计算机行业深度报告：信创从“芯”开始

数字底座的“底座”——CPU，决定信创底层逻辑的关键。CPU是信息产业中最基础的核心部件，指令集是计算机程序执行的基础单元功能集，是CPU产品生态体系的基石，可以分为复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC）两大类。 CPU是支撑数字底座生态架构发展的基础，也是决定信创底层发展逻辑的关键所在。 国产CPU群雄逐鹿，各显“神通”。华为鲲鹏在国产CPU中目前具备最完善的生态体系与商业化环境，自上而下全栈式打造鲲鹏计算产业。海光CPU基于成熟的x86指令框架，“类CUDA”计算环境和国际先进处理器设计技术，海光同时拥有海光CPU和海光DCU两类高端处理器产品，可以满足服务器、工作站等计算、存储设备中对高端处理器的功能需求，是目前适配难度最低、通用型较强的国产化CPU厂商；飞腾CPU与麒麟操作系统构筑国产底座“PK”体系，是基础生态体系最全面的“国家队”。中科龙芯引进消化吸收MIPS，推出了自主指令系统LoongArch，是底层自主化程度最高的国产化CPU厂商。 迎接信创从“芯”开始的大拐点。华为在“根”技术上进展正在逐步坚定重塑国产数字底座的信心，更重要的是国产CPU厂商已经进入市场可见的业绩高速成长期。海光信息2018-2021年收入规模分别为0.48/3.79/10.22/23.10亿元；龙芯中科2018-2021年收入规模分别为1.93/4.86/10.82/12.01亿元；天津飞腾2018-2021年收入规模分别为0.64/2.07/12.72/22.18亿元。 投资建议：CPU是支撑数字底座生态架构发展的基础，也是决定信创底层发展逻辑的关键所在。无论是华为在“根”技术上进展正在逐步坚定重塑国产数字底座的信心，还是国产CPU群雄逐鹿，各显神通，进入市场可见的业绩高速成长期，信创从“芯”开始的拐点已至。华为鲲鹏是目前兼具性能与技术路径、生态体系建设与市场化发展最佳的国产数字底座，建议关注其基础软件核心合作伙伴海量数据、东方通以及整机合作伙伴拓维信息、神州数码、神州信息等，海光CPU目前适配难度低、通用性最佳，建议关注中科曙光、海光信息（拟IPO）； 飞腾CPU与麒麟操作系统构筑国产底座“PK”体系，是基础生态体系最全面的“国家队”，建议关注中国长城。中科龙芯是底层自主化程度最高的国产化CPU厂商，建议关注龙芯中科（拟IPO）与芯片安全合作伙伴卫士通。 风险提示：海外贸易不确定性加剧，产品研发进展不及预期 重点公司盈利预测、估值与评级 1信创产业的数字底座——CPU 1.1CPU：现代信息工业的大脑 CPU是信息产业中最基础的核心部件。CPU是计算机的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元，是计算机的核心组成部件。CPU的本质是超大规模集成电路，用于解释计算机指令和处理计算机软件中的数据，并负责控制、调配计算机的所有软硬件资源。CPU从逻辑上可以划分为控制单元和运算单元等。 控制单元从存储单元中获取可执行的代码，通过指令译码将其转换为可执行的指令，进而运算单元基于获取的指令对存储单元中的数据进行运算。 指令集是计算机程序执行的基础单元功能集，是CPU产品生态体系的基石。 计算机的程序最终需要转化为“指令”才能在CPU上运行。按照采用的指令集，CPU可以分为复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC）两大类。其中，复杂指令集指令丰富、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；精简指令集指令结构简单、易于设计，具有较高的执行能效比。在现行主流指令集架构中，x86架构是复杂指令集的代表，而ARM架构、MIPS架构和Alpha架构等是精简指令集的代表。 表1：主流指令集对比 可搭载设备多样化，下游应用行业广泛。CPU可以应用在服务器、工作站、个人计算机（台式机、笔记本电脑）、移动终端和嵌入式设备等不同设备上，根据应用领域的不同，其架构、功能、性能、可靠性、能效比等技术指标也存在一定差异。其中，以服务器/PC为代表的场景对CPU的性能要求最高且最为全面，涵盖数据处理能力、数据吞吐能力、可扩展性、可靠性、和可维护性等方面。相比之下，移动终端与嵌入式设备则主要对功耗、可靠性等部分指标要求苛刻。CPU产品已经广泛应用到消费电子、工业电子、物联网、数据中心等领域。 1.2芯片行业市场空间广阔，市场扩容加速明显 全球集成电路市场空间广阔，我国集成电路市场增长迅猛。根据WSTS统计数据，2013年至2021年期间，全球集成电路行业市场规模由2518亿美元增长至4630亿美元，年均复合增长率为7.91%。根据CISA统计数据，2013年至2021年期间，我国集成电路行业市场规模由2509亿元增长至10348亿元，年均复合增长率为19.38%。2019年，受国际贸易摩擦的影响，全球集成电路市场规模出现负增长，而国内集成电路市场规模持续快速提升。在数据中心设备需求增加、5G商用带动各种服务扩大、车辆持续智能化的背景下，集成电路行业景气度有望持续。 图1：全球集成电路产业市场规模（亿美元） 图2：中国集成电路产业市场规模（亿元） 芯片设计市场占比持续扩大，产业发展质量逐步提升。从集成电路设计、芯片制造、封装测试三类产业结构来看，2021年，我国集成电路设计产业销售收入4519亿元，同比增长19.6%；芯片制造销售收入3176亿元，同比增长24.1%； 封装测试业销售收入2763亿元，同比增长10.1%。在我国集成电路产业持续发展的背景下，芯片设计产业规模占比逐年攀升，展现了我国集成电路产业发展质量正稳步提升。 图3：中国集成电路产业细分领域销售规模（单位：亿元） 海外厂商积累优势形成一定产业头部效应，我国自主化芯片奋起直追。集成电路产业的头部效应较为明显，以英特尔、高通为代表少数国际巨头企业占据了市场的主导地位。目前，全球集成电路市场主要由美国、欧洲、日本、韩国的企业所占据。我国集成电路产业起步较晚，但最近几年，我国集成电路产业在结构和规模两方面得到了较大提升。2010年以来，随着我国智能手机全球市场份额的持续提升以及国家对半导体行业的支持，并受益于人工智能、大数据、5G等技术的成熟和产品的普及，人才、技术、资本的产业环境不断成熟，全球半导体产业有望向中国大陆实现产业转移。 1.3“中国芯”自主化势在必行 自主化重要性日益凸显，信创产业持续前行。自2018年以来，以“中兴事件”为标志性的一系列海外贸易事件的发生，表明全球贸易不确定在加剧。自2018年年初至今，总书记已在多个场合公开发言或表态，强调自主化的重要性以及国家对相关产业的支持。工信部副部长王江平于2019年3月向媒体透露“整芯助魂”工程，《人民日报》也刊发倪光南院士文章《自主可控方得网络安全》，均反映了国家层面对于自主化的高度重视。地方层面，自2019年以来，地方政府频频发布涉及信创产业发展的鼓励政策。自2021年以来，继党政信创展开后，包括三大运营商及银行在内的金融机构持续展开国产化服务器集采，表明信创产业正在不断向行业延伸。 芯片为信创产业根本硬件基础，重要性凸显。不同于其他产业，IT基础设施国产化存在显著的“木桶效应”，在“硬件—软件—服务”链条中任何环节的国产化能力缺失将造成整个自主体系发展的停滞。芯片作为整个IT生态最底层的基础硬件，为整个计算机体系提供算力支撑，通过与上层的操作系统紧密配合，实现系统软硬件的基础调度、控制与资源支持，是整个国产化信创体系的中枢大脑，是我国软硬件国产化的根本。 图4：芯片在信创体系中的地位 政策东风阵阵吹来，为国产化芯片厂商成长保驾护航。集成电路作为信息产业的基础和核心，是国民经济和社会发展的战略性、基础性、先导性产业，国家给予了高度重视和大力支持。为推动我国集成电路产业的发展，增强信息产业创新能力和国际竞争力，国家出台了一系列鼓励、扶持政策，为集成电路产业建立了良好的政策环境。 表2：近年关于国产化芯片支持性政策梳理 2国产化芯片厂商茁壮成长，信创从“芯”开始 2.1华为鲲鹏：目前最完善的生态体系与商业化能力 2.1.1华为自主研发的全国产化高性能CPU 自主研发全国产化芯片，解决基础算力问题。鲲鹏芯片于2019年1月7日在华为深圳发布会上正式对外发布，基于ARM架构开发，是华为继移动麒麟芯片、AI昇腾芯片后，第三款自研芯片。鲲鹏芯片定位于服务器应用，其产品自研完成了华为具备优势的服务器业务自上而下的基础算力打通。 图5：鲲鹏芯片发展路径 拥抱ARM生态，与x86体系分庭抗礼。ARM是日本软银集团旗下的半导体设计与软件公司，成立于1978年，主要的产品是ARM架构处理器及相关外围组件的电路设计方案。不同于以Intel为主力的x86阵营所采用的CISC复杂指令集，ARM架构采用RISC精简指令集。经过数代产品的迭代与完善，ARM的业务逐渐成熟，在智能手机、车载智能硬件和可穿戴设备等领域表现出竞争优势。作为CPU领域的新晋玩家，华为鲲鹏芯片选择了拥抱ARM架构，在现同样功能性能占用下实现芯片面积小、功耗低、集成度更高等优势，并具备更好的并发性能。同时，依托于ARM多年积累的生态，能够很好地兼容从IOT、终端到云端的各类应用场景。 表3:x86架构与ARM架构对比 多个版本持续迭代，鲲鹏920性能卓越。根据华为官方介绍，华为从2004年开始基于ARM技术自研芯片，在通用计算处理器领域，2014年发布鲲鹏912处理器，2016年发布鲲鹏916处理器。2019年1月，华为正式发布鲲鹏920芯片。根据华为官方介绍，鲲鹏920处理器是业界第一颗采用 7nm 工艺的数据中心级的ARM架构处理器，集成最多64*自研核，支持64核、48核、32核等多种型号。华为将鲲鹏芯片用于自身服务器，并用来搭建自身的数据中心业务。 图6：华为鲲鹏920处理器性能 鲲鹏芯片多向出击，鲲鹏930芯片值得期待。华为鲲鹏处理器是华为自主研发的基于ARM架构的企业级系列处理器产品，包含“算、存、传、管、智”五个产品系统体系。为了保证鲲鹏计算产业的可持续演进，鲲鹏处理器从指令集和微架构两方面进行兼容性设计，确保既可以适应未来的应用和技术发展演进的需求，又能后向兼容。参考华为鲲鹏芯片的发展路径规划，鲲鹏次时代芯片930芯片将有望进一步迭代，并在服务器和PC两个方向进一步出击。 图7：华为鲲鹏芯片产品体系演进 2.1.2协同生态伙伴持续壮大，产业链有望复苏 自上而下全栈式打通，打造鲲鹏计算产业。华为作为鲲鹏计算产业的一员，已经掌握Arm64处理器核、微架构及芯片设计相关技术，并拥有Armv8永久架构授权，在此基础上发展了鲲鹏系列处理器。鲲鹏计算满足高性能、低功耗、低延时的绿色计算要求，同时又有中国电子技术标准化研究院、Arm中国、华为等行业巨头的支持，为发展鲲鹏计算产业提供技术和商业基础。鲲鹏计算产业是基于鲲鹏处理器构建的全栈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，充分与华为已有的包括openEuler、openGuass、TaiShan服务器内在的自主化软硬件体系结合。 图8：鲲鹏计算产业体系架构 立足数据中心业务，以Taishan服务器为标杆打造鲲鹏服务器体系。目前在先进的大规模数据中心中，服务器成本占比持续提升。根据华为官方数据，以华为云数据中心为例，服务器成本占比已超过60%，计算正在成为数据中心的主体。TaiShan200服务器是华为新一代数据中心服务器，基于华为鲲鹏920处理器，适合为大数据、分布式存储、原生应用、高性能计算和数据库等应用高效加速，旨在满足数据中心多样性计算、绿色计算的需求。TaiShan 200服务器仅为华为基于鲲鹏芯片所打造的自有服务器产品，鲲鹏通用计算平台事实上提供基于鲲鹏处理器的TaiShan服务器、鲲鹏主板及开发套件。硬件厂商可以基于鲲鹏主板发展自有品牌的产品和解决方案；软件厂商基于openEuler开源OS以及配套的数据库、