计算机CPU 头豹词条报告系列

计算机CPU行业分类 按照计算机CPU所使用的指令集架构划分，目前主流的CPU可分为使用MIPS架构、X86架构、ARM架构和 RISC-V架构的CPU。 按照CPU所使用的指令集分类 MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）架构是一种早期的复杂指令集（RISC）架构，由Stanford大学的研究团队开发。 MIPS架构被广泛用于嵌入式系统、互联网路由器和其他领域，具有良好的性能和高效的指令集设计。然而，在消费电子产品方面，如智能手机等，MIPS架构的应用相对较少，目前正逐步退出CPU市场并有转向RISC-V架构的趋势，而龙芯中科则于2023年在MIPS架构的基础上，宣布独立研发出具有完全自主产权的LoongArch架构。 使用MIPS架构的CPU X86架构是一种复杂指令集（RISC）架构，最初由Intel开发，后来成为Intel与AMD等厂商的主要处理器架构。其具有高度的兼容性和广泛的软件支持，主要应用于个人电脑（PC）和服务器等领域。X86架构的代表产品包括Intel的Core i系列和AMD的Ryzen系列处理器。目前X86架构已不再对中国企业授权。 使用X86架构 ARM（Advanced RISC Machines）是一种精简指令集（CISC）架构，最初由英国的ARM公司开发。是一种广泛应用于移动设备和嵌入式系统的低功耗指令集架构。其注重功耗效率和性能平衡，因此被广泛应用于智能手机、平板电脑、物联网设备等领域。目前ARM架构已不再对中国企业授权。 RISC-V（Reduced Instruction Set Computer-Five）是一种开源的精简指令集计算机（RISC）架 构。不同于ARM和x86等商业架构，RISC-V以自由开放的方式提供设计和实现。RISC-V的开源特性使得任何人都可以自由地使用、定制和创新这种架构，完全避免了授权限制的影响，具有广阔的发展前景。目前，RISC-V架构在嵌入式系统和一些特定领域的处理器中获得了广泛应用。 中国计算机CPU行业的特征包括：外企主导市场，中国与海外市场竞争激烈；技术依赖性强，自研阻力大； 客户集中风险大，影响企业利润水平。随着国产CPU的逐步崛起，中国计算机CPU行业将朝着自主化、产业化的 外企主导市场，中国与海外市场竞争激烈 中国与海外市场被外企高度垄断，中国市场内部竞争激烈。 长期观察，全球通用处理器市场主要由Wintel（微软与英特尔）和AA（谷歌与ARM）两大生态系统主 导。2022年，Intel在全球服务器CPU市场占据了70.77%的份额，而AMD为19.8%，这两大巨头的CR2达到了90.57%，凸显了其在国际CPU市场的垄断地位。在中国，Intel和AMD在X86服务器CPU市场的份额 分别为91.0%和5.7%。尽管近十年中国涌现出华为鲲鹏、龙芯等本土企业，但大多独立运作，且存在多种CPU架构，这种多样性可能导致资源分散，增加行业内部竞争，从而影响整体效益。如果此趋势持续，中 国CPU行业可能难以产生能与全球主流厂商，如Intel和AMD，有效竞争的产品。 技术依赖性强，自研阻力大 中国CPU对国外的技术依赖主要体现在指令集架构和芯片制造上。 在指令集架构上，中国CPU行业存在两种发展方向：一是“授权+自研”，发展自主可控的指令集架构，如 龙芯中科脱胎于MIPS架构，自主研发的LoongArch架构和上海申威基于Alpha架构研发的SW64架构。这种方向的优势在于可以实现自主可控，很大程度上避免出现“卡脖子”的不利局面，并且能满足中国应用 领域的需求；劣势在于基础薄弱，研发成本高，产品生态小众，难以进入国际主流CPU之列。二是“纯授权”，通过与国外企业达成架构授权协议，使用现成的架构，如飞腾、华为海思均使用ARM架构，上海兆 芯和海光信息均使用X86架构。但目前ARM和X86架构已停止向中国企业授权，即使拥有永久授权的企 业，也将面临架构停止更新、技术逐步落后的难题。这种方向的优势在于可利用已成熟的技术和生态，拓宽下游市场，降低企业研发成本和技术门槛；劣势在于受架构知识产权制约和国际形势影响，很难实现自 主可控，难以规避各种制裁，同时需要支付高额的架构版权费，降低企业利润。在芯片制造上，中国芯片国产化率低，在2020年该指标仅为16%，且主要集中在28nm级别以上的中低端芯片，高端芯片的渗透率 低，14nm/16nm级别以下的芯片大多由台积电、AMSL等境外厂商代工。在芯片生产的供应链上游，中国CPU各大厂商均大量使用了国外的技术和设备。 客户集中风险大，影响企业利润水平 中国CPU企业头部客户收入占比过高，对生产经营影响力较大。 以中国CPU行业头部的两家代表公司为例，2022年龙芯中科向前五大客户的销售金额合计占当期营业收入的比例分别为67.92%、70.24%、60.86%；2022年海光信息向前五大客户的销售金额合计占当期营业收入 的比例分别为99.12%、92.21%和91.23%，且二者主要客户为央企集团和大型民营科技企业，向下游产品 计算机CPU发展历程 与国际CPU行业发展相比，中国CPU行业起步较晚，直到20世纪后期才初具规模并进入商业化时期，至今为 止可分为四个阶段：1991-2000年为行业萌芽期，“信华-1”微处理器的诞生标志着中国正式步入自主CPU的 初期研发和起步阶段。2001-2007年为行业启动期，得益于中国政府对CPU行业的重视和政策支持，以“龙芯一号”为代表的中国自主研发的微处理器如雨后春笋般陆续诞生，并逐步进入服务器领域和方兴未艾的个人计算 机（PC）领域。2008-2016年为行业高速发展期的I期，受益于次贷危机下国际市场的波动和全球经济的回暖，中国CPU企业得以有更多机会与国际先进CPU企业进行合作交流和技术引进，使中国CPU行业在整体上迅速缩小 差距的同时也逐步拓展了中国与海外市场。从2017年起为行业高速发展期的II期，随着国际关系的不稳定因素逐步显现，以美国为首的西方国家开始加大对中国企业的制裁与打击，中国CPU行业借力发展拥有更多甚至完全自 主产权的CPU全系列产品，不断提高自身研发实力，2022年中国CPU国产化率为30-40%。未来五年内，在中国政府的持续性政策支持下，依托指令集架构、硬件架构设计、人工智能和大数据技术等方面的技术进步和稳步增 长的下游需求和庞大存量，中国CPU行业预期将稳步较快发展，并进一步扩大中国与海外市场。 [5] 萌芽期 1991~2000 1991年，中国科学院计算技术研究所推出了第一款微处理器，“信华-1”。这标志着中国步入了自主CPU研发的道路。 1996年：中芯国际成立，成为中国首家专业芯片制造企业。 在这一阶段，中国开始进行微处理器的研发和生产，初步进入自主研发和商业化阶段，但技术水平相 对较低，主要应用于军事系统和通信设备。 启动期 2001~2007 2001年，中国科学院计算技术研究所启动了"神舟"系列处理器的研发项目，这是中国自主研发的第一款通用处理器系列。 2001年，紫光微电子发表了首款64位服务器处理器“风华”。 2002年，“龙芯一号”上市，这是中国首枚拥有完全自主产权的通用高性能微处理芯片。 2006年，中兴通讯推出了多核处理器ZX2000，用于高性能计算和服务器领域。 高速发展期 2008~2016 2008年，龙芯中科在金融危机期间低价购买了MIPS指令集527条指令的永久授权，后来根据自己的规划修改并增加到1907条指令，研发出具备自主知识产权的龙芯指令集（loogISA）。 2009年，中国天津神舟高科技产业发展有限公司与AMD合作研发了“神舟飞腾”系列处理器。 在这一阶段，中国的CPU厂商开始与国际厂商展开合作，大大减少了研发与创新的阻力，有利于中国CPU行业缩小与国际先进水平的差距。 高速发展期 2017~2023 2017年：中国推出具备自主知识产权的高性能处理器“天河二号”。 2018年，中芯国际推出首款自主设计的工业级服务器处理器，进一步推动了中国在服务器领域的发 展。 2019年，AMD公司宣布不再向其中国的合资企业授权其新的X86 IP产品。 2020年，华为推出鲲鹏系列芯片，应用于云计算和人工智能等领域。 2021年，中国发布世界首颗量产的7纳米RISC-V处理器“昇腾910”。 2023年，龙芯中科宣布独立研发出具有完全自主产权的LoongArch架构。 在这一阶段，中国的自主处理器在超级计算、服务器、云计算和人工智能等领域得到广泛应用，取得了重要的技术突破，并在制程工艺、架构设计和性能方面具有竞争力。这些发展对于中国在信息技术 产业中的自主创新和国家安全具有重要意义。 中国计算机CPU产业链结构较为复杂，涉及众多外企和中国本土企业。上游环节包括圆晶代工、封装测试、架构设计和授权三个关键部分，代表企业有台积电、长电科技、Intel；中游环节包括CPU的设计和制造，代表企业有海光信息、龙芯中科、海思半导体；下游环节包括服务器、工作站、PC/平板、移动终端和嵌入式设备等， 代表企业有华为、联想、比亚迪、海康威视。 中国CPU产业链上游拥有较强的议价能力，利润率较高，能够对中游企业进行纵向垄断，且垄断性强，呈外 企/台企占据主导地位，中国大陆本土企业紧随其后的发展态势。产业链中游发展存在转移趋势。中国的芯片设计和制造能力在过去几年里有了显著提升，越来越多中国企业开始在CPU设计和制造领域投入大量资源，并取得 了一定的成果。这表明产业链中游正在向中国发展，逐步减少对外依赖。产业链下游市场正迎来拓展民用市场的重大机遇。中国CPU企业需要及时拓展业务范围，增加有效投资和技术开发，满足多样化的市场需求，实现全产 业链的发展和突破。产业链发展堵点则主要集中在技术和知识产权方面的挑战。CPU的设计和制造涉及高度复杂的技术和专利，中国CPU企业在这方面的积累和创新仍然有一定的差距。此外，资金和人才的供给也是限制产业 链发展的重要因素之一。 上 产业链上游 生产制造端 j晶圆代工 上游厂商 台积电（中国）有限公司 三星（中国）半导体有限公司 聯華電子股份有限公司 查看全部 产业链上游说明 晶圆代工或晶圆专工指的是半导体产业的一种营运模式,专门从事半导体晶圆制造生产,接受其他IC设计公司委托制造,而不自己从事设计，目前多数CPU厂商均采用该模式。 （1）从供给角度分析，中国正逐步实现圆晶代工自给，增强圆晶代工环节的可控性，进一步保障中 国CPU产业链在圆晶代工环节的国家安全。中芯国际和华虹集团作为唯二两家中国大陆企业入榜全球十大晶圆代工厂最新排名。目前中国本土和国际上均存在多家龙头圆晶代工企业为中国CPU中游环节 代工，如近年来发展迅速的中芯国际已开始为成都申威生产的CPU和一些国际品牌进行圆晶代工；而上海兆芯、飞腾信息和海思半导体生产的部分CPU则委托台积电进行圆晶代工。 （2）从议价能力角度分析，圆晶代工头部企业具有较高的毛利率。以具有一定代表性的行业龙头台积电、格芯、中芯国际为例，其毛利率分别为62.2%、60.1%和53.1%。较强的毛利率将提高中游企 业技术开发和业务范围的拓展。 生产制造端 封装测试 上游厂商 日月光半導體製造股份有限公司 安靠封装测试（上海）有限公司 江苏长电科技股份有限公司 查看全部 产业链上游说明 封装测试即封装后测试，是把已制造完成的半导体元件进行结构及电气功能的确认，以保证半导体元件符合系统的需求的过程称为封装后测试。 （1）从产业布局角度分析，目前全球封装测试产业主要集中在亚太地区（主要包括中国台湾、韩 国、中国大陆），其中中国台湾地区封装测试业产值居全球第一。中国大陆的封测业起步较晚，但发展速度最快，企业主要