海光信息研究報告：供需兩端同頻共振國產(chǎn)高端處理器騰飛

海光信息研究報告：供需兩端同頻共振，國產(chǎn)高端處理器騰飛1、國產(chǎn)處理器領(lǐng)軍者，CPU+DCU雙輪驅(qū)動1.1、自主高端處理器供應(yīng)商，性能和生態(tài)優(yōu)勢明顯海光信息前身為天津海光，成立于2014年，由天津海泰科技投資、中科曙光和中科院等聯(lián)合設(shè)立。公司采用Fabless經(jīng)營模式，主要從事高端處理器、加速器等計算芯片產(chǎn)品和系統(tǒng)的研究、開發(fā)，產(chǎn)品包括海光通用處理器（CPU）和海光協(xié)處理器（DCU）。海光處理器以“性能強勁、安全可信、完善生態(tài)”作為主打標簽，兼容市場主流的x86指令集，具有成熟而豐富的應(yīng)用生態(tài)環(huán)境，多款產(chǎn)品性能達到國際同類型主流高端處理器水平，在電信、金融、互聯(lián)網(wǎng)、交通、能源、中小企業(yè)等下游領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。國資背景強大提供資源支持，員工持股平臺覆蓋范圍廣。公司前十大股東中，有五家均為國有法人控股。2018年，中科曙光受讓海光信息1948億股股權(quán)，成為海光信息第一大股東，上市前持股比例為32.1%；結(jié)合中科曙光在計算產(chǎn)業(yè)的深度布局和產(chǎn)業(yè)資源，與海光信息形成良好業(yè)務(wù)協(xié)同，助力公司高質(zhì)發(fā)展。當前公司無實際控制人，并且各股東承諾在上市之日起36個月內(nèi)不謀求獲得或參與爭奪公司控制權(quán)，預(yù)計公司股權(quán)和控制結(jié)構(gòu)將保持相對穩(wěn)定。此外，藍海輕舟合伙為公司員工持股平臺，當前持股比例為6.09%，激勵對象包括671名公司高管、核心技術(shù)人員和其他員工，覆蓋范圍較廣，實現(xiàn)核心員工利益綁定。與AMD成立合資子公司，開啟自主研發(fā)之路。2016年，海光信息與超微半導(dǎo)體（AMD）達成合作，共同成立海光微電子與海光集成兩家子公司，引入x86和Zen微架構(gòu)等高端處理器的技術(shù)授權(quán)及相關(guān)技術(shù)支持。其中，海光微電子主要負責(zé)x86處理器核（core）開發(fā)以及芯片的生產(chǎn)、封裝、測試等外協(xié)工作，是海光集成的生產(chǎn)成本中心；海光集成則主要負責(zé)處理器系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、IP核開發(fā)，以及產(chǎn)品的推廣和銷售。公司與AMD簽署的《技術(shù)許可協(xié)議》中，明確約定海光可在中國以服務(wù)器和工作站的用途銷售、進出口、分銷合資產(chǎn)品，并且該許可在兩家合資公司運營期限內(nèi)持續(xù)有效。同時，在2019年公司被列入美國“實體清單”后，AMD不再提供相關(guān)技術(shù)服務(wù)，公司自行實現(xiàn)了后續(xù)產(chǎn)品和技術(shù)的迭代開發(fā)，雙方技術(shù)路徑已產(chǎn)生差異，尚未出現(xiàn)相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)方面的糾紛。核心團隊技術(shù)+產(chǎn)業(yè)背景深厚，技術(shù)創(chuàng)新與落地推廣并重。高端處理器設(shè)計屬于技術(shù)密集型行業(yè)，公司骨干研發(fā)人員多擁有intel、AMD等國內(nèi)外知名芯片公司的就職背景，以及成功研發(fā)x86處理器或ARM處理器的經(jīng)驗，是公司核心競爭力不斷提升的基石。截至2021年底，公司擁有研發(fā)技術(shù)人員1031人，占員工總?cè)藬?shù)比為90.2%，其中擁有碩士及以上學(xué)歷人員749，占員工總?cè)藬?shù)的65.53%，技術(shù)實力國內(nèi)領(lǐng)先。同時，公司管理層擁有豐富的產(chǎn)業(yè)背景和資源，亦在內(nèi)部管理、供應(yīng)鏈、產(chǎn)品銷售等方面組建起成熟團隊，助力公司產(chǎn)品走向市場并快速推廣。1.2、CPU+DCU協(xié)同布局，產(chǎn)品持續(xù)迭代公司集中發(fā)力高端處理器，研發(fā)量產(chǎn)海光CPU和海光DCU。公司是國內(nèi)為數(shù)不多掌握了高端處理器核心微結(jié)構(gòu)設(shè)計、高端處理SoC架構(gòu)設(shè)計、處理器安全、處理器驗證、高主頻與低功耗處理器實現(xiàn)、高端芯片IP設(shè)計、先進工藝物理設(shè)計、先進封裝設(shè)計、基礎(chǔ)軟件等關(guān)鍵技術(shù)的民族企業(yè)。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域、技術(shù)路線和產(chǎn)品特征的不同，公司形成CPU和DCU兩條主要的產(chǎn)品線。海光CPU：主要面向復(fù)雜邏輯計算、多任務(wù)調(diào)度等通用處理器應(yīng)用場景需求，兼容國際主流x86處理器架構(gòu)和技術(shù)路線，具有先進的工藝制程、優(yōu)異的系統(tǒng)架構(gòu)、豐富的軟硬件生態(tài)等優(yōu)勢；并且支持國密算法，擴充安全指令，集成安全算法專用加速電路，支持可信計算，大幅度提升高端處理器的安全性。面向不同的市場需求，公司CPU產(chǎn)品已形成7000、5000、3000三大系列，面向高、中、低端市場進行全方位覆蓋：1）海光7000系列主要應(yīng)用于高端服務(wù)器，面向數(shù)據(jù)中心、云計算等復(fù)雜應(yīng)用領(lǐng)域；2）海光5000系列主要面向政務(wù)、企業(yè)和教育領(lǐng)域的信息化建設(shè)中的中低端服務(wù)器需求，并發(fā)處理能力和單核心處理器性能較為均衡；3）海光3000系列主要應(yīng)用于工作站和邊緣計算服務(wù)器，面向入門級計算領(lǐng)域。海光DCU：屬于GPGPU的一種，構(gòu)成與CPU類似，結(jié)構(gòu)邏輯相對CPU簡單但計算單元數(shù)量較多。海光DCU協(xié)處理器全面兼容ROCmGPU計算生態(tài)，和NVIDIA的CUDA通用并行計算架構(gòu)具有高度相似性，CUDA用戶可以以較低成本快速遷移至ROCm平臺。因此，海光DCU可較好適配國際主流商業(yè)計算軟件和人工智能軟件，軟硬件生態(tài)豐富，能夠廣泛應(yīng)用于大數(shù)據(jù)處理、人工智能、商業(yè)計算等計算密集類應(yīng)用領(lǐng)域，主要部署在服務(wù)器集群或數(shù)據(jù)中心，為應(yīng)用程序提供高性能、高能效比的算力，支撐高復(fù)雜度和高吞吐量的數(shù)據(jù)處理任務(wù)。獲得國內(nèi)主流OEM支持，產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)迅速拓展。公司產(chǎn)品支持能夠適配主流的x86、Linux操作系統(tǒng)，支持多個版本的數(shù)據(jù)庫、中間件、AI算法、云計算平臺等，遷移成本較低。憑借優(yōu)異的軟硬件生態(tài)與性能，公司逐步開拓了浪潮、聯(lián)想、新華三、同方等國內(nèi)知名服務(wù)器廠商，有效地推動海光高端處理器的產(chǎn)業(yè)化落地；同時，?？低暋⑶迦A同方和銳捷等廠商基于海光CPU推出工作站，主要應(yīng)用在工業(yè)設(shè)計和應(yīng)用、圖形圖像處理等場景，市場空間進一步打開。1.3、進入收獲期，業(yè)績爆發(fā)正當時營收持續(xù)高增長，2021年實現(xiàn)轉(zhuǎn)虧為盈。1）收入端：2019-2021年，公司產(chǎn)品得到市場廣泛認可，分別實現(xiàn)收入3.8億元、10.2億元、23.1億元，CAGR高達146.9%。2）利潤端：2020年之前公司連續(xù)虧損，主要由于集成電路設(shè)計前期需投入大量的研發(fā)資金，以及前期實施了較大力度的員工激勵所致。2021年，伴隨公司收入規(guī)模的擴大和費用投入的穩(wěn)態(tài)化，公司完成扭虧轉(zhuǎn)盈，實現(xiàn)歸母凈利潤3.3億元，同比增長935.6%。爆發(fā)增速持續(xù)，2022年上半年業(yè)績表現(xiàn)已超2021年全年。2022年H1，伴隨電信、金融等領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)域持續(xù)推進，疊加DCU產(chǎn)品的進一步放量，公司實現(xiàn)營業(yè)收入25.3億元，同比增長342.8%；實現(xiàn)歸母凈利潤4.8億元，同比增長1240.8%。同時，根據(jù)公司招股說明書，2022年前三季度預(yù)計實現(xiàn)收入36.7-40.8億元，同比增長170%-200%；預(yù)計實現(xiàn)歸母凈利潤6.1-7.0億元，同比增長392%-465%，爆發(fā)增速延續(xù)，全年業(yè)績高增值得期待。分產(chǎn)品看，7000系列CPU貢獻主要營收，DCU快速放量。2021年公司CPU產(chǎn)品整體實現(xiàn)營收20.7億元，同比增長102.7%，收入占比達到89.7%；其中7000系列CPU實現(xiàn)收入15.0億元，貢獻收入占比達到65%。同時，公司DCU產(chǎn)品于2021年下半年正式量產(chǎn)出貨，一經(jīng)上市反響優(yōu)異。2021年DCU實現(xiàn)營收2.4億元，收入占比達到10.3%。產(chǎn)品單價代際上漲，并隨產(chǎn)品生命周期的推移逐步下降。2019年6月以前，公司產(chǎn)品銷售規(guī)模較小，主要采用參照國際同行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)的產(chǎn)品價目表的定價方式；2019年7月以后，公司開始采用行業(yè)通用的階梯定價策略，接受針對項目的單獨特價申請?？傮w來看，公司對新代際產(chǎn)品較上一代產(chǎn)品定價有所上漲，而某一代際產(chǎn)品上市初期定價較高，后續(xù)隨生命周期的推移逐步下降。分行業(yè)看，電信和金融收入占比前二，多領(lǐng)域持續(xù)推進。公司在電信運營商、金融等領(lǐng)域市場份額持續(xù)提升，2021年分別實現(xiàn)營收3.8/2.6億元，同比增長355.4%/470.0%，占比分別達到20.5%/14.0%。此外，伴隨公司產(chǎn)品線逐步豐富、市場開拓力度加大，在互聯(lián)網(wǎng)、教育、交通等重要行業(yè)的銷量亦快速提升，營收結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化。CPU毛利率不斷提升，DCU產(chǎn)品放量后規(guī)模效應(yīng)值得期待。伴隨產(chǎn)品放量后規(guī)模效應(yīng)的逐步顯現(xiàn)，公司綜合毛利率大幅提升，2021年公司綜合毛利率達到56.0%，相較2019年提升18.64pp。分產(chǎn)品看，2021年CPU產(chǎn)品毛利率為56.0%，DCU產(chǎn)品毛利率為34.8%，我們認為主要是由于DCU產(chǎn)品量產(chǎn)上市時間較短，銷量規(guī)模難以企及CPU產(chǎn)品，預(yù)計隨著DCU產(chǎn)品逐步放量，規(guī)模效應(yīng)將使得其單位成本下降，DCU產(chǎn)品毛利率提升值得期待。持續(xù)高研發(fā)投入保證新品迭代速度。高端處理器產(chǎn)品迭代速度快，需要持續(xù)投入研發(fā)保持核心競爭力，穩(wěn)固市場地位。公司研發(fā)支出絕對值逐年增加，但研發(fā)費用率逐年下降，2021年公司研發(fā)費用7.5億元，研發(fā)費用率為32.2%；2022H1公司研發(fā)費用為7.0億元，研發(fā)費用率為27.5%。此外，公司研發(fā)支出資本化率較高，形成的自研無形資產(chǎn)金額較大，2019-2021年資本化率分別為79.7%/51.2%/53.0%。費用率不斷降低，公司步入收獲期。2019-2021年，業(yè)務(wù)擴張及效率提升帶動銷售費用率和管理費用率逐年下降，財務(wù)費用率保持較低水平。2022H1，公司銷售費用率、管理費用率、財務(wù)費用率分別為1.4%（-2.59pp）、2.5%（-5.10pp）、-0.1%（+0.65pp）。綜合看，公司已由前期的高投入階段步入業(yè)績兌現(xiàn)的收獲期，盈利能力不斷提升。2、自主可控勢在必行，國產(chǎn)處理器空間廣闊2.1、我國集成電路高速發(fā)展，重心向高端設(shè)計制造轉(zhuǎn)移我國集成電路高速發(fā)展，增速遠超全球。集成電路行業(yè)作為全球信息產(chǎn)業(yè)的的基礎(chǔ)，市場規(guī)模保持穩(wěn)定增長。根據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計組織（WSTS）的數(shù)據(jù)，全球集成電路的規(guī)模由2013年的2518億美元增長至2020年的5558億美元，CAGR為5.3%。我國集成電路雖然起步較晚，但2010年以來，隨著我國居民消費能力提升，對集成電路產(chǎn)品的需求強勁，市場重心開始向國內(nèi)轉(zhuǎn)移。2020年，我國集成電路市場規(guī)模達到8848億元，2013-2020年CAGR達到19.7%，接近全球增速的近4倍。受益于人工智能、大數(shù)據(jù)、5G等技術(shù)的成熟和產(chǎn)品的普及，預(yù)計我國集成電路產(chǎn)業(yè)將在未來繼續(xù)保持快速增長趨勢。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，重心向高端設(shè)計制造轉(zhuǎn)移?？v觀全球競爭格局，集成電路設(shè)計位于產(chǎn)業(yè)鏈上游環(huán)節(jié)，對技術(shù)研發(fā)實力要求極高，具有產(chǎn)品附加值高，細分門類眾多等特點，企業(yè)的頭部效應(yīng)尤為明顯，高通、英特爾、博通、英偉達等少數(shù)幾家企業(yè)長期占據(jù)市場大部分份額。目前全球集成電路設(shè)計仍以美國為主導(dǎo)，市占率達到55%；隨后依次是韓國公司21%，歐洲公司7%，中國臺灣地區(qū)公司6%，日本公司6%；中國大陸地區(qū)公司市占率僅為5%，雖是全球重要的參與者之一，但話語權(quán)仍然較弱。自2012年以來，我國集成電路設(shè)計企業(yè)數(shù)量逐年增加，并逐步進入到全球市場的主流競爭格局中；截至2020年底，我國集成電路設(shè)計企業(yè)達到2218家，2013-2020年CAGR為19.6%，其中銷售額過億的企業(yè)為289家，市場集中度還較低，處于百花齊放的發(fā)展初期。分解來看：2020年，我國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)銷售收入3778.4億元，同比增長23.3%，所占比重從2013年的32.2%增加到42.7%；芯片制造銷售收入2560.1億元，同比增長19.1%，所占比重從2013年的24.0%增加到28.9%；封裝測試業(yè)銷售收入2509.5億元，同比增長6.8%，所占比重從2013年的43.8%降低到28.4%。芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)規(guī)模占比逐年攀升，象征著我國集成電路產(chǎn)業(yè)逐漸從低端走向高端，產(chǎn)業(yè)發(fā)展也呈現(xiàn)高速且高質(zhì)的特征。2.2、服務(wù)器長期需求強勁，處理器占據(jù)價值高地服務(wù)器市場發(fā)展呈現(xiàn)一定周期性，算力需求仍可看長。過去十余年，伴隨移動互聯(lián)網(wǎng)和云計算的興起，服務(wù)器行業(yè)整體保持穩(wěn)健增長。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2013-2021年，全球服務(wù)器出貨量從920萬臺增長至1354萬臺，CAGR為5.7%；銷售規(guī)模由510億美元擴大至992億美元，CAGR達到10.0%。雖然期間受全球互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)CAPEX收縮和疫情等多因素影響，行業(yè)呈現(xiàn)存在一定景氣周期波動，但我們認為，隨著更多的經(jīng)濟及社會活動由線下轉(zhuǎn)移至線上，對于數(shù)據(jù)存儲及運算能力提出了更高要求，長期看服務(wù)器市場需求將維持增長態(tài)勢。處理器為服務(wù)器的大腦，占據(jù)價值高地。服務(wù)器是一種高性能計算機，邏輯結(jié)構(gòu)仍然遵循馮·諾依曼架構(gòu)，主要由處理器（CPU、GPU、DPU等）、存儲器、I/O接口，以及SSD、BMC、PCIe插槽、主板、電源、風(fēng)扇和相關(guān)軟件等部分構(gòu)成。其中，處理器在服務(wù)器中承擔(dān)“大腦”的角色，對服務(wù)器的整體性能發(fā)揮有著決定性的作用。根據(jù)IDC，以經(jīng)典x86服務(wù)器E5高配為例，CPU成本在基礎(chǔ)型服務(wù)器中約占32%；在更高高性能的服務(wù)器中，處理器相關(guān)成本占比高達50%-83%。2.2.1、CPU：x86仍是主流架構(gòu)，性能和生態(tài)優(yōu)勢明顯中央處理器（CPU）是計算機的運算和控制核心。CPU用于解釋計算機指令和處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)，并負責(zé)控制、調(diào)配計算機的所有軟硬件資源。CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)大致可分為控制器、運算器、寄存器三大單元，其中還包括高速實現(xiàn)緩沖處理器之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制的總線；控制單元從存儲單元中獲取可執(zhí)行的代碼，通過指令譯碼將其轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的指令，進而運算單元基于獲取的指令對存儲單元中的數(shù)據(jù)進行運算。按照設(shè)計思路的不同，CPU可分為復(fù)雜指令集（CISC）架構(gòu)和精簡指令集（RISC）架構(gòu)。計算機系統(tǒng)中所有軟件層的操作，最終都將通過指令集映射為CPU的操作。1）CISC

（ComplexInstructionSetComputer）：一條指令完成一個復(fù)雜的基本功能。單條指令集功能強，指令類型豐富完善，編譯后指令數(shù)量較少，通用場景下性能具有優(yōu)勢；以x86架構(gòu)為代表，主要用于桌面PC及服務(wù)器領(lǐng)域，配套軟硬件豐富完善。2）RISC（ReducedInstructionSetComputer）：一條指令完成一個基本動作，多條指令組合完成一個復(fù)雜的基本功能。指令集架構(gòu)在不斷完善，譯碼效率高，偏向低功耗領(lǐng)域優(yōu)化；以ARM架構(gòu)為代表，過去主要用于手機、平板等移動終端，軟硬件生態(tài)逐步建設(shè)完善。服務(wù)器領(lǐng)域x86架構(gòu)仍是絕對主流，銷量占比超過97%。Microsoft和Intel兩家企業(yè)憑借自身規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)優(yōu)勢，在上世紀80年代結(jié)成了Wintel技術(shù)聯(lián)盟，自此開始主導(dǎo)全球的PC和服務(wù)器市場。雙方基于x86架構(gòu)的CPU和Windows操作系統(tǒng)優(yōu)化各類軟件應(yīng)用，使得x86處理器的生態(tài)環(huán)境較其他架構(gòu)處理器具備明顯的先發(fā)優(yōu)勢。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，近年來x86服務(wù)器的銷售額占比幾乎一直維持在90%以上，銷量占比更是保持97%以上，仍然占據(jù)主要市場份額。2.2.2、GPGPU：算力需求多樣化，市場迅速擴容通用圖像處理器（GPGPU）是GPU的一種技術(shù)分支。傳統(tǒng)意義上的GPU專門用于圖形圖像處理，內(nèi)置了視頻編解碼加速引擎、2D加速引擎、3D加速引擎、圖像渲染等專用運算模塊；GPGPU作為運算協(xié)處理器，針對不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，增加了專用向量、張量、矩陣運算指令，提升了浮點運算的精度和性能，以滿足不同計算場景的需要。GPGPU廣泛應(yīng)用于商業(yè)計算、大數(shù)據(jù)處理、AI等領(lǐng)域。GPGPU的構(gòu)成相對簡單，內(nèi)部包括大量的運算單元核心和超長的流水線，具有處理并行計算任務(wù)的優(yōu)勢，尤其擅長大量類型統(tǒng)一的數(shù)據(jù)運算。隨著GPGPU的技術(shù)發(fā)展和相關(guān)生態(tài)環(huán)境的逐步完善，其用途被進一步發(fā)掘，目前已經(jīng)廣泛用于商業(yè)計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域。其中，GPGPU是人工智能領(lǐng)域最主要的協(xié)處理器解決方案，占據(jù)人工智能90%以上的市場份額，使用GPGPU在云端運行模型訓(xùn)練算法，可以顯著縮短海量訓(xùn)練數(shù)據(jù)的訓(xùn)練時長，減少能源消耗，從而進一步降低人工智能的應(yīng)用成本；同時，GPGPU能夠提供完善的軟件生態(tài)系統(tǒng)，便于各種已有應(yīng)用程序的移植和新算法的開發(fā)，在無人駕駛、智慧工廠、智慧城市等應(yīng)用場景具有廣泛的市場空間。人工智能與數(shù)據(jù)中心高速發(fā)展，支撐GPGPU市場快速擴容。人工智能是全球IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的新興技術(shù)應(yīng)用之一，在人工智能發(fā)展的三要素中，無論是數(shù)據(jù)還是算法，都離不開算力的支撐。2020年，深度學(xué)習(xí)模型對算力的需求已達到了每天百億億次的計算需求。目前先進模型的參數(shù)量和復(fù)雜程度正呈現(xiàn)指數(shù)級的增長趨勢，人工智能所需算力每四個月即翻一倍，AI算力已成為驅(qū)動人工智能發(fā)展的核心動力，而承載AI的新型算力基礎(chǔ)設(shè)施的供給水平，是直接影響AI創(chuàng)新迭代及產(chǎn)業(yè)AI應(yīng)用落地的關(guān)鍵因素。目前，全球AI服務(wù)器占AI基礎(chǔ)設(shè)施市場的84.2%以上，是AI基礎(chǔ)設(shè)施的主體。根據(jù)IDC，未來AI服務(wù)器將保持高速增長，預(yù)計在2025年全球市場規(guī)模將達到288億美元。同時，伴隨AI對算力要求的提升，服務(wù)器搭載的GPGPU芯片數(shù)量有望逐年提升，有望進一步支撐GPGPU快速發(fā)展。此外，從數(shù)據(jù)中心的角度來看，全球范圍內(nèi)云數(shù)據(jù)中心、超級數(shù)據(jù)中心的建設(shè)速度不斷加快，全球范圍內(nèi)數(shù)據(jù)中心對于計算加速硬件的需求不斷上升。參照GPGPU領(lǐng)域龍頭企業(yè)NVIDIA的數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)，其收入規(guī)模從2015年的的3.4億美元增長至106億美元，復(fù)合增速達到77.4%，遠超其他板塊業(yè)務(wù)的增速水平，進一步驗證了下游數(shù)據(jù)增長對泛人工智能芯片的旺盛需求。2.3、供需兩端同頻共振，國產(chǎn)處理器騰飛正當時國產(chǎn)處理器發(fā)展幾經(jīng)波折，當前步入全面加速階段。我國對于處理器的研究可以追溯至上世紀50年代，彼時與國際先進水平基本處于同一起跑線，但主要在80年代被海外拉開了較大差距，國際龍頭公司抓住處理器商業(yè)化的契機建立起規(guī)模效應(yīng)和生態(tài)技術(shù)壁壘。進入21世紀后，在一系列的政策加持下，我國處理器產(chǎn)業(yè)重新開啟追趕之路；而歷經(jīng)多年的探索和試點應(yīng)用，當前國產(chǎn)處理器產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，在多領(lǐng)域均出現(xiàn)了一批領(lǐng)軍企業(yè)，率領(lǐng)產(chǎn)業(yè)走向加速發(fā)展階段。起步階段（1950s-1970s）：1956年，半導(dǎo)體科技被列為國家新技術(shù)四大緊急措施之一。此后，中科院計算所、109廠、半導(dǎo)體所先后成立，半導(dǎo)體器件相繼取得突破。1975年，我國第一臺集成電路百萬次計算機013研制成功，彼時與國際先進水平相差不大。迎來低谷（1980s-1990s）：CPU開始進入市場化商用階段，“Wintel”聯(lián)盟組建并火速攻占全球市場，但與此同時我國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)政策支持力度明顯下滑，國產(chǎn)CPU研制進度陷入停滯，與海外差距開始拉大。重新啟航（2000s-2010s）：自主可控問題再次提上國家議程，“十五”期間，國家啟動發(fā)展國產(chǎn)CPU的泰山計劃及863計劃，產(chǎn)業(yè)政策開始不斷加碼。2002年，我國首款通用CPU龍芯1號流片成功；2006年，“核高基”重大專項推出；2014年，我國發(fā)布《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推動綱要》，國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金（簡稱國家大基金）第1期成立，主要投資集成電路制造企業(yè)。政策和資金傾斜下，國產(chǎn)CPU開始步入正軌，提速追趕。加速騰飛（2010s-至今）：歷經(jīng)數(shù)十年的艱辛探索，國產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模。以鯤鵬、海光、飛騰、龍芯、兆芯、申威為代表的六大國產(chǎn)CPU領(lǐng)軍企業(yè)在設(shè)計能力上已逐步接近全球領(lǐng)先水平，與此同時軟件生態(tài)正逐步完善。巨大的下游市場配合積極的國家政策，疊加國際形勢催生國產(chǎn)替代的緊迫性，國產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)乘風(fēng)而上，正式進入高質(zhì)騰飛階段。系列政策傾斜加持，國產(chǎn)技術(shù)加速突破。集成電路是典型的人才密集型和資金密集型產(chǎn)業(yè)，復(fù)盤我國處理器的發(fā)展歷程，產(chǎn)業(yè)的加速度與政策支持力度息息相關(guān)。在國際形勢日益嚴峻的大背景下，我國對國產(chǎn)處理器的支持力度逐步加大。2020年8月，國務(wù)院印發(fā)《新時代促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》，明確集成電路產(chǎn)業(yè)的核心戰(zhàn)略地位，從財稅、投融資、研究開發(fā)、進出口、人才等全方位支持集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展；同時，《“十四五”規(guī)劃》中亦明確提出利用舉國體制，攻克人工智能、集成電路等前沿技術(shù)，實現(xiàn)科技強國戰(zhàn)略。我們認為，鮮明的時代背景和良好的政策環(huán)境下，國產(chǎn)處理器技術(shù)有望持續(xù)突破。數(shù)字經(jīng)濟戰(zhàn)略定調(diào)，底層新基建率先受益。2018年，中央經(jīng)濟工作集會首次提出“新型基礎(chǔ)設(shè)施”概念；2020年，國家多次部署“新基建”相關(guān)任務(wù)，確定5G基站、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等七大領(lǐng)域；2022年，《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》頂層設(shè)計出臺，首次將數(shù)字經(jīng)濟地位提升至國家戰(zhàn)略層面，緊隨其來的重要文章《不斷做強做優(yōu)做大我國數(shù)字經(jīng)濟》進一步強調(diào)加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。東數(shù)西算工程啟動，拉動后續(xù)采購需求。2022年2月，國家發(fā)改委等部門聯(lián)合引發(fā)文件，同意在京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝、內(nèi)蒙古、貴州、甘肅、寧夏等8地啟動建設(shè)國家算力樞紐節(jié)點，并規(guī)劃了10個國家數(shù)據(jù)中心集群，其中大部分樞紐省市原本已對數(shù)據(jù)中心做出積極規(guī)劃，中西部省市規(guī)劃相對積極，例如成渝機架數(shù)量在“十四五”期間翻5倍，內(nèi)蒙古翻3倍，寧夏翻24倍。我們認為，“東數(shù)西算”正式全面啟動，是數(shù)字經(jīng)濟戰(zhàn)略的重要落子，將進一步強化相關(guān)落地，有望帶動后續(xù)服務(wù)器采購需求。數(shù)據(jù)處理需求爆發(fā)，市場擴容趨勢明朗。我國2019年數(shù)據(jù)中心機架達到315萬架，2020年機架數(shù)超過400萬架；截止目前，我國機架規(guī)模已達500萬架，算力達到130EFLOPS，CAGR超過32%。我們認為，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型將是未來長期的發(fā)展主線，以云計算為代表的底層IT基礎(chǔ)設(shè)施則是核心之一；根據(jù)IDC，云平臺建設(shè)的硬件成本中，服務(wù)器所占比重最大，達到75%左右。伴隨5G逐步商用，物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車等新場景的加速落地，海量數(shù)據(jù)運算和存儲的需求將快速增長，疊加數(shù)據(jù)中心等新基建建設(shè)要求，相關(guān)主體有望開展新一輪的設(shè)備采購計劃，中國服務(wù)器整體空間擴容的趨勢明朗。形勢所迫，國產(chǎn)化進程加快。長期以來，我國對海外IT產(chǎn)品的依賴度較高，以Intel、Microsoft、Oracle、Cisco等為代表的IT廠商在芯片、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、中間件等領(lǐng)域占領(lǐng)了較大市場份額，高度滲透了政府、金融、民航、鐵路、醫(yī)療等各行業(yè)環(huán)節(jié)。自2008年以來，由海外產(chǎn)品引發(fā)的信息安全事件頻出，IT技術(shù)的自主可控勢在必行。2018年，中興、華為被納入“實體清單”，成為信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)真正進入爆發(fā)階段的導(dǎo)火索，我國第三次“整芯鑄魂”信創(chuàng)浪潮正式開啟，整個產(chǎn)業(yè)的核心是芯片與操作系統(tǒng)，發(fā)展邏輯是圍繞CPU和操作系統(tǒng)打造國產(chǎn)生態(tài)體系。而2022年以來，伴隨俄烏沖突的加劇，以及近期美國通過《芯片與科學(xué)法案》等事件刺激，信息創(chuàng)新的短期緊迫性和長期確定性再次得到加強，關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的國產(chǎn)化進程有望加快。國產(chǎn)處理器多點開花，協(xié)同推動產(chǎn)業(yè)繁榮。從供給角度看，我國CPU企業(yè)歷經(jīng)多年的研發(fā)迭代和推廣驗證，已經(jīng)初步形成“三大技術(shù)路徑，六大國產(chǎn)龍頭”的市場格局，并帶動產(chǎn)業(yè)鏈上層應(yīng)用軟件的聚集效應(yīng)開始顯現(xiàn)?；谥噶罴軜?gòu)的不同，當前國產(chǎn)CPU廠商主要分為三大類型：1）基于x86架構(gòu)的兆芯、海光：性能起點較高，生態(tài)遷移難度小，替換空間大；對于性能要求較高，需要平滑遷移的領(lǐng)域具備顯著優(yōu)勢。2）基于ARM架構(gòu)的飛騰、鯤鵬：架構(gòu)迭代空間廣闊，性能提升較快，生態(tài)適配較好；基于ARM架構(gòu)的PC和服務(wù)器CPU近年來發(fā)展迅速，亦是符合國際主流技術(shù)路徑的方向之一。3）基于自研指令集的龍芯、申威：全棧自研，自主可控程度極高，在當前緊迫性和必要性進一步提升的背景下，有望加速迭代、擴展生態(tài)，迎來重大發(fā)展機遇。由于不同終端場景對于CPU的性能、生態(tài)、安全性考量并不相同，各家龍頭企業(yè)基于不同的指令集架構(gòu)，自主探索出了符合自身發(fā)展的最佳路徑，在信創(chuàng)的不同細分領(lǐng)域引領(lǐng)生態(tài)變革，共同推動產(chǎn)業(yè)繁榮。3、性能強勁生態(tài)領(lǐng)先，深度受益信創(chuàng)加速3.1、持續(xù)吸收迭代，從追趕者到并駕齊驅(qū)取之所長，性能起點高。2016年，海光信息與超微半導(dǎo)體（AMD）達成合作，共同成立海光微電子與海光集成兩家子公司，引入Zen1微架構(gòu)等高端處理器的技術(shù)授權(quán)及相關(guān)技術(shù)支持。Zen架構(gòu)相較AMD過去的芯片設(shè)計有著質(zhì)的飛躍，加入了微指令緩存，整型/浮點指令調(diào)度器從48/60個增加至84/96個，IPC（每時鐘周期指令數(shù)）性能提高52%，補上了核心短板；同時Zen1進行了緩存層級的徹底重構(gòu)，引入同步多線程（SMT）能力，制程工藝由28nm/32nm升級至14nmFinFET，在性能和功耗上進行了雙重升級。從時間節(jié)點上，彼時Intel正好陷入10nm接連推遲，“Tick-Tock”發(fā)展模式失效的低谷期，Zen架構(gòu)的發(fā)布吹響AMD反擊的號角；根據(jù)PassMark數(shù)據(jù)，自2017年后AMDCPU市場份額快速提升，最高在2021年達到40%，其中服務(wù)器CPU最高達到10%，側(cè)面映證Zen架構(gòu)的優(yōu)勢。消化吸收，自主創(chuàng)新。公司引進Zen架構(gòu)后，秉承“銷售一代、驗證一代、研發(fā)一代”

的產(chǎn)品研發(fā)策略，不斷進行技術(shù)創(chuàng)新。1）海光一號產(chǎn)品設(shè)計時，公司重點對引進技術(shù)進行

“消化吸收”，主要基于AMD交付的源代碼進行研發(fā)，同時進行了部分自主創(chuàng)新，包括基于中國密碼算法的安全增強技術(shù)等。通過海光一號CPU的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，公司建立了高性能通用處理器設(shè)計方法學(xué)、研發(fā)流程、產(chǎn)品工程技術(shù)體系等，建立了一支具有國際主流CPU研發(fā)經(jīng)驗的設(shè)計團隊，為海光CPU后續(xù)產(chǎn)品的生產(chǎn)研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。2）海光二號CPU在海光一號CPU成功研發(fā)的基礎(chǔ)上，對CPU處理器核心的微體系結(jié)構(gòu)進行了較大程度的自主創(chuàng)新，尤其是2019年公司進入實體名單后，AMD不再提供技術(shù)支持，公司開始全面掌握通用處理器的設(shè)計技術(shù)，并完成了規(guī)?；瘧?yīng)用驗證。3）從海光三號處理器開始，公司獨立開展通用處理器的迭代開發(fā)，在微體系結(jié)構(gòu)上進一步自主創(chuàng)新：優(yōu)化取指單元中的分支預(yù)測器，實現(xiàn)了更精確的分支預(yù)測算法和更高的預(yù)測帶寬；優(yōu)化PCIe控制器，將帶寬從8Gbps升級到16Gbps；優(yōu)化內(nèi)存控制器，將內(nèi)存頻率從2667MHz提升到3200MHz，增加內(nèi)存讀寫錯誤時的重傳機制，提升服務(wù)器系統(tǒng)的RAS能力；優(yōu)化片上網(wǎng)絡(luò)，提升帶寬，修改內(nèi)部通信協(xié)議，提升工作頻率等。海光三號CPU于2022年6月發(fā)布，現(xiàn)已經(jīng)開始量產(chǎn)，即將進行規(guī)?；N售。產(chǎn)品性能比肩國際，處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。處理器重要的性能指標包括指令集、主頻、核心數(shù)、內(nèi)存通道等，從當前的主力出貨型號海光二號CPU性能來看，公司產(chǎn)品性能達到了國際上同類型主流高端處理器的水平，對標Zen2架構(gòu)下的AMD第二代EPYC產(chǎn)品，海光7285產(chǎn)品整數(shù)和浮點性能大約在AMD的80%-90%之間；對標Intel同期發(fā)布的至強鉑金系列產(chǎn)品，浮點運算能力更為接近，總體性能逼近國際同代際主流技術(shù)水平。同國內(nèi)的主流CPU相比，不同指令集架構(gòu)下部分產(chǎn)品參數(shù)如核心數(shù)、超線程對產(chǎn)品性能影響程度不同，僅具有參考意義，并且核心數(shù)的增加也會限制主頻的提高?？傮w來看，公司采用x86指令集，在性能和生態(tài)方面的起點較高，并且在PCIe通道數(shù)，內(nèi)存通道數(shù)等相關(guān)I/O性能方面也達到領(lǐng)先水平。DCU一號產(chǎn)品性能同樣接近國際水平，DCU二號研發(fā)進度順利。海光DCU產(chǎn)品采用最新的7nmFinFET工藝，基于大規(guī)模并行計算微結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，不但具備強大的雙精度浮點計算能力，同時在單精度、半精度、整型計算方面表現(xiàn)同樣優(yōu)異，是國內(nèi)唯一同時支持全精度和半精度訓(xùn)練的加速計算芯片。若選取國際主流的NVIDIAAmpere100和AMDMI100進行對比，NVIDIA作為GPU領(lǐng)域的絕對龍頭，其產(chǎn)品在內(nèi)核頻率、顯存以及TDP功率上均仍然處于領(lǐng)先地位，但在典型應(yīng)用場景下，公司深算一號指標已較接近國際主流產(chǎn)品水平。公司在DCU產(chǎn)品系列同樣持續(xù)進行迭代，深算二號DCU在深算一號DCU成功研發(fā)的基礎(chǔ)上，對DCU計算單元的微體系結(jié)構(gòu)進行了較多自主創(chuàng)新：增加計算單元的規(guī)模，改進片上網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，優(yōu)化訪存子系統(tǒng)等，預(yù)計新一代產(chǎn)品性能大幅提升。3.2、生態(tài)壁壘高筑，原生安全基因指令集是生態(tài)的源頭。指令集是一套控制計算機系統(tǒng)運行的最小功能單位和標準規(guī)范，相應(yīng)的CPU設(shè)計、軟件編寫均需要針對指令集架構(gòu)進行優(yōu)化，才能發(fā)揮出最佳性能。因此，指令集是計算機生態(tài)的源頭，在此之上的芯片、操作系統(tǒng)、基礎(chǔ)軟件、應(yīng)用軟件等生態(tài)圈層都圍繞著指令集建立。x86架構(gòu)是Intel于1978年推出的指令集，以強大的性能為標簽，協(xié)同Microsoft組建起“Wintel”聯(lián)盟，吸引主流軟件廠商在此基礎(chǔ)上進行開發(fā)與優(yōu)化，一步步建立起龐大的生態(tài)體系，牢牢把持著服務(wù)器、PC等終端市場的主要份額。x86指令集帶來天然生態(tài)優(yōu)勢，軟件遷移成本低?；仡檟86架構(gòu)40余年的發(fā)展，期間挫敗了PowerPC等競爭對手的數(shù)次沖擊，當前也正面臨著ARM的挑戰(zhàn)。伴隨CISC與RISC的融合發(fā)展，從性能、功耗等角度出發(fā)，ARM在PC和服務(wù)器等市場的確擁有替代x86的可能性，但真正橫在PowerPC和ARM等一眾挑戰(zhàn)者面前的仍然是x86體系高筑的生態(tài)壁壘，短期內(nèi)難以被打破。海光信息基于x86架構(gòu)進行CPU的開發(fā)與迭代，天然繼承了Wintel生態(tài)的兼容性優(yōu)勢，上層軟件遷移的研發(fā)成本和時間成本較其他指令集架構(gòu)更低，在推廣和放量節(jié)奏方面有望顯著受益。CUDA是英偉達稱霸GPU領(lǐng)域的關(guān)鍵因素。CUDA是NVIDIA在2006年推出的一種并行計算平臺和編程模型，包含CUDA指令集架構(gòu)和GPU內(nèi)部的計算引擎，以及編譯器、調(diào)試器、開發(fā)庫、運行環(huán)境和驅(qū)動等全套工具包，是一種完整的GPU解決方案，可大幅提升GPU的計算性能。自CUDA推出以來，英偉達在將GPU轉(zhuǎn)化為更通用的計算工具方面持續(xù)高額投入，使之全面支持C語言等標準編程語言以及OpenCL等API接口，并且將硬件支持下沉至千元游戲卡Geforce，以此吸引了大量的開發(fā)者和世界領(lǐng)先企業(yè)的加入，構(gòu)筑起依托于CUDA軟件棧之上的第三方應(yīng)用與工具鏈生態(tài)壁壘。更為重要的是，英偉達開源了Cub、NCCL、Nvcaffe等通用場景下的開發(fā)庫，尤其是深度學(xué)習(xí)成為主流之后，英偉達有針對性地對軟件拓展和芯片架構(gòu)進行協(xié)同設(shè)計調(diào)優(yōu)，在通用性和效率上獲得了很好的平衡，使得GPU和CUDA被AI從業(yè)者視為標配選擇。當前絕大部分的深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練和推理框架都把對于英偉達GPU的支持和優(yōu)化作為目標，形成了自我加強的生態(tài)正循環(huán)。海光DCU兼容“類CUDA”環(huán)境，完善軟件棧支持計算密集型應(yīng)用。ROCplatforM是一種由AMD公司推出的、基于一系列開源項目的AMDGPU計算生態(tài)，和CUDA在生態(tài)、編程環(huán)境等方面具有高度的相似性。海光DCU全面兼容ROCm的計算生態(tài)，提供層次化軟件棧，原生支持常見計算框架（Tensorflow、Pytorch等）、軟件庫和編程模型，并適配不同API接口和編譯器。因此，當移植國際主流的商業(yè)計算軟件和AI應(yīng)用軟件進行推理和訓(xùn)練時，通常只需要API遷移，便可直接調(diào)整現(xiàn)有的GPU訓(xùn)練命令和參數(shù)，公司通過參與開源軟件項目，加快產(chǎn)品推廣速度。產(chǎn)業(yè)多方合作，逐步做大做深“朋友圈”。1）與國內(nèi)頭部的AI企業(yè)科大訊飛、商湯、云從等達成密切合作，已有大量的模型移植并運行在海光DCU平臺上；2）與阿里、百度等互聯(lián)網(wǎng)大廠推出聯(lián)合方案，打造全國產(chǎn)軟硬一體全棧AI基礎(chǔ)設(shè)施，目前已得到PaddlePaddle認證，成為唯一完全支持訓(xùn)練/推理的國產(chǎn)AI加速卡；3）深度參與“東數(shù)西算”先進計算中心、“新基建”智算中心的建設(shè)，與大股東中科曙光深入?yún)f(xié)同，打造國產(chǎn)算力底座。發(fā)起光合組織，進一步完善國產(chǎn)生態(tài)。公司作為發(fā)起人單位，成立海光產(chǎn)業(yè)生態(tài)合作組織，圍繞國產(chǎn)通用計算平臺，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)、高校、科研院所、行業(yè)企業(yè)等相關(guān)創(chuàng)新力量，實現(xiàn)關(guān)鍵共性技術(shù)協(xié)同攻關(guān)，從芯片層對軟硬件系統(tǒng)進行深度優(yōu)化，共同打造安全、好用、開放的產(chǎn)品與解決方案，并開展測試認證、技術(shù)培訓(xùn)、方案孵化、應(yīng)用示范、推廣交流等系列活動，促進合作組織成員的共同發(fā)展，共建包容、繁榮的信息技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)。歷經(jīng)兩年的發(fā)展，光合組織已有成員單位1000+，適配認證廠商500+，產(chǎn)品適配認證1000+，區(qū)域分會10個，適配中心15個，生態(tài)圈層正不斷壯大。3.3、深度受益信創(chuàng)加速，市場份額持續(xù)提升國內(nèi)x86服務(wù)器市場空間廣闊，2025年x86CPU芯片或超千萬顆。根據(jù)IDC統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年中國x86服務(wù)器出貨量達到343.9萬臺，同比增長8.1%；市場規(guī)模達到218.7億美元，同比增長16.5%。服務(wù)器行業(yè)在經(jīng)歷為期一年的去庫存低谷后，下游需求自2021年8月以來開始逐步恢復(fù)，疊加國家加快5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)中心、人工智能等七大領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施的進度，預(yù)計國內(nèi)x86服務(wù)器2021-2025年出貨量CAGR達到8.8%，增速遠快于全球。同時，國內(nèi)x86服務(wù)器以雙路服務(wù)器為主，占比達到80%以上，根據(jù)IDC公布的市場出貨量和路數(shù)分布情況進行推算，2020年中國x86CPU出貨量達到698.1萬顆，假設(shè)2025年路數(shù)分布情況與2020年保持一致，預(yù)計2025年CPU芯片出貨量超千萬顆。電信、政府、金融領(lǐng)域占比超三成，自主可控需求迫切。根據(jù)IDC服務(wù)器下游行業(yè)分布情況，電信、政府、金融領(lǐng)域占比分別達到11.6%、11.5%、9.3%；假設(shè)2025年各行業(yè)占比情況保持不變，預(yù)計2025年三大領(lǐng)域服務(wù)器出貨量分別達到60.9萬臺、60.4萬臺、48.8萬臺，國產(chǎn)替代空間廣闊。電信、金融信創(chuàng)如火如荼，國產(chǎn)滲透率逐年提升。電信信創(chuàng)方面：電信行業(yè)肩負保障國家信息安全、人民通信覆蓋等重要使命，對信息系統(tǒng)的并發(fā)性、實時性、安全性、穩(wěn)定性有較高的要求，可稱為信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)的“制高點”。三大運營商作為排頭兵，積極全面落實自主可控工作，陸續(xù)建立信創(chuàng)實驗室啟動軟硬件遷移適配工作，推進進度