20220906-东吴证券-东吴证券计算机行业深度报告：CPU是计算机之根本国产化进程风起云涌.pdf

证券研究报告行业深度报告计算机 东吴证券研究所东吴证券研究所 1/39 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 计算机行业深度报告 CPU 是是计算机计算机之根本之根本，国产化，国产化进程进程风起云涌风起云涌 2022 年年 09 月月 06 日日 证券分析师证券分析师 王紫敬王紫敬 执业证书：S0600521080005 021-60199781 研究助理研究助理 王世杰王世杰 执业证书：S0600121070042 行业走势行业走势 相关研究相关研究 围绕数字化转型和国家安全观，当前时点优先关注生产执行类工业软件 2022-05-31 信创产业发展研究 2022-05-10 增持（维持）Table_Summary 投资要点投资要点 CPU 是计算机是计算机硬件硬件核心，核心，ARM 大有可为大有可为：CPU 是计算机的底层基础硬件，整个软件生态架构都建立在底层 CPU 架构之上。CPU 指令集主要有 X86、ARM、RISC-V 等，2021 年 X86 架构生态占据全球主要市场份额。信创事业发展可以更多利用信创事业发展可以更多利用 ARM，1）ARM 技术领先，在并发性能、功耗、集成度、场景多样化相比 X86 具备明显优势；2）ARM 生态繁荣，在移动设备领域占据统治地位，在 PC 和服务器领域 ARM 架构的应用成长迅速，苹果和英伟达相继布局 ARM CPU。3）中国从 0 到 1选择布局 ARM 架构，历史包袱较小，有望借助 ARM 架构夺得 CPU 技术高地。CPU 行业高壁垒大赛道，行业高壁垒大赛道，产品产品性能性能、生态生态和和生产生产制造制造是突破海外垄断是突破海外垄断的关键的关键：CPU 技术迭代快速，2015-2021 年全球 CPU 巨头保持 20%左右高研发费用率。CPU 生态包括硬件产业链生态和软件生态，一旦形成，十分稳固，靠纯商业手段很难打破。CPU 赛道空间广阔，2020 年国内桌面 CPU 出货量约 5000 万片，服务器 CPU 出货量约 700 万片。全球 CPU 市场主要有 Intel 和 AMD 两大巨头垄断，2021 年两大 CPU巨头 Intel 和 AMD 营收合计超过 900 亿美元。中国国产 CPU 最强性能相当于海外巨头中端产品，生态建设相比于海外巨头仍有不小差距，芯片代工制造换届国产化率较低，是海外“卡脖子”重要环节。信创推进加快，国产化线突破在即信创推进加快，国产化线突破在即：需求端，需求端，信创市场 CPU 需求量较大。PC 端，我们测算，党政行业对应约 3000 万台存量 PC，行业信创重要行业客户存量 PC 达到 6000 万台。服务器端，2020 年，党政和行业信创服务器出货量分别为 40/158 万台。随着中美科技脱钩，信创节奏有望加快，党政信创有望向电子政务和县乡级电子公文渗透，我们预计2022 年行业信创有望翻倍增长，2023 年有望迎来快速增长。供给端，供给端，2022 年华为 28nm 产线突破在即，2021 年 28nm 及以上成熟制程占据全球 76%市场份额，可以满足大部分领域国内发展需求，国产 CPU 芯片生产问题有望解决。信创风来，六大国产信创风来，六大国产 CPU 厂商各显神通：厂商各显神通：目前，国内共有海光信息、兆芯、龙芯中科、华为鲲鹏、飞腾信息和申威科技六家国产 CPU 厂商。六家国产 CPU 厂商均进入信创名录，获得工信部信创的认可。建议优先关注行业客户切换成本较低，兼容 X86 架构的国产 CPU 厂商海光信息（已上市）、中科曙光（已上市，海光第一大股东）、上海兆芯（未上市）；关注直接受益于 28nm 国产线拉通，产能恢复的华为鲲鹏（未上市）、神州数码（已上市，鲲鹏服务器厂商）；关注党政信创进一步深化，市场份额较高的飞腾信息（中国长城参股）、龙芯中科（已上市）；关注布局专用领域，受益于军工景气度提升的申威科技（未上市）。风险提示：风险提示：研发进度不及预期；疫情影响超预期；政策推进不及预期。-33%-29%-25%-21%-17%-13%-9%-5%-1%3%7%2021/9/62022/1/52022/5/62022/9/4计算机沪深300 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 2/39 内容目录内容目录 1.CPU：计算机核心：计算机核心.5 1.1.CPU 的定义和分类.5 1.2.CPU 的发展历史：走向高制程、多核、新 IP 之路.7 1.3.CPU 架构演进：ARM 大有可为.8 2.高壁垒大赛道，寡头垄断格局高壁垒大赛道，寡头垄断格局.11 2.1.CPU 市场规模庞大，海外寡头垄断.11 2.2.CPU 市场的竞争要素：性能和生态.13 3.中国中国 CPU 产业发展现状：国产化加快，群雄并起产业发展现状：国产化加快，群雄并起.14 3.1.对海外依赖性较强，国产化迫在眉睫.14 3.2.国产 CPU 发展瓶颈：性能、生态和制造.15 3.3.国产 CPU 市场群雄逐鹿，六大 CPU 厂商各具特色.16 3.4.边际变化：信创推进加快，国产化产线突破.18 3.4.1.信创事业发展规划.18 3.4.2.需求端：CPU 信创市场空间广阔，节奏即将加快.19 3.4.3.供给端：华为 28nm 产线突破在即，芯片生产问题有望突破.20 4.六大国产六大国产 CPU 厂商盘点厂商盘点.22 4.1.海光：国产 X86 龙头，CPU 和 DCU 双轮驱动.22 4.1.1.基于 AMD 技术授权，信创、商业市场两开花.22 4.1.2.CPU 性能生态国内领先，DCU 打开新空间.24 4.2.兆芯：X86 双雄之一，行业信创迎来机遇.25 4.2.1.具备 X86 知识产权，产品矩阵齐全.25 4.2.2.桌面 X86 CPU 龙头，充分受益于行业信创.26 4.3.飞腾：CEC 旗下 PK 体系，党政信创霸主.27 4.3.1.获得 ARM 永久授权，产品不断迭代.27 4.3.2.性能生态领先，PK 体系提前锁定信创市场份额.28 4.4.鲲鹏：最强 ARM CPU 芯片，国产线打通王者归来.29 4.4.1.华为计算生态底座，提供全品类服务.29 4.4.2.全球最强 ARM，流片问题有望解决.30 4.5.龙芯：转向自研指令集，布局信创和工控.31 4.5.1.国产 CPU 设计标杆，聚焦工控和信息化.31 4.5.2.完全自主指令系统构建独立生态，工控领域具备先发优势.34 4.6.申威：技术完全自研，专用领域 CPU 龙头.36 4.6.1.由 Alpha 转向自研，从超算走向通用.36 4.6.2.性能稳定安全，专用领域首选芯片.37 5.投资建议投资建议.38 6.风险提示风险提示.38 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 3/39 图表目录图表目录 图 1：CPU 的运行原理.5 图 2：CPU 按用途分类.5 图 3：CPU 产业发展历程.7 图 4：2008-2023 年 Intel 和 AMD CPU 工艺不断提升.7 图 5：IP 核分类及特点.8 图 6：ARM 在移动领域占据统治地位.9 图 7：对芯片架构相关 Linux 内核维护活跃度对比.10 图 8：2020 年全球桌面出货量为 3.03 亿台.11 图 9：2020 年全球服务器出货量为 1220 万台.11 图 10：2020 年中国 PC 出货量为 4910 万台.11 图 11：2014-2020 年全球 X86 服务器销量占比.11 图 12：2014-2025 年中国 X86 服务器出货量.12 图 13：中国 X86 服务器路数分布情况.12 图 14：2016-2025 年中国 X86 服务器芯片出货量（万片）.12 图 15：2021 年 Q3 全球 PC 和服务器市场份额.13 图 16：2021 年 Q4 全球 Intel 和 AMD 市场份额.13 图 17：Intel 和 AMD 架构升级步伐.13 图 18：2015-2021 年 Intel 和 AMD 研发费用率一直处于较高水平.13 图 19：2021 年中国晶圆代工全球市场份额仅占 8.5%.15 图 20：信创产业关键细分行业产品图.16 图 21：党政信创产业发展规划.18 图 22：2020-2025 年中国消费和商用市场 PC 出货量占比.19 图 23：2021-2025 年中国 PC 电脑出货量预测.19 图 24：2020 年中国 X86 服务器各行业出货量（万台）.20 图 25：28nm 及以上成熟制程占比主要市场份额.20 图 26：华为鲲鹏计算产业链.21 图 27：海光信息和海光集成、海光微电子股权关系（截至 2022 年 9 月 4 日）.22 图 28：海光信息、海光集成、海光微电子业务分工.23 图 29：海光信息 2018-2021 年营业收入及同比增速.23 图 30：海光信息 2018-2021 年归母净利润及归母净利率.23 图 31：2019-2021 年主营业务营收下游行业分布多元.24 图 32：2019-2021 年公司互联网领域收入快速提升.24 图 33：海光信息 CPU 产品迭代进程.25 图 34：兆芯产品矩阵.26 图 35：基于兆芯的整机解决方案.27 图 36：飞腾主要 CPU 产品.27 图 37：政务信息化市占率第一.28 图 38：2020 年天津飞腾实现业绩高增.29 图 39：鲲鹏计算产业生态策略.30 图 40：鲲鹏芯片与 Intel 产品性能对比.30 图 41：公司发展历程.32 图 42：龙芯产品矩阵.32 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 4/39 图 43：2018-2022Q1 公司营收.33 图 44：2019-2021 年分业务营收增速.33 图 45：龙芯中科 2018-2021 年营收拆分.33 图 46：龙芯产品自研和优势.34 图 47：龙芯产品逐步缩小与海外差距.34 图 48：龙芯中科工控产品及其应用.35 图 49：2018-2021 年龙芯工控类芯片营收及同比增速.36 图 50：申威处理器发展历史.36 图 51：申威在售 CPU.37 图 52：申威生态环境.37 表 1：复杂指令集和精简指令集的区别.6 表 2：主要精简指令集区别.6 表 3：芯片体系架构活跃度对比.9 表 4：2021 年 CPU 国产化率测算.12 表 5：国产 CPU 与海外产品性能对比.15 表 6：国内六家 CPU 企业指令集及模式特点.16 表 7：国产 CPU 和 Intel 产品性能对比.17 表 8：国产 CPU 产品价格明细.17 表 9：Intel 的 6 款至强铂金系列产品与海光 7285 性能对比.24 表 10：ARM 的三种授权方式.28 表 11：鲲鹏 920 与 Intel、AMD 相关产品性能对比.31 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 5/39 1.CPU：计算机核心计算机核心 1.1.CPU 的定义的定义和和分类分类 CPUCPU 是计算机是计算机的运算和控制核心。的运算和控制核心。CPU 是中央处理器（Central Processing Unit）的简称，是对计算机的所有硬件资源进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元。计算机系统中所有软件层的操作，最终都将通过指令集映射为 CPU 的操作。CPU 包括运算器、控制器、寄存器等模块。其中运算器和控制器是 CPU 的核心模块，前者负责进行各种算术和逻辑运算操作，后者为“决策机构”，主要任务就是发布命令，发挥着整个计算机系统操作的协调与指挥作用。图图1：CPU 的运行原理的运行原理 数据来源：数据来源：电子发烧友电子发烧友，东吴证券研究所，东吴证券研究所 CPUCPU 按用途可分为桌面、服务器按用途可分为桌面、服务器、移动端移动端 CPUCPU 和嵌入式和嵌入式 CPUCPU。桌面 CPU 主要应用于个人计算机（台式机、笔记本电脑）。服务器 CPU 主要用于服务器，对运算性能和稳定性要求更高。桌面和服务器 CPU 主要厂商为 Intel 和 AMD。移动端 CPU 主要用于各种手机和平板中，对功耗、可靠性要求较高，主流的移动端 CPU 厂商主要有苹果、高通、联发科、华为和三星五家品牌。嵌入式 CPU 主要用于汽车电子、工业控制与自动化、智能电网等领域，对功耗、稳定性有较高要求。图图2：CPU 按用途分类按用途分类 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 6/39 数据来源：数据来源：AMDAMD 官网，官网，IntelIntel 官网，官网，东吴证券研究所整理东吴证券研究所整理 CPUCPU 按照指令集可分为按照指令集可分为 CISCCISC（复杂指令集）和（复杂指令集）和 RISCRISC（精简指令集）两大类。（精简指令集）两大类。CISC 指令丰富、寻址方式灵活，以微程序控制器为核心，指令长度可变，功能强大，复杂程序执行效率高；RISC 指令结构简单、易于设计，具有较高的执行能效比。CISC 型 CPU 目前主要有 X86 架构，主要应用于桌面和服务器领域，RISC 型 CPU 主要包括 ARM、Alpha、MIPS、POWER、RISC-V 架构等，主要应用于移动终端、物联网领域和网关、机顶盒等网络设备中。表表1：复杂指令集和精简指令集的区别复杂指令集和精简指令集的区别 优点 缺点 主要应用领域 典型代表 复杂指令集 1.指令丰富，功能强大 2.寻址方式灵活。3.以微程序控制器为核心，性能强大。1.指令使用率不均衡。2.不利于采用先进结构提高性能。3.结构复杂不利于 VLSI(超大规模集成电路)实现。桌面，服务器 X86 精简指令集 1.具备结构简单、易于设计 2.指令精简，使用率均衡 3.程序执行效率高 4.在并行处理方面 RISC明显优于 CISC 1.指令数较少，功能不及 CISC 强大。2.寻址方式不够灵活。移动端，车载，PC 和服务器等 Arm，MIPS，POWER，RISC-V 数据来源：CSDN，东吴证券研究所 表表2：主要精简指令集区别主要精简指令集区别 特点和优势特点和优势 劣势劣势 主要应用场景主要应用场景 ARM 一是体积小、低功耗、低成本、高性能；二是指令执行速度更快；三是生态较为完善。1）在 PC 和服务器端弱于 X86。2）较为封闭，不得改变原有设计 移动端、车载、PC 和服务器等 RISC-V 开放性更好。完全开源、设计简单、易于移植 Linix系统，允许衍生设计和开发闭源。相关的编译器、开发工具 和 软 件 开 发 环 境物联网（IoT），高性能计算等 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 7/39（IDE）以及其它生态要素还在发展 MIPS 一是在学术界影响广泛。二是 MIPS 在架构授权方面更为开放，授权门槛远低于 X86、ARM。三是同性能下功耗更低。商业化进程落后，单内核无法承受高容量内存配置，并行线程的技术方向不是未来主流 工控、PC 和通信等 POWER 追求最高性能，在大型机领域独具优势 价格昂贵、生态较弱 大型机、高端服务器等 数据来源：CPU 产业白皮书，EETOP，飞迈瑞克，文物藏，东吴证券研究所 1.2.CPU 的发展历史的发展历史：走向：走向高高制程、多核、新制程、多核、新 IP 之路之路 自自 1971 年年 Intel 推出了世界上第一款微处理器推出了世界上第一款微处理器 4004 至今，全球至今，全球 CPU 的发展历程的发展历程可以划分为四个阶段可以划分为四个阶段：性能提升阶段（1970-1990 年）、应用扩展阶段（1990-2000 年）、多元发展阶段（2000-2010 年）、多核集成阶段（2010 年-至今），在不同阶段 CPU 发展呈现出不同特点。图图3：CPU 产业发展历程产业发展历程 数据来源：CPU 技术与产业白皮书，东吴证券研究所 芯片工艺制程越来越高。芯片工艺制程越来越高。在一定程度上，芯片工艺制程越小，单位面积内容纳的晶体管数量就越多，就可以构建更为复杂、性能强大的电路。同时，芯片工艺制程越小，电子元器件的功耗就越小。因此，随着芯片工艺制程提高，芯片集成度不断提高，功耗降低，器件性能得到提高。根据台积电官网数据，公司 7nm FinFET 制程比 10nm 速度增快约 20%，功耗降低约 40%。图图4：2008-2023 年年 Intel 和和 AMD CPU 工艺不断提升工艺不断提升 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 8/39 数据来源：数据来源：华经产业研究院，华经产业研究院，东吴证券研究所东吴证券研究所 多核处理器的出现打破性能提升瓶颈。多核处理器的出现打破性能提升瓶颈。2005 年 CPU 主频接近 4GHz，单纯的主频提升已经无法明显提升系统整体性能，反而会导致 CPU 功耗急速上升。于是当年 Intel 推出双核奔腾 D 和奔腾四至尊版 840，AMD 也随后发布了双核皓龙和速龙 64 X2 处理器，经过十几年的强化升级，2023 年 Intel 将会推出代号为 Sierra Forest 的 128 核至强处理器，AMD 也将推出基于 Zen 4c 微架构的 128 核处理器 Bergamo，多核已经成为提升CPU 性能的重要手段。IPIP 降低降低 CPUCPU 芯片芯片设计难度设计难度。摩尔定律的经验表现为，芯片中晶体管数量呈现指数级上升趋势，同时，芯片构造的复杂度、设计难度、制造成本都显著增加，芯片设计公司难以单独完成芯片制作的全部流程，只能进行简单芯片设计。为了解决开发难度的问题，IP 应运而生，芯片设计公司经常采用其他公司的 IP 以加快设计速度，不再从零做起，重复造轮子。ARM 公司的快速壮大就是 IP 商业模式跑通的重要证明。图图5：IP 核分类及特点核分类及特点 数据来源：路科验证，东吴证券研究所 1.3.C CPUPU 架构演进：架构演进：ARMARM 大有可为大有可为 当前当前 X86X86 架构生态占据全球主要市场份额。架构生态占据全球主要市场份额。微软公司和英特尔公司各自凭借自身规4532323222222214141414141410107654545323232282828141477750102030405060702008 200920102011 20122013 201420152016 20172018 20192020 2021 2022E2023EInter工艺（nm）AMD工艺（nm)请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 9/39 模效应和技术优势，使其产品 Windows 和 Intel CPU 占据了绝大部分市场份额，结成了“Wintel”技术联盟。截至 2022 年 9 月 4 日，在 Intel 的合作伙伴联盟中，包括了 94家云和通信服务提供商、271 家独立软件厂商、2940 家原始设备制造商(OEM)、88 家服务集成商以及 4479 家解决方案提供商。是整个产业中最庞大、最完善、应用最广泛的处理器架构之一，具有极高的生态壁垒。ARM 架构架构在高并发应用场景具有比较优势在高并发应用场景具有比较优势。ARM 处理器是英国 Acorn 有限公司设计的低功耗成本的第一款 RISC 微处理器，全称为 Advanced RISC Machine。ARM 芯片比 Intel x86 芯片具有更高的功率效率，并且功耗更低，性价比更高。以 ARM 为代表的 RISC 通用架构处理器在场景多样化计算时代具备明显的优势。例如在分布式数据库、大数据、Web 前端等高并发应用场景，单芯片核数更多的 ARM 架构处理器相比传统处理器拥有更好的并发处理效率。ARM 生态生态繁荣繁荣。在移动设备领域，ARM 架构有着压倒性的市场和技术优势，根据软银 2017 年世界大会的数据，ARM 在智能手机、调制解调器、车载信息设备、可穿戴设备等领域都占据统治地位。基于海量的市场空间，目前芯片领域的新工艺、新制程和新材料都率先在 ARM 架构上得以实现。可以预见未来 ARM 架构的 CPU 在并发性能、功耗、集成度等方面都会长期保持领先优势。图图6：ARM 在移动领域占据统治地位在移动领域占据统治地位 数据来源：软银 2017 年世界大会、东吴证券研究所 ARM 是最是最活跃的体系架构生态活跃的体系架构生态。对于一些不太活跃的 CPU 架构，发行版就慢慢减少支持，甚至有不再支持的风险，由此会给软件开发、移植部署等带来诸多困难。根据从端到云基于飞腾平台的全栈解决方案白皮书数据，Linux 内核对于几种 CPU 架构的维护活跃程度（选取较新的稳定版 5.3.7 内核，分别对比了六种 CPU 架构相关代码维护活跃程度）和代码维护活跃度，由高到底依次为 ARM64（1468 次）、x86（1329 次）、PowerPC（879 次）、MIPS（310 次）、SPARC（114 次）和 ALPHA（64 次）。表表3：芯片体系架构活跃度对比芯片体系架构活跃度对比 X86 ARM PowerPC SPARC ALPHA MIPS Debian Debian 8 以后不支持 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 10/39 Ubuntu Fedora Fedora 24 以后不支持 CentOS CentOS 4.9 以后不支持 数据来源：从端到云基于飞腾平台的全栈解决方案白皮书、东吴证券研究所 图图7：对芯片架构相关对芯片架构相关 Linux 内核维护活跃度对比内核维护活跃度对比 数据来源：从端到云基于飞腾平台的全栈解决方案白皮书、东吴证券研究所 西方也在西方也在转向转向采用采用 ARMARM 架构。架构。PCPC 方面，方面，在 Mercury Research 的 2021 年第四季度PC 统计中，基于 ARM 处理器的 PC 在所有 PC 总出货销量中的占比达到了 9.5%的新高，同比增加了 6.1pct，环比增加 1.2pct。2020 年苹果旗下 MacBook 笔记本电脑、Mac 一体机和平板电脑配置的M1芯片表现出ARM架构性能的潜力和低能耗优势。服务器领域，服务器领域，华为已经于 2019 年推出基于 ARM 架构的鲲鹏 920 服务器芯片，性能对标 Intek 至强8180。英伟达也在 2020 年推出了基于 ARM 架构的 Grace 服务器芯片。信创事业发展可以更多利用信创事业发展可以更多利用 ARMARM。随着中美科技脱钩，CPU 架构也会成为博弈的焦点。ARM 架构是未来芯片主流技术方向，目前芯片领域的新工艺、新制程和新材料都率先在 ARM 架构上得以实现。可以预见未来 ARM 架构的 CPU 在并发性能、功耗、集成度、场景多样化具备明显优势。西方由于原有技术路径拖累以及现有利益冲突，较难完全拥抱 ARM 架构，中国从 0 到 1 选择布局 ARM 架构，历史包袱较小，有望借助 ARM 架构夺得 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 11/39 CPU 技术高地。2.高壁垒大赛道，寡头垄断格局高壁垒大赛道，寡头垄断格局 2.1.CPUCPU 市场规模市场规模庞大庞大，海外寡头垄断，海外寡头垄断 全球全球 CPUCPU 市场较为稳定，疫情促进桌面市场较为稳定，疫情促进桌面 CPUCPU 市场规模增加市场规模增加。CPU 的重要应用领域包括桌面和服务器，在桌面领域，2015-2018 年全球出货量增速呈现缓慢下降的趋势，但是整体出货量依然保持在 2.6 亿台/年左右。2019 年开始全球桌面出货量出现回升，2020年疫情催生全球“线上化”浪潮，全球桌面出货量较前 5 年有较大增长，达到 3.03 亿台。在服务器领域，2020 年全球服务器出货量达 1,220 万台，同比增长 3.92%。图图8：2020 年全球桌面出货量年全球桌面出货量为为 3.03 亿台亿台 图图9：2020 年全球服务器出货量年全球服务器出货量为为 1220 万台万台 数据来源：数据来源：WindWind，东吴证券研究所，东吴证券研究所 数据来源：数据来源：IDCIDC，东吴证券研究所，东吴证券研究所 2 2020020 年年国内国内桌面桌面 CPUCPU 出货量出货量约约 5 5000000 万片，服务器万片，服务器 CPUCPU 出货量出货量约约 7 70000 万片万片。根据IDC 数据，2020 年中国 PC 出货量为 4910 万台，X86 服务器出货量为 344 万台。假设平均每台 PC 用 1 片 CPU，服务器主要为双路服务器（配置 2 片服务器 CPU），则 2020 年中国桌面 CPU 市场出货量约 5000 万片，服务器 CPU 市场出货量约 700 万片。图图10：2020 年中国年中国 PC 出货量为出货量为 4910 万台万台 图图11：2014-2020 年全球年全球 X86 服务器销量占比服务器销量占比 数据来源：数据来源：IDCIDC，东吴证券研究所，东吴证券研究所 数据来源：数据来源：IDCIDC，东吴证券研究所，东吴证券研究所 2.762.602.602.592.673.03-10%-5%0%5%10%15%2.32.42.52.62.72.82.93.03.1201520162017201820192020全球桌面出货量（亿台）同比增速9719551018117911741220-5%0%5%10%15%20%0200400600800100012001400201520162017201820192020全球服务器出货量（万台）同比增速6,152 5,791 5,547 5,333 4,828 4,910 01,0002,0003,0004,0005,0006,0007,000201420152016201720192020中国PC出货量（万台）请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 12/39 图图12：2014-2025 年中国年中国 X86 服务器出货量服务器出货量 图图13：中国中国 X86 服务器路数分布情况服务器路数分布情况 数据来源：数据来源：IDC，东吴证券研究所东吴证券研究所 数据来源：数据来源：IDC，东吴证券研究所东吴证券研究所 图图14：2016-2025 年中国年中国 X86 服务器芯片出货量（万片）服务器芯片出货量（万片）数据来源：数据来源：IDC，海光信息招股说明书，海光信息招股说明书，东吴证券研究所东吴证券研究所 IntelIntel 和和 AMDAMD 两大巨头垄断全球两大巨头垄断全球 CPUCPU 市场。市场。X86 为当前全球信息化类 CPU 的主流架构，根据 Mercury Research 数据 2021 年 Q3 全球 PC 和服务器中，X86 占比超过 90%。Intel 和 AMD 作为全球信息化类 CPU 中的两大巨头，在 2021 年 Q4，Intel 占据全球 X86总体市场的 74%，AMD 占比为 26%。2021 年两大 CPU 巨头 Intel 和 AMD 营收合计超过 900亿美元。根据我们测算，根据我们测算，2 2021021 年年 CPUCPU 国产化率国产化率超过超过 1 10 0%。表表4：2021 年年 CPU 国产化率测算国产化率测算 2021 年出货量（万片）年出货量（万片）海光 56 飞腾 200 龙芯 142 兆芯 200 总市场 5762 178215237262330318344375408445484525-10%-5%0%5%10%15%20%25%30%010020030040050060020142015201620172018201920202021E2022E2023E2024E2025E中国x86服务器出货量（万台）同比增长11.3%8.4%7.4%7.6%6.6%80.0%84.7%87.0%87.7%88.8%8.4%6.7%5.3%4.5%4.5%0%20%40%60%80%100%201620172018201920201路2路4路8路(含)以上491543675645698762829903982106610.6%24.4%-4.5%8.3%9.1%8.9%9.0%8.7%8.6%-10%-5%0%5%10%15%20%25%30%020040060080010001200201620172018201920202021E2022E2023E2024E2025E中国X86服务器芯片出货量同比增速 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 13/39 国产化率 10%数据来源：2020 飞腾生态伙伴大会，公司招股书，国际电子商情，IDC，东吴证券研究所 注：这里国产 CPU 厂商仅考虑了海光、飞腾、龙芯和兆芯四家 2021 年的出货量 图图15：2021 年年 Q3 全球全球 PC 和服务器市场份额和服务器市场份额 图图16：2021 年年 Q4 全球全球 Intel 和和 AMD 市场份额市场份额 数据来源：Mercury Research，东吴证券研究所 数据来源：Mercury Research，东吴证券研究所 2.2.CPUCPU 市场的竞争要素：市场的竞争要素：性能性能和生态和生态 CPUCPU 技术迭代快速，全球技术迭代快速，全球 CPUCPU 巨头保持高研发投入。巨头保持高研发投入。CPU 行业技术壁垒较高，处理器迭代速度快，Intel 和 AMD 作为行业巨头平均每 1-2 年迭代一次，在指令集、IPC 和缓存容量等方面实现创新突破。2015-2021 年 Intel 和 AMD 研发费用率整体保持平稳，维持在 20%上下。图图17：Intel 和和 AMD 架构升级步伐架构升级步伐 数据来源：公司官网，东吴证券研究所 图图18：2015-2021 年年 Intel 和和 AMD 研发费用率一直处于较高水平研发费用率一直处于较高水平 8%5%92%95%0%20%40%60%80%100%PC服务器ARMX8674.40%25.60%IntelAMD 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 14/39 数据来源：Wind，东吴证券研究所 CPUCPU 有多个性能衡量指标有多个性能衡量指标。主频，主频，CPU 的工作频率，主频越高，CPU 的运算速度也就越快。核心核心数，数，指硬件上存在着几个核心单元，CPU 所能处理的数据和任务越多。线程线程数，数，线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，支持越多线程代表可以同时处理更多任务。多一颗核心就像多一个人，而多一个线程就多一只手。缓存，缓存，缓存是 CPU 与内存之间的缓冲地，在一定程度上，缓存容量越大越好。CPUCPU 生态包括硬件和软件生态包括硬件和软件。硬件方面，硬件方面，从指令集、IP 核，到接口、板卡、整机厂商，各个硬件环节相互认证，形成硬件合作生态；软件方面，软件方面，从操作系统、编译器、Java、.NET 等基件软件到办公软件、视频软件等上层软件，都存在相互适配，形成紧密的软件生态。CPUCPU 生态一旦形成，十分稳固。生态一旦形成，十分稳固。生态比技术更重要，历史上曾出现过一些性能优越的 CPU 产品，但都败于 Wintel 生态。CPU 生态一旦形成，就是寡头垄断格局，强者恒强。第三方厂商单靠商业手段很难打破竞争格局，只能依靠行政力量和足够大的内循环市场，才有可能成为新的世界级巨头。目前 CPU 行业由两大生态体系主导：一是基于 X86指令系统和 Windows 操作系统的 Wintel 体系；二是基于 ARM 指令系统和 Android 操作系统的 AA 体系。3.中中国国 CPU 产业发展现状：产业发展现状：国产化加快国产化加快，群雄并起群雄并起 3.1.对海外依赖性较强，国产化迫在眉睫对海外依赖性较强，国产化迫在眉睫 供应链方面，供应链方面，国产国产 CPUCPU 面临被美制裁风险。面临被美制裁风险。CPU 是信息产业中最基础的核心部件，整个软件生态架构都建立在底层 CPU 架构之上。中美两国在该领域的博弈日趋激烈，美国多次在该领域制裁中国企业。2020 年 8 月 7 日，华为表示，由于美国制裁，华为麒麟高端芯片在 9 月 15 日之后无法制造。此外海光、申威、飞腾等多家实体也陆续被美制裁。信息安全信息安全方面，方面，CPU 是信息安全重要关口是信息安全重要关口。2018 年的幽灵和熔断事件，主要影响的为云服务厂商，只能通过去 intel、Microsoft 等厂商打补丁修复，国内没有解决方案。海 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所东吴证券研究所 行业深度报告 15/39 外大厂 CPU 也可能含有未公开的指令集，留有后门，对中国信息安全造成严重威胁。3.2.国国产产 CPU 发展瓶颈：发展瓶颈：性能、生态和制造性能、生态和制造 国产国产 CPU 在性能在性能方面与国际领先水平仍有差距。方面与国际领先水平仍有差距。虽然国内桌面和服务器产品性能正在提升，尤其是海光和华为的服务器产品性能已接近国外中端产品水平，但是整体上国产 CPU 性能仍然落后于国际先进水平。表表5：国产国产 CPU 与海外产品性能对比与海外产品性能对比 国产国产 CPU 产品型号产品型号 发布时间发布时间 用途用途 内核内核 主频主频 工艺工艺 海光 7285 2020Q1 服务器 32 3.0GHz 14nm 兆芯 KX-6000 2019Q2 桌面 8 3.0GHz 16nm 鲲鹏 920-7260 2019Q1 服务器 64 2.6GHz 7nm 飞腾 S2500 2020Q3 服务器 64 2.1GHz 16nm D2000 2020Q4 桌面 8 2.3GHz 14nm 龙芯 3C5000 2022Q2 服务器 16 2.2GHz 12nm 申威 1621 2018 桌面/服务器 16 2.0GHz 28nm Intel 酷睿 i9-12900KS 2022Q1 桌面 16 5.5GHz Intel 7nm 至强铂金 8368Q 2021Q1 服务器 38 3.70GHz 10nm 数据来源：公司官网，东吴证券研究所整理 国产国产 CPU 生态构建不够完备生态构建不够完备。虽然目前国产 CPU 及其配套软硬件已在政府、国防、高性能计算机、北斗导航、网络安全、工业控制等领域得到了越来越多的应用，但是与 Wintel 和 AA 生态仍然有着较大的差距，在商用市场的应用场景比较有限。半导体制造工业能力较弱阻碍国产高制程处理器发展。半导体制造工业能力较弱阻碍国产高制程处理器发展。中国虽然已经具有能够设计高制程芯片的设计厂商，如华为海思等，但芯片制造能力较弱，半导体设备国产化率较低，芯片制造制裁成为美国遏制中国芯片产业发展的重要手段。2020 年 5 月 17 日，美国商务部 BIS 针对华为及其相关实体修订了禁令 3（外国直接产品规则），规定 9 月 15日后台积电无法再给华为供