头豹词条报告系列：微处理器芯片

微处理器芯片行业分类 按照应用领域的不同，微处理器芯片可分为CPU、MCU和DSP。CPU指中央处理器，根据使用功能可具体 分为MPU、GPU和APU。MCU指单片机，是一种集成CPU、存储器和其他接口等的芯片级计算机。DSP是专用 于处理算法任务的数字信号处理芯片。 按照应用领域分类 CPU（Central Processing Unit）指中央处理器，是计算机系统的运算和控制核心，是信息处理的最终执行单元。在微处理器芯片领域，根据不同的使用功能，CPU可分为MPU、GPU和APU。MPU（Micro Processing Unit）指通用高性能微处理单元，该单元能够产生控制信号并对相应的部件进行控制。MPU包括三个部分，分别是运算器、控制器和寄存器，这三部分分别起到算术运算、指挥控制、存放数据的作用。 CPU GPU（Graphics Processing Unit）指图形处理单元，别名显示核心、视觉处理器，是一种专用于PC、游戏机和移动设备等的图像运算芯片。APU （Application Processor Unit）指应用处理器芯 片，是指在低功耗中央处理器基础上扩展音视频功能和专用接口的超大规模集成电路，在智能设备中起到运算和调用其他功能构建的作用。 微处理器芯片分类 MCU（Micro Controller Unit）指微控制单元，别名单片机，是把中央处理器的频率和规格做适当缩减，并将CPU、RAM、ROM、定时计数器和包括USB、A/D转换在内的多种I/O接口集成于单一芯片的微处理器。MCU的I/O接口根据具体应用场合不同而有所变化。按照位数分类，MCU可分为4位、8位、16位、32位和64位，位数越高，MCU芯片的运算能力越强。 MCU DSP（Digital Signal Processor）指数字信号处理芯片，该类芯片专用于数字信号处理任务，可即时处理资料。DSP芯片内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，可快速实现各种数字信号处理算法。DSP芯片是通信、计算机、消费电子等领域的基础器件之一。 DSP 微处理器芯片应用场景丰富 通用型微处理器芯片、专用型微处理器芯片和微控制器均有较为广泛的应用场景，下游市场庞大。 以通用型微处理器芯片为例，CPU/MPU可应用于服务器、工作站、个人计算机、移动终端和嵌入式设备等多个领域。服务器一般使用20核以上的CPU处理器，服务器的关键应用场景有电信、金融、教育、税务、 电力、公安、社保等。工作站一般使用10核以下的处理器（工作站是高档次专用电脑的总称），工作站的关键应用场景包括图形工作站和计算工作站。个人计算机一般使用10核以下的处理器，具体应用场景包括 台式PC电脑、笔记本电脑等。移动终端一般使用10核以下的处理器（4核、8核居多），具体应用场景包括手机、平板电脑、智能电视、POS机等。嵌入式设备针对不同的应用场景使用不同规格的处理器，如智能 汽车、物联网设备、工业控制系统等。 微处理器芯片呈现周期性波动的特征 微处理器芯片行业具有高低波动循环的库存周期特征。 库存错配是微处理器芯片行业周期性波动的主要原因。一个完整的库存周期包括被动去库存、主动补库 存、被动补库存和主动去库存四个阶段。在被动去库存阶段，微处理器芯片需求量增大导致产品供不应求，库存持续减少，微处理器芯片价格开始上升。在主动补库存阶段，产能供给增加，供不应求的局面开 始改变但需求仍大于供给，微处理器芯片价格增速放缓。在被动补库存阶段，供大于求，新增产能逐渐形 成库存，微处理器芯片价格开始下跌。在主动去库存阶段，供给厂商由于微处理器芯片价格下跌盈利能力持续恶化，部分产能退出市场导致整体供应量减少，库存开始下降。 国产微处理器芯片与国际主流产品存在差距 英特尔、AMD等国际头部企业微处理器芯片在制程工艺方面领先于国产微处理器芯片。 以国内外厂商近几年代表性微处理器芯片产品为例，Intel在2020年发布的Xeon6354处理器芯片制程节点 为10nm，AMD在2020年发布的EPYC7542处理器芯片制程节点为7nm，而海光、兆芯、飞腾、申威等中国公司近几年生产的CPU制程节点在12nm以上。制程节点的差异意味着国产CPU仍无法与英特尔、AMD 等海外巨头在高端芯片领域直接展开竞争。 [3] 1：大柳树防务，架构师技… 微处理器芯片发展历程 1956年至1976年是中国微处理器芯片行业萌芽期。在萌芽期，世界第一块微处理器芯片诞生，微处理器芯片的概念逐步传入中国。1977年至2013年是中国微处理器芯片行业启动期。在启动期，中国成功研制首枚微处 理器芯片样机，并逐步掌握通用高性能处理器设计技术。2014年至今是中国微处理器芯片高速发展期。2014年，国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》，芯片设计上升为国家战略。国家“芯片大基金”正式设 立，各大基金公司通过控股形式投资芯片行业。微处理器芯片行业发展得到国家大力推动。 萌芽期 1956~1976 1956年，中国提出“向科学进军”的口号，国家将半导体科学列为四大紧急措施之一。 同年，中国固体物理学和半导体物理学奠基人黄昆建议和组织实施“五校联合半导体物理专门化”， 北大、复旦、吉大、厦大和南大5所大学两年间共培养300多名半导体专门人才。 1957年，中国相继研制出锗点接触二极管和三极管（晶体管）。 1971年，英特尔公司推出世界第一款微处理器4004芯片，该芯片的诞生标志着世界微处理器芯片行业的诞生。 1956年起，中国开始发展半导体产业，培养专业人才并开始前期基础研究。1971年世界第一块微处理器芯片诞生后，微处理器芯片的概念逐步传入中国。 启动期 1977~2013 1977年，由清华大学、安徽无线电厂、四机部电子技术推广应用研究所联合成立的设计组研制出中 国第一块微处理器芯片样机“DJS 050”，该样机的诞生标志着中国微处理器芯片行业的形成，中国微处理器芯片行业进入启动期。 2002年，信息产业部、国家税务总局颁布《集成电路设计企业及产品认定管理办法》，公布国家首批认证的集成电路设计企业。 同年，中国首枚高性能通用微处理器芯片“龙芯1号”研制成功，该芯片的问世标志着中国已初步掌握CPU设计的核心技术。 1977年，中国成功研制首枚微处理器样机，中国微处理器芯片行业正式进入启动期。在这一期间，中国转向Fabless芯片设计模式，并逐步掌握CPU设计的核心技术，但工艺水平有待提高。 高速发展期 2014~2023 2014年，国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》，芯片设计上升为国家战略。国家“芯片 大基金”正式设立，各大基金公司通过控股形式投资芯片制造、设计、封测等行业。中国微处理器芯片行业进入高速发展期。 2019年，美国商务部将华为及其70家子公司（包括华为海思）添加到实体名单，中国微处理器芯片行业开始全产业链国产化进程。 2022年，中国单片机市场规模超过268亿元，同比增长5%，近五年CAGR达到7.2%。 2014年，《国家集成电路产业发展推进纲要》的颁布标志着中国微处理器芯片行业进入高速发展 期，包括MPU、MCU在内的微处理器芯片市场快速增长。 中游微处理器芯片厂商： 1）在市场结构方面，全球2021年微处理器芯片销售额占集成电路市场规模比例为17.1%。 2）在制程工艺方面，国产CPU制程工艺与海外龙头英特尔和AMD存在一定差距，中国通用型微处理器芯片 厂商暂时无法与海外龙头直接展开竞争。 下游终端应用： 1）在应用市场规模方面，微处理器芯片涉及的应用市场规模庞大。以CPU为例，2021年全球笔记本电脑出 货量达2.5亿台，笔记本电脑对CPU的需求依然庞大。 2）在采购成本方面，不同的终端应用采购微处理器芯片的成本有所差异。 上 产业链上游 生产制造端 EDA工具 上游厂商 上游厂商 芯原微电子（上海）股份有限公司 中科寒武纪科技股份有限公司 苏州国芯科技股份有限公司 查看全部 产业链上游说明 IP核厂商主要通过IP核授权模式实现盈利，因此，IP核供应商又称为IP核授权商。 （1）在议价能力方面，IP核产品附加值较高，对下游芯片设计厂商议价能力较强。IP核是芯片产业 链中毛利率较高的行业。例如，2022年芯原股份IP核授权业务收入7.9亿元，毛利率88.7%。翱捷科 技半导体IP授权业务营业收入1.1亿元，毛利率高达98.4%。IP核授权业务毛利率高的主要原因是IP核属于软件设计产品，无生产线、厂房等生产成本，IP核盈利属于知识产权付费。 （2）在市场结构方面，全球IP核市场规模从2017年的34亿美元增长至2021年的54.5亿美元，其中物理IP核市场规模从2017年的12.亿美元增长至2021年的22.7亿美元。2017年-2021年，物理IP核市 场规模占IP核整体市场规模的比例分别为36.8%、38.4%、40.9%、40%、41.6%，该比例呈现逐年增长的趋势。 生产制造端 晶圆代工厂 上游厂商 台灣積體電路製造股份有限公司 中芯国际集成电路制造有限公司 三星集团 查看全部 产业链上游说明 晶圆代工厂负责根据微处理器芯片设计方案进行芯片制造。 （1）在竞争格局方面，芯片制造行业总体呈现较明显的头部效应。台积电作为世界最大芯片制造代 工厂，其全球市场份额超过50%。在先进制程芯片制造领域，台积电占据全球80%以上的市场份额。 2021年，全球前十大代工厂占据全球93.4%的市场份额，其中除三星、格罗方德、高塔半导体外均为 中国企业，这些中国企业占全球市场份额合计68.9%。 （2）在产能区域分布方面，中国大陆纯晶圆代工厂占全球市场份额从2014年的6.9%增长至2021年 的8.5%。在市场需求、国家政策、资本投入的驱动下，全球晶圆代工产业逐渐向中国大陆转移，中国大陆成为全球最大且增速最快的晶圆代工市场之一，2016年至2020年，全球新增投产的晶圆厂为62 座，其中有26座建设于中国大陆，占全球总数的42%。 中 产业链中游 品牌端 微处理器芯片厂商 中游厂商 瑞芯微电子股份有限公司 珠海全志科技股份有限公司 北京君正集成电路股份有限公司 查看全部 产业链中游说明 在Fabless模式下，微处理器芯片厂商负责芯片设计。在晶圆代工厂完成微处理器芯片制造后，将芯 片成品出售给下游终端应用企业。 （1）在市场结构方面，微处理器芯片作为微型元件在全球集成电路市场的占比维持在20%左右。微 处理器芯片又称微型元件，是数字芯片的细分种类之一。2021年，微处理器芯片市场销售额占集成电路销售额比例为17.1%，模拟芯片在集成电路销售额占比为15.8%。仅微处理器芯片市场这一数字芯 片的细分领域就超过整体模拟市场的销售额，因此，微处理器芯片在集成电路产业中占据重要的地 位。 （2）在制程工艺方面，国产微处理器芯片与国际主流微处理器芯片仍存在一定差距。以通用型微处 理器芯片为例，Intel在2020年发布的Xeon6354处理器芯片制程节点为10nm，AMD在2020年发布的EPYC7542处理器芯片制程节点为7nm，而海光、兆芯、飞腾、申威等中国公司生产的CPU制程节 点在12nm以上。制程节点的差异意味着国产CPU仍无法与英特尔、AMD等海外巨头在高端芯片领域直接展开竞争。 下 产业链下游 渠道端及终端客户 微处理器芯片终端应用 渠道端 联想控股股份有限公司 华为投资控股有限公司 小米科技有限责任公司 查看全部 产业链下游说明 微处理器芯片应用范围较为广泛，覆盖汽车电子、消费电子、物联网、服务器、计算机、通信、工业等多个领域。 （1）在应用市场规模方面，微处理器芯片撬动的应用市场庞大。以CPU为例，笔记本电脑是CPU的重要应用领域之一。20