国产cpu进展「cpu性能过剩的时代」

（报告出品方/作者：东吴证券，王紫敬、王世杰）

1. CPU：计算机核心

1.1. CPU 的定义和分类

CPU 是计算机的运算和控制核心。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。

CPU 按用途可分为桌面、服务器、移动端 CPU 和嵌入式 CPU。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。

CPU 按照指令集可分为 CISC（复杂指令集）和 RISC（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。

1.2. CPU 的发展历史：走向高制程、多核、新 IP 之路

自 1971 年 Intel 推出了世界上第一款微处理器 4004 至今，全球 CPU 的发展历程 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。

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%。

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。 IP 降低 CPU 芯片设计难度。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。

1.3. CPU 架构演进：ARM 大有可为

当前 X86 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。

ARM 是最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）。

西方也在转向采用 ARM 架构。PC 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， 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 ARM。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CPU 技术高地。

2. 高壁垒大赛道，寡头垄断格局

2.1. CPU 市场规模庞大，海外寡头垄断

全球 CPU 市场较为稳定，疫情促进桌面 CPU 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%。

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。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。

Intel 和 AMD 两大巨头垄断全球 CPU 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，2021 年 CPU 国产化率超过 10%。

2.2. CPU 市场的竞争要素：性能和生态

CPU 技术迭代快速，全球 CPU 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。

CPU 有多个性能衡量指标。主频，CPU 的工作频率，主频越高，CPU 的运算速度也就 越快。核心数，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 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。 CPU 生态包括硬件和软件。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，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。 CPU 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. 中国 CPU 产业发展现状：国产化加快，群雄并起

3.1. 对海外依赖性较强，国产化迫在眉睫

供应链方面，国产 CPU 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。 信息安全方面，CPU 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. 国产 CPU 发展瓶颈：性能、生态和制造

国产 CPU 在性能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。

国产 CPU 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。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货，华为只有向 BIS 申请许可才能再出口。

3.3. 国产 CPU 市场群雄逐鹿，六大 CPU 厂商各具特色

信创产业的本质是发展国产信息产业，CPU 是信创产品中最重要的环节。中国的 信创产业发展是中国乃至全球信息产业一次格局重构，其过程就是中国基础软硬件厂商 的崛起，这已经不仅仅是对 wintel 架构安全与否的质疑，更是要发展中国 IT 产业完整 的产业链和核心竞争力。CPU 是信息产业的基础硬件底座，是整个信创产品中最重要的 环节，整个软件生态架构都建立在底层 CPU 架构之上。信创加快推进，CPU 国产化先 行。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。

国内六家均实现自主可控。六家国产 CPU 厂商均进入信创名录，获得工信部自主 可控的认可。六家 CPU 国产厂商模式各具特点，主要分为三类，第一类是龙芯和申威， 二者原先海外授权方均停止授权，切换到了自研指令集，无海外授权纠纷风险。第二类 是飞腾和鲲鹏，拥有 ARM 架构永久授权。第三类是海光和兆芯，与海外成立合资公司， 获得 X86 技术授权。

各家 CPU 生态构建有所差异。海光和兆芯凭借 X86 架构拥有最强生态，能够兼容 目前存在的数百万款基于 X86 指令集的系统软件和应用软件；鲲鹏和龙芯基于 ARM 架 构，ARM 在移动端一家独大，逐步向桌面和服务器延伸，生态建设较为繁荣。龙芯和 申威从 MIPS 和 Alpha 转向自主指令集，逐步构建自主生态。 国产 CPU 性能参差不齐，逐步向国际主流水平逼近。不同指令集架构下部分产品参 数如核心数、超线程对产品性能影响程度不同，海光 7285 可对标 Intel 在 2020 年发布 的铂金级旗舰芯片，鲲鹏 920 可对标 Intel 在 2017 年发布的 Xeon Platium8180，兆芯 的开胜 KH-30000 可对标 Intel 在 2017 年发布的酷睿 i5，飞腾 S2500 可对标 Intel 在 2016 年发布的至强 E5，龙芯 3C5000 性能基本与典型 64 核 ARM 相当。

市场格局方面，六家各自在不同市场具有优势。党政信创方面，2021 年，党政信创 招标中我们预计飞腾市占率最高，龙芯位居第二。行业信创方面，重要行业客户对 IT 基 础架构偏好 X86，其中行业信创的 PC 端以兆芯为主；服务器领域现阶段只有海光和鲲 鹏两家可以提供满足性能需求的产品，因为行业客户要求避免单一供应商依赖，因此海 光和鲲鹏在市场份额上基本维持五五开的局面。 国产 CPU 定价与性能和市场定位有关。海光信息定位于高端服务器的 7000 系列 2021 年均价高达 8574 元，而定位于较低端应用场景的 3000 系列，均价仅 1046 元。龙 芯中科定位于工控领域的芯片 2021 年销售均价仅 296 元。飞腾 2021 年在党政信创市场 占有较大市场份额，我们测算，2022 年 8 月，桌面 CPU D2000 均价约为 2000 元，服务 器 CPU S2500 均价约为 6750 元。

3.4. 边际变化：信创推进加快，国产化产线突破

3.4.1. 信创事业发展规划

党政信创产业规模逐年递增。规模和节奏上，完成党政领域部委省市级别的电子公 文交换系统的国产化替换之后，县乡级别电子公文交换系统、以及电子政务系统的国产 化会紧密衔接。党政信创分为两部分，除了电子公文交换系统外，还有电子政务系统， 后者的替换规模远大于前者。

行业信创强调增量替换。行业信创从已经实施的节奏来看，都是围绕新增采购提国 产比例要求，并没有主动进行存量替换。未来任务是能替尽替，现阶段要求是办公系统 能替尽替，业务系统优先采购信创产品。预计 2022 年是行业信创大年，2023 年行业信 创将迎来放量。

3.4.2. 需求端：CPU 信创市场空间广阔，节奏即将加快

信创分为行业信创和党政信创，信创 CPU 主要用在 PC 和服务器上。

PC 端： 党政信创市场 PC 存量广阔。测算方法一，党政信创除了公文系统之外还有政务系 统和事业单位。根据人力资源与社会保障事业发展统计公报数据，我国有 700 多万公务 员与 3000 多万事业编制人员（未计算离退休人员），假设公务员每人都配备至少 1 台 PC、同时还有约 300 万台内网终端、2/3 的事业编制人员配备 PC 计算，党政行业对应 约 3000 万台存量 PC。测算方法二，在最低使用年限 6 年的前提下，在最近的折旧周期 内政府行业历年 PC 采购数量之和即其存量规模：党政行业近年平均 PC 采购量接近 500 万台，党政行业的 PC 保有量接近 3000 万台。假设每台 PC 配置一片 CPU，则党政信创 存量 PC CPU 市场规模为 3000 万片，按照 6 年折旧计算，平均每年采购 500 万片。 行业信创 PC CPU 市场规模远超党政。测算方法一，商用市场中，我们假设每年 40%下游需求来自关基行业，对应约 1200 万台 PC，按 5 年折旧则重要行业客户存量 PC 达到 6000 万台。测算方法二，过去 5 年重要行业的服务器平均年采购量约为 120 万台， 按照 10:1 的 PC:服务器数量，预计重要行业信创对应 PC 存量规模亦为 6000 万台，假设 每台 PC 配置一片 CPU，则重要行业信创 PC 存量是规模为 6000 万片。行业信创市场 规模约为部委省市级别电子公文交换系统市场的 10 倍，是整个党政行业市场的 2 倍。

服务器端： 信创服务器市场行业分布和存量规模。中国服务器市场下游行业分布较稳定，大致 可以拆分为互联网 40%，党政 15%，金融 电信 25%，其他行业 20%。根据 IDC 测算， 2020 年中国服务器市场出货量为 350 万台，预计 2020-2025 年市场规模复合增速将达到 12.5%。 行业信创对服务器需求量大幅提升。根据 IDC 数据，2020 年中国 X86 服务器出货量约为 344 万台，其中政府和互联网出货量为 40/147 万台，剩余为行业信创，出货量为 158 万台，远超政府市场的 40 万台。行业信创中电信、金融 2020 年出货量分别为 40/32 万台，占整个行业信创出货量的 46%。2021 年，根据 IDC 数据，中国 X86 服务器市场 主要为双路服务器，即每台服务器配置 2 片 CPU，则 2021 年，党政信创服务器 CPU 出 货量约为 80 万片，行业信创服务器 CPU 出货量约为 316 万片。

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

流片生产工艺与境外仍有较大差距。例如中芯国际 14nm 生产工艺正在成熟，但与 国际最先进的 7nm、5nm 工艺仍存在代差，且去美化难度较高。并且中芯国际的 14nm 工艺也需要用到大量美国专利和技术，华为被“卡脖子”，主要就是在先进流片工艺环 节。 28nm 制程芯片可以满足大部分领域国内发展需求。28nm 是芯片领域成熟制程与 先进制程的分界点，28nm 除了对功耗、尺寸要求比较苛刻的手机、电脑芯片，已能满 足当前市场上的大部分需求，像是物联网、家电、通信、交通、航空航天等领域的工业 制造。这意味着一旦完全掌握 28nm 芯片制造技术，我们在很多领域就能满足国内发展 所需。

芯片产业链关键环节大多已实现国产化。目前不仅中芯国际已经掌握了 28nm 的量 产能力，华虹半导体也在 2018 年实现了 28nm 芯片的量产，具备量产运营能力。实际上 就目前业界推进情况来看，几乎所有环节（除了光刻机），都已经有 28nm 技术的国产设 备和材料处于生产线验证阶段。相信通过 1-2 年左右的努力，我国完成一条 28nm 的芯 片去美化产业链是完全可以实现的。外部的强压力反而会是一剂强心针，让国内产业链 齐心共同推进，让终端用户的国产化需求被动提速，国内在基础 IT 赶超追平只是时间 问题。 国产芯片产能问题迎来曙光。在中兴、华为事件后，全球也掀起了一股“缺芯潮”， 华为明确表态将开始走 IDM 模式，逐步开始自研自产芯片，构建国产化芯片生产产线。 如果华为国产化芯片生产产线能够建设成功，国产 CPU 六大厂商代工制造环节将迎来 新突破，这对于国内芯片产业的发展具有阶段性的意义。

2022 年鲲鹏生态有望崛起。鲲鹏计算产业是基于 Kunpeng 处理器构建的全栈 IT 基 础设施、行业应用及服务，包括 PC、服务器、存储、操作系统、中间件、虚拟化、数据 库、云服务、行业应用以及咨询管理服务等。华为作为鲲鹏计算产业的成员，聚焦于发 展 Kunpeng 处理器的核心能力。上下游厂商基于 Kunpeng 处理器发展自有品牌的产品 和解决方案，最终形成具有全球竞争力计算产业集群。为了争取更多市场，打造鲲鹏生 态，2022 年华为会增加对下游整机厂商鲲鹏芯片的供应。

4. 六大国产 CPU 厂商盘点

4.1. 海光：国产 X86 龙头，CPU 和 DCU 双轮驱动

4.1.1. 基于 AMD 技术授权，信创、商业市场两开花

海光通过子公司持有 AMD 永久授权。AMD 和 Intel 之间存在 X86 架构交叉授权协 议。2016 年，AMD 与海光共成立了两家合资公司——一家是成都海光微电子公司， AMD 占股 51％，中方占股 49％，另外一家是成都海光集成电路设计公司，AMD 占 股 30％，中方占股 70%。两家公司分工不同，海光微电子公司受让和使用 X86 处理器 核相关技术，负责海光处理器核相关技术的开发；海光集成负责海光处理器外围相关技 术的开发，该部分技术不会涉及到 Intel 和 AMD 交叉授权协议。

公司的主营产品包括海光通用处理器（CPU）和海光协处理器（DCU）系列。公司 CPU 产品主要分为 7000、5000 和 3000 系列，主要应用于服务器和工作站。7000 系列 主要应用于高端服务器，主要面向数据中心、云计算等复杂应用领域。5000 系列主要面 向政务、企业和教育领域的信息化建设中的中低端服务器需求。3000 系列主要主要应用 于工作站和边缘计算服务器，面向入门级计算领域。海光 DCU 属于 GPGPU 的一种， 主要为 8000 系列，主要部署在服务器集群或数据中心。 2021 年公司首次实现盈利，2022 年前三季度营收维持高增。2018-2021 年，海光营 收增长 47 倍，并于 2021 年公司首次实现盈利。主要系公司产品成熟，市场需求增加较 快以及公司 DCU 产品实现规模销售，受到客户认可。2022 年 1-9 月，公司营收预计 约为 36.70 亿元至 40.80 亿元，同比增长 170%至 200%；归母净利润预计为 6.10 亿元至 7.00 亿元，同比增长 392%至 465%；扣非归母公司净利润预计为 5.60 亿元至 6.40 亿元， 同比增长 591%至 690%。随着公司营收规模不断增大，规模效应显现，毛利率和归母净 利率有望逐步提升。

公司是国内唯一的信创、商业市场两开花的芯片公司。公司营收下游构成多元，2021 年，公司营收构成中，不但有电信、金融、交通等行业信创客户，也有互联网等商业市 场客户。海光已经在信创、商业市场同时得到客户认可，实现大规模出货，基于此，我 们认为海光的市场空间天花板不仅仅只是信创市场，而是整个中国市场。

4.1.2. CPU 性能生态国内领先，DCU 打开新空间

海光 CPU 兼容 X86 架构，具有业界第一的产业生态支持。海光 CPU 系列产品兼 容 X86 指令集以及国际上主流操作系统和应用软件。微软公司和英特尔公司各自凭借 自身规模效应和技术优势，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。Wintel 技术联盟基于 X86 架构优化各类软件应用，使得 x86 架构具有显著的产业生态优势。在操作系统领域，Windows 和 Linux 均兼容 X86 架构； 在应用软件方面，几乎所有应用软件兼容 X86。国内机构原先大多采用 X86 架构产品， 使用海光产品可以实现上层应用无缝切换，减少迁移成本，迁移风险较小。 产品性能在国内处于领先地位，逐步缩小与国际领先水平差距。对比国内产品，海 光 CPU 在超线程、内存、内存通道数、PCIe 等指标上均优于或等于其余五家国内 CPU 厂商，总体性能在国内处于头部水平。对比海外产品，选取与海光 7295 同期发布的 Intel 在 2020 年的 6 款至强铂金系列产品，综合比较处理器市场定位、核心数量、产品售价 等因素，海光比 Intel 的高端产品最高端的性能有所差距，但跟主流的产品基本上相当， （占据主要市场份额的金牌和银牌产品）。

展望未来，海光四号、五号产品将逐步追赶上国际领先水平。海光三号性能比二号 提升了 45%，进一步缩小与海外差距。正在研发的海光四号性能介于 Intel 正在销售的 Ice Lake 以及在 2023 年或者后年发布的 SuperAPI 的产品之间，也介于 AMD 的 Zen3 和他 2023 年要发布的 Zen4 的性能之间，2022 年初完成了流片，性能是海光 1 号的 10 倍。已经开始研发的海光五号的性能预期也会同 Zen4 以及 Intel 的 super API 的性能相 当。

DCU 已经实现批量出货，迎来第二增长曲线。海光 DCU 以 GPGPU 架构为基础， 兼容通用的“类 CUDA”环境，主要应用于计算密集型和人工智能领域。2021 年公司 DCU 深算一号实现规模化出货，实现收入 2.4 亿元，营收占比 10%。第二代产品深算二 号处于研发阶段，后续随着下游需求增加以及公司产品迭代，营收占比有望进一步提升。

4.2. 兆芯：X86 双雄之一，行业信创迎来机遇

4.2.1. 具备 X86 知识产权，产品矩阵齐全

兆芯是全球少数具备 X86 知识产权的公司。上海兆芯系于 2013 年由威盛与隶属于 上海市国资委的上海联和投资公司所合资成立，威盛持股 20％，上海国资委持股 80%。威盛与 Intel 交叉授权协议，拥有设计、生产 X86 芯片权利。兆芯专注 x86 处理器研发， 技术授权来自威盛。2020 年 10 月 26 日，威盛作价 2.57 亿美元将部分 X86 技术出售给 兆芯，兆芯拥有了部分 X86 技术产权。 兆芯已经形成 PC 处理器和服务器处理器两大产品系列。自成立以来，兆芯同时掌 握中央处理器、图形处理器、芯片组三大核心技术，具备相关 IP 自主设计研发的能力 已成功研发并量产多款通用处理器产品，并形成“开先”PC 处理器和“开胜”服务器处 理器两大产品系列。

4.2.2. 桌面 X86 CPU 龙头，充分受益于行业信创

兆芯 X86 CPU 产品性能优异。兆芯 2019 年推出的最新的 KX-6000/KH-30000 CPU。 根据中国软件评测中心的测试结果，开先 KX-6000 系列处理器/开胜 KH-30000 系列处理 器单芯片性能已经达到了 7 代 i5 的同等水平，桌面应用体验大幅提升。 拥有 X86 最强生态。兆芯兼容全球最主流的 X86 架构。开先 KX-6000/开胜 KH-30000 系列处理器均通过了 Windows 硬件认证，对 Windows 7、Windows 10、中科方德、中标 麒麟、普华等国内外主流操作系统进行了适配，从多方面保证了产品的稳定性、可靠性 和兼容性。 兆芯行业信创 PC 首选芯片。行业客户原先多采用 X86 架构产品，客户选择兆芯产 品替换风险较小。兆芯已经在电信、金融等多个行业取得中国工商银行、中国农业银行 等头部客户认可。2021 年，我们预计兆芯 X86 CPU 在桌面市场份额较高。基于海光没有 取得桌面 X86 授权，我们预计未来公司在行业信创 PC 端会保持较高市场份额。

4.3. 飞腾：CEC 旗下 PK 体系，党政信创霸主

4.3.1. 获得 ARM 永久授权，产品不断迭代

飞腾信息技术有限公司（简称“飞腾公司”）是国内领先的自主核心芯片提供商。 飞腾 CPU 产品具有谱系全、性能高、生态完善、自主化程度高等特点，目前主要包括高 性能服务器 CPU（飞腾腾云 S 系列）、高效能桌面 CPU（飞腾腾锐 D 系列）、高端嵌入式 CPU（飞腾腾珑 E 系列）和飞腾套片四大系列，为从端到云的各型设备提供核心算力支 撑。

飞腾拥有 ARMv8 指令集架构永久授权，已经实现自主设计。飞腾系列处理器拥有 ARMv8 指令集架构的永久授权，包括 CPU 计算模块（内核）在内的代码部分均为自主 研发完成，已经实现芯片中所有模块的自主设计。目前主要包括高效能桌面 CPU、高性能服务器 CPU 和高端嵌入式 CPU 三大系列，为从端到云的各型设备提供核心算力支撑。

4.3.2. 性能生态领先，PK 体系提前锁定信创市场份额

飞腾对海外授权和流片的依赖有限。在高度全球化的当下，美国不会轻易进行极端 制裁。而就 ARM 的未来授权而言，即便面临断供，天津飞腾已经掌握的指令集架构仍 然可以正常使用，而且有广阔的国内市场加持，飞腾 CPU 仍然可以获得快速发展。 飞腾 CPU 性能不断提升。飞腾基于 ARM 架构不断迭代自有产品，公司最新产品 为 2021 推出的 S2500。

党政信创行业市占率第一名。2020 年，在党政信创招标中，龙芯由于性能较弱占比 较低，鲲鹏受限于供应链，因此飞腾份额提升较快，市占率超过 45%。CEC 集团采取以 投资换市场、以产业集群带动信创产业的市场营销，在与华为、中科院产品体系的竞争 中成为黑马。2021 年，党政信创招标中我们预计飞腾市占率最高，龙芯位居第二；飞腾 成为党政信创市场最大赢家。

业绩实现大幅增长，目标营收超百亿。飞腾 2021 年实现营收 22 亿元，相比 2019 年增长 9 倍，实现净利润 6.5 亿元，净利率高达 30%。展望未来，根据《从端到云基于 飞腾平台的全栈解决方案白皮书》，在研发方面，未来 4~5 年将投入超过 150 亿元用于 新品研发、生态建设和区域客户保障；人力方面，计划 2024 年团队规模扩大到 3000 人 以上。以百万、千万供货为目标提升产品交付能力，目标到 2024 年实现年营收超过 100 亿元。

4.4. 鲲鹏：最强 ARM CPU 芯片，国产线打通王者归来

4.4.1. 华为计算生态底座，提供全品类服务

华为聚焦 Kunpeng 处理器研发，带动各厂商发展。Kunpeng 处理器基于 Armv8 架 构永久授权，处理器核、微架构和芯片均由华为自主研发设计。华为作为鲲鹏计算产业 的成员，聚焦于发展 Kunpeng 处理器的核心能力，构筑 Kunpeng 处理器的业界领先地 位，为产业提供算力底座。上下游厂商基于 Kunpeng 处理器发展自有品牌的产品和解决 方案，和系统软件及行业应用厂商一起打造有竞争力的差异化解决方案。 鲲鹏芯片基于华为强大生态，为客户提供全品类服务。华为鲲鹏计算产业生态繁荣，基于“硬件开放、软件开源、使能伙伴、发展人才”的生态发展策略，合作伙伴多达数 千家。相比于其他国产 CPU 厂商，华为不仅仅能够提供 CPU 硬件产品，还能够提供数 据库、操作系统、华为云等一系列产品，为客户提供“全家桶”服务。

4.4.2. 全球最强 ARM，流片问题有望解决

鲲鹏 920 性能可比 Intel 至强（Xeon）8180，满足中高端市场需求。华为 2019 年 1 月对外发布鲲鹏 920 处理器，是业界最高性能 ARM-based 处理器，采用国产芯片唯 一、最先进的 7nm 工艺，集成 64 个核心。在 SPEC 测试中，48 核的鲲鹏 920 与 Intel 至强 8180 的性能相当，功耗低 20%，而 64 核的测试性能要优于至强 8180。Intel 至 强 8180 是 Intel 于 2017 年 Q3 推出的至强铂金系列产品，定位于高负荷的云端计算。总 体来看，鲲鹏 920 满足除互联网等高性能要求场景外的中高端市场需求，如金融、电信 等行业信创需求。

鲲鹏 920 是全球最强 ARM 芯片。2020 年 6 月，麒麟软件发布基于华为鲲鹏 920 7260 CPU 和银河麒麟操作系统 V10 的全球首个 ARM 架构 SPEC CPU2017 测试报告（鲲 鹏 920 当期排名全球第 11）；2020 年 11 月，麒麟软件再次更新发布基于鲲鹏 920 4826 集群的银河麒麟云 SPEC Cloud IaaS 2018 最新测试结果，取得全球第一的成绩。 我们预计 2022 年国产 28nm 产线有望调通，鲲鹏流片问题有望解决。同时，我们 预计 2022 年是行业信创大年，2023 年行业信创有望迎来快速增长，如果鲲鹏产能问题 得以解决，鲲鹏有望迎来快速发展。

4.5. 龙芯：转向自研指令集，布局信创和工控

4.5.1. 国产 CPU 设计标杆，聚焦工控和信息化

国产 CPU 设计领跑者之一，步入完全自主研发新阶段。龙芯中科技术有限公司成立于 2008 年，坚持自主研发 CPU 芯片，采用 Fabless 模式，构建了独立于 Wintel 和 AA 体系的信息技术体系和产业生态。龙芯中科自研发初期即选择基于开放度较高的指令系 统并结合自研的模式，形成了 MIPS 兼容指令系统 LoongISA，2018 -2020 年，公司销售 的主要产品基于 MIPS 指令系统。经过十余年的技术积累，龙芯中科于 2020 年推出了 自主指令系统 LoongArch（龙芯架构），进入了国产化的新阶段。

主要产品为信息化类和工控类芯片。龙芯中科主要产品与服务包括工控 MCU、SoC 和信息化 CPU 处理器、配套芯片产品与基础软硬件解决方案。信息化类主要指桌面和 服务器产品，工控类主要指嵌入式专用设备、工业控制与终端等。龙芯 1 号系列、龙芯 2 号系列主要面向工控类应用；龙芯 3 号系列主要面向信息化应用，其中部分面向高端 工控类应用。配套芯片包括桥片及正在研发尚未实现销售的电源芯片、时钟芯片等，在 工控类和信息化类领域均有应用。解决方案业务细分为硬件模块和技术服务两个部分。 硬件模块业务的主要产品为基于龙芯处理器的开发板和验证模块。技术服务业务主要是 公司提供的基于龙芯处理器的系统产品开发服务，目的是支持客户使用龙芯处理器。

关键信息基础设施领域需求提升推动营收快速增长。龙芯中科 2020 年信息化类芯 片销售快速增长，主要系 2020 年党政信创市场需求提升；2021 年营收为 12.01 亿元， 同比增加 10.99%，相比 2020 年增速放缓，主要系党政信创市场规模增速放缓以及信息 化类芯片新系列切换到新指令系统 LoongArch，需要一定磨合时间。

信息化类芯片为营收主要来源，工控类芯片营收增速加快。由于新产品愈加符合关 键信息基础设施领域的应用需求，2018-2020 年信息化类芯片收入占比逐年上升。2021 年信息化类芯片向使用 LoongArch 指令系统切换，短期客户磨合导致销售收入下滑。工 控类芯片在已进入市场成熟阶段的行业领域，客户需求保持稳定增长，2021 年增速加快， 主要系在关键信息基础设施领域，随着政策的有力推动，客户对已在成熟行业应用的工 控类芯片的需求增加，同时基于工控类芯片拓展开发的新解决方案陆续完成，带动了公 司产品销量增加。

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

区别于国内其他 CPU 设计企业多数采用的 IP 核授权或指令系统授权模式，龙芯 是国产 CPU 设计厂商中从指令集、IP 核、操作系统等基础软件均实现自主研发的企业。

CPU 产品性能国内领先，逐步缩小与海外差距。基于 LoongArch 指令系统的龙芯 3A5000 已于 2021 年 5 月形成销售；2022 年 6 月发布的龙芯 3C5000 处理器为 16 核的 服务器处理器，峰值性能与典型 ARM 64 核处理器的峰值性能相当，并支持最高 16 路 互连；此外 3A6000 的仿真跑分比 3A5000 系列提升了 30%，浮点性跑分相比 3A5000 系 列提升了 60%，逼近商用领域市场主流产品水平。

工控领域的先入效应奠定了行业优势。工控市场具有自主性要求高、生态壁垒小 的特点，比较适合龙芯产品推广，成为公司早期产品的主要应用领域。工控类芯片对 安全性、可靠性较高，需要企业理解工业需求，具有较高行业认知壁垒。一般企业进 入工控市场需要 5-10 年，进入后需要保障 10-20 年的服务，市场壁垒高、客户粘性 强，龙芯团队 2006 年就开始在涉及安全的工控领域拓展，是国产 CPU 厂商中，唯一 布局工控领域的厂商，现在已具有抓住工控平台化机遇的能力。 工控产品广泛应用于多个领域。龙芯工控类芯片产品主要应用于关键信息基础设 施领域的控制和通讯系统。国内已有上百家主要工控和网络安全设备厂商推出了基于 龙芯 CPU 的工控和网安产品，包括工业 PC、工业服务器、工业存储设备、DCS、 PLC 等。龙芯相关产品已经在发电、轨道交通和船舶运输控制系统等领域形成规模化 应用或开展应用验证。龙芯通过积累十几年的经验做出了世界上领先的工控实时操作 系统的图形系统，且具备能力将其进一步平台化。

4.6. 申威：技术完全自研，专用领域 CPU 龙头

4.6.1. 由 Alpha 转向自研，从超算走向通用

源于专用领域，超算性能全球第一。为解决在国防和网络信息安全无“芯”可用的 困境，国家于 2003 年创建国家高性能集成电路（上海）设计中心，负责对国产自主可 控芯片进行设计开发，并将芯片命名为“申威”。2006 年设计出具有自主微结构的申威 1，从此申威走上了自研指令集的道路。2016 年，搭载了申威 SW26010 神威•太湖之光的 超级计算机获得全球第一名，其软件硬件均由申威自主设计。同年，成都申威科技有限 责任公司成立，主要从事对申威处理器的产业化推广。

已形成多线程处理器、单核处理器、多核处理器三大产品线。多线程处理器方面， 公司产品为申威 26010，主要用于超算。单核处理器方面，公司产品为申威 111，产品 已达到国军标 B 级标准，可以面向军工、工控等领域应用。多核处理器方面，公司具有 221、411、421/421M 等一系列产品，满足桌面和服务器领域需求。

4.6.2. 性能稳定安全，专用领域首选芯片

性能稳步提升。在服务器领域，浮点运算算力相比于同期外国处理器毫不逊色。申 威在研的 432、443 将分别采用第四代、第五代申威核心，综合性能将分别达到同期国 际主流桌面 CPU 的 60%和 80%。此外，申威在研的 3232 为 32 核 CPU，主要面向云计算、 大数据领域，综合性能预计为同期英特尔主流服务器 CPU 的 60%-70%。 技术安全，是专用领域首选。作为专用领域的 CPU 供给商，出于安全性能以及知识 产权角度，申威在研发出第一代基于 Alpha 指令集的 CPU 后，开始将指令集替换为自研 的自主可控的申威 64 位指令集。因此，基于完全自主指令集架构的申威 CPU 研发能力 不受美国制裁的限制和威胁，产品经过军工认证，可以为军队、党政机关等高机密、关 键行业持续稳定提供支撑。 自主国产生态逐步构建。国产处理器得以推广应用的关键在于生态的丰富与否。为 应对这一问题，申威推出了自研的操作系统，实现了从处理器到操作系统，在到上层应 用软件的国产化。现阶段而言，拥有了超强的硬件，数据处理和平台网络安全产品，申 威CPU将大力发展各类申威处理器应用的研究和各种软件的适配，旨在打通行业上下游， 建立起完全自主可控的产业生态。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。系统发生错误