2022年半導體行業(yè)深度報告

1、2022年半導體行業(yè)深度報告1. 理解CPU的核心：性能+生態(tài)1.1 CPU產業(yè)鏈：設計制造封裝測試PU產業(yè)鏈主要包括芯片設計、芯片制造、封裝測試三個主要環(huán)節(jié)。此外，在上游還包括設計技術授權、EDA軟件等支 持技術。芯片設計：將芯片的邏輯、系統以及性能轉化為具體實物芯片設計的過程。該環(huán)節(jié)具有知識密集型特點，有較高的附加值和利潤率，奠 定了產品性能的基調。芯片制造：將圖紙制作成刻好電路的晶圓，其生產過程包括流片（試生產）、晶棒制造、晶圓制造、完成電路及元件加工與制作。封裝測試：封裝是將晶圓加工為芯片的過程，測試是對芯片質量進行檢測的過程。這一過程的門檻和風險都相對較低，國產廠商具有相 對優(yōu)勢。1

2、.2 CPU性能影響因素：制程、內核、線程我們認為各類參數中，微架構、制程、核數/線程、互聯、主頻等參數/維度對CPU的性能影響較大。制程：CPU集成電路的密集度。同樣數量晶體管，更小的制程意味著更低的功耗和發(fā)熱。如今主流工藝制程為7納米 （AMD最新產品），先進制程可達3納米。 內核：CPU核心的計算組成部分。線程：CPU內核調度和分配的基本單位。使得一個核心內有多個邏輯CPU來分別執(zhí)行功能，實現高效率的并行計算。 對于能夠并行執(zhí)行的場景來說，例如視頻剪輯、虛擬機等專業(yè)應用，通常內核/線程越多，CPU的計算性能越強，但在超過一定數量范圍后，核心 之間的通訊也會拖累計算速度，最終抵消掉多內核/

3、線程帶來的性能提升。對于順序執(zhí)行的場景，例如解壓縮、視頻編解碼、圖片編輯、辦公應用、影音娛樂、游戲等場景，更為注重的是CPU單核的性能強度。1.3 CPU指令集：決定CPU運行的底層邏輯CPU指令集：指揮機器工作的指示和命令。系統發(fā)出的每一個命令，都需要CPU（硬件）根據預設好的指令來完成，預設的很多指令集中在一起就是“指令集”。 例如，英特爾X86指令集中的單指令多數據流指令集可以實現數據級并行，包括MMX、SSE、AVX。其中，MMX指令集指的是多媒體擴 展指令集。SSE是單指令多數據流擴展指令集。AVX是高級矢量拓展指令集。目前，指令集可以分為復雜指令集（CISC）和簡單指令集（RISC

4、）。Reduced Instruction Set Computing (RISC) ：精簡指令集，它由最簡單的指令組成，以提高指令執(zhí)行速度。如完成喝水的動作，大腦中 儲存的動作為拿起杯子，吞咽等。當執(zhí)行時需要執(zhí)行細分步驟。Complex Instruction Set Computing (CISC) ：復雜指令集，其包含豐富的復雜指令集來節(jié)約內存。將更多功能步驟集成在了CPU中，如 將喝水的完整步驟儲存在大腦中，執(zhí)行時直接執(zhí)行完整的喝水過程。2.他山之石：Intel/AMD的競爭啟示架構創(chuàng)新升級和制造等環(huán)節(jié)產業(yè)開放是主旋律2.1 制程趨勢：世界主要晶圓廠商進入3納米時代世界主要晶圓廠商進入

5、3納米時代，臺積電、三星預計2022年量產3納米芯片。 2022年6月30日，三星宣布其已開始大規(guī)模生產3納米芯片。三星在3納米節(jié)點率先使用GAA（Gate All Around）晶體管架構，使得芯片 功耗降低45%，芯片性能提高23%，并減少16%的芯片面積。臺積電也預計在2022年下半年進行3納米芯片的量產。國內主要廠商工藝稍有欠缺，中芯國際僅在2019年實現14納米芯片量產。AMD：與臺積電合作，銳龍3代突破7nm制程PC：1）在產品與架構方面，AMD于2017年推出Ryzen 1000，基于新一代Zen架構，其性能比上代的FX系列提升超過 40%，隨后推出的二代、三代銳龍?zhí)幚砥餍阅苌暇?/p>

6、有較大提升，三點銳龍性能部分指標已超過Intel。2）在工藝方面， AMD與臺積電展開合作，三代銳龍采用7nm工藝制程，領先Intel。 服務器：2017年，AMD推出EPYC系列服務器CPU替代原有Opteron；2019年，AMD推出7nm EPYC 7002系列處理器， 與上一代相比，每個核心的服務器工作負載IPC性能提升高達23%，L3緩存最多增加4倍。2.2 Intel、AMD創(chuàng)立之初基因戰(zhàn)略各有側重Intel、AMD分別創(chuàng)立于1968、1969年，創(chuàng)始人均來自仙童半導體公司。 Intel 與 AMD 公司的創(chuàng)始人都來自于被稱為“硅谷的搖籃”的仙童半導體公司。 1968年羅伯特諾伊斯

7、、戈登摩爾和安迪格魯夫三位仙童的創(chuàng)始人帶領一部分員工在硅谷成立Intel；1969年仙童的銷售總監(jiān)杰瑞桑德斯 也另立門戶成立AMD。 創(chuàng)始初期Intel技術導向領導市場，AMD客戶導向技術跟隨。 Intel創(chuàng)始人均為技術出身，因此公司整體風格以技術為導向，擔任產品創(chuàng)新和領導市場的角色。AMD創(chuàng)始人原為銷售總監(jiān)，因此早期采 取客戶導向、技術跟隨的戰(zhàn)略。產業(yè)開放：Intel維持IDM模式，工藝推動延緩，AMD擁抱臺積電5 納米芯片近些年，Intel長期堅持的IDM模式導致其在制程上落后于使用臺積電代工的AMD。 2014-2018年，Intel制程延緩在了14納米，在工藝上相對落后于晶圓代工廠的主

8、流先進工藝。2019年Intel開始推行10nm工藝的量產，推 出了Ice Lake處理器。根據intel2022Q2財報交流會，Intel將在2022年下半年推出采用Intel 7制程（原10納米）的十三代酷睿芯片。2018年，AMD推出使用臺積電7納米制程的CPU和GPU，實現對Intel地位的又一次挑戰(zhàn)。 未來Intel計劃在制程上持續(xù)發(fā)力實現趕超。 根據Intel官網，Intel制程路線圖顯示，2022年下半年投產Intel 4（原7納米）；2023下半年推出Intel 3（原5納米）；2024年推出Intel 20A(2納米)；2025年推出Intel 18A（1.8納米）。 AMD

9、投資者關系資料顯示，AMD計劃在2022年下半年和2024年發(fā)布的Zen 4、Zen 5架構將分別使用臺積電5納米和3納米制程。未來競爭：AMD力爭擴大現有優(yōu)勢，同時在新興產業(yè)廣泛布局AMD于2022年2月14日收購FPGA賽靈思，積極拓寬業(yè)務邊界。觀研報告網數據顯示，在FPGA領域，賽靈思長期占據50%的市場份額，2015年被英特爾收購的Altera則占據約30%的市場份額。AMD 以近500億美元收購賽靈思，補齊自身FPGA短板。未來FPGA與CPU、DSP等的融合將逐步成為市場主流，這樣的融合將支持數據中心、 5G、AI等領域更好的發(fā)展。 收購賽靈思將顯著拓寬AMD的業(yè)務邊界，擴大AMD

10、的在各種成長性領域的產品種類和市場份額，如云計算、AI、智能設備。同時，收購 賽靈思對AMD的技術水平和財務數據也有所提升。Intel鞏固傳統市場的同時發(fā)力新興市場，發(fā)展數字化技術。 根據Intel官網，在芯片制程上，Intel計劃在未來四年跨越五個制程節(jié)點，推出Intel 7（10納米）、Intel4制程的芯片；預計在2022年下半 年投產、Intel 3預計在2023年下半年投產，補足制程不足短板，預計性能將在原有基礎上大幅提升，穩(wěn)固行業(yè)地位。 對于至強處理器，英特爾制定了同時擁有基于性能核(P-core)和能效核(E-core)的雙軌產品路線圖。根據Intel官網， Intel將在202

11、2年推出 第四代至強可擴展處理器Sapphire Rapids，使用Intel7工藝、GoldenCove架構，支持DDR5、PCIe5.0等。在計劃中還可以看到，預計在 2023年、2024年分別推出第四、第五代至強系列處理器，在每瓦性能上有更大提升。3.服務器、PC出貨量穩(wěn)步增長，汽車智能化加速迎來新機遇3.1 CPU市場可劃分為：服務器、工作站、PC、移動終端和嵌入式設備 等CPU市場主要可以劃分為服務器、工作站、PC、移動終端和嵌入式設備，汽車是嵌入式設備中具有發(fā)展前景的細分市場。 1）服務器：是一種高性能計算機，為網絡提供特定類型的服務，其中包含向網絡用戶提供特定服務的軟件和硬件。

12、2）PC：即電腦端，主要面向臺式機、筆記本等。其技術特點主要表現為微結構復雜、先進，制造工藝先進，性能與功耗較平衡，而非 追求多核性能、多路互聯、并行處理以及高度穩(wěn)定。 3）汽車：汽車CPU是汽車的“大腦”。隨著智能駕駛以及新能源汽車的發(fā)展，汽車功能不斷增多，呈現更高科技的配置。汽車芯片廣泛 分布于汽車的動力系統、車機系統和安全系統。根據IC Insights數據，2021年全球微處理器市場規(guī)模達到1029億美元，預計2022年達到1104億美元。其中：2021年， 全球計算機CPU市場占微處理器市場比重為35%，全球市場規(guī)模為350億美元，預計2022年將達到386億美元。 市場格局：Int

13、el、AMD雙巨頭主導X86處理器市場，2021年分別占據72%、28%市場份額。 全球CPU市場長期被Intel和AMD壟斷，Mercury Research統計數據顯示，2022Q1 AMD在X86處理器的整體市場份額達到27.7%，Intel 達72.3%。在服務器CPU市場份額中，Intel市場占有率為88.4%，而AMD則為11.6%；臺式機中，Intel占有81.7%的市場份額，AMD則為 18.3%；筆記本中，Intel占據了77.5%，AMD為22.5%。汽車：電動化、智能化驅動汽車芯片市場高增新能源車市場持續(xù)增長，2021年銷量為675萬輛，增速達到108.3%，預計2021

14、-2025年復合增速為39.29%。 得益于中國、歐洲等主要市場高速發(fā)展，2021年新能源汽車銷售總量達675萬輛，同比增速高達108.3%，創(chuàng)下汽車電動化發(fā)展以來最高 成長幅度。我們預期到2025年，新能源汽車銷量規(guī)模將達到2541萬輛。 汽車電動化、智能化驅動，2021年全球汽車芯片市場規(guī)模為498億美元，增速達26%。 在汽車電動化、智能化的趨勢下，汽車芯片市場整體呈現增長趨勢。2020年受到“缺芯”的影響，全球汽車芯片市場規(guī)模約為395億美 元，同比下降2%。 2021年，得益于新能源汽車強力驅動以及芯片產能增加，全球汽車芯片市場恢復正增長，增速達到26%，為歷史最高位，市場規(guī)模達到

15、498億美元。3.2 服務器：“東數西算”、 新基建賦能，2021年國內服務器出貨量 375萬臺，同比增長9%東數西算：“東數西算”工程帶動投資，拉動上游服務器市場增長。截至2021年，我國在用數據中心機架總規(guī)模為520萬架，互聯網數據 中心市場收入達到1500億元。預計“十四五”時期數據中心機架年均增速將保持在20%左右，收入增速保持在25%至30%。同時，“東數 西算”工程每年能帶動投資約4000億元，將助力西部地區(qū)信息技術等產業(yè)發(fā)展。 新基建：互聯網企業(yè)CAPEX持續(xù)走高，云計算行業(yè)繁榮帶動CPU同步受益。2020年4月，阿里云宣布將在未來3年再投入2000億元，用于 建設數據中心和研發(fā)

16、重大核心技術，如云操作系統、服務器、芯片、網絡。5月，騰訊云宣布未來五年將投入5000億元，陸續(xù)在全國新建 多個服務器規(guī)模達百萬級的大型數據中心。2020年，我國云計算市場規(guī)模達2000億元，同比增長超過55%。云計算行業(yè)需求的增長將帶動 服務器行業(yè)CAPEX支出大幅增長，CPU將同步受益。 國內服務器出貨量快速增長，根據IDC統計數據，2021年，中國X86服務器市場出貨量為375萬臺，同比增長9.07%。4.信創(chuàng)市場：黨政下沉帶動國產PC放量，行業(yè)信創(chuàng)拉動國產服務器高增4.1 國產機會：國產CPU廠商初顯崢嶸國內廠商可以根據指令集和授權方式進行分類。 中國自2001年開始啟動處理器設計項目

17、，至今將近20年，國產CPU行業(yè)逐步顯現崢嶸，涌現出一大批優(yōu)秀企業(yè)。我們根據CPU指令架構 進行分類：1）復雜指令集（CISC）下，以X86架構為主，國內代表廠商包括x86龍頭、兆芯；2）精簡指令集（RISC）下，涉及ARM架 構、Alpha架構、自研架構等，國內代表廠商包括海思（ARM）、飛騰（ARM）、龍芯（LoongArch）、申威（Alpha）等。 以鯤鵬為例，鯤鵬臺式機主板D920L11選用單路華為鯤鵬920處理器，主頻支持2.2G/2.6/3.0GHz，提供4C/8C/12C系列配置，支持Linux 桌面操作系統，兼容業(yè)界主流內存、硬盤、網卡等硬件，具有高性能、接口豐富、高可靠性、易用性等特點。國產廠商正持續(xù)大力投入 研發(fā)實現CPU架構創(chuàng)新升級和快速迭代，力爭趕超國際領先水平；同時加大生態(tài)建設力度，打造自主開放的軟硬件生態(tài)和信息產業(yè)體系。4.2 PC：黨政信創(chuàng)-使用中口徑進行人數測算，共有3032萬目標人群黨政信創(chuàng)：依據國管屬性將國有就業(yè)人員分為：小口徑、中口徑、大口徑。小口徑：政府機關是信創(chuàng)產業(yè)的最大推動力之一。2020年我國公共管理和社會組織國有企業(yè)就業(yè)人員1957萬。大口徑：2020年我國國有單位就業(yè)人員共計5563萬人。4.3 服務器：2025年