1、 自主可控深度报告处理器篇 国产国产 CPU 正从可用向好用转变，自主可控前景可期正从可用向好用转变，自主可控前景可期 行业深度报告 行业报告 计算机计算机 2019 年 11 月 04 日 请务必阅读正文后免责条款 强于大市强于大市（维持维持）行情走势图行情走势图 证券分析师证券分析师 闫磊闫磊 投资咨询资格编号 S1060517070006 010-56800140 YANLEI511PINGAN.COM.CN 陈苏陈苏 投资咨询资格编号 S1060519090002 010-56800139 CHENSU109PINGAN.COM.CN 研究助理研究助理 付强付强 一般从业资格编号 S1
2、060118050035 FUQIANG021PINGAN.COM.CN 国产国产 CPUCPU 发展现状：发展现状：CPU（中央处理器）是计算机系统的核心和大脑，也是国家大宗战略物资，系统复杂研发难度高。我国 CPU 研发起步较早，但发展较为坎坷，步入正轨是在“十二五”之后。在国家集成电路产业政策和大基金投资等多重措施支持下，一大批国产 CPU 设计单位成长起来，产品覆盖了高性能计算、桌面、移动和嵌入式等主要应用场景。但是，国内设计企业在 CPU 指令集架构上主要还是依靠国际授权和技术合作。主要厂商如飞腾、龙芯、申威、兆芯及海思等企业在各自领域设计出了自主可控程度较高的 CPU，产品本身正在
3、实现从“可用”到“好用”的转变，在党政军和重点行业市场得到应用推广，生态建设也取得较大进展。国产国产 CPUCPU 发展发展机遇机遇及前景展望及前景展望：当前，国产 CPU 面临着相对较好的发展环境。一方面，中美在科技领域的博弈具有长期性，美国对中科曙光、华为、江南计算所等电子信息企业和机构的制裁并没有解除，CPU 等产品的供应链风险显著上升，进口替代空间大；另一方面，国家出于战略安全、产业升级角度考虑，也将持续加大对国产 CPU 的研发、应用等领域的支持力度。我们认为，未来国内 CPU 厂商有望凭借着逐步积累的开发经验、持续加大的研发投入和相对较大的工艺提升空间，来缩小与国际水平的差距。同时
4、，AI、5G、物联网等新技术也将带来新的计算需求，开源架构也将给国内企业带来新的架构选择，国产 CPU 有望实现“换道超车”。主要国产主要国产 CPUCPU 设计企业发展概况：设计企业发展概况：天津飞腾、龙芯中科、申威（上海高性能集成电路设计中心）和上海兆芯是国内传统的国产 CPU 设计企业，均具备较强的微内核研发能力。天津飞腾在 2019 年 8 月份被中国长城收购，并在 9 月 19 日推出新一代桌面处理器 FT2000/4 处理器，产品性能与英特尔 i5 中档处理器相当，优于国内其他厂商；龙芯近年来持续加大生态建设力度，并持续加大对大核、重点行业嵌入式 CPU 的研发投入，以扩大市场影响
5、力；上海申威在提高高性能计算 CPU 性能的同时，不断完善产品谱系，做强桌面和嵌入式 CPU 产品；上海兆芯在通过威盛获得的 X86设计技术基础上，不断培育自主开发能力，目前产品性能与英特尔的差距在缩小，生态兼容性优势凸显，产品在政企市场得到推广。股票名称股票名称 股票代码股票代码 股票价格股票价格 EPS P/E 评级评级 2019-11-01 2018A 2019E 2020E 2021E 2018A 2019E 2020E 2021E 中国长城 000066 15.08 0.34 0.25 0.32 0.42 44.35 60.32 47.13 35.90 推荐 紫光股份 000938
6、29.66 0.83 0.99 1.24 1.62 35.56 29.96 23.92 18.31 推荐 浪潮信息 000977 26.71 0.51 0.67 0.90 1.20 52.37 39.87 29.68 22.26 推荐 太极股份 002368 31.95 0.77 0.92 1.21 1.60 41.49 34.73 26.40 19.97 推荐 中科曙光 603019 33.50 0.48 0.56 0.72 0.99 69.79 59.82 46.53 33.84 推荐 中国软件 600536 70.35 0.22 0.43 0.96 1.50 319.77 163.60
7、73.28 46.90 暂未评级 注：中国软件EPS为Wind一致预期。-20%0%20%40%60%Nov-18 Feb-19 May-19 Aug-19沪深300计算机证券研究报告 请通过合法途径获取本公司研究报请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。究报告尾页的声明内容。2 3 1 5 0 5 8 5/4 3 3 4 8/2 0 1 9 1 1 0 5 1 1:0 2 计算机行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 2/29 投资建议：投资建议：国产 CPU
8、虽然同国际先进水平存在较大差距，但差距扩大的势头正在得到逆转。未来随着党政军、重点行业信息系统国产化进程的加速，国产 CPU 进口替代空间也将进一步放大，生态建设也将得到完善。建议投资者关注与国产CPU生态密切相关的企业投资机会，主要包括软硬件厂商、集成商等。建议关注国内参与自主可控整机设计、制造企业，包括中国长城、浪潮信息、紫光股份、中科曙光；关注积极参与国产化平台适配的系统集成、操作系统、中间件、数据库、应用软件企业，如太极股份、中国软件等。风险提示：风险提示：1、国产化推进不及预期的风险。目前，国家虽然在积极推动国产 CPU 在党政军和重点行业进行应用，由于国产 CPU 还正在验证和优化
9、之中，使用自主产品，相关使用单位也需要承担较大的信息安全风险以及较高的迁移成本，推进可能不及预期。2、生态建设难度可能高于预期。目前，我国自主可控软硬件平台最主要的问题就是生态问题，而解决生态问题不是一朝一夕能够完成。它不但需要国家从上而下的推动，并且需要整个产业进行垂直协调，还要抵御国际生态的夹击，建设难度可能高于预期。3、业绩短期内难以有效释放。CPU 的发展是一个长时间不断试错的过程，国际领先企业在研发和试错环节上花的时间，我国企业也必然省不下来，这也意味着企业存在短期内业绩很难释放的风险。2 3 1 5 0 5 8 5/4 3 3 4 8/2 0 1 9 1 1 0 5 1 1:0 2
10、 计算机行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 3/29 正文目录正文目录 一、一、国产国产 CPU 发展现状发展现状.5 1.1 国产 CPU 研发起步较早但发展历经坎坷，“十二五”开始逐步踏上正轨.5 1.2 部分国产 CPU 厂商具备完全自主发展能力，但多数仍依托国际合作.6 1.3 国产 CPU 正实现“从无到有”、“可用到好用”的转变，生态短板逐步补齐.9 二、二、国产国产 CPU 发展机遇及前景展望发展机遇及前景展望.13 2.1 国际供应链断裂和信息安全风险加剧，倒逼国内 CPU 加快自主可控步伐.13 2.2 国内党政军、重点行业市场空间广阔，未来国产 CPU 进口替代潜力巨大
11、.16 2.3 未来国产 CPU 在传统领域存在追赶机会，AI、开源架构带来换道超车可能.17 三、三、主要国产主要国产 CPU 设计企业发展概况设计企业发展概况.19 3.1 天津飞腾.19 3.2 龙芯中科.22 3.3 成都申威.25 3.4 上海兆芯.27 四、四、投资建议投资建议.28 五、五、风险提示风险提示.28 2 3 1 5 0 5 8 5/4 3 3 4 8/2 0 1 9 1 1 0 5 1 1:0 2 计算机行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 4/29 图表图表目录目录 图表 1 计算机结构简图.5 图表 2 处理器结构演变过程.6 图表 3 2018 年全球服务器
12、 CPU 市场份额.7 图表 4 2019 年 10 月全球 X86 桌面 CPU 市场份额.7 图表 5 复杂指令集与精简指令集对比.7 图表 6 全球主要 CPU 架构及授权情况.8 图表 7 典型的授权结构.9 图表 8 飞腾最新桌面芯片与英特尔处理器对比.10 图表 9 主流移动芯片 GB5 跑分数据对比.10 图表 10 Wintel 体系生态构成.11 图表 11 ARM-Android 生态系统构成.11 图表 12 国产 CPU 配套软硬件厂商.12 图表 13 2016-2018 年我国智能手机产量及增速.13 图表 14 2014-2018 年我国电子计算机整机产量及增速.
13、13 图表 15 2019 年 1-7 月我国集成电路进口额结构.13 图表 16 2019 年 1-7 月我国处理器进口额来源地排序.13 图表 17 2019 年 1-7 月我国从美国的芯片进口额结构.14 图表 18 近年来中美电子信息领域摩擦情况.14 图表 19 近年来我国 CPU 相关政策.15 图表 20 国产芯片及平台与地方政府、重点行业合作案例情况.16 图表 21 英特尔桌面 CPU 加工工艺升级进展.17 图表 22 RISC-V 与 X86、ARM 指令集比较.18 图表 23 开源架构 RISC-V 生态.18 图表 24 天津飞腾公司被收购前后股权结构变化情况.19
14、 图表 25 天津飞腾公司主要芯片设计产品.20 图表 26 飞腾主要芯片产品与竞品性能指标对比情况.20 图表 27 2017-2018 年天津飞腾营业收入（万元）.21 图表 28 2017-2018 年天津飞腾净利润（万元）.21 图表 29 天津飞腾 FTC66x 系列微内核及对应处理器.21 图表 30 中国电子 PK2.0 体系.22 图表 31 龙芯中科股权结构情况.23 图表 32 龙芯系列芯片产品线.24 图表 33 龙芯芯片生态合作伙伴.25 图表 34 成都申威主要产品情况.26 图表 35 上海兆芯股权结构.27 2 3 1 5 0 5 8 5/4 3 3 4 8/2
15、0 1 9 1 1 0 5 1 1:0 2 计算机行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 5/29 9 月 19 日，天津飞腾发布自主研制的新一代桌面 CPU（中央处理器）FT2000/4，该款产品主频最高达到 3.0GHZ，最大功耗 10W。该芯片使用飞腾自主研发的微内核，兼容 ARM V8 架构，在核心技术上实现了新的突破，进一步缩小了与国际主流桌面 CPU 的性能差距，并在内置安全性上拥有较多独到创新。在当前中美贸易战的大背景下，国产新型桌面 CPU 的面世，将为快速推进的自主可控产业提供助力。天津飞腾作为我国自主可控产业的重要力量，也是我国国产 CPU 发展的一个缩影。本报告重点梳理了
16、国产 CPU 发展现状、未来机遇以及主要厂商情况，以飨投资者。一、一、国产国产 CPU 发展现状发展现状 1.1 国产国产 CPU 研发研发起步较早但发展历经坎坷，“十二五”开始逐步踏上正轨起步较早但发展历经坎坷，“十二五”开始逐步踏上正轨 CPU 是计算机的大脑和心脏，是国家大宗战略产品，也是一个巨复杂系统。计算机主要由三部分构成：CPU、内存、外部设备（存储、显示器、输入输出等）。CPU 负责指挥外部设备和内存进行协同的工作，处在指挥和控制地位，是核心之所在。CPU 也是国家大宗战略产品，尤其是进入信息化、智能化时代，它就和工业化阶段中的钢铁一样，是整个产业的基础，应用面广，支撑作用强，是
17、国家战略安全、产业安全的重要保障。CPU 还是一个巨复杂系统，它同其他芯片器件不同，它需要全能，不但强调逻辑控制，还需要有强劲的计算速度，技术实现难度非常之高，全球能够独立研发高性能 CPU 的国家少之又少。图表图表1 计算机计算机结构结构简图简图 资料来源:百度、平安证券研究所 我国处理器研发起步相对较早，但发展历程比较坎坷。上世纪六十年代，基于超大规模集成电路的微处理器还未出现，计算机系统就是一个大型的中央处理器，体积大，计算速度慢。当时，我国使用的计算机系统都是自主设计，且同国际水平差距不大，标志性产品包括晶体管 109 机（1965 年 6月研制）、小规模集成电路 106 机（1968
18、 年研制）等。上世纪 70 年代以后，美国大规模集成电路尤其是超大规模集成电路快速发展起来，以英特尔 4004 为标志，美国真正意义上的微处理器面世，CPU 正式进入商用时代，此后按照摩尔定律持续快速演进，英特尔此后也一直统治着全球桌面和高性能计算市场。相反我国受限于国内经济条件、国际技术封锁等原因，期间虽然研制出了基于大规模集成电路的第三代计算机系统专用 77 型微机，但丧失了第四代计算机系统（基于超大规模集成电路）的研究能力。从“七五”开始，一直到“九五”，国家对国产 CPU 的支持力度明显下降，主要科研支持计划都未将其列入。直接的后果是，上世纪 90 年代中期，国内大量处理器研究单位关闭
19、，人员大批流失，大学也很少设置硬件专业，计算机公司变成组装厂，CPU 设计能力基本丧失。2 3 1 5 0 5 8 5/4 3 3 4 8/2 0 1 9 1 1 0 5 1 1:0 2 计算机行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 6/29 但是，随着国内信息化的加速以及电子信息制造业的快速发展，“缺芯”的问题又再次受到国家重视。“十五”期间要不要、能不能开发国产 CPU 的争论开始爆发，此后科技部将信息产业部启动了发展国产 CPU 的“泰山计划”。虽然该计划未能实现既定目标，但为国产 CPU 的发展点燃了“星星之火”，这些火种演变成了现在国产 CPU 设计的三支国家队飞腾、申威和龙芯。除了
20、“泰山计划”外，科技部也在通过“863 计划”对国产 CPU 进行支持。从“十一五”开始，国家通过核高基重大科技专项对国产 CPU 重点企业进行了扶持。“十二五”以来，国家通过集成电路产业优惠政策、产业基金等措施扶持国产 CPU 产业，国内培育出了一批国产 CPU 设计单位和研究机构，发展走向正轨。其中，传统的设计机构如龙芯、飞腾、申威、海思、紫光展锐等竞争力正在提升，君正、兆芯、海光等新秀也在快速成长，科研机构包括中科院计算所、北大众志、国防科大、江南计算所、北京大学、浙江大学等都在积极参与，形成了百花齐放的局面。1.2 部分国产部分国产 CPU 厂商具备完全自主发展能力，但多数仍依托国际合
21、作厂商具备完全自主发展能力，但多数仍依托国际合作 国产国产 CPU 技术格局：少数具备自主指令集架构技术格局：少数具备自主指令集架构设计设计能力，多数依靠国际成熟架构授权能力，多数依靠国际成熟架构授权 CPU 发展到今天，其内部架构和逻辑关系已经变得错综复杂，设计企业如果从头开始进入，成功难度很大。国内有部分完全自主架构，如北大众志完全自主开发的指令集产品 UniCore，苏州国芯、杭州中天、浙江大学共同设计的国产嵌入式 CPUC-Core 等。但是我们也看到，虽然这些产品在指令集架构上，实现了完全的自主，安全性最高，但是缺点也十分明显，包括缺乏操作系统等基础软硬件支持、开发工具少（编译器、调
22、试器等）、应用程序开发困难、移植难度大等，所以一直以来在产业化上受到较大制约。目前，活跃在市场上的国产 CPU 绝大多数都是采用同国外合作的方式，主要途径包括购买指令集授权、技术合作等。提到指令集架构，则要从计算机的发展史开始说起。早期的计算机系统，软件的编写都是直接面向硬件系统的，即使是同一厂商的不同计算机产品，他们的软件和硬件都是不能通用的，软件和硬件紧紧耦合在一起，不可分离。后来，IBM 为了使自己的一系列计算机能够使用相同的软件，免去重复编写的痛苦，于是在它的计算机系统中引入指令集架构（ISA，Instruction Set Architecture）的概念，将软件编程所需要的硬件信息
23、抽象出来，形成一个抽象的机器架构，编程人员在这个抽象机器上进行编程，进而实现了与硬件的解耦。至此，处理器则从原来与系统不能分离，演变成为指令集架构、微结构、底层的物理实现三层结构，并一直延续到现在。指令集架构中，最为基础的就是指令集，它是用来引导 CPU 进行加减运算和控制计算机操作系统的一系列指令集合。图表图表2 处理器结构演变过程处理器结构演变过程 资料来源:平安证券研究所 2 3 1 5 0 5 8 5/4 3 3 4 8/2 0 1 9 1 1 0 5 1 1:0 2 计算机行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 7/29 目前，全球 CPU 指令集架构有两类复杂指令集（X86）和精简
24、指令集（以 ARM、MIPS、POWER等为代表）。其中，复杂指令集（CISC）通过增加可实现复杂功能的指令和多种灵活的编址方式，来提高程序的运行速度。但直接后果就是需要对不等长的指令进行分割处理，造成一些不必要的等待，效率较低，对硬件集成度、工艺、功耗均非常高。相反，精简指令集（RISC）采用的等长的指令，可以将一条指令分割成若干个进程或者线程，交给不同的处理器并行处理，效率高，硬件集成度要求不高，工艺简单而且成本低。英特尔在早期研发 CPU 时，精简指令集还未出现，而在精简指令集出现之后，英特尔也看到了精简指令集存在的明显优势，但为了实现后向兼容，也不得不一条路走到黑，继续推动 X86 复
25、杂指令集的发展。这两类架构竞争十分激烈。上世纪 90 年代，复杂指令集和精简指令集阵营展开了激烈厮杀。复杂指令集一方，英特尔凭借着与微软的事实上的结盟（Wintel 体系），同时也在新的微内核中融合了一些精简指令集的技术优势，在中低档服务器、PC、笔记本等主流领域占据了绝大多数份额；精简指令集一方，虽然指令集本身有优势，但是群龙无首且各自为战，最终被 Wintel 体系打败，且挤压到嵌入式市场，后来在智能手机兴起之后才觅得新的市场空间。尤其是 ARM，通过与 Android 的合作，在智能手机处理器市场占据了绝大多数份额。在 ARM 的 64 位产品（ARM V8）推出之后，其市场也不再局限于
26、嵌入式和移动领域，高性能计算、服务器和桌面也都成为其重要方向。图表图表3 2018 年全球服务器年全球服务器 CPU 市场份额市场份额 图表图表4 2019 年年 10 月全球月全球 X86 桌面桌面 CPU 市场份额市场份额 资料来源：Gartner、平安证券研究所 资料来源:Cpubenchmark、平安证券研究所 复杂指令集和精简指令集架构在国内均有授权或者技术合作。X86 授权的有兆芯、海光，兆芯是通过威盛获得的 X86 授权，海光则是中科曙光和 AMD 合作的产物。精简指令集授权的有龙芯（MIPS）、飞腾（兼容 ARM V8 架构）、申威（Alpha）、海思（ARM）等。可以看到，A
27、RM 架构在国内市场上的影响力较大。图表图表5 复杂指令集与精简指令集对比复杂指令集与精简指令集对比 比较内容比较内容 CISC RISC 指令系统 复杂，庞大 简单，精简 指令数目 一般大于 200 一般小于 100 指令格式 一般大于 4 一般小于 4 寻址方式 一般大于 4 一般小于 4 指令字长 不固定 等长 可访存指令 不加限制 只有 LOAD/STORE 指令 各种指令使用频率 相差很大 相差不大 各种指令执行时间 相差很大 绝大多数在一个周期内完成 优化编译实现 很难 较容易 Intel CPU,96.70%AMD CPU,2.98%ARM/POWER等,0.32%英特尔69%A
28、MD31%2 3 1 5 0 5 8 5/4 3 3 4 8/2 0 1 9 1 1 0 5 1 1:0 2 计算机行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 8/29 比较内容比较内容 CISC RISC 程序源代码长度 较短 较长 控制器实现方式 绝大多数为微程序控制 绝大多数为硬布线控制 软件系统开发时间 较短 较长 资料来源：CSDN、平安证券研究所 图表图表6 全球主要全球主要 CPU 架构及授权情况架构及授权情况 架构名称架构名称 授权公司授权公司 推出时间推出时间 主要被授权企业主要被授权企业 X86 Intel、AMD 1978 兆芯、众志、海光（服务器和工作站，国内市场）ARM
29、ARM（被软银收购）1985 苹果、三星、AMD、TI、东芝、微芯、高通、联发科、展讯、飞腾、海思、晶晨、全志等 MIPS 美国MIPS技术公司（后被收购）上世纪 80 年代 龙芯、瑞昱、炬力等 SPARC SUN 公司 1987 TI、富士通、飞腾（曾经使用过，后转为 ARM）PowerPC IBM 公司 1991 中晟宏芯 Alpha DEC 公司 1992 申威 资料来源：集成电路应用、平安证券研究所 指令集授权模式对比：架构授权自主可控程度高，固核授权产品化速度快指令集授权模式对比：架构授权自主可控程度高，固核授权产品化速度快 目前，CPU 授权主流的方式有三种：架构授权、软核授权和硬
30、核授权，对于使用授权的企业来说，CPU 的完成度依次上升，设计难度依次下降，但自主程度也在降低。（1）架构授权。该级别授权允许被授权方研发芯片，兼容授权方发展出来的指令集架构，主要好处在于可以分享授权方建立起来的软件生态红利。但由于架构只是处理器的抽象描述、设计理念，类似于大楼的渲染图，对被授权方的研发能力要求非常高，设计中出现任何错误，都将造成投资失败。目前国内购买架构授权的企业均是芯片研发能力领先的企业。如天津飞腾、龙芯和申威等，被授权方拿到的都是标准文档（包含指令的定义，通用寄存器的数量等），而大量的寄存器传输级模型和布线都需要设计，对自主设计要求非常高，也正是因为如此，上述企业也被认为
31、是当前自主可控程度最高的设计厂商。架构授权也有很多的附加条件，包括有效期（可以为永久授权、阶段性授权等）、授权用途、市场范围、处理器核数、是否具有扩展权、自主修改权等。尤其是在当前贸易战的大背景下，相关的限制性条款成为了处理器授权的重大风险点，可能出现非永久性授权到期不续的问题。而且，这类授权价格一般比较昂贵，购买授权的用户非常有限。（2）软核授权。软核通常是用 HDL 文本形式提交给用户，它经过 RTL 级设计优化和功能验证，但其中不含有任何具体的物理信息。据此，用户可以综合出正确的门电路级设计网表，并可以进行后续的结构设计，具有很大的灵活性，借助于 EDA 综合工具可以很容易地与其他外部逻
32、辑电路合成一体，根据各种不同半导体工艺，设计成具有不同性能的器件，设计难度和自由度低于架构授权。2 3 1 5 0 5 8 5/4 3 3 4 8/2 0 1 9 1 1 0 5 1 1:0 2 计算机行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 9/29 （3）硬核授权。硬核是基于半导体工艺的物理设计，已有固定的拓扑布局和具体工艺，并已经过工艺验证，具有可保证的性能。其提供给用户的形式是电路物理结构掩模版图和全套工艺文件，是可以拿来就用的全套技术，用户拿到授权之后就可以生产。硬核的设计和工艺已经完成而不能更改，授权厂商对其实行全权控制，对知识产权的保护相对简单。因此，采用此类授权模式的厂商，自主可
33、控能力最弱，但商业化成功的可能性最高。以处理器授权公司 ARM 为例，该公司的 IP 也是大体按照上述的三种模式进行授权的，但也发展出一些更为具体的授权类别。比如学术授权，是免费面向高校和科研机构的；DesignStart，是为了方便半导体企业低成本、低风险、快速了解 ARM IP 的一种授权模式；这两种模式下设计出来的芯片不能销售，只能用于内部研究。另外，它还设计出了多用途授权、单用途授权。多用途授权模式还细分为普通多用途授权和终身多用途授权，以时间为授权效力划分，均较为昂贵，相对来说比较适合大型企业。而单用途授权以用途划分授权效力范围，这种授权模式之下，需要交一笔前期授权费，此后按照每颗芯
34、片收取约 2的版税，这种授权相对来说比较适合创业公司，或者目标明确的特定设计项目。图表图表7 典型的授权结构典型的授权结构 资料来源：ARM公司、平安证券研究所 1.3 国产国产 CPU 正实现“从无到有”、“可用到好用”的转变，生态短板正实现“从无到有”、“可用到好用”的转变，生态短板逐步补齐逐步补齐 国产国产 CPU 在高性能计算、桌面、移动及嵌入式领域均实现较快发展，且差距扩大趋势在逆转在高性能计算、桌面、移动及嵌入式领域均实现较快发展，且差距扩大趋势在逆转 从拿到授权到设计出产品，需要大量的资金、人员投入，以及国家产业政策的持续支持。在 2006年启动的核高基专项，以及后续大基金持续支
35、持下，政府和企业均在发力，无论是大 CPU（高性能计算、服务器）、还是中 CPU（桌面级）以及小 CPU（移动和嵌入式）都取得了较大进展，已有的产品通过不断的优化升级，实现了从“可用”到“好用”，一些量大面广的领域，也实现了“零”的突破。从整体上看，国产 CPU 芯片同国际差距扩大的态势逐步在逆转。高性能计算方面，国内天津飞腾、海光、申威等处理器产品已经在 E 级（每秒百亿亿次）超算原型机上得到应用，申威的处理器、加速器均实现了完全国产化。服务器芯片方面，飞腾、龙芯、海光、华为海思均有新品发布，其中飞腾 2000+/64 核产品性能已经与英特尔主流 E5 部分产品性能相当。海光由于采用的是 A
36、MD 的 Zen 架构授权，该芯片除了性价比优势较为明显之外，还具备同 X86 生态的良好兼容性。华为海思在 2019 年 1 月份推出鲲鹏 920 处理器，兼容 ARM V8 架构，64 核，7nm工艺，主频达到 2.6GHz，在中档服务器 CPU 市场上具备较强的竞争力。2 3 1 5 0 5 8 5/4 3 3 4 8/2 0 1 9 1 1 0 5 1 1:0 2 计算机行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 10/29 桌面处理器方面，飞腾、龙芯、兆芯等均有产品推出，且近年来产品性能提升明显。飞腾传统的桌面产品是 FT1500/4A 产品，工作主频在 1.5GHz-2.0GHz 之间
37、，最大功耗 15W，主频相当于奔腾 4的早期产品，但同主流酷睿处理器差距较大，民用市场竞争力相对较弱。2019 年 9 月，公司推出了FT2000+/4A 桌面处理器产品，工作主频为 2.6GHz-3.0GHz，16nm 工艺，主频指标已经与英特尔酷睿 i5 部分产品的性能相当，明显好于国内其他桌面产品。该芯片能耗 10W，显著低于英特尔同类产品 35W-45W 的能耗水平。此外，龙芯推出的 3A/3B3000 产品，商业级产品主频在 1.5GHz 左右，相较前一代产品，主频提升近 50%，改善明显。国内移动 CPU 设计能力快速成长，已经处于全球领先地位。相比传统的 PC 和服务器市场，我国
38、移动芯片同国际差距已并不明显，华为海思和台湾联发科在移动处理器设计领域都处在全球领先地位。2019 年 9 月，华为海思发布麒麟 990 和麒麟 990 5G 产品，这两款芯片使用台积电二代的 7nm 工艺制造，整体性能较前一代产品麒麟 980 提升 10%左右。从公开的跑分数据来看，麒麟 990 多线程跑分均高于高通最新推出的骁龙 855 和骁龙 855+，单线程高于骁龙 855，略低于骁龙 855+。图表图表8 飞腾最新桌面芯片与英特尔处理器对比飞腾最新桌面芯片与英特尔处理器对比 指标指标 FTFT-2000/42000/4 酷睿酷睿 i5 i5-7400T7400T 酷睿酷睿 i9 i9
39、-99009900（最新）（最新）发布时间 2019Q3 2017Q1 2019Q2 工艺 16nm 14nm 14nm 内核数 4 4 8 主频 2.4-3.0GHz 2.6-3.0GHz 3.1-5.0GHz 缓存 集成 4MB 二级 cache 和4MB 三级 cache 6MB 16MB 功率 10W 35W 65W 内存通道数 2DDR4 2DDR4 2DDR4 资料来源：飞腾、英特尔官网、平安证券研究所 图表图表9 主流移动芯片主流移动芯片 GB5 跑分数据对比跑分数据对比 资料来源:腾讯科技、平安证券研究所 国产国产 CPU 生态建设是最大短板，国内正通过多种方式逐步补齐生态建设
40、是最大短板，国内正通过多种方式逐步补齐 处理器产品除了自身技术因素外，更多依托的是生态。所谓生态，就是产业链条上的企业形成的一种紧密的分工协作关系，类似于准同盟。生态的作用在 CPU 市场上表现的十分突出。在传统 PC 市场上，英特尔和微软构成的“Wintel”体系一直牢不可破，英特尔引领着 CPU 的发展并领导着一批PC 硬件和制造企业为其适配，而微软及合作伙伴在操作系统和应用软件方面同 X86 芯片进行紧密0500100015002000250030003500单线程多线程2 3 1 5 0 5 8 5/4 3 3 4 8/2 0 1 9 1 1 0 5 1 1:0 2 计算机行业深度报告
41、 请务必阅读正文后免责条款 11/29 协作。一般而言，微软新操作系统的发布之后，会拉动一波新的 PC 更换，进而带动新 CPU 的需求，循环往复，微软和英特尔等软硬件厂商都在其中受益。在移动市场上同样存在类似的生态，ARM 和Android 的组合（业内称 AA 体系或者 ARM-Android 体系）同样具备强大的影响力。ARM 占据了全球 95%的移动芯片授权市场，而 Android 在移动操作系统市场上的份额也高达 85%。而在中低档服务器市场上，基本上是 X86 的天下，ARM 正在以挑战者的角色进入。在典型的 CPU 生态结构中，一般需要一个或者两个核心企业，引领整个行业发展。但是
42、在国内，各处理器设计企业在指令集选择上，山头林立，各自为战，但都没能做大，对生态的领导能力较弱。而一般的软件企业只会对一两种微结构进行编译，如果一种指令集在市场生态上处于弱势，软件企业就不愿意选择该指令集进行优化，这种指令集也很难获得市场成功。恰恰在国内市场上，处理器采用的指令集可谓是五花八门，但市场销售量都不大，每款产品出货量很低，这就给操作系统、中间件、数据库以及应用软件企业造成非常大的困扰，无所适从，操作系统、软件企业与处理器芯片适配积极性不是很高，因此很多还是在依托国家研发专项在推动，还没能形成内生的配套机制。图表图表10 Wintel 体系生态构成体系生态构成 图表图表11 ARM-
43、Android 生态系统构成生态系统构成 资料来源:平安证券研究所 资料来源:平安证券研究所 但近两年来，国内企业也在通过各种途径建设生态，已经取得了一定的效果。一方面，芯片和操作系统厂商联合打造的生态“雏形”已经显现。参考 Wintel 和 ARM-Android 模式，电子信息央企中国电子开始加强对“PK 体系”的建设，目前该体系已经推进到 2.0 版本。P、K 分别是天津飞腾（Phytium）和银河麒麟（Kylin）的英文名称首字母，银河麒麟是我国重要的自主操作系统研发厂商，长期与飞腾芯片进行优化适配。除了软件适配的整合，硬件方面的领导力建设也在加强，2019 年中国电子对旗下业务进行重
44、大调整，旗下整机厂商中国长城收购天津飞腾，整机业务全面转向 PK 体系，国产 CPU 缺乏硬件支持的短板正在补齐。同时，处理器和操作系统厂商也在加强开源社区、认证培训、支持学术研究等方式引导相关软件开发、应用推广。另一方面，国家也在加快推动基于国产 CPU 的整机品牌在党政军、重点行业的应用，通过应用带动生态建设。目前，相关项目推动顺利，服务器、笔记本、台式机、移动及嵌入式终端、外设企业多数都在参与国产 CPU 的适配工作，基于国产 CPU 的操作系统、通用软件及应用软件的开发推广工作都在有序进行，国产化软硬件平台体系建设逐步完善。从目前生态建设效果来看，链条越短的领域，生态建设的越完善。在整
45、个计算机产业链中，高新性能计算和服务器是产业链最短的，涉及的软件应用最少，正因为如此，国内整机、外设企业分布较为密集，每家国产 CPU 设计企业周围都有大量的厂商集聚。相反，台式机和笔记本市场由于对通用、应用软件要求较高，目前的整机种类相对少一些，但是主流的整机制造厂还均有产品推出。2 3 1 5 0 5 8 5/4 3 3 4 8/2 0 1 9 1 1 0 5 1 1:0 2 计算机行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 12/29 图表图表12 国产国产 CPU 配套软硬件厂商配套软硬件厂商 芯片芯片 适配产品适配产品 厂商厂商 龙芯 台式机 曙光、联想、方正、同方 服务器 云海麒麟、五
46、舟科技、宝德计算机、曙光、浪潮申泰、清华同方、瑞驰、百信云龙、联勤（富扬维鑫）、长城 笔记本 方正、同方、北京计算机技术及应用研究所、山东超越 飞腾 台式机 长城（长城银河、长城信安）服务器 Estor 鲸鲨、云海麒麟、五舟、天华星航、宝德、柏科数据、浪潮申泰、清华同方、瑞驰信息、联勤（富扬维鑫）、联想、航星中云、超云、长城 笔记本 长城 兆芯 台式机 联想、同方 服务器 云海麒麟、火星舱、秉时、联想 笔记本 联想 海光 服务器 中科曙光 申威 服务器 ZoomServer、云海麒麟、国威天成、宝德、方正、瑞驰信息、联想 笔记本 方正 海思 服务器 华为 操作系统、数据库、办公软件、中间件等
47、桌面操作系统 和信、中标麒麟、绿地、深度、思普、中电科普华、银河麒麟、中标麒麟、一铭软件、中兴新支点、中科方德 服务器操作系统 凝思软件、中标麒麟、和信、深度、一铭软件、思普、绿地、中兴新支点、银河麒麟、中标麒麟、红旗、中电科普华、中科方德 数据库 南大通用、浪潮、达梦、人大金仓、东方国信、翰高、优炫等 办公软件 金山、永中、中标普华 中间件 东方通、山东中创、锐软、华胜信泰、金蝶 设计工具 亿图图示、中望 CAD、PDF-shuffler 文档编辑工具 电子签章 中安源、方正、卫士通、金印、书生、金格、兴唐 输入法 搜狗、华宇、谷歌 互联网应用 Chromium 浏览器、火狐浏览器、360
48、浏览器、QQ、微信、360 云盘、Thunderbird 邮件客户端、华宇即时通信、360 杀毒、金山毒霸、腾讯御点等 外设适配 扫描仪 奔图、紫光、影源、虹光、佳能、方正、富士通 打印机 奔图、天津光电、立思辰、惠普、映美、光电通、联想、理光、富士施乐、爱普生、科尼卡美能达、利盟、得实等 条形码扫描枪 紫光、迅宝、方正 高拍仪 紫光、哲林、方正 资料来源：中国政府采购网、平安证券研究所 2 3 1 5 0 5 8 5/4 3 3 4 8/2 0 1 9 1 1 0 5 1 1:0 2 计算机行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 13/29 二、二、国产国产 CPU 发展发展机遇机遇及及前景
49、展望前景展望 2.1 国际供应链断裂和信息安全风险加剧，倒逼国内国际供应链断裂和信息安全风险加剧，倒逼国内 CPU 加快加快自主可控步伐自主可控步伐“造不如买”的国际产业链逻辑被打破，“造不如买”的国际产业链逻辑被打破，国内国内 CPU 供应链安全供应链安全受受威胁威胁，自主可控必要性提升自主可控必要性提升 我国 CPU 市场规模和潜力非常大，庞大的整机制造能力意味着巨量的 CPU 采购。据国家统计局数据统计，2018 年国内智能手机产量高达 13.69 亿台，计算机整机产量也达到 3.2 亿台。虽然近些年，计算机整机和智能手机产量增长都出现瓶颈，由于这两类产品体量庞大，CPU 的需求量大且单
50、品价值非常高，市场规模依然非常可观。同时，服务器 CPU 伴随着整机出货的快速成长，需求量增长也较为迅速。IDC 数据显示，2018 年国内服务器出货量达到 330.4 万台，同比增长 26%，其中互联网、电信、金融和服务业等行业的出货量增速也均超过 20%。另外，国内在物联网、车联网、人工智能等新兴计算领域，对 CPU 也存在海量的需求。国内 CPU 绝大多数都是进口或者采购国外企业在华产品。移动 CPU 除了华为能够通过海思自给之外，其余都需要从国外或台资企业（如高通、联发科等）采购；桌面 CPU 则更是严重依赖 X86 架构，台式机、笔记本 CPU 主要为英特尔、AMD 占领；服务器市场
