CPU行業深度（云計算系列之八暨CPU系列之一）：“芯”辰大海各顯神通-220614（29頁）.pdf

1、 行業及產業 行業研究/行業深度 證券研究報告 計算機 2022 年 06 月 14 日 “芯”辰大海，各顯神通 看好 CPU 行業深度（云計算系列之八暨 CPU 系列之一） 相關研究 借鑒十年：信創當前，何去何從？計算機 后 續 呢 ？ - 計 算 機 行 業 周 報20220606-20220610 2022 年 6月 11日 智能制造/工業軟件產業與標的更新-計算機智能制造行業點評 2022 年 6 月 6日 證券分析師 黃忠煌 A0230519110001 洪依真 A0230519060003 楊海燕 A0230518070003 聯系人 黃忠煌 (8621)23297818轉 本期投

2、資提示： PC 端：Intel 的成功是建立在性能先發優勢和 Wintel 生態之上。1986 年從 IBM 拓展至康柏，Wintel 開始對 PC 的統治，后續受到 AIM 聯盟以及 RISC 陣營的兩次沖擊，分別因為性能和生態的差距，未能成功；成功的沖擊來自 AMD，主要系其擁有 X86 的永久授權，生態上不存在劣勢，AMD 前期通過逆向工程主打性價比，后期借助后摩爾時代的發展規律，加速產品迭代升級，在 Intel 的一些瓶頸期，實現性能的反超搶占市場。 服務器：X86 架構優勢明顯，ARM 僅為計算邊緣補充。 X86 長期耕耘，絕大多數服務器端的程序開發都是基于 X86 完成，為了云端部

3、署的簡單穩定，開發者慣性選擇該架構的云端服務器。在遷移成本方面，云端部署各項分支都是由 X86 主導，若選用 ARM 架構的服務器，在運維到應用都要進行 ARM 指令集的交叉編譯，高成本且低效。因此，我們預計未來服務器市場還將延續 X86 絕對領先的局面，ARM 主要作為一些邊緣計算的補充。 國產 CPU 的三條路線收益周期有先后。使用 ARM 架構的國產 CPU，將在短期內受益于重點領域信創市場的快速增長；使用自主架構的國產 CPU，生態建立需要一定的時間，中長期看，有望實現黨政及特殊領域的大面積甚至全面替代；使用 X86 架構的產品，性能和生態顯著較好，短期內可利用成本優勢打開一部分企業市

4、場，但長期看受外部影響較大，存在較大的不確定性。 國產 CPU 在 PC 端年化規模約 200 億元，服務器端也將突破 200 億元。經過測算，2021年中國 PC 端 CPU 市場規模 500 億元，假設核心替代、重點替代、逐步替代、可選替代的國產 PC 采購比例分別為 80%60%/40%/10%，單顆 CPU 1000 元，5 年完成折舊，國產 CPU 在 PC 端年化市場規模約為 200 億元；2021 年中國服務器 CPU 市場規模 640 億元，假設黨政、通信、金融、其他行業國產服務器采購比例分別為 80%/40%/30%/10%，單顆 8000 元，國產服務器 CPU 年化市場規

5、模約為 139 億元?？紤]中長期服務器依然是增量市場，假設 5 年 CAGR 10%，2026 年國產 CPU 服務器市場規模將超過 200 億元。 核心公司：海光信息為中科曙光子公司，核心優勢在于海光 CPU 系列產品兼容 X86 指令集以及國際上主流操作系統和應用軟件；龍芯中科區別于使用國外授權主流 X86 和 ARM架構的公司，最新產品 3A5000/3B5000 處理器是基于自研的 LoongArch 架構；中國電子旗下兩大子公司，中國軟件（麒麟操作系統）+中國長城（飛騰芯片） ，組成國產基礎軟硬件 PK 體系（對標 Win-tel） ，飛騰芯片扛旗 PK 體系 CPU。瀾起科技研發的

6、津逮服務器起量，是 CPU 格局分散受益者。 風險提示：芯片行業是全球分工行業，EDA 工具、芯片代工海外依賴度依然很高，部分 IP專利限制難以繞開，極端情況下依然存在供應鏈風險。 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 2 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 投資案件 結論和投資分析意見 國產 CPU 的三條路線收益周期有先后。使用 ARM 架構的國產 CPU，將在短期內受益于重點領域信創市場的快速增長； 使用自主架構的國產 CPU， 生態建立需要一定的時間，中長期看，有望實現黨政及特殊領域的大面積甚至全面替代；使用X86 架構

7、的產品，性能和生態顯著較好，短期內可利用成本優勢打開一部分企業市場，但長期看受外部影響較大，存在較大的不確定性。 當前，國產 CPU 行業（包括 PC 和服務器）處于需求向上拐點，以通信行業集采為突破點，國產 CPU 采購占比逐漸提升，主要公司跨過盈虧平衡點，完成從 0到 1，即將進入快速發展階段。 原因及邏輯 從 CPU 行業發展歷史看，挑戰者不斷。PC 端，先后有 Power、ARM、MIPS 等指令集沖擊；服務器端，大型機、小型機等先后在金融等行業占據一席之地。足見，CPU 行業并非沒有競爭，國產 CPU 挑戰者產業機會巨大。 國產 CPU 空間測算，PC 與服務器 CPU 空間均超過百

8、億。PC CPU 市場空間測算可通過不同使用人群，相對應國產替代比例進行假設；服務器 CPU 市場空間測算，可根據當前服務器分行業需求數據，按照不同行業國產替代比例進行假設。 有別于大眾的認識 市場認為國產 CPU 性能差距大，國產替代空間小。我們認為，國產 CPU 行業已經跨過盈虧平衡點，出貨量進入迅速爬坡期，行業即將進入快速發展階段。 市場認為 Intel作為全球 CPU 市場領軍， 領先地位難以撼動。 我們認為， 縱觀 CPU發展歷史，CPU 行業從未缺乏挑戰者，長期看，CPU 行業并非沒有競爭，國產 CPU 仍有巨大生存空間。 nMqPqRpMwOrMnPpMzQmOpObRaO9Pp

9、NnNtRnPeRpPoQeRmNsPbRmMxONZrQpPxNsRqM 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 3 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 1.PC：先發性能優勢 + Wintel 生態 = Intel 長青 . 5 1.1 Intel、微軟、IBM 三方合作開啟時代 . 5 1.2 失敗的沖擊：性能落后/生態差距. 7 1.3 成功的沖擊：AMD 厚積薄發. 9 2.服務器：芯片隨整機進化 . 12 2.1 服務器 CPU 競爭首先是服務器架構競爭 .12 2.2 云化時代，X86 領先優勢明顯 .13 3. 國產 CPU 孰能率先崛起 . 14 3.1

10、CPU 是如何設計的？.15 3.2 國產 CPU 各條路怎么樣？ .17 3.3 國產 CPU 到底弱在哪？ .18 3.4 每條路線關鍵是什么？.22 4. 國產 CPU 量價拐點已現 . 23 4.1 價：逐漸市場化 .23 4.2 量：彈性極大 .24 5. 核心公司. 27 5.1 海光信息：國產 X86 CPU 最佳選擇 .27 5.2 龍芯中科：自主可控程度最高 CPU.27 5.3 中國長城：飛騰扛旗 PK 體系 CPU .27 5.4 瀾起科技：津逮服務器起量，CPU 格局分散受益者 .27 6. 風險提示. 28 目錄 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明

11、第 4 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 圖表目錄 圖 1：1977-1984 年 IBM 在 PC 端迅速崛起 . 6 圖 2：1984 年 PC 產業正式開啟 Wintel 時代 . 6 圖 3：蘋果歷代 PC 產品演進（1976-2005 年） . 7 圖 4：英特爾和 AMD 歷年微架構迭代時間軸（1993-2008 年） . 10 圖 5：英特爾自 2006-2015 年期間嚴格執行 Tick-Tock 戰略，2016 年起由于工藝問題停滯. 11 圖 6：臺式電腦 CPU 市場份額變化 . 11 圖 7：筆記本電腦 CPU 市場份額變化 . 11 圖 8：全球服務器銷售額 X8

12、6 占九成 . 14 圖 9：全球服務器銷售量 X86 占比超 97% . 14 圖 10：CPU 基本構成. 15 圖 11：CPU 設計流程. 16 圖 12：服務器端 X86 架構銷售量占比絕對領先. 18 圖 13：龍芯產品發展歷程 . 20 圖 14：龍芯的生態伙伴多為中小型企業 . 22 圖 15：2021 年全球 PC 出貨近 3.5 億臺（百萬臺）. 24 圖 16：2021 年全球服務器出貨超過 1300 萬臺（萬臺） . 24 圖 17：2021 年中國 PC 出貨超過 5000 萬臺（百萬臺） . 25 圖 18：2021 年中國服務器出貨近 400 萬臺（萬臺） . 2

13、5 表 1：兩種指令集各有所長 . 8 表 2：國產服務器芯片性能差距較大 . 19 表 3：國產 PC 芯片性能差距較大 . 19 表 4：Intel 與 AMD 近年微架構迭代 . 20 表 5：海光芯片部分 IP 核已能實現國產替代 . 22 表 6：海光芯片價格逐漸市場化（元） . 24 表 7：國產 PC CPU 年化市場規模約為 200 億元 . 25 表 8：國產服務器 CPU 年化市場規模約為 139 億元 . 26 表 9：重點公司估值表（單位：億元） . 28 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 5 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 CPU 作為

14、IT 系統運算和控制中心，是科技行業的算力基礎。CPU 行業需要長期的技術積累和生態建設， “彎道超車” 難度大。 自 1971 年世界上第一個商用微處理器 Intel 4004誕生以來，Intel 在這半個世紀的發展過程中，經歷了破局、領先、被超越再領先的幾個階段。1984 年后，Intel 市占率全面領先以來，一直處于行業接近壟斷的地位。但 CPU 作為計算機/服務器中價值量最高的零部件， Intel 的統治地位一直受到了來自不同公司和聯盟的沖擊。 本報告我們試圖解釋以下問題： 1） 分析 Intel 的發展史以及其發展過程中受到的數次沖擊，來總結 CPU 制造商如何能夠占領市場； 2）

15、CPU 挑戰者必要的破局要素； 3） 當前國產 CPU 供應商優劣勢； 4） 國產 CPU 行業市場規模天花板測算。 1.PC：先發性能優勢 + Wintel 生態 = Intel 長青 1.1 Intel、微軟、IBM 三方合作開啟時代 IBM 正式與 Intel 和微軟合作， 是 Intel PC 端騰飛關鍵第一步。 20 世紀 70 年代后期，蘋果和 IBM 分別壟斷小型計算機和大型計算機市場。PC 市場蘋果占據 90%份額，IBM 為盡快搶占市場，在 Don Estridge 的帶領下放棄了一直以來“軟硬自研”的策略，轉而向外采購 CPU 和操作系統。1980 年，IBM 正式與 In

16、tel 和微軟合作。1981 年 8 月，IBM 推出搭載Intel 8088芯片+微軟MS-DOS操作系統的個人計算機PC-XT， 在市場上大獲成功。PC-XT 的出現，大幅搶占了蘋果的市場份額，蘋果市占率也在此之后的十年內下降至了不足 10%。1984 年，IBM 推出了第二代個人計算機 PC-AT，搭載了 Intel 286 處理器，是上一代 PC 計算速度的 3 倍，一年之內 PC-AT占到所有 PC 銷量的 70%以上。 當時，市場上除了 Intel 還有諸如齊洛格、摩托羅拉、德州儀器等多家廠商制造微處理器，且各家廠商都有自身的優勢，而 Intel 抓住此次機會，裝載到了這款現象級產

17、品中，從而實現“一家獨大”。 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 6 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 圖 1：1977-1984 年 IBM 在 PC 端迅速崛起 資料來源：IDC，申萬宏源研究 從 IBM 拓展到康柏，“Wintel”實現了對 PC 的統治，是 Intel PC 端騰飛關鍵第二步。IBM 由于內部決策原因，推遲發售搭載 Intel 386 的 PC，所以 Intel 轉而在 1986 年與康柏推出了搭載 MS-DOS 的 386 計算機，成為行業標桿。與此同時，IBM 的份額不斷縮小，克隆機廠商大量進入市場，為了和此前 IBM 的 PC 實現兼容，

18、這部分廠商大都選擇了繼續使用 Intel 的處理器和微軟的操作系統，自此“Wintel”實現了對 PC 的統治。 圖 2：1984 年 PC 產業正式開啟 Wintel 時代 資料來源：IDC，申萬宏源研究 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 7 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 所以從 Intel 在 1986 年之前的這段發展歷程來看，實現破局的邏輯是，在自身技術積累到一定程度后，通過合作推出了現象級產品，奠定了自身的行業地位，使市面上大多數PC 都配備 Wintel，而后續的 PC 產品為了實現向前兼容，在性價比沒有巨大差距的情況下， 自然慣性選擇 Wintel

19、， 這種選擇又進一步促進了 Wintel 生態的發展， 加深了護城河，開啟了一個時代。 1.2 失敗的沖擊：性能落后/生態差距 隨著 Intel 與微軟在 PC 端各自領域內實現絕對領先，Wintel 生態不斷強化， 形成了生態壁壘，為了實現突破，IBM、蘋果等廠商開始通過自研或聯合開發，來實現對 Wintel生態的攻擊。 對 CPU 替代的兩次大規模沖擊分別為： PowerPC 微處理器、 RISC 陣營的挑戰。 AIM 聯盟 PowerPC 微處理器形成第一次沖擊，由于性能失敗。 1991 年， IBM、 蘋果、 摩托羅拉也結成了聯盟 AIM， 1994 年便推出了第一臺搭載 Power

20、PC 處理器的蘋果電腦 Power Macintosh、Power Book 筆記本等。 2005 年，WWDC 上，喬布斯正式宣布停用 Power PC 芯片，而是轉向 Intel 的 X86架構芯片。 2019 年 8 月，IBM 宣布正式將 Power PC 架構和指令集開源，也標志著此次沖擊未能實現預期目標。 圖 3：蘋果歷代 PC 產品演進（1976-2005 年） 資料來源：Open Computing Facility，申萬宏源研究 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 8 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 性能落后，無法滿足產品要求，是 Power 芯片

21、沖擊失敗主要原因。2003 年，IBM PowerPC 970 處理器是 64 位芯片，其處理速度和效率遠高于英特爾 32 位芯片，但是其制程為 130nm，最多只能達到 1.8GHz，而蘋果要求 CPU 運行速度要達到 3GHz，就需要不成熟的 90nm 制造工藝。體現在產品上， PowerPC 970 由于散熱和功耗的問題完全無法用于筆記本電腦。同時，Power 生態上保持封閉，蘋果沒有將 MacOS 對外授權，IBM 投入大量成本的 Power PC 只能隨著蘋果銷售，份額無法突破的情況下，對于 IBM 來說商業模式就不夠成立， 最終也是導致性能功耗與 Intel 產生較大差距， 并且基

22、于此的開發者較少，這種不具規模的生態，最終只能是走向衰落。 RISC 陣營集體的挑戰形成第二次沖擊，由于整體生態失敗。 CPU 可分為復雜指令集（CISC）和精簡指令集（RISC）兩大類。X86 架構是復雜指令集的代表，而 ARM 架構、MIPS 架構和 Alpha 架構師精簡指令集的代表。 表 1：兩種指令集各有所長 項目 復雜指令集（CISC） 精簡指令集（RISC） 主要架構 X86 ARM MIPS Alpha 架構特征 1、指令系統龐大，功能復雜，尋址方式多，且長度可變，有多種格式 2、各種指令均可訪問內存數據 3、 一部分指令需多個機器周期完成 4、復雜指令采用微程序實現 5、系統

23、兼容能力較強 1、指令長度固定，易于譯碼執行 2、大部分指令可以條件式地執行，降低在分支時產生的開銷，彌補分支預測器的不足 3、算數指令只會在要求時更改條件編碼 1、采用 32 位寄存器 2、大多數指令在一個周期內執行 3、所有指令都是 32 位，且采用定長編碼的指令集和流水線模式執行指令 4、 具有高性能高速緩存能力，且內存管理方案相對靈活 1、 采用 32 位定長指令集， 使用低字節寄存器占用低內存地址線 2、分支指令無延遲槽， 使用無條件分支碼寄存器 架構優勢 X86 架構兼容性強，配套軟件及開發工具相對成熟，且 X86 架構功能強大，高效使用主存儲器，因此在處理復雜指令和商業計算的運用

24、方面有較大優勢 ARM結構具有低功耗、小體積的特點，聚焦移動端市場，在消費類電子產品中具有優勢 MIPS 結構設計簡單、功耗較低， 在嵌入式應用場景具有優勢 Alpha 結構簡單，易于實現超標量和高主頻計算 主要應用領域或使用場景 服務器、工作站和個人計算機等 智能手機、 平板電腦、 工業控制、網絡應用、消費類電子產品等 桌面終端、工業、汽車、消費電子系統和無線電通信等專用設備等 嵌入式設備、 服務器等 資料來源：CSDN，申萬宏源研究 微軟在開發 Windows NT（Windows OS 內核）時，在對 DOS 進行戰略分析時，擔心 RISC 芯片如果取代 Intel。1989 年，微軟決

25、定除了將 Windows NT 建立在英特爾 386芯片上之外， 同時選擇 RISC 陣營最具代表性的公司 MIPS 作為另一個支持的芯片進行同步開發。 MIPS 獲得了微軟的支持，但是并沒有完成挑戰，絕不是技術的原因，其根本是商業化進程緩慢，以及架構授權的模式錯過了發展時機。MIPS 開始對標 Intel，面向中高端市場，功耗上相較于 ARM 沒有優勢，而其技術又不足以強大到撼動 Intel 的市場，同時， 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 9 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 MIPS 執著于高清盒子等小眾產品，錯過了最關鍵的發展時機。MIPS 采用架構授權模式

26、，作為后發的沖擊者，具有價格高、推出速度慢、兼容性差等缺點，難以完善自身生態，結果既不能替代 X86 的份額，也不能像 ARM 一樣逐步完善自身生態。 值得一提的是，蘋果 PC ARM 方案已獲得了初步成功。從 2001 到 2016 年，十五年間， 蘋果先后發布五個革命性消費電子產品： iPod、 iPhone、 iPad、 Apple Watch、 Air Pods，均內嵌 ARM 芯片。更早之前，蘋果曾為 ARM 公司重要股東，直至 1997 年喬布斯回歸蘋果后出售 ARM 股權。而在于 2020 年 11 月，蘋果推出 M1 芯片（Mac），性能、能耗均表現出色。蘋果 2021 春季發

27、布會上，蘋果 CEO 蒂姆庫克表示，搭載蘋果自研芯片 M1 的Mac 電腦銷量已經超過了搭載英特爾處理器的 Mac 電腦。 1.3 成功的沖擊：AMD 厚積薄發 AMD 由于美國政策原因，擁有 X86 指令集的永久授權，與 Intel 不存在生態上的差距。 1）2003 年之前，AMD 逆向工程主打性價比 AMD 在這段時間中主要依靠的是逆向工程，因此每一代 CPU 推出的時間點都會晚于Intel 幾年，因此在這么長時間以來，只能是通過性價比的商業策略，來占據市場 15%左右的份額。 2）2003-2005：AMD 的 X86-64 架構實現第一次領先 AMD 率先設計出向下兼容原 X86 架

28、構的 64 位 X86-64 指令集，并于 2003 年 9 月首次推出基于此的 64 位 CPUAthlon 速龍系列， 由此開啟為期 3 年性能領先于英特爾的第一次成功時期。 最早的 64 位架構是英特爾聯合惠普設計的IA-64 架構，對應安騰處理器。但是IA-64 和之前的 X86 架構完全不兼容，而 AMD 設計的 X86-64 是在 X86 架構基礎上進行的拓展，向下兼容 X86 原有的操作指令，原有的 16 位、32 位程序不需要重新編譯即可運行，編譯器更新也更加容易。 由于 IA-64 在軟件兼容性方面處于劣勢，導致市場表現遠遠低于預期。2017 年英特爾宣布停產安騰處理器，正式

29、宣告了 IA-64 的失敗。最終，英特爾只能選擇和 AMD 交叉授權拿到 AMD64 的使用權。 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 10 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 圖 4：英特爾和 AMD 歷年微架構迭代時間軸（1993-2008 年） 資料來源：，申萬宏源研究 從 2004H1 開始，AMD 推出的一系列速龍 K8 處理器，性能明顯超越英特爾奔騰 4 和奔騰 D，英特爾在 X86-64 架構上的遲疑使得 AMD 不斷搶占英特爾桌面處理器的份額。2005 年 5 月 Intel 發布了世界上第一款雙核 CPU 奔騰 D，但是英特爾是將 2 個奔騰4Presc

30、ott 的核心封裝在一起，通過前端總線（FSB）分別連接北橋，通過北橋來連接兩個核心（所以速度肯定有瓶頸，而且挑主板），其實是“膠水雙核”；幾周后便被 AMD 速龍 64 X2 超越，推出了一系列“原生雙核”CPU。 3）2006-2017：Intel 性能再次實現領先 2006 年英特爾提出并開始執行 Tick-Tock 戰略每兩年升級一次工藝，每兩年升級一次架構。每年都有新一代處理器問世，從 45nm 的 Penryn（Core 架構第一代產品）一直持續到了 14nm 工藝的 Broadwell。 2006 年 7 月英特爾具有革命意義的酷睿 2 上市， 讓 AMD 在桌面 CPU 市場優

31、勢全無，性能全面超越 AMD。不久英特爾發布首個 4 核 CPU 酷睿 2Q 和 QX；為了應戰，AMD 在2007 年發布了首個 4 核 CPU 弈龍系列（X3/X4），但是性能仍然不如酷睿 2，此后的弈龍 K10 架構也出現容易導致死機的嚴重漏洞。此后英特爾連續推出的酷睿 i3/i5/i7 性能完爆 AMD， 2009 年上半年 AMD 發布的與英特爾酷睿同時期競爭的 FX 推土機 （Bulldozer）架構進一步拉開了 AMD 落后于英特爾的差距。 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 11 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 圖 5：英特爾自 2006-2015

32、年期間嚴格執行 Tick-Tock 戰略，2016 年起由于工藝問題停滯 資料來源：英特爾官網，申萬宏源研究 4）2017 至今，AMD 憑借單核性能大幅提升、先進制程優勢全面反超 Intel 英特爾從 2016 年開始陷入工藝制程的瓶頸與 Tick-Tock 戰略脫節，被外界稱為“擠牙膏”模式。 2017年3月 AMD發布銳龍架構讓其正式開啟一個在PC領域全面反超Intel的時代。2017 年 3 月 AMD 推出第一代銳龍 （Ryzen） 架構 CPU， 第一代銳龍單核性能比英特爾弱，除了憑借更多核心在極個別多線程應用中表現優秀之外，大部分正式應用中其實不如同期英特爾的 CPU。 直至 2

33、018 年 4 月 AMD 發布第二代銳龍，單核性能有了大幅提升，也解決了內存上的問題；再加上英特爾 IDM 模式工藝制程升級遇到瓶頸，AMD 依靠臺積電代工先英特爾一步進入 7nm 制程，AMD 開始大幅搶奪英特爾份額。 圖 6：臺式電腦 CPU 市場份額變化 圖 7：筆記本電腦 CPU 市場份額變化 資料來源：CPU Benchmarks，申萬宏源研究 資料來源：CPU Benchmarks，申萬宏源研究 縱觀 AMD 對 Intel 沖擊的全過程， 首先需要說明生態方面由于具備 X86 的完整授權，AMD 不存在這方面的壁壘，那就需要關注技術在這個過程中的對比：第一階段是自身技術限制而進

34、行的逆向工程跟隨階段，通過 15%左右的市場份額韜光養晦；第二階段的領先，是由于其推出了 64 位向下兼容的架構，是在長期技術積累上，抓住對手的失誤，從策略上 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 12 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 先發制人，實現短期反超；第三階段受制于體量差距和對手策略的調整，再次落于下風；第四階段，憑借單核性能的大幅提升，以及對手制程瓶頸，再次實現反超。 AMD 作為成功案例給后來者的啟示，我們認為是： 1）需要在技術上長期積累，壟斷型廠商難免“自大”犯錯，抓住對手戰略部署上的失誤，實現短期的搶占市場； 2）后摩爾時代，領先者升級速度顯著趨緩，

35、制程瓶頸很可能成為常態，后來者可以抓住這段時間，逐步縮小制程上的差距，加速產品迭代升級，從而減小性能差距； 3）作為通用 CPU，單核性能才是基礎和關鍵，努力提升進程和工藝，提高單核性能才是趕超的正確途徑。 2.服務器：芯片隨整機進化 2.1 服務器 CPU 競爭首先是服務器架構競爭 服務器在萬維網興起以前，一般采用“主機終端”模式來運行小型機、中型機、大型機，大都采用 UNIX 操作系統，通過終端登錄對主機進行操作。類似于現在服務器的遠程操作，這些在局域網里，通過終端進行操作的機器還不是現代的服務器，但在結構上與現代服務器非常類似。 大型機可靠的超高價值服務器。 大型機是上世紀六十年代發展起

36、來的計算機系統，其穩定性和安全性在所有計算機系統中是首屈一指的，但價格始終非常高。由于成本巨大，使用大型機系統的一般以政府、銀行、保險公司和大型制造企業為主。世界上首個大型機產品為 IBM 360，當時，IBM 這款 System 360 的 CPU 中包含 19 套高速計算與內存組合，超過 40 種外部設備負責存儲信息并以雙向方式將數據與該計算機進行交互，內置通信功能使 System 360 能夠通過遠程終端加以操控，完全無需考慮距離因素。在相關程序的支持下，System 360 能夠自行完成活動調度、從而以一刻不停的方式處理計算任務，這就使得系統資源得到了充分利用。 IDC 對 IBM 大

37、型主機的演進做了精要的概括： 從孤立 （siloed） 到互聯 （connected） ，再到具有變革能力（transformative）。在這個正在演進的第三階段，在主機平臺上進行DevOps 和敏捷開發日益普遍，越來越多的企業將主機平臺作為一個私有云，與其他私有云及公有云交互。不少企業還在其主機上開發出重要的附加能力，比如利用微服務進行數據分析。也有創新者開始在大型機中構建物聯網功能，運行機器學習(ML)和區塊鏈應用程序這樣的主機將全面參與企業的數字化轉型，成為其中不可或缺的一部分，因此被 IDC稱為“具有變革能力的主機“（transformative mainframe）。 小型機DEC

38、 和 SUN 的對決。 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 13 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 DEC 是小型機的發明者， 發明小型機之后， 很長一段時間內是僅次于 IBM 的公司。 1992年開發了 RISC 芯片 Alpha 21064，并基于這種芯片開發出了 AXP 服務器和工作站，DEC正式進入服務器領域。Alpha 21064 當時的性能非常強悍，浮點運算性能達到了每秒 4 億多次， 而我國 1992 年研制成功的銀河二巨型機運行速度才 10 億次每秒。 DEC 的致命劣勢是基于高性能的高成本，在與 SUN 公司的服務器競爭中居于下風。 SUN 公司生產

39、的 SPARC 架構服務器價格比 DEC 的 Alpha 小型機要便宜很多，DEC始終沒有走廉價路線，長期在虧損邊緣掙扎，最后于 1998 年被康柏電腦并購，而康柏電腦則在 2001 年被惠普并購?；萜諏?Alpha 服務器的支持到 2012 年結束。 2.2 云化時代，X86 領先優勢明顯 服務器發展到云化階段，對性能提出更高要求，主要的性能指標大致包括： 1）單顆處理器核心數一般在 8 核64 核，20 核以上居多； 2）支持多路互連，兩路、四路、八路等； 3）可靠性、穩定性要求高，常年無故障運行； 4）高端內存，支持 ECC 等可靠性要求； 5）功耗比較高，一般 100W 以上。 根據服

40、務器的性能指標，服務器端 CPU 技術特點大致包括： 1）微結構復雜、先進，制造工藝先進，核心數多，單核及多核性能皆優異； 2）指令集功能齊全； 3）片上集成緩存容量大； 4）內存通道數多； 5）I/O 帶寬高； 6）支持多處理器一致性互連； 7）可靠性高，RAS 功能豐富； 8）TDP 功耗較高。 由于 X86 處理器起步較早，生態環境較其他處理器具有明顯優勢，應用 X86 處理器的服務器銷售額占全部服務器銷售額的比例約為 91%， 銷售量占比超過 97%，處于顯著領先的地位。根據 IDC 全球服務器跟蹤報告，2020 年全年，全球 X86 服務器市場銷售額為826.5 億美元，較 2019

41、 年增長 3.31%；全球 X86 服務器市場銷售量為 1180.2 萬臺，較2019 年增長 1.82%。 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 14 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 圖 8：全球服務器銷售額 X86 占九成 圖 9：全球服務器銷售量 X86 占比超 97% 資料來源：IDC，申萬宏源研究 資料來源：IDC，申萬宏源研究 服務器企業嘗試將 ARM 架構使用于服務器端，重現 ARM 在移動終端中的成功，但收效甚微?；?X86 對于服務器芯片的長期絕對壟斷，以及 ARM 在移動端的突出表現，部分服務器企業開始嘗試推出 ARM 的服務器，比較突出的包括

42、18 年亞馬遜推出的 CPU Graviton 和華為 19 年基于鯤鵬的泰山服務器。 未來服務器市場， 依然會是 X86 絕對領先， ARM 只能作為少量補充。 必須明確， ARM在移動端成功的核心是低功耗，這不是服務器的第一關注點。ARM 處理器是低功耗、小體積的代表，很好地適應了移動端的應用場景，但服務器產品的核心還是性能和生態，上文中也提到了對 CPU 的高技術要求。復雜指令集的特點就是包含了大量的指令，因此在這種架構的 CPU 中進行程序設計更簡單，每一條復雜或簡單的任務都有對應的指令。 具體看，X86 因其長期耕耘，目前絕大多數服務器端的程序開發都是基于 X86 完成，為了云端部署

43、的簡單穩定，開發者慣性選擇該架構的云端服務器。在遷移成本方面，云端部署過程中需要考慮操作系統內核、虛擬化技術、云存儲、云安全等，各項分支都是由 X86主導， 若選用ARM架構的服務器， 在運維到應用各方面都要進行ARM指令集的交叉編譯，高成本且低效。因此，我們預計未來服務器市場還將延續 X86 絕對領先的局面，ARM 主要作為一些邊緣計算的補充。 3. 國產 CPU 孰能率先崛起 國產 CPU 的“后發劣勢”明顯，在“十五”期間啟動發展國產 CPU 的泰山計劃，2006年正式啟動的 “核高基專項”才讓國產 CPU 快速發展。 在國家支持下， 孵化出鯤鵬、 飛騰、龍芯、兆芯、海光、申威等一批優質

44、國產 CPU 公司。我們選取其中較為成熟的海光 CPU為例，介紹 CPU 設計過程中的核心和關鍵，結合之前的回顧，以及對現有國產 CPU 的理解，回答以下三個問題： 國產 CPU 有哪些路線？ 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 15 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 國產 CPU 短板在何處？ 國產 CPU 每條路應該怎么走？ 3.1 CPU 是如何設計的？ 基本構成：一般來講，CPU 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。 裸片的內部結構非常復雜，主要功能模塊包括處理器核心(Core)、片上網絡、各類接口控制器等；除硬件電路外，裸片中還集

45、成了復雜的程序代碼(“微碼系統”)。 圖 10：CPU 基本構成 資料來源：海光信息招股說明書，申萬宏源研究 以海光 CPU 為例，各部分功能如下： 1） 處理器核心。 每顆“裸片”具有 8 個處理器核心(含高速緩存)， 不同規格的海光 CPU包含 1 至 4 顆裸片，進而具有數量不等的處理器核心。處理器核心是 CPU 的關鍵的控制、計算部件，決定了 CPU 最主要的技術特征。 2）片上網絡。片上網絡是 CPU 內部數據傳輸的通道，包括控制網絡和數據網絡。片上網絡的帶寬、延時對多核處理器的性能影響較大。 3）接口控制器。不同的接口控制器用于連接 CPU 所搭載、控制的不同外部設備。例如:內存控

46、制器用于訪問 DDRSDRAM 內存， PCIe 控制器用于連接 PCIe 設備， USB 控制器用于訪問 USB 設備，SATA 控制器用于讀寫 SATA 設備等。 4）微碼系統。微碼系統由微碼程序和對應的執行硬件組成。通過微碼程序的運行，將復雜的 X86 指令翻譯成相對簡單、規整的微碼指令。微碼系統直接影響處理器的安全，包括變更安全算法(國密密鑰)、利用微碼系統修復 些安全漏洞、擴展安全指令集等。 5）HMI/xHMI 多片互聯控制器。HMI/xHMI 具有高帶寬、低延時特點，可以完成裸片間和處理器間的高速互聯，從而實現 MCM 和 Chiplet 的片上封裝，以及雙路服務器架構設計。 行

47、業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 16 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 設計過程：大致可以分為架構設計、電路設計、微碼系統設計、安全模塊設計、仿真模擬、產品設計、流片工藝優化、基板及封測工藝開發、硅后驗證等環節。 圖 11：CPU 設計流程 資料來源：海光信息招股說明書，申萬宏源研究 以海光 CPU 為例，需要經過以下設計步驟： 1）架構設計。處理器系統架構設計包括處理器功能邏輯設計和微結構設計，對處理器功能、性能和生態至關重要。 在架構設計環節中，功能邏輯設計是指基于對產品預期和產品定義，規劃出處理器產品的模塊架構、功能邏輯，以及指令集、數據結構、接口協議等；微結

48、構設計是規劃出集成電路裸片的具體實現方式，包括流水線設計、邏輯單元設計、高速緩存結構、片上網絡、接口控制器設計等。 2）電路設計。電路設計是將處理器芯片各個功能模塊用硬件語言設計出來，形成可供晶圓代工廠使用的電路版圖。處理器核心的微結構精巧，流水線級數多，主頻高，電路代碼設計復雜。 3）微碼系統設計。微碼系統設計包括微碼軟件編程、微碼執行硬件研發。微碼軟件包括微碼程序、微碼編譯器和微碼補丁。微碼系統設計貫穿處理器設計全過程，通過微碼補丁形式還可以修復部分硬件設計缺陷。 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 17 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 4） 安全模塊設計。 安

49、全模塊設計包括處理器安全架構、專用硬件、 軟件、密鑰管理等，貫穿處理器設計全過程，在處理器量產后仍需要為可能出現的安全漏洞提供及時、有效的修復方案。 5）仿真模擬。仿真模擬是指利用專用軟件、高性能仿真模擬器對處理器核心和電路設計進行模擬驗證。海光高端處理器電路規模大，必須使用仿真加速專用硬件來提高仿真模擬的效率。 6）產品設計。產品設計根據終端應用需求，規劃公司具體產品配置及內部構成。產品設計過程還需要考慮基板開發、后端設計、工程樣機系統設計、產品測試、測試板卡和工具軟件開發等工作。 7）流片工藝優化。晶圓代工廠基于公司提供的電路版圖進一步設計出掩膜，然后經過復雜的雕刻過程生產出裸片。公司流片

50、工藝團隊需要和公司芯片設計、晶圓代工廠工程團隊形成深度的技術互動， 不斷升級芯片雕刻工藝， 驗證流片工藝流程， 提升晶圓制造良率。流片工藝優化環節可分為流片工藝升級、晶圓加工流程驗證、晶圓級測試等環節。 8）基板及封測工藝開發。公司將處理器封測工作委托給外部封測代工廠完成，但是基板開發、封裝工藝流程驗證、測試程序開發等仍需要公司完成。 9）硅后驗證。處理器完成封裝以后，需要進行大量的測試工作，統稱為硅后驗證。硅后驗證工作量較大，需要進行工程樣機系統設計、產品測試、測試板卡和工具軟件開發等大量支持產品市場應用的驗證測試工作。 3.2 國產 CPU 各條路怎么樣？ 目前國產 CPU 的服務器主要應

51、用于電信運營商、金融、互聯網等領域，例如，電信運營商云服務資源池系統支撐云業務應用，銀行和證券公司查詢、 交易系統， 互聯網的搜索、計算服務、存儲等應用；國產 CPU 的工作站主要應用場景為工業設計和應用、圖形圖像處理，例如 VR、AR圖形渲染場景，以及智能工廠數字孿生應用等。 當前，國產 CPU 公司根據使用的架構走出三條不同的道路： 1）X86 架構：兆芯、海光。此種模式屬于 IP 內核授權的模式，目前是僅內核層級的授權，優點是技術門檻低、性能起點高、沒有生態壁壘，缺點是自主可控的程度低，且購買授權的成本較高。以這條路線發展，不存在生態壁壘，可以借鑒本文 1.3 中 AMD 崛起的路線和策

52、略，在技術上通過不斷迭代逐步縮小差距。但是這種購買授權的方式，沒有從根本上解決自主可控的需求，在中美關系不明朗的背景下，確實面臨授權中斷的風險，市場上一些激進的聲音甚至認為使用 X86 的不能稱為“國產芯片”。 2） ARM 架構： 飛騰、鯤鵬。此種模式為指令集架構授權， 自主化程度相對較高，ARM主要有三種授權等級：其中指令集層級授權等級最高， 企業可以對 ARM 指令集進行改造以實現自行設計處理器，此前海思、飛騰已經獲得 ARMV8 永久授權，今年 4 月 Arm 確認 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 18 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 Armv9 架構不

53、受約束,華為海思可獲授權。以這條路線發展，存在較高的技術門檻，ARM架構目前在桌面和服務器端的生態遠不如 X86，但是指令集架構的永久授權，一定程度上滿足了自主可控的需求，但是依然存在未來更新版本被斷供的風險。 圖 12：服務器端 X86 架構銷售量占比絕對領先 資料來源：IDC，申萬宏源研究 3）MIPS 等自主架構：龍芯、申威。此種模式是自主研制的指令集，高度自主可控，但是技術門檻高，生態構建極其困難。以這條路線發展，最大的困境是生態上的建設，如何在落后的情況下，建立起可靠可持續的生態，是重要課題。 CPU 的下游應用市場主要分為：政務及重點行業市場、企業級市場、消費級市場。其中，政務及重

54、點行業市場對安全性以及自主可控要求最高，同時對生態的要求相對最低，是與國產 CPU 前期發展水平相匹配的，因此這部分市場是國產 CPU 成長的根基所在。未來，隨著產品性能不斷優化，生態逐步趨于完善，企業級市場將為國產 CPU 提供巨大市場空間。 基于目前國產 CPU 替代市場的主要特征，我們認為，使用 ARM 架構的國產 CPU，將在短期內受益于重點領域信創市場的快速增長；使用自主架構的國產 CPU，生態建立需要一定的時間，中長期看，有望實現黨政及特殊領域的大面積甚至全面替代；使用 X86 架構的產品，性能和生態顯著較好，短期內可利用成本優勢打開一部分企業市場，但長期看受外部影響較大，存在較大

55、的不確定性。 3.3 國產 CPU 到底弱在哪？ 想要探討國產 CPU 未來的走勢，就必然要面對一個十分現實的問題：國產 CPU 到底弱在哪里？我們認為， 國產 CPU 與全球領先水平的差距主要概括為： 性能差距、 生態差距。 性能上，國產 CPU 存在明顯劣勢。 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 19 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 表 2：國產服務器芯片性能差距較大 廠商 最新 CPU 指令集 授權方式 內核 主頻 工藝 合作方/資方 龍芯 3A5000 LoongArch 自研 4 核 64 位 2.3-2.5GHz 12nm 中科院 申威 SW1621 S

56、W-64 自研 16 核 64 位 2.0GHz 28nm 江南計算所 飛騰 D2000 ARMv8 指令集架構授權 8 核 64 位 2.3-2.6GHz 14nm 國防科大 海思 鯤鵬 920 ARMv8 指令集架構授權 64 核 64 位 2.6GHz 7nm 華為 海光 Hygon7185 X86 IP 核授權 32 核 64 位 2.0GHz 14nm AMD/ 中科曙光 兆芯 KX-U6880 X86 IP 核授權 8 核 64 位 3.0GHz 16nm VIA/ 上海國資委 Intel 酷睿 i9-12900HK X86 自研 14 核 64 位 5.0GHz 10nm - 資

57、料來源：各公司官網，申萬宏源研究 表 3：國產 PC 芯片性能差距較大 廠商 最新 CPU 指令集 授權方式 內核 主頻 工藝 合作方/資方 龍芯 3A5000 LoongArch 自研 4 核 2.3-2.5GHz 12nm 中科院 申威 SW42M SW-64 自研 4 核 2.0GHz 28nm 江南計算所 飛騰 D2000 ARMv8 指令集構授權 8 核 2.0-2.6GHz 14nm 國防科大 海光 Hygon3250 X86 IP 核授權 8 核 2.8GHz 14nm AMD/中科曙光 兆芯 KX-U6880A X86 IP 核授權 8 核 3.0GHz 16nm VIA/上海

58、國資委 Intel 酷睿 i9-12900KS X86 自研 16 核 5.5GHz 10nm 資料來源：各公司官網，申萬宏源研究 1、單核性能不行還是核數不夠多？ 目前國產 CPU 的關鍵問題還是在于單核的性能較弱。Intel 還在做 4 核產品的時候，國內核高基計劃就已經實現了 8 核產品的研制，但是整體性能完全劣后于 Intel 同期產品。 2、工藝不行還是設計能力不行？ 目前國產 CPU 的主要差距在于設計能力上。以 Intel 和完全自主的龍芯對比，Intel 在130nm 工藝就做到了主頻 3.8G，而龍芯的 3A1000 在同等工藝和核數前提下，主頻只有1G，如果將 Intel產

59、品降到 1G，性能是龍芯的 5 倍。 縱向對比看，同樣以龍芯為例，其第二代產品 3A2000 在沒有提升主頻的前提下，通過設計能力的改進， 性能提升了 2.5 倍； 3A3000 提升至 28nm 制程后， 主頻提升至 1.5G，性能提升 1.6 倍； 3A4000 在原工藝基礎上， 通過設計提升性能 2 倍； 3A5000 提升至 14nm制程， 性能提升 1.6 倍； 目前在研的 3A6000， 據龍芯介紹， 其性能已經達到了 Intel 在 14nm的性能水平。從縱向發展歷程來看，相同工藝條件下，設計能力提升帶來的產品性能提升十分顯著，在 fabless 模式下，設計能力的差距顯得尤為重

60、要。 總結來看，工藝水平對性能有較大影響，在相同設計水平上，能帶來 20%-30%的穩定提升，但是更為重要的設計水平，能給產品帶來一倍以上的性能提升。 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 20 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 圖 13：龍芯產品發展歷程 資料來源：龍芯中科線上生態大會，申萬宏源研究 3、產品性能完全決定用戶體驗？ 產品性能是影響用戶體驗的重要因素， 但是系統優化同樣重要。 例如， 在 2010 年 iPad就風靡全球，但當時的 CPU 性能只有 Intel 的 1/2 到 1/3 左右，但是用戶體驗和評價都很好，就是得益于蘋果的系統優化。而國產 CP

61、U 由于積累不夠，即使在產品性能已經能滿足某些重點領域信創的要求的情況下，用戶體驗依然比 Intel 差一些。 性能差距只是外在表現，我們認為造成這種差距的內因，主要有以下幾點： 1、微架構設計能力存在顯著差距。所謂微架構，即在指令集架構體系之內的一種結構設計，是 CPU 內部晶體管的一種排列方式，屬于指令集架構體系的框架之內，例如 Intel的 Icelacke、Broadwell。Intel 和 AMD 不斷更新微架構，實現性能的不斷迭代提升，國產 CPU 的微架構在亂序執行、高速緩存、多核互聯等技術上，由于起步較晚，都與先進水平有一定差距。 表 4：Intel 與 AMD 近年微架構迭代

62、 Intel CPU 年代 代號與工藝（nm） AMD CPU 年代 代號與工藝（nm） 2023 Sapphire Rapid 7 2022 Genoa 5 2021 Icelake 10 2019 Rome 7 2017 Skylake 14 2017 Naples 14 12 2015 Broadwell 14 2014 Kaveri 28 2013 Haswell 22 2012 Piledriver 32 2012 Ivy Bridge 22 2011 Bullduzer 32 2011 Sandy Bridge 32 2011 Llano 32 2008-2010 Nehalem

63、32 2007-2009 K10 45 2006-2008 Conroe 45 2003-2007 K8 65 65 1999-2004 K7 130 資料來源：Intel/AMD 法說會，申萬宏源研究 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 21 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 2、定制化水平差導致精細度不足。Intel 針對特定領域和客戶，會采用高度定制化的設計，例如人工設計版圖、采用鎖存器 Latch 替換觸發器 flipflop、全定制設計關鍵單元等方案。定制化的實現需要多年的技術積累和人力投入，目前國產 CPU 很難實現，基本還是采用傳統的 EDA 工具生成版

64、圖和做版圖優化的方式，精細度遠低于定制化產品。 3、 使用通用 EDA 工具缺乏協同。 Intel 等歐美大廠許多都有自研的 EDA 工具或拓展，以及成熟的 flow， 設計過程中出現的問題可以與 EDA 部門直接協同解決， 顯著提升了設計效率和設計能力，不斷拓展邊界，而國產 CPU 廠商目前普遍采用的是外購的 EDA 工具，缺少與設計工具的協同，且國產 EDA 工具競爭力較弱，這一環節也難以實現自主可控。 4、與 Foundry 配合不夠密切。在生產模式上，Intel 是典型的 IDM 廠商，AMD 雖然是 Fabless 廠商，但與之前分拆出去的 Global Foundries 保持密切

65、聯系，兩者都能實現設計與制造環節的密切配合與協同。國產 CPU 由于起步晚、規模小以及國內芯片制造能力弱，都是 Fabless 模式，難以與 Foundry 實現密切配合，限制了產品技術發展的速度。 落后的軟硬件生態系統是制約國產 CPU 發展的另一瓶頸。 X86 是目前桌面和服務器領域的絕對主流架構，所以選用 X86 架構的受影響最小，可以直接使用 Windows 系統及軟件，ARM 架構的生態在全球范圍內逐漸完善，而使用自主架構的面臨巨大挑戰。 生態系統很重要的一點是能夠吸引全球程序員共同參與的各類應用軟件開發的盈利模式、知識產權分享機制等制度安排。以龍芯自主研制的 LoongArch 架

66、構為例，需要耗費大量時間和人力開發編譯器，芯片流片成功后，還需要移植 Linux 內核、Android 系統等，后期系統的軟件也涵蓋了驅動層、中間層到應用層，還需要不斷針對這種架構進行迭代優化。前期即使大量投入，如果軟件上適配和推廣不足，銷量受限，軟件開發者便會激勵不足，用戶更少，引起惡性循環，商業模式便會出現問題。 除了 Wintel 聯盟的強大壓力， 我國集成電路、 軟件等產業整體實力弱是另一核心掣肘。以龍芯為例，目前圍繞龍芯已有百余家國產軟件企業共同構筑產業生態系統，但這些企業多數起步晚、規模不大、客戶渠道單一，與國際領先水平可能存在差距，難以帶來較大的市場競爭力。 行業深度 請務必仔細

67、閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 22 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 圖 14：龍芯的生態伙伴多為中小型企業 資料來源：龍芯中科官網，申萬宏源研究 3.4 每條路線關鍵是什么？ X86：專注技術，師夷長技，形成自身迭代能力 對于使用 X86 架構的公司來說，基于良好的技術基礎以及繼承 X86 完整的生態，可以通過模仿先進產品及技術路線，率先實現非關鍵領域的國產替代，并在此基礎上盡快吸收關鍵技術，形成自身的迭代能力。 以海光信息為例，AMD 僅提供技術授權以及針對技術授權的部分服務支持，不會提供后續更新技術，相關技術面臨迭代風險。海光按照協議和 AMD 同時在該技術授權的基礎上進行產

68、品研發，在 2016 年推出的第一代典型 CPU 系海光 7185，與 AMD 基于該技術的第一代產品 AMD EPYC 7551 有少許差距，但差距較小，不存在代際差異；19 年受到美國商務部影響后，海光推出海光二號，并為適應國內用戶使用需求，增加了國密算法等安全增值功能，證明了公司已經完成了對 AMD 授權技術的消化吸收。海光三號成功流片、海光四號完成了電路設計和性能模擬，證明了公司全面掌握了高端處理器設計技術，具備了產品迭代研發能力。 表 5：海光芯片部分 IP 核已能實現國產替代 IP 核名稱 IP 工具提供方 所屬功能模塊 獲取情況 后續替代情況 E12G PHY 公司 6 SERD

69、ES 外采 可以通過武漢芯動等國內IP 提供商進行替代 DDR4/3 PHY 公司 6 DDR 外采 USB3/USB2 PHY 公司 6 USB 外采 USB 控制器 公司 6 USB 外采 SATA控制器 AMD SATA AMD 授權 自研替代 PCIE 控制器 AMD PCIE AMD 授權 DDR 控制器 AMD DDR AMD 授權 資料來源：海光招股說明書，申萬宏源研究 ARM：短期內抓住行業機會，發展已獲授權指令集 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 23 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 2021 年蘋果發布了 M1 芯片， 與以往選用 X86 架構

70、不同， M1 芯片采用基于 Arm-ISA 的內部處理器和 CPU 微體系結構，是蘋果首款針對 Mac 設計的 SoC，根據蘋果的的宣傳材料，在 10W 的功耗限制下，M1 芯片可提供傳統 X86 筆記本處理器 2 倍以上的 CPU 性能。 蘋果 M1 一經上市受到廣泛關注，其性能也被用戶認可。但蘋果 M1 的成功，不足夠說明 ARM 在桌面和服務器端已經可以超越 X86。蘋果 M1 性能的高水平的表現主要是基于蘋果微架構上的優勢以及工藝上的領先。微架構方面，采用了“瘋狂堆料”的方式，并采用了臺積電的 5nm 工藝。這部分的優勢顯著，并且在能耗方面顯著優于 X86，至于類似視頻剪輯等功能，可以

71、直接交給解碼、編碼的硬件單元完成，使用體驗更佳，但是這種方式的問題在于，成本過高，蘋果可以用很高的整機利潤去攤平這部分處理器成本，但是國產 CPU 顯然難以復制。 目前來看， 國內的 ARM 架構產品還是需要進一步拓展應用范圍，在短期內抓住中立優勢，鞏固核心信創市場，并以此為基礎，在得到授權的指令架構上完善，爭取實現自主可控，以謀求長期的替代。 自主指令集：產品性能+生態融合，協調步伐 除本身的性能要求需要符合用戶基本需求外，生態融合也是需要同步跟進的關鍵點，否則只能面向一些軟件需求極低的下游，市場空間局限性大。破局之計以龍芯為例，自研指令集 LoongArch 充分考慮了兼容需求， 可以通過

72、 “指令系統創新+二進制翻譯” 的方式，運行其他平臺上的二進制應用程序，從而達到生態融合的目的。為支持芯片銷售及應用，龍芯還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件，并以兩種方式免費提供給客戶。 4. 國產 CPU 量價拐點已現 4.1 價：逐漸市場化 CPU 定價策略已經較為成熟：階梯價格+項目特價?？紤]到芯片行業的特點并參照國際同行業領先芯片企業的定價模式，CPU 行業主要采用階梯價格策略，接受針對項目的單獨特價申請。階梯價格主要適用于服務器廠商客戶的日常采購（根據采購數量區間階梯變動），特價一般用于戰略級競爭項目（最主要）、產品適配導入項目、產品促銷等。 以海

73、光芯片為例，CPU 價格已經逐漸市場化。2018 年，公司研發的首款海光一號產品剛剛面世，初期產量較小，研發適配工作量大，公司主要比照同行業領先廠商競品價目表的價格進行定價，定價策略較為保守，產品平均單價較高。2019 年下半年開始，公司形成了階梯價格與特價相結合的定價機制， 并穩定執行至今，產品銷售均價較 2018 年整體下調。2020 年以后，全球芯片行業供應鏈相對緊張，原材料價格呈現上漲趨勢，公司對新代際產品較上一代產品定價有所上漲。 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 24 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 表 6：海光芯片價格逐漸市場化（元） 項目 2021

74、 年 1-6 月 2020 年度 2019 年度 2018 年度 7000 系列 8952.07 7494.22 6913.32 11507.24 7100 系列 5192.05 5206.51 6913.32 11507.24 7200 系列 11926.80 15687.72 - - 5000 系列 6702.62 7721.51 4189.83 5570.52 5100 系列 468.43 2830.70 4189.83 5570.52 5200 系列 7872.52 9363.17 - - 3000 系列 1231.40 963.77 1250.45 - 3100 系列 - 833.6

75、7 1250.45 - 3200 系列 1231.40 1402.33 - - 資料來源：海光信息發行人回復，申萬宏源研究 綜上，下文 CPU 市場空間測算中，假設 PC CPU 價格為 1000 元/顆，服務器 CPU價格為 8000 元/顆。 4.2 量：彈性極大 CPU 的下游應用市場主要分為：政務及重點行業市場、企業級市場、消費級市場。其中，政務及重點行業市場對安全性以及自主可控要求最高，同時對生態的要求相對最低，是與國產 CPU 前期發展水平相匹配的，因此這部分市場是國產 CPU 成長的根基所在。 測算 CPU 市場規模，實際應該分為：測算整體市場規模（可參考歷史靜態數據）、可國產替

76、代市場規模。從整機形態，可分為 PC、服務器兩個方向。 整體靜態市場，2021 年，根據 IDC 數據，全球 PC 出貨近 3.5 億臺，全球服務器出貨超過 1300 萬臺?？紤]國產 CPU 未來較長一段時間主要聚焦國內市場，國內出貨量更有代表性。 圖 15：2021 年全球 PC 出貨近 3.5 億臺（百萬臺） 圖 16： 2021 年全球服務器出貨超過 1300 萬臺 （萬臺） 資料來源：IDC，申萬宏源研究 資料來源：IDC，申萬宏源研究 -15%-10%-5%0%5%10%15%20% - 50 100 150 200 250 300 350 400全球PC出貨量-左yoy-右-4%0

77、%4%8%12%16%20%02004006008001,0001,2001,4001,600全球服務器出貨量-左yoy-右 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 25 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 圖 17：2021 年中國 PC 出貨超過 5000 萬臺（百萬臺） 圖 18： 2021 年中國服務器出貨近 400 萬臺 （萬臺） 資料來源：IDC，申萬宏源研究 資料來源：IDC，申萬宏源研究 整體市場，PC CPU 需求超過 5000 萬顆/年，服務器 CPU 需求約 800 萬顆/年。根據行業慣例， 一臺 PC 對應一顆 CPU， 2021 年中國 PC 出貨

78、量超過 5000 萬臺， 則整體 PC CPU需求超過 5000 萬顆。根據 IDC 數據，服務器市場超過 85%的服務器為 2 路服務器，即一臺服務器對應 2 顆 CPU，則中國區整體服務器 CPU 需求約為 800 萬顆。假設 PC CPU 價格為 1000 元/顆，服務器 CPU 為 8000 元/顆，則 PC CPU 市場規模超過 500 億元，服務器 CPU 靜態市場規模約 640 億元。 中短期看，確定性最高的是，可國產化市場規模。 國產 PC CPU 年化市場規模約為 200 億元?？紤] PC 采購不同機構性質，分為核心替代（公務員群體）、重點替代（事業編制群體）、逐步替代（國有

79、企業群體）、可選替代（一般企業工作人員），假設四類替代群體，穩定期后，國產 PC 采購比例分別為 80%、60%、40%、10%。根據國際統計局數據，可得四類群體整體人員數量。假設單科 PC CPU價格為 1000 元， 則 PC CPU 整體規模為 1020 億元。 假設 PC 5 年完成折舊， 則國產 PC CPU年化市場規模約為 200 億元。 表 7：國產 PC CPU 年化市場規模約為 200 億元 大類 項目 金額 核心替代 廣義公務員人數（萬） 1300 CPU 價格（元） 1000 市占率 80% 市場空間（億元） 104 重點替代 事業編制人數（萬） 3100 CPU 價格（

80、元） 1000 市占率 60% 市場空間（億元） 186 逐步替代 國有單位在職員工數（萬） 5739 CPU 價格（元） 1000 市占率 40% 市場空間（億元） 230 -15%-10%-5%0%5%10%15%20%01020304050607080中國PC出貨量-左yoy-右-10%0%10%20%30%40%050100150200250300350400450中國服務器出貨量-左yoy-右 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 26 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 可選替代 其他單位辦公軟件使用人數（萬） 50000 CPU 價格（元） 1000 市占率

81、 10% 市場空間（億元） 500 合計 PC CPU存量規模（億元） 1020 資料來源：國家統計局，申萬宏源研究 國產服務器 CPU 靜態市場規模約為 139 億元。 根據 IDC 服務器數據統計， 可知黨政、通信、金融等重點行業 2021 年服務器出貨量，假設黨政、通信、金融、其他行業國產服務器采購比例分別為 80%/40%/30%/10%， 參照服務器 CPU 市場價格，假設服務器 CPU 價格為 8000 元/顆，保守假設國產服務器全部為 2 路服務器（一臺服務器配置 2 顆 CPU），則國產服務器 CPU 年化市場規模約為 139 億元。 表 8：國產服務器 CPU 年化市場規模約

82、為 139 億元 大類 項目 金額 核心替代 黨政相關（萬臺/年） 38.5 CPU 價格（元） 8000 市占率 80% 市場空間（億元） 49 重點行業 通信（萬臺/年） 43.3 CPU 價格（元） 8000 市占率 40% 市場空間（億元） 28 重點行業 金融（萬臺/年） 38.1 CPU 價格（元） 8000 市占率 30% 市場空間（億元） 18 逐步替代 其他行業（萬臺/年） 271.2 CPU 價格（元） 8000 市占率 10% 市場空間（億元） 43 合計 服務器 CPU年化規模（億元） 139 資料來源：IDC，申萬宏源研究 國產服務器 CPU 動態市場規模超過 200

83、 億元。值得注意的是，拉長 10 年維度看，PC市場整體出貨量相對穩定，服務器市場出貨量隨數據量、云計算催化，長期依然是增量市場。 考慮以上測算僅為靜態數據， 若考慮動態空間， 假設服務器市場未來 5 年維持復合 10%增速，則 2026 年，國產服務器 CPU 市場規模將超過 200 億元。 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 27 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 5. 核心公司 5.1 海光信息：國產 X86 CPU 最佳選擇 海光信息為中科曙光子公司，主要產品包括海光通用處理器（CPU）和海光協處理器（DCU）。海光 CPU 系列產品海光一號、海光二號已經實現

84、商業化應用，海光三號完成實驗室驗證， 海光四號處于研發階段； 海光 DCU 系列產品深算一號已經實現商業化應用，深算二號處于研發階段。 海光信息產品核心優勢在于，海光 CPU 系列產品兼容 X86 指令集以及國際上主流操作系統和應用軟件，性能優異，軟硬件生態豐富，安全可靠，得到了國內用戶的高度認可，已經廣泛應用于電信、金融、互聯網、教育、交通等重要行業或領域。 5.2 龍芯中科：自主可控程度最高 CPU 龍芯中科主營業務為處理器及配套芯片的研制、銷售及服務。區別于使用國外授權主流 X86 和 ARM 架構的公司， 龍芯從建立之初強調 “自主可控” ， 最新產品 3A5000/3B5000處理器

85、是基于自研的 LoongArch 架構。公司目前已經全面掌握 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。龍芯中科芯片產品在電子政務、能源、交通、金融、電信、教育等行業領域已獲得廣泛應用。 2020 年后信息化類芯片成為增長主要驅動力。公司 2021 年實現營業收入 12 億元，其中工控類芯片、信息化類芯片、解決方案分別占比 24.61%、54.71%、20.68%。從業務占比變化看，2020 年開始信息化類芯片實現大幅度增長，主要系 3A4000 系列產品性能成倍提升，對虛擬化、安全機制等方面的支持加強，更加符合目前已進入快速增長階段的

86、關鍵信息基礎設施領域的應用需求。 5.3 中國長城：飛騰扛旗 PK 體系 CPU 飛騰扛旗PK體系CPU。 中國長城作為中國電子網絡安全與信息化領域的專業子集團，堅定扛起網信產業國家隊、主力軍、排頭兵的職責。中國電子旗下兩大子公司，中國軟件（麒麟操作系統） +中國長城 （飛騰芯片） ， 組成國產基礎軟硬件 PK 體系 （對標 Win-tel） ，飛騰芯片扛旗 PK 體系 CPU。 中國長城信創布局完善。除成功突破高端通用芯片（CPU），中國長城還擁有固件等關鍵核心技術，形成“芯、端、云”完整生態鏈，孕育出依托于“飛騰+麒麟+安全+移動”的網信產業生態模式，構建了覆蓋核心關鍵軟硬件領域的全鏈條網

87、信技術和產業體系。 5.4 瀾起科技：津逮服務器起量，CPU 格局分散受益者 瀾起科技主營業務是為云計算和人工智能領域提供以芯片為基礎的解決方案，目前主要產品包括內存接口芯片、津逮服務器 CPU 以及混合安全內存模組。公司兩大優勢為：專 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 28 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 注的業務模式和領先的技術水平。公司在內存接口芯片領域深耕十多年，成為全球可提供從 DDR2 到 DDR5 內存全緩沖/半緩沖完整解決方案的主要供應商之一。2022 年，DDR5內存開始放量，公司 2021 年底發布配套產品，2022 年成為重要增長驅動力。 瀾

88、起科技與英特爾及清華大學合作，研發出津逮系列服務器 CPU?；诮虼?CPU 及瀾起科技的混合安全內存模組而搭建的津逮服務器平臺，實現了芯片級實時安全監控功能，為云計算數據中心提供更為安全、可靠的運算平臺。 6. 風險提示 芯片行業是全球分工行業， EDA 工具、 芯片代工海外依賴度依然很高。 目前， 國產 CPU設計能力已經大幅提升，但是 EDA 工具、芯片代工仍然有較大距離，部分 EDA 工具、先進制程芯片代工對海外供應商仍然依賴度很高。 部分 IP 專利限制難以繞開。海外芯片行業發展較早，部分電路設計方法理念形成 IP，商業化版本 CPU 無法繞開部分海外專利限制。 表 9：重點公司估值

89、表（單位：億元） 證券代碼 公司名稱 2022/6/13 歸母凈利潤 PE PB(LF) 總市值 2021A 2022E 2023E 2024E 2021A 2022E 2023E 2024E 603019.SH 中科曙光 405 11.58 15.24 19.71 25.43 35 27 21 16 3.22 000066.SZ 中國長城 347 5.98 9.31 11.84 13.34 58 37 29 26 2.55 688008.SH 瀾起科技 713 8.29 14.07 20.65 27.78 86 51 35 26 8.13 資料來源：申萬宏源研究；注：盈利預測取 Wind 一

90、致預期 行業深度 請務必仔細閱讀正文之后的各項信息披露與聲明 第 29 頁 共 29 頁 簡單金融 成就夢想 信息披露 證券分析師承諾 本報告署名分析師具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格并注冊為證券分析師，以勤勉的職業態度、專業審慎的研究方法，使用合法合規的信息，獨立、客觀地出具本報告,并對本報告的內容和觀點負責。本人不曾因，不因，也將不會因本報告中的具體推薦意見或觀點而直接或間接收到任何形式的補償。 與公司有關的信息披露 本公司隸屬于申萬宏源證券有限公司。本公司經中國證券監督管理委員會核準，取得證券投資咨詢業務許可。本公司關聯機構在法律許可情況下可能持有或交易本報告提到的投資標的，

91、還可能為或爭取為這些標的提供投資銀行服務。本公司在知曉范圍內依法合規地履行披露義務?？蛻艨赏ㄟ^ 索取有關披露資料或登錄 信息披露欄目查詢從業人員資質情況、靜默期安排及其他有關的信息披露。 機構銷售團隊聯系人 華東 A 組 陳陶 021-33388362 華東 B 組 謝文霓 18930809211 華北組 李丹 010-66500631 華南組 李昇 0755-82990609 L 股票投資評級說明 證券的投資評級： 以報告日后的 6 個月內，證券相對于市場基準指數的漲跌幅為標準，定義如下： 買入（Buy） 增持（Outperform） 中性 (Neutral) 減持 (Underperfor

92、m) ：相對強于市場表現20以上； ：相對強于市場表現520； ：相對市場表現在55之間波動； ：相對弱于市場表現5以下。 行業的投資評級： 以報告日后的6個月內，行業相對于市場基準指數的漲跌幅為標準，定義如下： 看好（Overweight） 中性 (Neutral) 看淡 (Underweight) ：行業超越整體市場表現； ：行業與整體市場表現基本持平； ：行業弱于整體市場表現。 我們在此提醒您，不同證券研究機構采用不同的評級術語及評級標準。我們采用的是相對評級體系，表示投資的相對比重建議；投資者買入或者賣出證券的決定取決于個人的實際情況，比如當前的持倉結構以及其他需要考慮的因素。投資者應

93、閱讀整篇報告，以獲取比較完整的觀點與信息，不應僅僅依靠投資評級來推斷結論。申銀萬國使用自己的行業分類體系，如果您對我們的行業分類有興趣，可以向我們的銷售員索取。 本報告采用的基準指數 ：滬深300指數 法律聲明 本報告僅供上海申銀萬國證券研究所有限公司 （以下簡稱 “本公司” ） 的客戶使用。 本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶?？蛻魬斦J識到有關本報告的短信提示、電話推薦等只是研究觀點的簡要溝通，需以本公司 http:/ 網站刊載的完整報告為準，本公司并接受客戶的后續問詢。本報告首頁列示的聯系人，除非另有說明，僅作為本公司就本報告與客戶的聯絡人，承擔聯絡工作，不從事任何證券投資咨詢服務

94、業務。 本報告是基于已公開信息撰寫，但本公司不保證該等信息的準確性或完整性。本報告所載的資料、工具、意見及推測只提供給客戶作參考之用，并非作為或被視為出售或購買證券或其他投資標的的邀請或向人作出邀請。本報告所載的資料、意見及推測僅反映本公司于發布本報告當日的判斷，本報告所指的證券或投資標的的價格、價值及投資收入可能會波動。在不同時期，本公司可發出與本報告所載資料、意見及推測不一致的報告。 客戶應當考慮到本公司可能存在可能影響本報告客觀性的利益沖突，不應視本報告為作出投資決策的惟一因素?？蛻魬灾髯鞒鐾顿Y決策并自行承擔投資風險。本公司特別提示,本公司不會與任何客戶以任何形式分享證券投資收益或分擔

95、證券投資損失，任何形式的分享證券投資收益或者分擔證券投資損失的書面或口頭承諾均為無效。本報告中所指的投資及服務可能不適合個別客戶，不構成客戶私人咨詢建議。本公司未確保本報告充分考慮到個別客戶特殊的投資目標、財務狀況或需要。本公司建議客戶應考慮本報告的任何意見或建議是否符合其特定狀況，以及（若有必要）咨詢獨立投資顧問。在任何情況下，本報告中的信息或所表述的意見并不構成對任何人的投資建議。在任何情況下，本公司不對任何人因使用本報告中的任何內容所引致的任何損失負任何責任。市場有風險，投資需謹慎。若本報告的接收人非本公司的客戶，應在基于本報告作出任何投資決定或就本報告要求任何解釋前咨詢獨立投資顧問。 本報告的版權歸本公司所有，屬于非公開資料。本公司對本報告保留一切權利。除非另有書面顯示，否則本報告中的所有材料的版權均屬本公司。未經本公司事先書面授權，本報告的任何部分均不得以任何方式制作任何形式的拷貝、復印件或復制品，或再次分發給任何其他人，或以任何侵犯本公司版權的其他方式使用。所有本報告中使用的商標、服務標記及標記均為本公司的商標、服務標記及標記。