處理器SoC行業(yè)深度研究：處理器SoC廠商綜合對(duì)比

處理器SoC行業(yè)深度研究：處理器SoC廠商綜合對(duì)比一、處理器SoC技術(shù)壁壘什么是SoC—從功能維度來(lái)看SoC稱(chēng)為系統(tǒng)級(jí)芯片，也稱(chēng)片上系統(tǒng)，是一個(gè)有專(zhuān)有目標(biāo)的集成電路，其中包含完整系統(tǒng)并有嵌入軟件的全部?jī)?nèi)容。通俗理解，就是將目標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)涉及的多種功能通過(guò)一顆芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此既要有硬件組成，又要有軟件寫(xiě)入，一般包含了完整的系統(tǒng)、軟件及算法。

從終端應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，不同場(chǎng)景需要的功能不同，對(duì)于軟硬件和算法的需求也有差異，這構(gòu)成了SoC在不同場(chǎng)景下的區(qū)別。什么是SoC—從對(duì)比維度來(lái)看將多功能集成的實(shí)現(xiàn)方式一般包括兩種：SoC和SiP（系統(tǒng)級(jí)封裝）。從架構(gòu)上來(lái)講，SiP是將多種不同功能的單獨(dú)的芯片，包括處理器、存儲(chǔ)器等，通過(guò)并排或疊加的封裝方式集成在一個(gè)封裝內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本完整的功能。而SOC則是高度集成的一顆單獨(dú)的芯片產(chǎn)品。SoC有著更高的集成度、更小的面積、更低功耗等多方面的優(yōu)勢(shì)，目前還在沿著摩爾定律方向演進(jìn)，但是多功能的集成會(huì)受到材料和IC工藝的限制；SiP可以將各種工藝的器件進(jìn)行集成，開(kāi)發(fā)周期較短，是未來(lái)超越摩爾定律的必然選擇路徑。處理器SoC，圍繞著CPU擴(kuò)展中央處理器（CPU）作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)算和控制核心，是信息處理、程序運(yùn)行的最終執(zhí)行單元。應(yīng)用處理器SoC是在中央處理器的基礎(chǔ)上擴(kuò)展音視頻功能和專(zhuān)用接口的超大規(guī)模集成電路，是智能設(shè)備的“大腦”，在智能設(shè)備中起著運(yùn)算及調(diào)用其他各功能構(gòu)件的作用。CPU內(nèi)部主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器三大部分組成。運(yùn)算器負(fù)責(zé)算術(shù)運(yùn)算（+、-、*、/基本運(yùn)算和附加運(yùn)算）和邏輯運(yùn)算

（包括移位、邏輯測(cè)試或比較兩個(gè)值等）；控制器負(fù)責(zé)應(yīng)對(duì)所有的信息情況，調(diào)度運(yùn)算器把計(jì)算做好；寄存器它們可用來(lái)暫存指令、數(shù)據(jù)和地址。既要對(duì)接控制器的命令，傳達(dá)命令給運(yùn)算器；還要幫運(yùn)算器記錄處理完或者將要處理的數(shù)據(jù)。Wintel和AA兩大生態(tài)體系主導(dǎo)計(jì)算機(jī)指令（Instruction）是計(jì)算機(jī)硬件直接能識(shí)別的命令，以其復(fù)雜性可被分類(lèi)為復(fù)雜指令集架構(gòu)（CISC）和精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)（RISC）兩大類(lèi)。X86架構(gòu)是目前唯一的主流復(fù)雜指令集；ARM架構(gòu)作為目前最成功RISC架構(gòu)。

CPU行業(yè)目前由兩大生態(tài)體系主導(dǎo)：一是基于X86指令系統(tǒng)和Windows操作系統(tǒng)的Wintel體系，壟斷個(gè)人計(jì)算機(jī)和服務(wù)器處理器市場(chǎng)；二是基于ARM指令系統(tǒng)和Android操作系統(tǒng)的AA體系，主導(dǎo)了智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)芯片處理器市場(chǎng)。前者生態(tài)相對(duì)封閉，后者生態(tài)相對(duì)開(kāi)放，芯片廠商需要獲得ARM的授權(quán)。ARM授權(quán)分三種，架構(gòu)層級(jí)授權(quán)可深度定制，投入規(guī)模大，玩家少；內(nèi)核層級(jí)授權(quán)是處理器SoC廠商主要采用的；使用層級(jí)授權(quán)是最低的授權(quán)等級(jí)，只能使用封裝好的ARM芯片，而不能進(jìn)行任何修改。

RISC-V架構(gòu)同屬于RISC架構(gòu)，以開(kāi)源為最大特色，起步相對(duì)較晚，但發(fā)展很快，有望成為第三大主流架構(gòu)。CPU的發(fā)展離不開(kāi)先進(jìn)制程支持更強(qiáng)大算力和性能的提升離不開(kāi)ARM內(nèi)核的支持，更先進(jìn)制程則可以帶來(lái)性能與功耗的平衡，比如采用7nm（納米）技術(shù)制作的CPU肯定比14nm（納米）技術(shù)制作的CPU在晶體管數(shù)量、處理速度、功耗以及溫升等方各面都會(huì)高出一個(gè)數(shù)量級(jí)?？缭降?0nm以下，越進(jìn)一步，難度越大，研發(fā)、流片等投入也呈幾何指數(shù)增長(zhǎng)。二、市場(chǎng)空間與競(jìng)爭(zhēng)格局處理器SoC市場(chǎng)總括（存量替代與增量成長(zhǎng)并存）整體來(lái)看，處理器芯片下游應(yīng)用廣泛，既包括消費(fèi)電子如手機(jī)、平板、掃地機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等，又包括各種類(lèi)型的行業(yè)應(yīng)用如安防、商顯、工業(yè)等。對(duì)于處理器芯片需求的增長(zhǎng)有兩個(gè)維度，一方面是出貨量增長(zhǎng)帶來(lái)的，一方面是性能持續(xù)升級(jí)帶來(lái)的。而對(duì)于國(guó)內(nèi)芯片廠商來(lái)說(shuō)出貨量的增長(zhǎng)又可細(xì)分為兩個(gè)維度，一方面是國(guó)產(chǎn)替代帶來(lái)的，另一方面是下游需求增量帶動(dòng)的。智能手機(jī)：產(chǎn)業(yè)巨頭必爭(zhēng)之地智能手機(jī)在全球目前仍然擁有近14億部的出貨量，是當(dāng)下處理器需求最大的一塊市場(chǎng)，也是技術(shù)更新迭代最快的賽道。智能手機(jī)前期對(duì)于算力的需求不斷提升，一般也是當(dāng)下最先進(jìn)制程的核心消費(fèi)者，因此目前可以看到全球僅有少數(shù)的幾家芯片大廠和終端大廠在研發(fā)手機(jī)處理器芯片，是產(chǎn)業(yè)巨頭必爭(zhēng)之地。對(duì)于智能手機(jī)來(lái)說(shuō)，通信是基本需求，這也要求處理器廠商有BP自研能力或能獲得產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)保證，因此從各個(gè)維度來(lái)看都是門(mén)檻最高的一個(gè)賽道。汽車(chē)：從座艙到自動(dòng)駕駛，智能化浪潮下的又一高峰隨著消費(fèi)者需求層次的不斷提升，其對(duì)汽車(chē)的需求亦從單一的出行工具逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樯钪械摹暗谌臻g”。從廣義上來(lái)看，當(dāng)下的智能座艙一般由中控臺(tái)、全液晶儀表盤(pán)、HUD（抬顯）、后排座椅娛樂(lè)系統(tǒng)、智能音頻、車(chē)載信息模塊、流媒體后視鏡、車(chē)載信息系統(tǒng)等組成。其中，硬件部分是由域控制器和芯片組成；軟件部分是指由操作系統(tǒng)、管理程序、中間件和支持工具構(gòu)建的軟件平臺(tái)。

在智能座艙興起之時(shí)，高通抓住機(jī)會(huì)通過(guò)消費(fèi)端先進(jìn)制程的優(yōu)勢(shì)搶占市場(chǎng)，成為目前行業(yè)的主力供應(yīng)商。瑞芯微、晶晨、全志等為代表的國(guó)內(nèi)廠商正在積極切入市場(chǎng)。云計(jì)算、邊緣計(jì)算：全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石云計(jì)算是全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，Gartner2020IT關(guān)鍵指標(biāo)的數(shù)據(jù)報(bào)告顯示，全球云計(jì)算尚處于發(fā)展的早期，在總體的IT支出中，云上支出只占4%，這意味著市場(chǎng)盤(pán)子還很大。Canalys公司3月最新發(fā)布的2021年中國(guó)云計(jì)算市場(chǎng)報(bào)告顯示，中國(guó)的云基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)274億美元。邊緣計(jì)算具備兩大優(yōu)勢(shì)，降低決策時(shí)延、處理壓縮數(shù)據(jù)減輕傳輸和存儲(chǔ)壓力。根據(jù)IDC發(fā)布了2021年度中國(guó)邊緣服務(wù)器市場(chǎng)報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，2021年中國(guó)邊緣計(jì)算服務(wù)器市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)了266.3%。IDC預(yù)計(jì)，邊緣算力的投資增長(zhǎng)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于核心位置，到2025年，全球邊緣服務(wù)器的支出金額占總體服務(wù)器比重，將從14.4%增長(zhǎng)至24.9%。機(jī)頂盒、智能電視：格局優(yōu)化，國(guó)產(chǎn)份額持續(xù)提升機(jī)頂盒與智能電視加起來(lái)全球接近6億顆處理器芯片的需求量，兩個(gè)賽道對(duì)于處理器芯片的要求既有共同之處又有差異的地方。前者對(duì)于全格式視頻解碼、運(yùn)營(yíng)商客戶的準(zhǔn)入等有較高要求，后者對(duì)于數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)的解調(diào)、圖像后處理等有較高要求。目前以晶晨為代表的國(guó)內(nèi)芯片廠商的無(wú)論是產(chǎn)品布局還是高端料號(hào)性能均具備全球競(jìng)爭(zhēng)力，全球市場(chǎng)份額在快速提升。三、處理器芯片廠商對(duì)比高通：起于通信，成于手機(jī)，走向移動(dòng)算力全平臺(tái)聯(lián)發(fā)科：從多媒體走向手機(jī)，起于山寨機(jī)，不斷沖擊高端聯(lián)發(fā)科于1997年5月份成立，成立初期主要是一家研發(fā)光盤(pán)存儲(chǔ)技術(shù)和DVD芯片的廠商，核心競(jìng)爭(zhēng)力是將DVD內(nèi)分別承擔(dān)的視頻和數(shù)字解碼功能的兩顆芯片整合到一顆芯片上，經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，2001年公司已經(jīng)占據(jù)了超過(guò)50%的DVD市場(chǎng)份額。公司后將研發(fā)重心轉(zhuǎn)入手機(jī)芯片，并于2003年發(fā)布了首顆手機(jī)芯片。公司2000年起投入無(wú)線通訊基頻與射頻晶片研發(fā)，2003年投入數(shù)位電視與液晶電視控制晶片研發(fā)。英偉達(dá)：GPU架構(gòu)每?jī)赡晟?jí)一次，建立軟硬件一體化生態(tài)英偉達(dá)創(chuàng)立于1993年1月，是一家以設(shè)計(jì)和銷(xiāo)售圖形處理器為主的無(wú)廠半導(dǎo)體公司。NVIDIA最出名的產(chǎn)品線是為個(gè)人與游戲玩家所設(shè)計(jì)的GeForce系列，為專(zhuān)業(yè)CGI工作站而設(shè)計(jì)的Quadro系列，以及為服務(wù)器和高效運(yùn)算而設(shè)計(jì)的Tesla系列，雖然起家于PC電腦的顯卡業(yè)務(wù)，英偉達(dá)也曾涉及移動(dòng)芯片Tegra的設(shè)計(jì)，但智慧機(jī)市場(chǎng)對(duì)此響應(yīng)不大，不過(guò)近年卻利用這些研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，目前朝向人工智慧和機(jī)器視覺(jué)的市場(chǎng)發(fā)展，也是圖形處理器上重要的開(kāi)發(fā)工具CUDA的發(fā)明者。處理器SoC廠商對(duì)比：按產(chǎn)品定義按廠商產(chǎn)品定義可分為：通用與專(zhuān)用。與視頻數(shù)據(jù)處理相關(guān)的賽道涉及面廣，既包括手機(jī)、機(jī)頂盒、智能電視等這樣的大宗或類(lèi)大宗市場(chǎng)，也包括讀寫(xiě)筆、掃地機(jī)等這樣的相對(duì)碎片化、規(guī)模還沒(méi)有那么大的市場(chǎng)，不同處理器SoC廠商由于戰(zhàn)略規(guī)劃、技術(shù)積淀、客戶結(jié)構(gòu)等多方面的不同，需要做好產(chǎn)品定義來(lái)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略規(guī)劃的落地，針對(duì)大宗、類(lèi)大宗市場(chǎng)由于市場(chǎng)容量足夠大，需要廠商以更具針對(duì)性的產(chǎn)品來(lái)去獲取更大市場(chǎng)份額，而針對(duì)碎片化市場(chǎng)，單一細(xì)分市場(chǎng)無(wú)法達(dá)到足夠的銷(xiāo)量來(lái)攤銷(xiāo)公司前期研發(fā)、流片等各項(xiàng)費(fèi)用，因此需要用通用類(lèi)產(chǎn)品來(lái)盡可能面向更多市場(chǎng)。上市公司對(duì)比：主要財(cái)務(wù)指標(biāo)從營(yíng)收和利潤(rùn)體量來(lái)看：扣除掉北京君正、國(guó)科微存儲(chǔ)芯片收入部分，單看處理器芯片收入，體量最大的是晶晨，然后是瑞芯微，全志、富瀚微、北京君正、國(guó)科微的處理器芯片收入?yún)^(qū)間都在10~20億區(qū)間。從銷(xiāo)售毛利率、銷(xiāo)售凈利率來(lái)看：晶晨、瑞芯微、全志、富瀚微去