集成電路行業(yè)深度研究報(bào)告

CPU是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心,架構(gòu)是CPU的基石 4從數(shù)千晶體管到百億晶體管,CPU在過去近五十年飛速發(fā)展 4指令集架構(gòu)是CPU控制和計(jì)算指令的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) 5處理器微架構(gòu)是指令集架構(gòu)的物理實(shí)現(xiàn) 7產(chǎn)業(yè)分工細(xì)化，ARM成為處理器IP授權(quán)領(lǐng)域王者 9半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)垂直分工催生芯片IP產(chǎn)業(yè) 9ARM與移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代互相成就 ARM不出售芯片只授權(quán)架構(gòu)，商業(yè)模式開創(chuàng)半導(dǎo)體行業(yè)先河 10ARM通過指令集架構(gòu)授權(quán)在技術(shù)上與合作伙伴互相緊密對(duì)接 ARM提供多樣化處理器內(nèi)核IP授權(quán)，與生態(tài)伙伴實(shí)現(xiàn)雙贏 ARM助力國產(chǎn)芯片質(zhì)與量雙擊，收購案或刺激自主可控提速 13智能移動(dòng)設(shè)備普及，ARMCortex-A助力國產(chǎn)智能終端SoC崛起 物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代MCU需求提升，本土廠商借助ARMCortex-M卡位高端市場 中國智慧物聯(lián)市場前景廣闊，ARM授權(quán)仍是雙贏選擇 ARM收購案或帶來技術(shù)供應(yīng)不穩(wěn)定性，國產(chǎn)處理器或?qū)⒓铀僮灾骺煽靥幚砥靼l(fā)展17RISC-V引產(chǎn)業(yè)關(guān)注，開源模式賦予國內(nèi)處理器換道超車機(jī)會(huì) RISC-V是新興精簡指令集，開源模式吸引關(guān)注 RISC-V架構(gòu)迎AIoT新機(jī)遇 CPU自主可控道阻且長，發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢布局RISC-V 19AIoT爆發(fā)在即，國內(nèi)多方面推進(jìn)RISC-V發(fā)展 20政策陸續(xù)出臺(tái)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展 產(chǎn)學(xué)研齊登場，積極投身國內(nèi)外合作 21科研機(jī)構(gòu)發(fā)力，展開多領(lǐng)域研究 21企業(yè)積極投身產(chǎn)業(yè)化，自主產(chǎn)品不乏亮點(diǎn) 國內(nèi)MCU和RISC-V產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)公司情況 23風(fēng)險(xiǎn)提示 圖表1：世界首款商用CPU-Intel4004 4圖表2：英特爾第十一代酷睿處理器芯片 4圖表3：蘋果最新發(fā)布的A14BionicSoC搭載6核CPU 5圖表4：指令集是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中硬件和軟件之間交互的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) 6圖表5：ARMv8指令集加法指令示意 6 7 7圖表8：ARMCortex-A77處理器架構(gòu)圖 圖表9：AMDZen2處理器架構(gòu)圖 8圖表10：部分先進(jìn)處理器芯片架構(gòu)對(duì)比 圖表11：AMDRyzen3970 8圖表12：華為海思麒麟90005GSoC 8圖表13：不同制程工藝設(shè)計(jì)成本預(yù)測 9圖表14：2019年半導(dǎo)體IP以功能分類市場份額 9圖表15：2019年全球十大半導(dǎo)體IP供應(yīng)商 圖表17：ARM授權(quán)體系 圖表18：復(fù)雜指令集和精簡指令集對(duì)比 圖表19：蘋果和安卓旗艦智能機(jī)芯片Geekbench單核跑分比較 圖表20：三星Exynos4412SoC架構(gòu)圖 12圖表22：ARMCortex系列處理器 圖表23：2020Q2中國智能手機(jī)處理器市場份額 圖表24：2020Q2全球智能手機(jī)處理器市場份額 圖表25：華為海思?xì)v代旗艦手機(jī)芯片 13圖表26：部分中國本土基于ARM處理器的SoC產(chǎn)品 14圖表27：2019年全球MCU應(yīng)用市場構(gòu)成 15圖表28：2019年中國MCU應(yīng)用市場構(gòu)成 15圖表29：2015-2022E中國MCU市場規(guī)模和同比增長速度 圖表30：部分中國本土32位MCU供應(yīng)商和代表產(chǎn)品 16圖表31：中國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模統(tǒng)計(jì)及預(yù)測 17圖表32：2019-2030中國人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模及規(guī)劃 17 17 圖表35：RISC-V內(nèi)核需求數(shù)量構(gòu)成預(yù)期 19圖表36：RISC-V和其他架構(gòu)授權(quán)模式比較 圖表37：基于RISC-V已形成三種知識(shí)產(chǎn)權(quán)模式 20圖表38：OpenHWGroup加盟成員 21圖表39：部分國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)基于RISC-V研究項(xiàng)目 圖表40：阿里巴巴平頭哥玄鐵910算力全球第一 22 圖表42：中國本土部分設(shè)計(jì)企業(yè)及其基于RISC-V架構(gòu)的芯片產(chǎn)品 22圖表43：報(bào)告中提及公司信息概覽 美國太平洋時(shí)間2020年9月13日，美國圖形處理器和人工智能芯片巨頭英偉達(dá)（NVDAUS，無評(píng)級(jí)）在官網(wǎng)宣布計(jì)劃以總價(jià)為400億美元的英偉達(dá)股票和現(xiàn)金從日本的軟銀和軟銀愿景基金收購全球最大處理器內(nèi)核IP（IntellectualProperty）供應(yīng)商ARMLimited。據(jù)ARM官網(wǎng)介紹，全球超過95%的智能手機(jī)基于ARMIP開發(fā)，中美貿(mào)易摩擦的時(shí)代背景下，繼X86架構(gòu)被美國牢牢掌控之后，ARM架構(gòu)或同時(shí)被美國公司掌控，引發(fā)市場對(duì)中國缺少自主處理器架構(gòu)和芯片產(chǎn)業(yè)鏈安全廣泛關(guān)注。因此，我們對(duì)處理器發(fā)展史、ARM公司、ARM與中國的合作以及處理器架構(gòu)自主可控發(fā)展等方面進(jìn)行研究分析，我們認(rèn)為中國芯片公司和ARM在移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代合作中實(shí)現(xiàn)雙贏，國產(chǎn)智能手機(jī)、多媒體領(lǐng)域SoC達(dá)到世界領(lǐng)先，高端32位MCU實(shí)現(xiàn)了突破。未來智慧物聯(lián)時(shí)代帶來極為豐富的應(yīng)用場景和智能設(shè)備需求，基于ARM架構(gòu)的國產(chǎn)MCU、SoC應(yīng)用有廣闊的發(fā)展空間。同時(shí)，我們認(rèn)為英偉達(dá)收購ARM或?qū)⒅厮苋蛐酒a(chǎn)業(yè)格局，在中美貿(mào)易摩擦背景下，ARM架構(gòu)因其技術(shù)和市場地位有成為管制技術(shù)的潛在可能性。我們認(rèn)為這種不確定性或?qū)⒋碳ぶ袊灾骰M(jìn)程提速。RISC-V架構(gòu)憑借開源和開放等優(yōu)點(diǎn)，有望成為中國AIoT領(lǐng)域自主可控處理器架構(gòu)的最佳選擇。中央處理器單元（CPU，CentralProcessorUnit）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心。CPU的功能主要為處理指令、執(zhí)行操作、控制時(shí)間、處理數(shù)據(jù)。中央處理器主要包括邏輯運(yùn)算器、控制器和寄存器等部件。同時(shí)，CPU還包括高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系如執(zhí)行移位操作和邏輯操作。除此之外，邏輯運(yùn)算器還可以執(zhí)行定點(diǎn)或浮點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算操作，以及地址運(yùn)算和轉(zhuǎn)換等命令。控制器則是主要用來對(duì)指令進(jìn)行分析并且能夠發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。寄存器則是用來暫存指令、數(shù)據(jù)和地址信息。1971年11月15日，美國英特爾公司（INTCUS,無評(píng)級(jí)）推出世界第一款商用計(jì)算機(jī)微處理器Intel4004，被認(rèn)為是CPU發(fā)展史的開端。作為4位處理器，Intel4004由10um制程工藝在2英寸晶圓上打造，集成了2300個(gè)晶體管，主頻為740kHz。而到了49年后的2020年，第十一代酷睿處理器芯片基于英特爾10nm工藝打造，將集成超過百億個(gè)晶體管，最高主頻可高達(dá)4.8Ghz。這顆CPU芯片不再是單一的CPU，而是集成了全新架構(gòu)的WillowCove內(nèi)核、IrisX圖形處理器、內(nèi)存控制器、圖像處理器、媒體解碼器、電源管理、神經(jīng)元加速器和各類高速接口控制器等各種組件。其中WillowCove內(nèi)核正是這顆CPU芯片集成的傳統(tǒng)意義上的CPU。資料來源：Intel,華泰證券研究所資料來源：Intel,華泰證券研究所現(xiàn)代CPU成為處理器（processor）芯片的核心組件之一，而不僅僅是唯一組件。在過去50多年間，芯片制程工藝在摩爾定律的指引下從數(shù)十微米演進(jìn)至5納米，芯片的集成度不斷提升?，F(xiàn)代的應(yīng)用處理器芯片（AP，applicationprocessor）、微處理器（MPU，onChip）等數(shù)字邏輯運(yùn)算芯片在CPU外圍集成了其他功能多樣的組件。這些超大規(guī)模集動(dòng)終端處理器芯片A14Bionic集成了118億個(gè)晶體管，2020年10月22日，華為發(fā)布的麒麟90005GSoC集成了超過150億個(gè)晶體管。多核技術(shù)的出現(xiàn)，在芯片基板上集成多個(gè)CPU內(nèi)核，進(jìn)一步提升了現(xiàn)代處理器芯片的性能。多個(gè)內(nèi)核集成為一個(gè)CPU集合（cluster）共享一級(jí)高速緩存。2012年，ARM又引入大小核技術(shù)（big.LITTLEtechnology）,在SoC的CPU集合里同時(shí)集成了高性能的大核（Cortex-A7x）和低功耗小核（Cortex-A5x在不同應(yīng)用場景下切換，從而達(dá)到性能和待機(jī)時(shí)長兼顧。大小核的CPU集合在智能手機(jī)芯片中最為常見。資料來源：Apple，華泰證券研究所計(jì)算機(jī)指令（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。指令是由一串二進(jìn)制數(shù)碼組成。一條指令通常由兩個(gè)部分組成：操作碼和地址碼。操作碼指明該指令要完成的操作的類型或性質(zhì)，如取數(shù)、做加法或輸出數(shù)據(jù)等；地址碼指明操作對(duì)象的內(nèi)容或所在的存儲(chǔ)單元地址。計(jì)算機(jī)程序在硬件上執(zhí)行是由成千上萬條指令組成的。一段程序通過編譯翻譯成匯編語言，而后通過匯編器翻譯成一條一條機(jī)器碼。這些機(jī)器碼是由0和1組成的機(jī)器語言表示，也就是計(jì)算機(jī)指令。指令集架構(gòu)（InstructionSetArchitecture）是指一種類型CPU中用來計(jì)算和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一套指令的集合。指令集架構(gòu)主要規(guī)定了指令格式、尋址訪存（尋址范圍、尋址模式、尋址粒度、訪存方式、地址對(duì)齊等）、數(shù)據(jù)類型、寄存器。指令集通常包括三大類主要指令類型：運(yùn)算指令、分支指令和訪存指令。此外，還包括架構(gòu)相關(guān)指令、復(fù)雜操作指令和其他特殊用途指令。因此，一種CPU執(zhí)行的指令集架構(gòu)不僅決定了CPU所要求的能力，而且也決定了指令的格式和CPU的結(jié)構(gòu)。X86架構(gòu)和ARMv8架構(gòu)就是指令集架指令集架構(gòu)以其復(fù)雜性可被分類為復(fù)雜指令集架構(gòu)（CISC，ComplexInstructionSetComputer）和精簡指令集架構(gòu)（RISC,ReducedInstructionSetComputer）兩大類。CISC和RISC指令集架構(gòu)是計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的優(yōu)化發(fā)展中先后出現(xiàn)。在計(jì)算機(jī)發(fā)展初期，計(jì)算機(jī)的優(yōu)化方向是通過設(shè)置一些功能復(fù)雜的指令，把一些原來由軟件實(shí)現(xiàn)的、常用的功能改用硬件的指令系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，以此來提高計(jì)算機(jī)的執(zhí)行速度，這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就被稱為復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)。20世紀(jì)80年代，盡量簡化計(jì)算機(jī)指令功能的基本思想被提出，功能簡單、能在一個(gè)節(jié)拍內(nèi)執(zhí)行完成的指令被保留，而較復(fù)雜的功能用一段子程序來實(shí)現(xiàn)，這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就被稱為精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)。資料來源：華泰證券研究所X86架構(gòu)是目前唯一的主流復(fù)雜指令集，壟斷個(gè)人是英特爾公司在1978年發(fā)布。在過去四十多年，x86家族不斷壯大，從桌面轉(zhuǎn)戰(zhàn)筆記本、服務(wù)器、超級(jí)計(jì)算機(jī)。目前，X86架構(gòu)授權(quán)被英特爾、超微半導(dǎo)體（AMDUS，無評(píng)級(jí)）和臺(tái)灣威盛三家把持。其中，英特爾和AMD的X86處理器在桌面電腦和筆記本市場占據(jù)主導(dǎo)地位。據(jù)2017年IDC的報(bào)告統(tǒng)計(jì)，X86處理器在服務(wù)器市場占有率也高達(dá)96%。根據(jù)MercuryResearch統(tǒng)計(jì)，2019年臺(tái)灣威盛僅占有0.1%的X86桌面處理器市場份額。資料來源：ARMv8架構(gòu)手冊，華泰證券研究所根據(jù)英偉達(dá)公告，基于ARM架構(gòu)的芯片已累計(jì)出貨1800億顆。ARM架構(gòu)處理器在智能手機(jī)芯片、車載信息芯片、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)微控制器等領(lǐng)域占到90%以上市場份額。90年代，MIPS和Alpha作為知名RISC在與X86競爭計(jì)算機(jī)市場中失敗，又在錯(cuò)過智能終端高速發(fā)展的機(jī)遇中走向衰弱。2010年發(fā)布的RISC-V作為從發(fā)明伊始即以開源為最大特色的RISCISA受到全球?qū)W界、產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注。全球頂級(jí)學(xué)府、科研機(jī)構(gòu)、芯片巨頭紛紛參與，各國政府出臺(tái)政策支持RISC-V的發(fā)展和商業(yè)化。RISC-V有望成為X86馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。1946年美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾伊曼提出存儲(chǔ)程序原理，把程序本身當(dāng)作數(shù)據(jù)來對(duì)待，程序和該程序處理的數(shù)據(jù)用同樣的方式存儲(chǔ)，并確定了存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)的五大組成部分和基本工作方法。馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)主要由CPU、存儲(chǔ)器（Memory）和輸入輸出設(shè)備（I/ODevice）組成。在該體系結(jié)構(gòu)下，指令和數(shù)據(jù)需要從同一存儲(chǔ)空間存取，經(jīng)由同一總線傳輸，無法重疊執(zhí)行。馮·諾依曼體系的CPU工執(zhí)行指令階段（execute）、訪存取數(shù)（readmemory）和結(jié)果寫回（writeback）。哈佛結(jié)構(gòu)是另一種主要計(jì)算機(jī)架構(gòu)體系。與馮諾依曼處理器相比，哈佛結(jié)構(gòu)的指令和數(shù)據(jù)存在兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器模塊，使用兩條獨(dú)立的總線連接CPU和存儲(chǔ)模塊。而在改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)（ModifiedHarvardArchitecture）中，指令和數(shù)據(jù)存在兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器模塊，但是共用地址和數(shù)據(jù)總線?，F(xiàn)代的復(fù)雜芯片上，已經(jīng)看到純粹的馮·諾伊曼體系或者哈佛體系，而大多數(shù)能看到是兩者融合或者并存的體系。資料來源：《ComputerArchitecture》，華泰證券研究所資料來源：《ComputerArchitecture》，華泰證券研究所實(shí)現(xiàn)指令集架構(gòu)的物理電路被稱為處理器的微架構(gòu)（實(shí)現(xiàn)指令集架構(gòu)的物理電路被稱為處理器的微架構(gòu)（Micro-architecture）。因此，通俗來講處理器架構(gòu)就是處理器電路。通常，具備獨(dú)立設(shè)計(jì)處理器微架構(gòu)的企業(yè)被認(rèn)為有處理器研發(fā)能力。大多數(shù)情況下，一種處理器的微架構(gòu)是針對(duì)一種特定指令集架構(gòu)進(jìn)行物理實(shí)現(xiàn)。少部分處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)為了更好的兼容性，會(huì)在電路設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)多個(gè)指令集架構(gòu)。雖然，指令集架構(gòu)可以授權(quán)給多家企業(yè)，但微架構(gòu)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，也就是對(duì)指令的物理實(shí)現(xiàn)方式是各家廠商絕對(duì)保密的。由于處理器的功能要求、使用場景不同、各家企業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)的差異等因素，即使基于同一指令集架構(gòu)，各個(gè)企業(yè)也會(huì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)出不同的處理器架構(gòu)。資料來源：ARM,華泰證券研究所資料來源：AMD,華泰證券研究所在計(jì)算機(jī)時(shí)代，英特爾和AMD等主要處理器廠商研發(fā)處理器架構(gòu)僅供應(yīng)自家處理器芯片。作為壟斷個(gè)人電腦和服務(wù)器的X86架構(gòu)陣營，英特爾和AMD繼續(xù)延續(xù)只為自家處理器芯片設(shè)計(jì)供應(yīng)處理器內(nèi)核的模式。2016年，AMD和中國服務(wù)器企業(yè)海光合作，授權(quán)給海光的Zen架構(gòu)正是處理器微架構(gòu)。這個(gè)授權(quán)物實(shí)際就是AMD根據(jù)X86架構(gòu)設(shè)計(jì)完成的處理器電路，并不是X86指令集架構(gòu)。即使是以這種IP授權(quán)方式的合作，在X86陣營中也是極少的個(gè)例。開發(fā)內(nèi)核微架構(gòu)后，將它們以IP形式上架出售，芯片廠商以ARM授權(quán)的內(nèi)核為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)芯片使用或?qū)ν怃N售?；贏RM精簡指令集架構(gòu)的ARM內(nèi)核微架構(gòu)IP選擇多樣、設(shè)計(jì)機(jī)頂盒、視頻監(jiān)控等應(yīng)用媒體芯片等應(yīng)用為代表移動(dòng)智能領(lǐng)域獲得廣泛的成功。ARM因-超微資料來源：各公司官網(wǎng)，華泰證券研究所資料來源：AMD官網(wǎng)，華泰證券研究所資料來源：華為官網(wǎng)，華泰證券研究所20世紀(jì)90年代開始，信息產(chǎn)業(yè)核心從個(gè)人計(jì)算機(jī)向手機(jī)產(chǎn)業(yè)過渡，信息時(shí)代從互聯(lián)網(wǎng)為主體的階段向移動(dòng)互聯(lián)階段過渡。智能移動(dòng)終端和智能多媒體產(chǎn)品更加復(fù)雜多樣，對(duì)芯片功能和性能需求差異化增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。另一方面，隨著摩爾定律推進(jìn)，先進(jìn)工藝制程芯片設(shè)計(jì)研發(fā)資源和成本持續(xù)增加。根據(jù)2020年IBS報(bào)告預(yù)測，一款先發(fā)使用5nm制程芯片設(shè)計(jì)成本將高達(dá)4.97億美元,相比16nm增長多達(dá)5倍；即使5nm將來成為成熟制程，單款芯片設(shè)計(jì)成本也將高達(dá)2.5億美元，接近7nm的先發(fā)芯片設(shè)計(jì)成本。全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在fabless+foundry+OSAT（無晶圓設(shè)計(jì)+晶圓代工+封裝測試）的分工大趨勢下繼續(xù)細(xì)化分工，芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步拆分出芯片IP（IntellectualProperty）產(chǎn)業(yè)。040nm28nm22早期應(yīng)用時(shí)期主流應(yīng)用時(shí)期成熟應(yīng)用時(shí)期資料來源：IBS，華泰證券研究所電路模塊。IP供應(yīng)商專注開發(fā)IP微架構(gòu)，通過收取IP架構(gòu)授權(quán)費(fèi)、版稅進(jìn)行盈利。設(shè)計(jì)公司在芯片設(shè)計(jì)中將得到授權(quán)的IP直接集成到芯片中實(shí)現(xiàn)功能，避免重新開發(fā)。根據(jù)MarketsandMarkets預(yù)測,半導(dǎo)體IP市場到2024年將達(dá)到65億美元規(guī)模，市場增長的推動(dòng)因素是消費(fèi)電子領(lǐng)域不斷進(jìn)步的多核技術(shù)和現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)領(lǐng)域持續(xù)增加的需求。根據(jù)IP功能細(xì)分，處理器IP占據(jù)整最大的IP市場份額，根據(jù)IPnest統(tǒng)計(jì)，2019年包括CPU、GPU、NPU、VPU、DSP和ISP六大類處理器IP占全市場51%份額。資料來源：IPnest，華泰證券研究所ARM英文全稱AdvancedRISCMachines，總部位于英國劍橋。該公司成立于1990年也不銷售實(shí)際的芯片給終端客戶，而是通過授權(quán)其RISCISA和處理器設(shè)計(jì)方案，由合作伙伴生產(chǎn)出各具特色的芯片。ARM公司利用架構(gòu)授權(quán)的模式與伙伴達(dá)成雙贏，迅速成了全球性的精簡指令集微處理器標(biāo)準(zhǔn)的締造者。2016年7月，日本軟銀（Softbank）宣布斥資243億英鎊收購ARM公司，但在業(yè)務(wù)上仍然保持獨(dú)立運(yùn)營。ARM憑借在通用處理器IP領(lǐng)域壟斷優(yōu)勢，在IP營收上穩(wěn)居全球IP供應(yīng)商排名榜首?；贏RM指令集開發(fā)的ARM處理器內(nèi)核被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、電視機(jī)、汽車、智能家居、智慧城市和可穿戴等設(shè)備上。據(jù)軟銀2017年世界大會(huì)公布的ARM市場份額顯示，超過99%的智能手機(jī)、調(diào)制解調(diào)器，超過95%的車載信息設(shè)備和超過90%的可穿戴設(shè)備搭載了ARM架構(gòu)處理器。資料來源：IPnest，華泰證券研究所ARM不出售芯片只授權(quán)架構(gòu)，商業(yè)模式開創(chuàng)半導(dǎo)體行業(yè)先河作為半導(dǎo)體企業(yè)，ARM獨(dú)特的商業(yè)模式是不設(shè)計(jì)和制造整芯片，而是專注處理器內(nèi)核架構(gòu)的授權(quán)。ARM一直以來保持作為處理器IP供應(yīng)商的中立地位。中立地位幫助ARM通過架構(gòu)授權(quán)廣泛推廣了基于ARM架構(gòu)的生態(tài)系統(tǒng)。ARM處理器架構(gòu)授權(quán)主要分為指令集授權(quán)和處理器架構(gòu)授權(quán)兩個(gè)層次：一是ARM指令集架構(gòu)授權(quán)，二是ARM處理器架構(gòu)授權(quán)。公司收入來源包括：1）對(duì)半導(dǎo)體公司的授權(quán)費(fèi)用，半導(dǎo)體公司向其他客戶銷售芯片的royalty費(fèi)用，客戶每生產(chǎn)一顆芯片ARM都有一定百分點(diǎn)的版稅收入；3）向半導(dǎo)體公司、用戶提供技術(shù)咨詢服務(wù)的費(fèi)用。資料來源：ARM、華泰證券研究所資料來源：ARM、華泰證券研究所ARM通過指令集架構(gòu)授權(quán)在技術(shù)上與合作伙伴互相緊密對(duì)接ARM指令集架構(gòu)授權(quán)指ARM將ARMRISC精簡指令集授權(quán)給受讓方。受讓方可以對(duì)ARM指令集進(jìn)行大幅度改造，甚至可以對(duì)ARM指令集進(jìn)行擴(kuò)展或縮減。之后，受讓方根據(jù)自己改進(jìn)過的指令集研發(fā)處理器架構(gòu)，從而在根源上做到了對(duì)處理器架構(gòu)的差異化設(shè)計(jì)，保持對(duì)自研芯片的掌控力，達(dá)成獨(dú)特競爭力同時(shí)又兼容ARM微架構(gòu)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)難度高、成本高設(shè)計(jì)難度相對(duì)低、成本低個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、超級(jí)計(jì)算機(jī)資料來源：CSDN，華泰證券研究所蘋果的A系列處理器是基于ARM指令集架構(gòu)授權(quán)自研蘋果隨iPhone5上市發(fā)布了A6處理器SoC，這顆SoC基于ARMv7架構(gòu)打造的Swift內(nèi)核微架構(gòu)開啟了蘋果基于ARM架構(gòu)自研處理器內(nèi)核的序幕。2013年9月，蘋果率先發(fā)布搭載基于ARMv8架構(gòu)研發(fā)的64位Cyclone架構(gòu)的雙核A7處理器。A7作為世界首款64位智能手機(jī)處理器，在性能表現(xiàn)力壓還在32位四核方案上競爭的安卓陣營。蘋果A系列處理器內(nèi)核性能力壓所有安卓陣營競爭對(duì)手序幕由此開啟，并延續(xù)至今。2020年，蘋果Cortex-A76改資料來源：Geekbench，各公司官網(wǎng)，華泰證券研究所蘋果在今年WWDC2020宣布Mac電腦將轉(zhuǎn)向使用公司自主開發(fā)的基于ARM架構(gòu)處理器。我們認(rèn)為，蘋果結(jié)束與英特爾長達(dá)15年的合作，轉(zhuǎn)而使用自研ARM處理器最重要目的是進(jìn)一步封閉蘋果的軟硬件生態(tài)。蘋果希望如同iPhone的成功一樣，從硬件上得到充分自主，做到差異化競爭優(yōu)勢。從ARM角度來看，蘋果一旦成功也將幫助ARM實(shí)現(xiàn)一直以來希望撕開X86壟斷的個(gè)人計(jì)算機(jī)市場的野心。ARM提供多樣化處理器內(nèi)核IP授權(quán)，與生態(tài)伙伴實(shí)現(xiàn)雙贏ARM處理器架構(gòu)授權(quán)指ARM將自行設(shè)計(jì)的處理器內(nèi)核IP授權(quán)給客戶?？蛻艨梢灾苯訉?nèi)核RTL（RegisterTransitionLevel）代碼在芯片前端設(shè)計(jì)時(shí)集成在芯片處理器模塊中?？蛻粢部梢詫?duì)處理器緩存、核數(shù)、頻率進(jìn)行配置。通過系統(tǒng)總線與其他的功能模塊、外設(shè)接口、主存儲(chǔ)接口模塊等連接，生成完整的芯片。ARM為各種應(yīng)用場景提供多樣化的家族化處理器IP解決方案，覆蓋高性能計(jì)算、高性能實(shí)時(shí)、低功耗嵌入式、云端計(jì)算、硬件安全和高性能機(jī)器學(xué)習(xí)等場景。ARM的處理器IP授權(quán)模式為合作伙伴提供可靠處理器的同時(shí)降低芯片開發(fā)成本，推動(dòng)應(yīng)用的創(chuàng)新。而廣泛的合作伙伴豐富了ARM的生態(tài)，奠定ARM在智能時(shí)代中智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域處理器主導(dǎo)地位。資料來源：三星，華泰證券研究所資料來源：兆易創(chuàng)新，華泰證券研究所ARMCortex系列處理器內(nèi)核是ARM家族中占據(jù)處理器IP市場的核心系列。其中，Cortex-A系列面向高性能計(jì)算需求、運(yùn)行豐富操作系統(tǒng)和程序任務(wù)的應(yīng)用領(lǐng)域。例如智能手機(jī)、平板電腦、機(jī)頂盒、數(shù)字電視、路由器和監(jiān)控SoC芯片等。Cortex-A目前有A7x系列為代表的性能大核產(chǎn)品線和A5x系列為代表低功耗小核產(chǎn)品線?，F(xiàn)代多核SoC為了兼顧性能峰值表現(xiàn)和低功耗，經(jīng)常同時(shí)集成一定數(shù)量大核和小核。其中大核運(yùn)行短時(shí)間的高性能需求任務(wù)；小核運(yùn)行低性能需求的任務(wù)或者在待機(jī)狀態(tài)支持背景任務(wù)運(yùn)行。目前，除了蘋果自研處理器內(nèi)核以外，以高通、海思、聯(lián)發(fā)科為首的安卓智能機(jī)SoC芯片設(shè)計(jì)企業(yè)都采用Cortex-A7x和A5x搭配作為內(nèi)核集合（cluster）配置。其中，高通和華為會(huì)在架構(gòu)上做不同程度的優(yōu)化。相比Cortex-A處理器內(nèi)核，Cortex-M處理器內(nèi)核被設(shè)計(jì)成面積更小，能效比更高。通常這些處理器的流水線很短，設(shè)計(jì)簡單，最高時(shí)鐘頻率很低，功耗表現(xiàn)優(yōu)異。Cortex-M系列在目前智能互聯(lián)時(shí)代應(yīng)用前景非常廣闊，覆蓋智能測量、人機(jī)接口設(shè)備、汽車和工業(yè)控制系統(tǒng)、大型家用電器、消費(fèi)性產(chǎn)品和醫(yī)療器械等應(yīng)用需求，Cortex-M在目前全球32位MCU市場占據(jù)主導(dǎo)地位。Cortex-R處理器是面向?qū)崟r(shí)應(yīng)用的高性能處理器系列，運(yùn)行在比較高的時(shí)鐘頻率，其響應(yīng)延遲非常低。主要應(yīng)用于硬盤控制器，汽車傳動(dòng)系統(tǒng)和無線通訊的基帶控制等領(lǐng)域。資料來源：ARM、華泰證券研究所根據(jù)CINNOResearch發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示，2020年上半年，國內(nèi)市場智能機(jī)銷量約1.4億部，其中華為（含榮耀）市場份額達(dá)到40.2%。另據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Counterpoint發(fā)布的報(bào)告顯示，2020Q2海思麒麟芯片占據(jù)41%的國內(nèi)智能手機(jī)芯片市場份額，成為國內(nèi)第一。同時(shí)，海思麒麟芯片在全球智能機(jī)芯片市場份額提升到16%，超過蘋果和三星。近年來華為手機(jī)質(zhì)和量形成雙擊，特別是旗艦手機(jī)得到全球市場廣泛認(rèn)資料來源：Counterpoint，華泰證券研究所資料來源：Counterpoint，華泰證券研究所半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)fabless+foundry+OSAT分工體系從工程上成就了包括麒麟芯片在內(nèi)的海思芯片的成功。華為對(duì)海思不斷持續(xù)巨額投入帶來的芯片設(shè)計(jì)能力提升成功對(duì)接全球最先進(jìn)的制程工藝和封裝工藝。而在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，ARM的處理器IP授權(quán)模式成為歷代麒麟芯片成功的重要因素之一。ARM的授權(quán)模式對(duì)麒麟芯片積極影響有以下幾方面：一是在創(chuàng)業(yè)初期，ARM的授權(quán)模式可以幫助作為后發(fā)者的海思在處理器內(nèi)核性能上直接拉到和安卓陣營競爭對(duì)手同一個(gè)層級(jí)。二是對(duì)于ARM在智能手機(jī)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，使海思自研手機(jī)芯片能夠借助ARM完善的生態(tài)，幫助華為手機(jī)快速進(jìn)入主流智能機(jī)市場。三是基于消費(fèi)電子市場的特點(diǎn)，資料來源：華為官網(wǎng)，海思官網(wǎng)，華泰證券研究所除了基于ARM公版內(nèi)核架構(gòu)開發(fā)芯片以外，華為已經(jīng)具備基于ARM指令集架構(gòu)的處理內(nèi)核，顯示海思已經(jīng)對(duì)ARM處理器內(nèi)核和指令集有深入了解，掌握了自行對(duì)架構(gòu)修改的能力。2019年1月，華為跟進(jìn)一步發(fā)布自研服務(wù)器芯片鯤鵬920。該服務(wù)器芯片搭載了64顆海思基于ARMv8架構(gòu)自研的泰山內(nèi)核。整體服務(wù)器性能較市場現(xiàn)有競品提升20%。2019年5月，華為宣布獲得ARMv8架構(gòu)永久授權(quán)，并且強(qiáng)調(diào)華為海思有持續(xù)自行開發(fā)設(shè)計(jì)基于ARM授權(quán)架構(gòu)的處理器。步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代。國產(chǎn)搭載ARM架構(gòu)處理器的SoC涵蓋了智能高清機(jī)頂盒、IPC、網(wǎng)絡(luò)無評(píng)級(jí)）分別占據(jù)國內(nèi)60.7%和32.6%的IPTV/OTT機(jī)頂盒芯片市場。而在2013年，歐4*Cortex-A77+4*A552*Cortex-A73+2*A554*Cortex-A76+4*A55分離式智能電視，智能投影儀4*Cortex-A534*Cortex-A53智能機(jī)頂盒、智能機(jī)頂盒音箱ARM1176ARM1176資料來源：各公司官網(wǎng)，華泰證券研究所同時(shí)預(yù)計(jì)MCU在經(jīng)歷2019年和2020年下滑后，將在2021年出現(xiàn)溫和復(fù)蘇，銷售額將增長5%至157億美元，其次是2022年將同比增長8%，2023年將同比增長11%。屆時(shí)拉斯（美國）占據(jù)。根據(jù)HIS和ASPENCORE數(shù)據(jù)，2019年中國MCU市場規(guī)模達(dá)到256億人民幣。中國MCU應(yīng)用市場主要集中在家電/消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、汽車電子、智能卡、工控等領(lǐng)域，市場占比分別為25.6%、18.4%、16.2%、15.3%和11.2%。受益于國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)和新能源車行業(yè)的增長領(lǐng)先于全球，中國MCU市場規(guī)模在2008年到2018年間CAGR為7.2%，領(lǐng)先全球。同時(shí)，HIS預(yù)計(jì)2022年，中國MCU市場規(guī)模將達(dá)到319億人民幣，增速繼續(xù)超過全球。預(yù)計(jì)2020年國產(chǎn)MCU廠商的銷售額將達(dá)到148億元人民幣，占整個(gè)中國MCU市場的55%。/醫(yī)療25%資料來源：ICInsights，華泰證券研究所資料來源：HIS，ASPENCORE，華泰證券研究所0資料來源：HIS，華泰證券研究所ARMCortex-M處理器助力國內(nèi)廠商卡位MCU市場的價(jià)值鏈上游。目前，國內(nèi)MCU廠商在消費(fèi)電子、智能卡和水電煤氣儀表等中低端應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)替代。隨著物聯(lián)網(wǎng)終端需求推進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代任務(wù)的復(fù)雜化對(duì)計(jì)算能力的要求將使MCU往16或32位設(shè)計(jì)。32位MCU是基于未來物聯(lián)網(wǎng)的市場發(fā)展方向。既滿足廠商上述要求又具有豐富生態(tài)系統(tǒng)資源的ARMCortex-M系列處理器內(nèi)核成為32位MCU內(nèi)核市場主導(dǎo)。兆易創(chuàng)新、中穎電子等國內(nèi)MCU廠商也紛紛借助基于ARMCortex-M系列處理器的32位MCU積極布局國內(nèi)中高端市場，向產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈上游卡位。國產(chǎn)32位MCU已經(jīng)開始進(jìn)入國外傳統(tǒng)廠商所壟斷的高端MCU市場。作為國產(chǎn)IC設(shè)計(jì)領(lǐng)軍企業(yè)，兆易主要提供基于ARMCortex-M系列32位通用MCU產(chǎn)品，其GD32是ARM?Cortex-M3及Cortex-M4內(nèi)核通用MCU產(chǎn)品系列，也是目前中國32位通用MCU主流產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、人機(jī)互動(dòng)、電機(jī)控制、安防家弄、智能家居家電及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。根據(jù)公司2020年中報(bào)，兆易MCU產(chǎn)品包括330余個(gè)產(chǎn)品型號(hào)、23個(gè)產(chǎn)品系列和11種不同封裝類型，累計(jì)出貨已超過4億顆。2020年7月，兆易創(chuàng)新發(fā)布基于全新ArmCortex-M33內(nèi)核的GD32E5系列高性能微控制器，確定以無線連接、電池供電設(shè)備以及便攜式、可穿戴設(shè)備、汽車級(jí)MCU幾大方向的產(chǎn)品路線。工業(yè)控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、報(bào)警系統(tǒng)等工業(yè)控制、嵌入式模塊、汽車導(dǎo)航、無人機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)高精度工業(yè)控制領(lǐng)域擴(kuò)展，解決數(shù)字電源、電機(jī)變頻、測量儀器、混合電動(dòng)自行車控制器；空氣質(zhì)量檢測設(shè)備；智能交通、智慧城市、智能家居；帶觸摸按鍵的消費(fèi)類行業(yè)家電、智能家居、儀器儀表、液晶面板控制器、資料來源：各公司官網(wǎng)，華泰證券研究所美國太平洋時(shí)間2020年9月13日，美國圖形處理器和人工智能芯片巨頭英偉達(dá)（NVDAUS，無評(píng)級(jí)）在官網(wǎng)宣布計(jì)劃以總價(jià)為400億美元的英偉達(dá)股票和現(xiàn)金從日本的軟銀和軟銀愿景基金收購全球最大處理器IP（IntellectualProperty）供應(yīng)商ARMLimited。英偉達(dá)表示本次收購計(jì)劃旨在結(jié)合英偉達(dá)大的人工智能技術(shù)和ARM龐大的計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)，推動(dòng)英偉達(dá)成為從云端、智能手機(jī)、PC、自動(dòng)駕駛汽車和機(jī)器人深入到邊緣物聯(lián)網(wǎng)的全球領(lǐng)先的AI公司。英偉達(dá)同時(shí)承諾延續(xù)ARM的開放式授權(quán)模式，保持其客戶中立性，并利用NVIDIA技術(shù)擴(kuò)展ARM的IP授權(quán)組合。無論如何整合，作為世界最大的處理器IP供應(yīng)商ARM收購案將重塑全球芯片產(chǎn)業(yè)格局。中國智慧物聯(lián)市場前景廣闊，ARM授權(quán)仍是雙贏選擇“十三五”期間中國物聯(lián)網(wǎng)市場穩(wěn)步增長，未來市場前景樂觀。中商產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2020-2025年中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場前景及投資機(jī)會(huì)研究報(bào)告》預(yù)計(jì)，2020年中國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將突破2萬億，達(dá)到22165億元，“十三五”期間年均復(fù)合增長率達(dá)24%。另根據(jù)工信部數(shù)據(jù)顯示，截至2018年6月底，全國物聯(lián)網(wǎng)終端用戶已達(dá)4.65億戶。預(yù)計(jì)智能消費(fèi)設(shè)備的普及以及人工智能技術(shù)的應(yīng)用在未來仍將支撐中國物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的穩(wěn)步增長同時(shí)，中國人工智能產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖僭鲩L。根據(jù)艾媒咨詢發(fā)布的《2020上半年中國人工智能產(chǎn)業(yè)專題研究報(bào)告》顯示，預(yù)計(jì)2020年國內(nèi)人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過1500億元，同比增長率達(dá)到26.2％。截至2020年6月，全國已有24個(gè)省市發(fā)布了人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，其中有18個(gè)制定了具體的產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展目標(biāo)，這18個(gè)省市2020年的人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模目標(biāo)達(dá)到近4000億，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家制定的1500億。我們認(rèn)為中國作為全球最大的電子和半導(dǎo)體市場，是目前ARM生態(tài)中的國內(nèi)芯片廠商短期不會(huì)受到收購案的沖擊的最有利因素。首先，英偉達(dá)為了實(shí)現(xiàn)繼續(xù)保持ARM在處理器IP授權(quán)的主導(dǎo)地位，兌現(xiàn)ARM中立性的承諾是成功的關(guān)鍵。其次，無論是從商業(yè)直接收益角度，還是維持并擴(kuò)展ARM產(chǎn)業(yè)生態(tài)，英偉達(dá)和ARM都不會(huì)錯(cuò)過中國廣闊的智慧物聯(lián)、人工智能市場。另外，由于中國在全球市場的地位，中國反壟斷監(jiān)管部門的審批或?qū)RM收購案成功與否的決定因素之一。我們認(rèn)為中美貿(mào)易摩擦和收購案導(dǎo)致半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集中度大幅提升兩大重要因素或致使收購案在通過中國反壟斷審查的曲折程度超過2018年高通-恩智浦收購案。倪光南院士公開預(yù)測中國商務(wù)部會(huì)否決本收購案。02014201520162017201820190資料來源：中商產(chǎn)業(yè)研究院，華泰證券研究所資料來源：國務(wù)院，艾媒數(shù)據(jù)中心，華泰證券研究所ARM收購案或帶來技術(shù)供應(yīng)不穩(wěn)定性，國產(chǎn)處理器或?qū)⒓铀僮灾骺煽靥幚砥靼l(fā)展我們認(rèn)為ARM指令集架構(gòu)和處理器內(nèi)核架構(gòu)在移動(dòng)和智能物聯(lián)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢和市場壟斷地位有可能為美國的管制技術(shù)。目前，美國已經(jīng)在X86架構(gòu)、EDA工具、晶圓代工的設(shè)備、材料等多個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)扼住整個(gè)全球產(chǎn)業(yè)鏈。其中，作為壟斷個(gè)人計(jì)算機(jī)和服務(wù)器的X86架構(gòu)完全掌握在英特爾手中，只授權(quán)給AMD和臺(tái)灣威盛兩家。英特爾和AMD過去數(shù)十年在X86架構(gòu)上的耕耘，已經(jīng)建立起了堅(jiān)固的專利墻。而ARM架構(gòu)和處理器IP授權(quán)智能終端、工業(yè)、車載、家居物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域芯片處理器內(nèi)核的地位能夠進(jìn)一步提升美國對(duì)整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)的控制力。因此，ARM收購案帶來的不穩(wěn)定性或刺激中國處理器自主化加速。對(duì)中國頂尖科技企業(yè)進(jìn)行“實(shí)體清單”管制的案例分析，ARM的技術(shù)管制和許可證制度是有可能被實(shí)施到各細(xì)分領(lǐng)域具備挑戰(zhàn)美國科技實(shí)力的頂尖中國公司。從歷史來看，即使中國廣闊的智慧物聯(lián)市場是美國企業(yè)繼續(xù)合作的最強(qiáng)動(dòng)力，但美國企業(yè)從來都是堅(jiān)決配合執(zhí)行美國政府的出口管制。過去由于X86的計(jì)算機(jī)和服務(wù)器壟斷地位，國內(nèi)自主CPU突破方向是以計(jì)算機(jī)和服務(wù)器處理器芯片為主。我們認(rèn)為，ARM的收購案或嵌入式、桌面電腦威盛指令集授權(quán)超級(jí)計(jì)算機(jī)服務(wù)器服務(wù)器服務(wù)器資料來源：各公司網(wǎng)站，華泰證券研究所開放、免費(fèi)的全新精簡指令集架構(gòu)，其最大的特點(diǎn)是“開放”。它的開放性允許它可以自由地被用于任何目的、允許任何人設(shè)計(jì)、制造和銷售基于RISC-V的芯片或軟件，這種開放性在處理器領(lǐng)域是徹底的第一次。RISC-V起源于2010年加州大學(xué)伯克利分校的DavidPatterson教授與KrsteAsanovic教授研究團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備啟動(dòng)一個(gè)新項(xiàng)目。項(xiàng)目需要選擇一種處理器指令集。由于當(dāng)時(shí)已有的指令集ARM、MIPS、SPARC、X86存在設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜和知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題，因此他們開始重新設(shè)計(jì)一套指令集。伯克利大學(xué)團(tuán)隊(duì)在指令集發(fā)布同時(shí)決定將RISC-V指令集徹底開放，使用BSDLicense開源協(xié)議設(shè)計(jì)了開源處理器核RocketCore。伯克利研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，指令集作為軟硬件接口的一種說明和描述規(guī)范，不應(yīng)該像ARM、PowerPC、X86等指令集那樣需要付費(fèi)授權(quán)才能使用，而應(yīng)該開放和免費(fèi)。他們選擇的BSD開源協(xié)議給予使用者很大自由，允許使用者修改和重新發(fā)布開源代碼，也允許基于開源代碼開發(fā)商業(yè)軟件發(fā)布和銷售。因此BSD開源協(xié)議對(duì)商業(yè)集成很友好，很多的企業(yè)在選用開源產(chǎn)品時(shí)都會(huì)首選BSD開源協(xié)議。RISC-V基金會(huì)于2015年由硅谷相關(guān)公司發(fā)起并成立，RISC-V商業(yè)化進(jìn)入快車道?；饡?huì)作為非盈利性組織，負(fù)責(zé)RISC-V指令集架構(gòu)及其軟硬件生態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)化、保護(hù)和推廣。RISC-V成立時(shí)基金會(huì)董事會(huì)來自Bluespec、谷歌、Microsemi、英偉達(dá)、恩智浦半導(dǎo)體、加州大學(xué)伯克利分校和西部數(shù)據(jù)的七名代表組成。據(jù)RISC-V基金會(huì)統(tǒng)計(jì)，目前已有來自25個(gè)國家的加州大學(xué)伯克利分校的DavidPatterson教授與KrsteAsa發(fā)展專項(xiàng)資金（集成電路和電子信息制造領(lǐng)域）項(xiàng)目申報(bào)工作的通知》，將從事RISC-V相關(guān)基金會(huì)總部從美國搬遷到瑞士。基金會(huì)宣稱搬遷是基于持續(xù)保證對(duì)開源技術(shù)和軟件的支持以及資料來源：RISV-V基金會(huì)，中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟，各公司官網(wǎng)，中國華泰證券研究所由于長期的發(fā)展，X86和ARM形成了強(qiáng)大生態(tài)體系，RISC-V在短期內(nèi)難以在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域和移動(dòng)互聯(lián)領(lǐng)域替代X86和ARM。但在新興的AIoT時(shí)代，RISC-V將迎來機(jī)遇。包括ARM在內(nèi)的CPU架構(gòu)經(jīng)過幾十年的發(fā)展演變，已變得極為復(fù)雜和冗繁。即使是作為精簡指令集的ARM架構(gòu)文檔也長達(dá)數(shù)千頁。指令數(shù)目已經(jīng)日趨復(fù)雜，并且版本眾多，彼此之間既不兼容，也不支持模塊化。另外現(xiàn)有主流指令集還存在著高昂的專利和架構(gòu)授權(quán)問題。作為設(shè)計(jì)之初就定位為完全開源架構(gòu)的RISC-V，后發(fā)優(yōu)勢規(guī)避了計(jì)算機(jī)體系幾十年發(fā)展的彎路。架構(gòu)文檔只有二百多頁，基本指令數(shù)目僅40多條。模塊化使得用戶可根據(jù)需求自由定制，配置不同的指令子集。時(shí)代帶來的低延時(shí)大容量萬億設(shè)備互聯(lián)，場景豐富、萬物互聯(lián)、智能化將催生新的芯片市場需求。但是豐富的應(yīng)用場景也導(dǎo)致AIoT市場呈現(xiàn)碎片化和多樣化，對(duì)CPU的需求也極為多樣?，F(xiàn)有的處理器設(shè)計(jì)并不能有效應(yīng)對(duì)。RISC-V架構(gòu)的極致精簡和靈活的架構(gòu)以及模塊化的特性，可以針對(duì)不同應(yīng)用靈活修改指令集和芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)。相比之下使用ARM往往只能做一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，很難實(shí)現(xiàn)差異化。此外，很多智能設(shè)備對(duì)于成本較敏感，RISC-V架構(gòu)免費(fèi)授權(quán)的特點(diǎn)對(duì)于芯片廠商也非常重要。市場調(diào)研機(jī)構(gòu)SemicoResearch研究結(jié)果顯示，預(yù)計(jì)到2025年，采用RISC-V架構(gòu)的芯2018年至2025年復(fù)合增長率高達(dá)146%。SemicoResearch與RISC-V基金會(huì)共同確定了34個(gè)細(xì)分市場，并研究了每個(gè)市場的CPUIP內(nèi)核的總可用市場和RISC-VIP內(nèi)核的服務(wù)可用市場，最終對(duì)2025年數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)測。研究認(rèn)為四個(gè)具有使用RISC-V內(nèi)核的高價(jià)值機(jī)會(huì)是高性能多核SoC、高性價(jià)比多核SoC、基礎(chǔ)SoC和FPGA。資料來源：SemicoResearch，華泰證券研究所我們認(rèn)為開放和合作使RISC-V有潛力成為中國處理器自主可控的指令集架構(gòu)選擇。RISC-V架構(gòu)開源模式使該指令集架構(gòu)避免如X86和ARM被極少數(shù)公司控制，從而在架構(gòu)源頭實(shí)現(xiàn)自主可控。廣闊的使用前景和未來潛在市場規(guī)模，吸引了全球著名企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和高等學(xué)府積極合作，多方投入合作有望促進(jìn)RISC-V產(chǎn)業(yè)鏈成熟和生態(tài)的完善。生態(tài)繁榮的前景有利于國內(nèi)參與企業(yè)持續(xù)盈利，提高繼續(xù)投入積極性，進(jìn)入良性發(fā)展循環(huán)。樂觀的市場預(yù)期、成熟的產(chǎn)業(yè)鏈和完善的開發(fā)生態(tài)，是RISC-V成為主流指令集架構(gòu)，甚至于成為X86購買處理器芯片成品或處理器內(nèi)基于開源指令集架構(gòu)和購買專利開基于開源指令集開發(fā)處理器否否是是否是是是資料來源：華泰證券研究所的客觀要求。RISC-V強(qiáng)調(diào)完全開源的設(shè)計(jì)，并且讓取用者可任意加上專屬指令集，甚至可以自由選擇將架構(gòu)封閉還是維持開源。因此，雖然指令集架構(gòu)是開源免費(fèi)，但是基于指令集衍生的專利、內(nèi)核微架構(gòu)并不是開源和免費(fèi)。目前，RISC-V指令集和微架構(gòu)均已發(fā)展出開放免費(fèi)、可授權(quán)和封閉的三種知識(shí)產(chǎn)權(quán)模式。創(chuàng)始人KrsteAsanovic創(chuàng)立，是世界最大的RISC-V商業(yè)處理器IP授權(quán)公司。目前SiFive已完成E輪融資，股東除了專業(yè)VC以外還有高通、西部數(shù)據(jù)、SK海力士等半導(dǎo)體行業(yè)巨頭。SiFive產(chǎn)品已涵蓋MCU、邊緣計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、存儲(chǔ)器、AR/VR、機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域。臺(tái)灣的晶心科技是另一家著名RISC-V內(nèi)核IP提供商。2020年10月，瑞薩半導(dǎo)體（Renesas）宣布開始采用晶心旗下AndesCoreIP32位RISC-VCPU內(nèi)核開發(fā)新的特定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。以中美貿(mào)易摩擦為鑒，安卓式的開源陷阱需要被避免：谷歌利用安卓開源免費(fèi)的框架，吸引智能手機(jī)廠商使用安卓。再把GMS（GoogleMobileService）閉源做成授權(quán)模式，成為自己盈利模式。在美國對(duì)華為進(jìn)行“實(shí)體清單”制裁時(shí)，谷歌毫不猶豫停止GMS授權(quán)，使華為智能手機(jī)因無法下載、更新、使用Gmail、Youtube--資料來源：中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所，華泰證券研究所從處理器發(fā)展史來看，一款指令架構(gòu)的成功，不僅僅在于芯片設(shè)計(jì)成功，更需要完善的軟硬件生態(tài)系統(tǒng)。英特爾推動(dòng)的x86架構(gòu)市場龐大，從傳統(tǒng)PC到數(shù)據(jù)中心規(guī)模的服務(wù)器都在使用基于x86架構(gòu)的處理器，同時(shí)相關(guān)軟件帶動(dòng)的應(yīng)用服務(wù)也有長達(dá)40年的優(yōu)化發(fā)展歷史。ARM的IP授權(quán)模式已經(jīng)趨于完善，ARM架構(gòu)已催生龐大的移動(dòng)和智能設(shè)備市場應(yīng)用規(guī)模，加上有EDA公司、晶圓代工廠、軟件公司在ARM生態(tài)上的鼎力支持，盡管授權(quán)費(fèi)用高昂，各大芯片廠商依舊愿意進(jìn)行合作。目前，RISC-V生態(tài)剛開始起步，有利于吸引更多企業(yè)使用RISC-V架構(gòu)，將RISC-V打造成主流架構(gòu)。AIoT市場碎片化以及RISC-V架構(gòu)本身開源靈活的特點(diǎn)，更需要國內(nèi)外通過開放合作推積極參與全球合作，中國企業(yè)可以提高自身技術(shù)能力，提高中國在處理器領(lǐng)域話語權(quán)；積極推進(jìn)國內(nèi)生態(tài)企業(yè)合作，有效整合資源，形成完善的產(chǎn)業(yè)鏈，將自主可控處理器和龐大豐富智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有效對(duì)接，形成雙擊。政策陸續(xù)出臺(tái)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展上海在國內(nèi)第一個(gè)出臺(tái)與RISC-V相關(guān)的扶持政策。2018年7月，上海市經(jīng)信委發(fā)布《上海市經(jīng)濟(jì)信息化委關(guān)于開展2018年度第二批上海市軟件和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金（集成電路和電子信息制造領(lǐng)域）項(xiàng)目申報(bào)工作的通知》，將從事RISC-V相關(guān)設(shè)計(jì)和開發(fā)的公司作為扶持對(duì)象。2018年10月，樂鑫ESP32-Marlin物聯(lián)網(wǎng)芯片項(xiàng)目入選擬支持項(xiàng)目。2020年2月，廣東省人民政府辦公廳印發(fā)的《加快半導(dǎo)體及集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干意見的通知》中，明確將RISC-V（基于精簡指令集原則的開源指令集架構(gòu)）芯片設(shè)計(jì)列入芯片設(shè)計(jì)重點(diǎn)發(fā)展方向。產(chǎn)學(xué)研齊登場，積極投身國內(nèi)外合作除了參與RISC-V基金會(huì)以外，中國的企業(yè)和科研院所在國內(nèi)外還以各類技術(shù)共享平臺(tái)、互利的原則，致力于解決中國RISC-V領(lǐng)域共同面對(duì)的關(guān)鍵問題，建立中國國產(chǎn)自主、可控、安全的RISC-V異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)，促進(jìn)形成貫穿IP核、芯片、軟件、系統(tǒng)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)的RISC-V產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。2018年11月8日，中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟在烏鎮(zhèn)舉行的第五屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上宣布成立，聯(lián)盟理事長由倪光南院士擔(dān)任。CRVA聯(lián)盟旨在召集從事RISC-V指令集、架構(gòu)、芯片、軟件和整機(jī)應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企事業(yè)單位及相關(guān)社會(huì)團(tuán)體，自愿組成一個(gè)全國性、綜合性、聯(lián)合性和非營利性的社團(tuán)組織。此聯(lián)盟將圍繞RISC-V指令集，整合各方資源，通過產(chǎn)、學(xué)、研、用深度融合，力圖推進(jìn)RISC-V生態(tài)在國內(nèi)的快速發(fā)展。同日，同樣在世界物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上，RISC-V基金會(huì)在宣布成立中國顧問委員會(huì)將就RISC-V基金會(huì)的教育和應(yīng)用推廣戰(zhàn)略提供指導(dǎo)。2019年，新的非營利性全球組織OpenHWGroup成立，旨在通過提供合作平臺(tái)，創(chuàng)建生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的焦點(diǎn)，以及促進(jìn)開源處理器的采用，以及為處理器內(nèi)核提供開源基于RISC-V架構(gòu)的Core-VIP。包括阿里巴巴、華為、恩智浦、英偉達(dá)、SiliconLabs和蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)、美國猶他大學(xué)在內(nèi)的國內(nèi)外頂尖企業(yè)和院校成為OpenHWGroup的加盟成員。資料來源：OpenHWGroup，華泰證券研究所科研機(jī)構(gòu)發(fā)力，展開多領(lǐng)域研究依托國內(nèi)大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)，基于RISC-V架構(gòu)研究在多領(lǐng)域內(nèi)展開。在2015年之前，大多數(shù)微結(jié)構(gòu)和芯片相關(guān)的研究受限于指令集的授權(quán)問題而難以開展。隨著RISC-V開源開放理念的流行，越來越多的科研項(xiàng)目受益于RISC-V而得以開展。根據(jù)中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟不完全統(tǒng)計(jì)，截至2019年2月，圍繞RISC-V開展科學(xué)研究或領(lǐng)域生態(tài)調(diào)研的科研機(jī)構(gòu)包括但不限于：北京大學(xué)、南京大學(xué)、南開大學(xué)、寧波中國科學(xué)院信息技術(shù)應(yīng)用研究院、鵬城實(shí)驗(yàn)室、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、上?？萍即髮W(xué)、天津大學(xué)、浙江大學(xué)、中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所、中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所、中國科學(xué)院微電子所和中國科學(xué)院信息工程研究所等。預(yù)計(jì)未來國內(nèi)基于RISC-V的研究將越來越繁榮。資料來源：中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟，華泰證券研究所企業(yè)積極投身產(chǎn)業(yè)化，自主產(chǎn)品不乏亮點(diǎn)根據(jù)中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，截至2018年年底，可查詢到的與