手机显著受益端侧AI兴起，相关芯片需求持续增长

2024年03月10日 行业研究●证券研究报告 消费电子 行业动态分析 手机显著受益端侧AI兴起，相关芯片需求持续增长投资要点手机作为重要端侧设备，显著受益于AI大模型带来的全方位用户体验升级，或将刺激新一轮消费需求；同时AI应用对存力、算力等方面提出了更高要求，相关芯片需求持续增长，有望带动相关市场空间扩张。 混合AI大势所趋，手机显著受益端侧AI兴起 云端AI和端侧AI协同工作的混合式AI，可实现更好的应用体验和更高效的资源应用，是未来发展趋势。受全球经济环境低迷影响，叠加智能手机创新进入瓶颈期，软硬件规格常规更新难以吸引消费者。手机作为重要的端侧设备显著受益于AI大模型带来的全方位用户体验升级，或将刺激新一轮消费需求。高通表示，目前手机可运行参数量超100亿的AI大模型，不久的将来有望跑通千亿参数大模型。 硬件赋能端侧AI运行，高通、联发科领跑 高通、联发科等厂商纷纷推出具有强大AI算力的手机SOC芯片，为端侧生成式AI提供底层性能和技术支持。2023年10月，高通正式发布首款专为移动设备生成式AI设计的芯片——骁龙8Gen3。该芯片沿用融合式的AI加速架构，将HexagonDSP升级为HexagonNPU。HexgonNPU整体性能提升了高达98％，配备独立供电电路，能效提升约40％。联发科表示与典型CPU、GPU相比，其APU可为CPU、GPU分别提供多达27倍、15倍的功率效率。 手机厂商纷纷入局，紧抓AI手机浪潮 2023年11月，三星发布其自研的生成式AI产品Gauss，涉及文字处理、代码编写和图像生成三大功能。2024年1月，三星在以“开启移动AI新时代”的全球新品发布会上推出了GalaxyS24系列手机。三星表示，仅上市28天，GalaxyS24系列在韩国销量就已突破百万大关。2023年12月，苹果发布了两篇关于AI大模型的论文，分别介绍了3D虚拟角色（Avatar）和高效语言模型推理的新技术。根据Bloomberg2024年2月消息，苹果决定放弃电动车项目，并将部分电动车项目员工转岗至AI部门。根据TheEconomicTimes2024年3月消息，苹果iOS18预计于2024年9月推出，其中生成式AI大模型有望整合进Siri中。此外，小米、VIVO、OPPO、魅族等国内厂商也相继进入AI手机领域。随着越来越多厂商加速入局，新一轮关于手机硬件的需求也正在掀起。 风险提示：智能手机市场需求恢复不及预期，硬件技术研发进程不及预期，AI大模型在手机侧应用效果不及预期，市场竞争加剧，系统性风险等。 投资评级同步大市-A维持一年行业表现 资料来源：聚源 升幅%1M3M12M相对收益6.55-12.68.71绝对收益11.9-8.32-3.11 分析师孙远峰 SAC执业证书编号：S0910522120001sunyuanfeng@huajinsc.cn 分析师王海维 SAC执业证书编号：S0910523020005wanghaiwei@huajinsc.cn 相关报告天承科技：海外拓展+高端化双战略有序推进，聚焦RDL和Bumping两大工艺-华金证券-电子-天承科技-公司快报2024.3.7华海诚科：三星计划采用MUF，国产龙头受益环氧塑封料应用场景进一步拓宽-华金证券-电子-华海诚科-公司快报2024.3.5半导体：万丈高楼材料起，夯实中国“芯”地基-华金证券-电子-半导4核心材料-行业深度2024.2.26南芯科技：业绩逐季回升，新品落地持续贡献业绩增量-华金证券-电子-南芯科技-公司快报2024.2.25颀中科技：全年业绩稳步增长，合肥新厂正式投入量产-华金证券-电子-颀中科技-公司快报2024.2.21中科飞测：全年业绩预计高增，1Xnm工艺节点设备进展顺利-华金证券-电子-中科飞测-公司快报2024.2.6 内容目录 一、混合AI大势所趋，手机显著受益端侧AI兴起3 1、云端+端侧的混合式AI大势所趋3 2、手机作为重要的端侧设备，显著受益端侧AI兴起3 二、硬件赋能端侧AI运行，高通、联发科领跑5 1、硬件赋能端侧AI运行，高通、联发科领跑5 2、高通5 3、联发科6 三、手机厂商纷纷入局，紧抓AI手机浪潮8 四、风险提示9 图表目录 图1：AI处理转向端侧以实现规模化应用3 图2：云端AI和端侧AI协同工作实现更好的应用体验3 图3：历年各季度全球智能手机出货量（亿部）4 图4：目前手机可运行参数量超100亿的AI大模型4 图5：高通SOC芯片采用了异构集成6 图6：随着AI大模型的变化，NPU不断发展以实现低功耗高性能6 图7：高通首款专为移动设备生成式AI设计的芯片骁龙8Gen3性能简介图6 图8：联发科历代APU性能明显提升7 图9：三星生成式AI产品Gauss涉及文字处理、代码编写和图像生成三大功能8 表1：AI得分前十的手机SOC芯片5 一、混合AI大势所趋，手机显著受益端侧AI兴起 1、云端+端侧的混合式AI大势所趋 端侧AI是在终端设备上进行轻型AI模型运用，无需调用云端庞大的计算单元，具有低成本、低功耗、高速度等优点。云端AI和端侧AI协同工作的混合式AI，可实现更好的应用体验和更高效的资源应用，是未来发展趋势。ChatGPT等云端AI展示了生成式AI应用的强大，端侧AI的规模化扩展将是生成式AI创新的强大动力。 图1：AI处理转向端侧以实现规模化应用图2：云端AI和端侧AI协同工作实现更好的应用体验 资料来源：Qualcomm，华金证券研究所资料来源：Qualcomm，华金证券研究所 端侧AI优势可总结为以下四点： 1）本地的实时数据处理。端侧AI支持本地的实时数据处理，避免了向云端传输数据带来的延迟，可实现更快的响应和更高的可靠性。当用户处于偏远郊区、山区等网络信号较差甚至无法使用的环境，或是需要立即响应的应用场景（如处于自动驾驶模式的汽车），无需联网且快速可靠的本地响应尤为重要。 2）成本降低。端侧AI通过在本地进行处理数据，避免过多占用向云端传输数据的带宽，降低了对云端计算资源的调用频率，从而节省了云数据传输和处理带来的成本。 3）增强隐私和安全性。端侧AI将用户的个人设置和信息保存在用户个人设备上，避免了将敏感数据发送到云端进行处理和分析，减少数据泄露的风险。 4）定制化响应。端侧AI可根据用户个人偏好及反馈不断调整，进而实现更好的定制化响应，带来更优的用户体验。 2、手机作为重要的端侧设备，显著受益端侧AI兴起 受全球经济环境低迷影响，叠加智能手机创新进入瓶颈期，软硬件规格常规更新难以吸引消费者。手机作为重要的端侧设备显著受益于AI大模型带来的全方位用户体验升级，或将刺激新一轮消费需求。高通表示，目前手机可运行参数量超100亿的AI大模型，不久的将来有望跑通千亿参数大模型。 图3：历年各季度全球智能手机出货量（亿部）图4：目前手机可运行参数量超100亿的AI大模型 资料来源：WIND，华金证券研究所资料来源：Qualcomm，华金证券研究所 AI手机可实现的应用场景可概括为以下九点： 1）内容创建。AI手机可通过生成式AI创建文本、图像、视频和音乐为社交媒体、博客、工作和个人项目提供内容。 2）提升照片质量。通过AI算法对质量较低的图片进行去噪、增强对比度、无损放大、拉伸恢复等多种优化处理，重建高清图像。此外，拍摄时还可利用AI算法训练相机精准识别前方物体并实时对照片进行处理，从而提升照片质量。 3）语音转文字。传统自动语音识别系统需要大规模数据进行训练以提升准确性，因而大多语音转文字模型基于云端。谷歌在其2021年发表的论文中展示了其研究成果；基于端侧语料库生成定制化ASR模型，在更小数据量的情况下保证准确的文字输出。 4）实时语言翻译。AI手机可实现通话时的双向实时语音和文本翻译，打破语言障碍。 5）私人助理。生成式AI虚拟助手可根据用户喜好定制新闻、音乐和视频内容，同时基于用户需求提供会议记录、日历管理、通知以及旅行计划等功能。 6）设备个性化。生成式AI可在保护用户隐私的基础上实现用户设备个性化，例如创建定制的主屏幕、铃声、表情符号、头像、通知、设置和推荐等。 7）视频会议。手机AI可通过优化背景效果、实时眼神接触等功能提高会议交流质量，并结合实时文本和语音翻译实现高效的会议记录需求。 8）增强游戏体验。生成型AI既可增强显示效果（如提升图像画质、稳定帧率等），也可提升玩家的操纵体验，例如智能识别游戏场景，唤醒不同层级的震动反馈，模拟真实物理世界的反馈效果。 9）提升续航，降低延迟。生成式AI通过软件辅助调度整个芯片各部件的协同运行，减少电源消耗的同时降低因访问计算/存储单元带来的延迟。 二、硬件赋能端侧AI运行，高通、联发科领跑 1、硬件赋能端侧AI运行，高通、联发科领跑 高通、联发科等厂商纷纷推出具有强大AI算力的手机SOC芯片为端侧生成式AI提供底层性能和技术支持。根据AI-benchmark数据，AI分数前十的手机SOC芯片全部来自高通和联发科两家厂商。 表1：AI得分前十的手机SOC芯片 SOC芯片 厂商 AI加速器 发布时间 AI分数 天玑9300 联发科 APU790 2023 2293 骁龙8Gen3 高通 HexagonDSP/HTPGen3 2023 2250 骁龙8Gen2 高通 HexagonDSP/HTPGen2 2022 1706 骁龙8+Gen1 高通 HexagonDSP/HTP 2022 1395 天玑8300Ultra 联发科 APU780 2023 1345 骁龙8Gen1 高通 HexagonDSP/HTP 2021 1331 天玑9200+ 联发科 APU690 2022 1137 天玑9200 联发科 APU690 2022 1110 骁龙7+Gen2 高通 HexagonDSP/HTP 2023 868 天玑9000+ 联发科 APU590 2022 745 资料来源：AI-benchmark，华金证券研究所 2、高通 高通表示预计2025年手机、汽车、XR、PC等细分领域实现全面的AI应用；其中手机作为最普遍的AI平台，2020-2025年合计出货量或将高达86亿台。 高通专门为AI应用设计了神经处理单元（NPU，NeuralProcessingUnit），并通过异构集成将CPU、GPU、NPU等多颗处理器集成到一颗SOC芯片上。CPU和GPU属于通用处理器，专为灵活性设计，具有很强的可编程性，同时负责运行操作系统、游戏等日常工作，但也因此限制了它们可用于AI负载的容量。NPU牺牲了部分可编程性以换取峰值性能、效率，可运行大量乘法、加法和机器学习中的其他运算。通过将CPU/GPU与NPU结合使用，可最大限度地提高性能、热效率和电池寿命，从而实现更佳的生成式AI体验。 图5：高通SOC芯片采用了异构集成图6：随着AI大模型的变化，NPU不断发展以实现低功耗高性能 资料来源：Qualcomm，华金证券研究所资料来源：Qualcomm，华金证券研究所 2023年10月，高通正式发布首款专为移动设备生成式AI设计的芯片——骁龙8Gen3。该芯片沿用融合式的AI加速架构，将HexagonDSP升级为HexagonNPU，可运行百亿参数大模型。HexgonNPU升级了全新的微架构，包括硬件加速单元、微型区块推理单元(性能大幅升级)、张量单元(单流高性能核心与更高带宽)、标量单元、矢量单元(频率更高)，并且所有单元共享2倍带宽的大容量共享内存，整体性能提升了高达98％。此外，HexgonNPU配备独立供电电路，能效提升约40％。 图7：高通首款专为移动设备生成式AI设计的芯片骁龙8Gen3性能简介图 资料来源：Qualcomm，华金证券研究所 3、联发科 联发科SOC采用了CPU、GPU和APU（AIProcessingUnits）的异构集成架构，其中CPU负责运行操作系统和应用程序，GPU适用于高性能和密集的