亿38385亿36分别同比增长17和52023年DRAM位元需求增长幅度接近历史低位主要基于以下原因1PC市场或将陷入衰退疫情期间各类企业和学校等超前消费各类IT设施PC出货量持续超预期未来PC出货量有恢复常态的需求海外PC市场陷入同比下滑的可能性较大下游PCOEM已连续两季调低PCDRAM的采购量2DRAM单机搭载容量增速不如NAND安卓的内存容量短期内接近上限23年能够期待的也仅仅是iPhone15的内存提升到8GB总体来看手机内存容量也仅仅从52GB成长到56GB同比增加63图表292021-2023EDRAM产能图表302021-2023EDRAM需求PC亿2GBServerPC亿2GBServerMobileGraphicsMobileGraphics1400ConsumerYoY201200ConsumerYoY251000120020151000800158001060060010400400552002000000202120222023E202120222023E来源TrendForce国金证券研究所来源TrendForce国金证券研究所综合供需情况看我们认为23年存储行业供过于求的竞争格局有望改善NAND或先于DRAM复苏2022年NAND供需差占需求的比例约92023年这一数字将下降到39供过于求的情况大幅度缓解大部分NAND厂商从2022年第四季度开始实质减产同时叠加海外云厂商在2023年上半年消化完原有的高价SSD库存后有望在2023年下半年重启采购2022年DRAM供需差占需求的比例约82023年这一数字将下降到7供过于求的情况主要在2023年下半年开始缓解供过于求的缓解要慢于NANDFlash市场我们认为DRAM市场更晚复苏主要基于以下原因DRAM和NAND竞争格局不同DRAM市场呈现三星海力敬请参阅最后一页特别声明16行业深度研究士和美光三强争霸的格局CR3高达96且呈现逐年上升的趋势随着DRAM制程越来越接近10nmEUV成为DRAM迈向更先进制程的必备工具进一步提高新玩家进入DRAM行业的门槛在竞争格局稳定的情况下三大厂商在DRAM上的减产意愿并不明显导致DRAM库存可能在23年第三季度才能见顶而NAND所有原厂早已明确开始减产并且NAND价格在2022年第四季度已经跌破了现金成本各厂商减产意愿更显著我们看好NAND厂商库存更早见顶迎来拐点图表312023年NAND供需格局大幅缓解图表322023年DRAM供需格局小幅缓解NAND供给DRAM需求NAND需求1400DRAM供给93000Sufficiencyratio20Sufficiencyratio81200250015710002000610150080055410006003500040022000-51001Q212Q211Q224Q223Q214Q212Q223Q221Q23E4Q23E3Q23E2Q23E202120222023E来源TrendForce国金证券研究所来源TrendForce国金证券研究所今年我们建议关注半导体领域弹性最大的存储板块有望在2023年下半年迎来止跌回顾世界半导体贸易统计组织WSTS披露的历年全球半导体各板块销售同比增速存储行业的营收增速从见顶到见底通常为1-2年2H2006-1H20082H2020-1H20112H2014-1H20162H2017-1H2019从上一轮周期看存储板块的销售增速在2017年上半年见顶2019年年中见底本轮周期中存储的销售增速在2021Q3见顶2022年增速转负但随着三大厂商陆续降价去库削减资本开支等减少供给同时汽车智能化快速推进高端制造信息化升级驱动汽车工业医疗等行业强劲的市场需求以及ChatGPT将大力推动数据中心建设均将带来大量存储器需求我们预计存储板块有望在23Q3-23Q4迎来止跌图表33我们看好弹性最大的存储板块2023年止跌反弹AnalogMicroLogicMemoryTotal806040200-20-40200520062007201220132018201920202008200920102011201420152016201720212023E2022E来源WSTS国金证券研究所服务器用DDR5即将放量在英特尔已于23年1月份正式推出支援4800MTsDDR5的Intel7服务器CPUSapphireRapids而AMD在22年1月推出的5nm服务器Zen4CPUGenoa也将支援5200MTs的DDR5我们认为DDR5将比DDR4芯片面积及价格提升25-30意思就是消耗掉更多的内存DRAM芯片产能根据Yole的数据2022年全球内存模组市场规模达420亿美元其中PC市场规模66亿美元同比下滑36服务器市场规模331亿美元同比增加042028年全球内存模组市场规模有望达963亿美元22-28年CAGR达16服务器端CAGR达192022年全球内存模组出货量511亿其中DDR4出货50敬请参阅最后一页特别声明17行业深度研究亿DDR5出货011亿2028年全球内存模组出货量有望达65亿DDR5占比超过98722-28年DDR5内存模组出货量CAGR达97图表342028年全球内存模组出货量有望达65亿来源Yole国金证券研究所除此之外为了能够梳理CPU与DDR5内存之间大量的数据存取整体DDR5模组中DDR5110内存接口芯片比重应该会提升超过10内存接口芯片面积也会加大还要推新串行检测温度传感电源管理芯片等配套芯片Trendforce研究机构还预期DDR5模组的电源管理芯片因产能短缺可能面临缺货的窘境我们估计2022年澜起RenesasIDTRambus将分食404020的DDR5内存接口芯片份额而目前仅澜起及RenesasIDT能提供完整的内存接口芯片加配套芯片解决方案根据Yole的数据2022年内存接口芯片及配套芯片市场规模达11亿美元2028年市场规模有望成长到40亿美元21-28年CAGR达28图表352028年内存接口芯片及配套芯片市场规模有望达40亿美元来源Yole国金证券研究所14以太网芯片有限局域网通信之基服务器端大有可为以太网是IEEE电气电子工程师协会制订的一种有线局域网通讯协议应用于不同设备之间的通信传输以太网自1973年发明以来已经历40多年的发展历程因其同时具备技术成熟高度标准化带宽高以及低成本等诸多优势已取代其他网络成为当今世界应用最普遍的局域网技术覆盖家庭网络以及用户终端企业以及园区网运营商网络大型数据中心和服务提供商等领域在全球范围内形成了以太网生态系统为万物互联提供了基础敬请参阅最后一页特别声明18行业深度研究图表36以太网下游应用场景来源裕太微招股书国金证券研究所机器学习需要海量的数据资源素材作为基础高清摄像头语音采集等终端设备联网增多带来数据量不断上升图像视频处理模式识别和计算机视觉等领域的数据传输量巨大均急需快速高效可靠稳定的网络传输作为基础云服务商最早在2010年就在超大规模数据中心中采用10GbE服务器随着人工智能和机器学习等应用的快速发展超大规模服务器已经开始使用25GbE并正在向50GbE及更高级别过渡数据中心独特的网络架构推动了100200和400GbE的多种多模和单模光纤解决方案以英伟达为例英伟达可以提供完整的以太网解决方案从服务器连接到电缆再到交换端到端解决方案可跨各种应用领域例如云计算数据存储人工智能等提供行业领先的性能可扩展性可靠性和价值其中英伟达的Spectrum以太网交换机系列支持16128个端口最高可支持高达400GbE的规模图表37英伟达Spectrum以太网交换机图表38英伟达LinkX以太网电缆2570652060551550104540053530002016-012016-072019-072020-012020-072014-012014-072015-012015-072017-012017-072018-012018-072019-012021-012021-072022-012022-0717Q217Q318Q419Q120Q120Q221Q321Q417Q418Q118Q218Q319Q219Q319Q420Q320Q421Q121Q222Q122Q222Q317Q1来源英伟达网站国金证券研究所来源英伟达网站国金证券研究所以太网芯片主要包括PHY物理层芯片和交换芯片以太网PHY芯片工作于OSI网络模型的最底层是以以太网有线传输为主要功能的通信芯片用以实现不同设备之间的连接广泛应用于信息通讯汽车电子消费电子监控设备工业控制等众多市场领域具体而言PHY芯片连接数据链路层的设备MAC到物理媒介并为设备之间的数据通信提供传输媒体处理信号的正确发送与接收当涉及到多个端口的数据交互时需要使用以太网交换芯片其工作原理为对需要传输的数据报文进行分类检测交换缓存修改等处理从而达到数据交换传输目的敬请参阅最后一页特别声明19行业深度研究图表39以太网结构示意图图表40以太网PHY芯片功能示意图2570652060551550104540053530002016-012016-072019-072020-012020-072014-012014-072015-012015-072017-012017-072018-012018-072019-012021-012021-072022-012022-0717Q217Q318Q419Q120Q120Q221Q321Q417Q418Q118Q218Q319Q219Q319Q420Q320Q421Q121Q222Q122Q222Q317Q1来源裕太微招股书国金证券研究所来源裕太微招股书国金证券研究所图表41以太网技术发展路线图表42数据中心脊叶架构示意图2570652060551550104540053530002016-012016-072019-072020-012020-072014-012014-072015-012015-072017-012017-072018-012018-072019-012021-012021-072022-012022-0717Q217Q318Q419Q120Q120Q221Q321Q417Q418Q118Q218Q319Q219Q319Q420Q320Q421Q121Q222Q122Q222Q317Q1来源裕太微招股书国金证券研究所来源新思科技网站国金证券研究所近年来随着云计算政策环境日趋完善及技术不断发展成熟其应用逐渐从互联网行业向政务金融等传统行业发展同时加上疫情加速企业上云的进度叠加人工智能应用的强力拉动市场对数据中心用以太网交换芯片行业需求将逐渐加大根据观研天下数据以销售额计2020年我国商用数据中心用以太网交换芯片行业市场规模为526亿元预计至2025年将达到1204亿元并且将成为以太网交换芯片行业市场增长的主要推动力图表43中国数据中心以太网芯片市场规模及预测市场规模亿元1401201008060402002016201720182019202020212022E2023E2024E2025E来源观研天下国金证券研究所在全球以太网物理芯片市场竞争中博通美满电子瑞昱德州仪器高通和微芯稳居前列前五大以太网物理层芯片供应商市场份额占比高达91在中国大陆市场以太网物理层芯片市场基本被境外国际巨头所主导在中国大陆市场以太网物理层芯片市场基本被境外国际巨头所主导同时在技术上我国厂商也较海外巨头有一定差距以太网PHY芯片当中裕太微目前仅敬请参阅最后一页特别声明20