本文来自格隆汇专栏：中金研究，作者： 彭虎 石晓彬 唐宗其

CPU是电子设备的运算和控制核心，设计研发周期长及成功的不确定性大，有较高资金规模和技术壁垒，龙头效应显著。软硬件生态体系是产业化的关键，不同CPU指令系统的操作系统、应用软件之间形成了独立的生态体系，不同生态体系承载的软件生态的应用数量、类型差异较大，从而构建较强的生态壁垒。由于国产CPU起步晚，生态建设上落后于海外厂商，因此我们认为对软硬件安全性能要求较高且个性化定制化需求较大的政务与重点行业应用与国内CPU当前的技术和生态建设水平比较契合，有望率先突破。

摘要

CPU的软硬件生态体系构筑行业壁垒，市场集中度高。CPU与操作系统共同完成对电子设备硬件和软件的调度，由CPU和与之相适配的软件所组成的生态体系能凭借先发优势或成本优势迅速占领市场，并最终形成生态丰富度与用户规模的良性循环。Intel和Windows组成的Wintel联盟凭借先发优势主导PC和服务器市场，ARM和Android组成的AA联盟则以高性价比占据移动端市场。

算力需求推动服务器CPU更新换代，汽车智能化发展扩充CPU的应用场景。CPU的主要下游市场需求分化，数据经济的高速发展促使服务器CPU量价齐升：量方面，随着算力需求提升，单个服务器搭载的CPU数量增加；价方面，服务器CPU性能提升，推动CPU单价增长。在汽车领域，包含CPU、GPU等多种器件的异构SoC为汽车智能化提供算力支撑，自动驾驶和智能座舱成为CPU的新应用场景。

政务和重点行业应用或有望率先突破。国内CPU厂商通过自研指令集架构、获取ARM指令集授权和获取x86内核授权三大渠道进行CPU研发，CPU软硬件生态建设起步较晚。短期来看，我们认为对软硬件安全性能要求较高且个性化定制化需求较大的政务与重点行业应用与国内CPU当前的技术和生态建设水平比较契合；长期而言，随着后摩尔时代CPU技术发展趋缓，国内技术和人才储备日益完善，我们预计国内CPU有望在消费领域与国际厂商进行竞争。

风险

下游需求不及预期；国内厂商设计/工艺进展不及预期。

CPU是电子设备运算和控制核心

多类型指令集适应下游不同应用

CPU有两种主流的分类依据：1）按指令集架构：CPU根据指令集可分为CISC和RISC两种，其中CISC指令集主要包括x86指令集，RISC指令集主要包括ARM、MIPS、PowerPC、RISC-V、Alpha等指令集。2）按可处理信息的字长：CPU根据可处理信息的字长可分为四位、八位、十六位、三十二位、六十四位，当前主流是六十四位。位数与每次处理的数据量正向相关，即位数越大，处理信息的速度越快。

指令集是CPU内核基础，可分为CISC、RISC两大类

CPU内核的基础是指令集和微架构，指令集确定了CPU的工作方式及与之相适配的硬件架构（微架构）。指令集由一串二进制代码组成，对应着电路硬件中特定的结构，是一套将程序语言翻译为机器语言的规范，是软硬件协同的接口，既向上承载整个软件生态、又向下规范以处理器芯片为代表的整个硬件生态，具体可分为复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC）两大类。微架构是指令集的硬件实现，即一种给定的指令集架构在处理器中执行的方法。

图表1：CPU按指令集分类

资料来源：中金公司研究部

x86占据计算机和服务器市场，ARM占据移动端市场

x86是目前主流的复杂指令集，x86的IP主要由Intel和AMD掌握，几乎占据整个计算机和服务器处理器市场，具有高性能高功耗特点。自1978年英特尔推出第一台中央处理器8086以来，x86凭借先发优势迅速建立专利技术壁垒、坚固的生态系统和通用标准，在近40年发展中战胜MIPS、SPARC、Power等架构，占据高性能计算机及服务器的绝大部分市场份额。x86架构中指令集可以直接在存储器中执行微代码，利于编程和更新；同时拥有较为丰富的指令集，如双运算元格式、寄存器与存储器之间指令传递格式等，综合性能比较强大。在硬件设计方面，x86处理器可以通过“桥”与硬盘、内存等其他硬件连接，拓展性能较强且配件市场成熟；在生态建设方面，Intel和Windows共同打造了坚固的Wintel联盟，软件生态完善。

ARM指令集架构作为目前市场最大的RISC架构之一，广泛应用于移动端和物联网。虽然在综合性能上ARM不及x86处理器，但高并发、低功耗、高集成的优势让ARM在移动端和IoT市场占据主导地位。根据ARM公吿，截至3Q21，基于ARM架构的芯片已累计出货2000亿颗，在智能手机芯片、车载信息芯片、可穿戴设备、物联网微控制器等领域占到90%以上市场份额，且其与Android形成的AA体系也占据广泛手机生态。ARM指令集主要的特点：1）体积小，功耗低，成本低，性能高；2）寄存器使用量更高，指令操作在寄存器中完成，执行速度快；3）寻址方式灵活多变；4）可处理的指令长度固定，“流水线式”操作提升处理效率。

RISC-V指令精简、模块化&可扩展、免费开源优势明显，有望抢占x86和ARM指令集的部分市场份额。面对现有的x86及ARM指令集知识产权限制、研发门槛高且昂贵、客户需求复杂等困境，加州大学伯克利分校于2010年发布了以开源精简为主要特征的RISC-V指令集。RISC-V创建时间短，无需考虑向后兼容，故指令短小精简（RISC-V指令集文档只有200多页，相较于ARM的2700多页及x86指令集的5000多页少90%以上），在减小系统功耗和提高运行效率上优势明显；基本指令集模块只有47条，基本+标准扩展的形式（1+N）奠定了为客户提供灵活定制化服务的基础，更利于厂商间差异化竞争；知识产权方面，RISC-V采用BSD License开源协议，提供开放免费、可授权、封闭设计三种知识产权模式，且具有全套开源免费的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE），允许使用者修改、重新发布开源代码。

图表2：RISC-V优势

资料来源：赛迪智库集成电路研究所，《A Golden Age for Computer Architecture》，John L. Hennessy, David A. Patterson，2019，《RISC-V指令集架构研究综述》，刘畅，武延军，吴敬征，赵琛，2021，《RISC-V微处理器以及商业IP的综述》，潘树朋，刘有耀，2020，中金公司研究部

满足高计算力、低成本、可定制化需求，RISC-V适配下游IoT市场。面对物联网的碎片化需求，适应市场较大应用场景的通用芯片的设计制造成本过高且部分高级应用利用率低，专用芯片从设计到量产的时间较长且多存于需求旺盛器件市场，无法满足小众需求且兼顾商业利益，而RISC-V低成本、定制化的优势更适合从低至高覆盖式的物联网场景需求。

图表3：RISC指令集对比

资料来源：CSDN、架构师技术联盟、中金公司研究部

CPU市场：

三大下游构建主要需求

汽车智能化趋势有望成为增长新动力

全球MPU近千亿美元市场规模，成长空间广阔

全球MPU市场规模877亿美元，预计2021-2025年CAGR达5.36%。微处理器（MPU）是集成电路的重要组成部分，包括计算机CPU（应用于台式机、笔记本、服务器等场景的CPU）、嵌入式处理器和手机应用处理器。根据IC Insights数据，2020年全球MPU市场规模877亿美元。受益于线上经济的发展和疫情下人们对互联网的依赖日益增加，全球MPU市场高速发展，IC Insights预计2021年市场规模为1037亿美元，同比增长18.24%；预计2025年市场规模有望达到1278亿美元，2021-2025 CAGR为5.36%。

图表4：全球微处理器芯片的主要应用、类型和主要竞争者

资料来源：IC Insights，中金公司研究部

服务器、PC和智能手机是CPU的主要下游应用领域，汽车智能化趋势带动SoC异构方案成为汽车市场主流算力。CPU是计算机的运算和控制核心，广泛应用在服务器、PC、手机等不同设备上，根据应用领域的不同，其架构、功能、性能、可靠性、能效比等技术指标也存在一定差异。每台桌面通常只有一颗CPU，而每台服务器的CPU数量不定。随着汽车电动化发展成果初显，我们预计智能化有望接替电动化成为汽车产业变革的下一个风口，从而为CPU带来增量应用场景。

图表5：CPU在三大传统应用场景中的性能与技术特点对比

注：*的数量表示特性的相对大小，数量越多，特性越显著

资料来源：海光信息招股书，中金公司研究部

服务器市场：算力需求拉动技术升级

数字经济的高速发展与新技术的落地驱动服务器市场增长确定性较强。根据IDC数据，2020年和2021年全球服务器出货量分别达1,220万台和1,354万台，分别同比增长3.9%和6.9%。BMC（基板管理控制器，Baseboard Management Controller）是集成在服务器主板上的芯片，用于采集服务器上的部件温度、电压等信息，并提供给上层运维网管软件。信骅作为全球最大的BMC厂商之一，其经营情况对服务器市场具有指引。2H21以来信骅月度营收同比增速有所提高。根据IDC预测，2022年全球服务器市场规模预计同比增长较为显著。

图表6：2015-2021年全球服务器出货量

资料来源：IDC，中金公司研究部

图表7：信骅月度营收同比增速

资料来源：公司公吿，中金公司研究部

CPU升级换代产生存量服务器更新需求，服务器市场高景气带动CPU量价齐升。服务器的硬件架构主要包括CPU、内存、硬盘、网卡、GPU等部件，由内存控制芯片、PCIe控制芯片等通信协调芯片组成的芯片组和各类不同的总线（PCIe总线、USB总线等）共同负责这些部件的通信协调，“CPU+芯片组+总线”形成CPU平台。根据Omdia数据，英特尔CPU在服务器市场占据绝大部分市场份额，因此英特尔CPU平台的更新换代与服务器市场息息相关。

图表8：全球服务器出货量，按CPU分类

资料来源：Omdia，中金公司研究部

图表9：服务器主板架构图

资料来源：Intel，中金公司研究部

►CPU升级换代产生服务器更新需求：Xeon是英特尔的服务器CPU品牌，自1998年发布以来已经进行了多次更新换代，2013-2022年相继推出Grantley、Purley、Whitey、Eagle Stream等CPU平台，每一代产品会在核心数、工艺制程、PCIe标准、内存类型等方面进行升级，以满足不断发展的服务器市场需求。同时，每一代平台会具有多个子代，用于实现技术上的小程度更新和满足不同细分市场的需求，如Whitley平台先后发布了14nm的Cooper Lake和10nm的Ice Lake子代。英特尔最新一代CPU平台Sapphire Rapids搭载8通道DDR5内存，支持PCIe5.0标准，采用7nm工艺制程。

►服务器市场高景气带动CPU量价齐升：量方面，随着云计算、大数据的普及，计算需求持续提升，多路服务器有望逐渐成为市场主流，在服务器运行时，多颗CPU同时运行操作系统的单一复本，系统将任务队列对称地分布于每颗CPU之上，从而较大程度提高整个系统的数据处理能力；价方面，在CPU平台换代更新的过程中，单颗CPU性能提升，驱动CPU的成本和价格呈现上行趋势。

图表10：英特尔服务器CPU平台换代更新历程

资料来源：万得资讯，英特尔官网，中金公司研究部

PC市场：新一轮软硬件平台升级拉开序幕

经过多年的存量盘整期，2019年以来PC市场恢复增长态势。2019年，得益于市场对Windows 10升级的强劲需求，全球桌面出货量出现复苏。IDC数据显示，在全球芯片及其他重要组件短缺等供应链挑战下，2021年全球PC出货量仍同比增长了14.8%，达到3.49亿台，创2012年以来新高。

新一轮软硬件革新拉开序幕，有望促进下游PC消费市场换代需求。1）硬件端，2021年是PC处理器市场新一轮竞争格局开始的元年。传统处理器厂商英特尔推出12th酷睿处理器，以更好地支持AI、WiFi6、XE显示等功能，巩固自身在计算机市场的占有率优势；AMD发布锐龙6000系列移动处理器抢占市场份额；苹果自研推出M1处理器，ARM架构PC市场有望迎来新产品。作为计算机中的核心部件，CPU路线选择将会影响计算机整体架构的设计与制造，上游CPU竞争将会传导至下游计算机制造行业，促进下游产品迭代与性能提升，拉动市场换代需求。2）软件端，Windows 11正式发布。3）产品端，在CES 2022大会上，联想、惠普、戴尔等龙头厂商均发布在设计、性能上具有突出亮点的产品。

智能手机市场：CPU主要以SoC芯片的形式出现

预计2022年全球智能手机出货同比增长5,6%，仍低于疫情前整体出货水平。随着智能手机市场逐渐饱和，近年来全球智能手机出货量增速放缓。根据Statista数据，2021年全球智能手机出货量为13.80亿台，同比增长7.8%，预计2022年智能手机市场将出货14.30亿台，同比增长3.6%。手机SoC芯片中集成了CPU、GPU和内存等大量手机上最关键的部件之一，高通、联发科等手机平台厂商为手机品牌厂商提供集成度较高的SoC方案，有效降低了手机品牌厂商的产品开发难度。

智能汽车：自动驾驶与智能座舱快速发展，异构SoC成市场主流

自动驾驶与智能座舱是汽车智能化的关键，SoC异构方案成为主控芯片的主流选择。在全球汽车产业“新四化”趋势下，电动化战役成果初现，且已成必然趋势，智能化承接电动化成为产业变革的新方向。根据中金公司汽车团队的预测，自动驾驶与智能座舱将成为汽车智能化的重要体现，未来成长空间广阔。由于CPU单芯片算力受限，SoC异构方案成为自动驾驶和智能座舱主控芯片的主流选择。

►自动驾驶：L2级自动驾驶对于算力的要求较低，车载芯片仅需要处理1-3 个720P车载摄像头和1-2个雷达所产生的数据量即可，且无需对所有数据进行实时分析；随着无人驾驶的等级提升，L5级无人驾驶汽车的车载芯片将会面临来自非标准公路、山路的苛刻识别需求，其算力需要数十倍的增长予以匹配。

►智能座舱：多屏联动等复杂功能要求使用域控制器打通原来硬件的分布式架构限制，以单一SoC对整个软硬件的运转提供算力支持，目前市场上的智能座舱芯片以“CPU+功能模块”的SoC异构融合方案为主。当前智能座舱芯片与自动驾驶芯片处于独立发展阶段，我们判断当硬件算力、架构设计、软件开发能力进一步提高，汽车整车架构迈入中央计算阶段时，座舱芯片将有望与自动驾驶芯片实现融合发展。

图表11：自动驾驶与智能座舱的SoC异构方案

资料来源：英伟达官网，恩智浦官网，《泛在算力，智能社会的基石》，华为，2020，《智能座舱发展趋势白皮书》，罗兰贝格，2019，中金公司研究部

CPU竞争格局：

龙头效应显著，生态壁垒高企

Wintel与AA是分别主导PC、服务器与移动互联网的CPU软硬件生态体系

软硬件生态体系是CPU产业化的关键。CPU生态即CPU产业链上的企业之间，以及企业与用户之间形成的一种协同、兼容、标准化的协作关系，具体可以理解为在CPU和基于该CPU的整机上运行的相关软硬件应用。CPU生态包含软硬件两个方面，从指令系统出发，硬件上通过IP核形成芯片，并最终用于板卡、整机厂商等不同领域的应用终端；软件上形成包括操作系统、编译器、Java、.NET等基础软件，最终实现应用于政企、教育、能源、交通等不同领域的应用软件。

Wintel与AA体系拥有稳固的CPU生态壁垒。目前CPU行业由两大生态体系主导：一是基于x86指令系统和Windows操作系统的 Wintel体系；二是基于ARM指令系统和Android操作系统的AA体系。Intel于上世纪80年代自研x86指令系统架构，凭借先发优势迅速扩大市场份额并构建生态优势，并通过与Windows 形成“Wintel”联盟逐步占领桌面和服务器CPU市场；ARM则在苹果、高通、三星、华为、英伟达等方面的努力下，凭借其指令系统开源、异构运算、可定制化等一系列优势，立足于低功耗的移动互联网市场。Wintel体系与AA体系凭借对操作系统和CPU芯片的主导，设定了一系列技术规范与标准，构建了庞大的软件生态体系，形成了硬件技术领先、软件功能丰富、客户数量庞大的良性循环，从而构筑起长期稳定牢固的生态壁垒。

图表12：CPU软硬件生态体系

资料来源：亿欧智库，中金公司研究部

Wintel：凭借先发优势和马太效应形成软硬件协同的桌面和服务器生态体系

Wintel是基于x86指令系统和Windows操作系统的CPU生态体系，主导桌面和服务器市场。x86是全球服务器和PC领域的主要指令集架构，Mercury Research数据显示Intel在x86服务器和PC CPU的占有率达到90%；根据Statcounter数据，2020年Windows在全球桌面操作系统的市场份额为76.8%。

►PC领域具有先发优势：1981年，IBM公司正式推出全球第一台个人电脑IBM 5150。为了加速研发进度，IBM公司进行IBM 5150研发时开放除BIOS以外的全部技术资料，采用通用标准部件，最终决定采用微软的磁盘操作系统DOS1.0，配置英特尔x86架构16位处理器8088。从此，英特尔和微软分别在CPU和操作系统领域迅速占领市场，英特尔CPU和微软操作系统成为PC的普遍配置。

►服务器领域后来居上：1995年，英特尔推出了第一款面向服务器和工作站的处理器产品Pentium Pro，标志着英特尔正式进入服务器芯片领域；2001年，英特尔发布Xeon系列处理器，瞄准高性能、均衡负载、高强度科学计算、多路对称处理等特性，通过架构创新和工艺进步，凭借性价比和生态优势持续抢占RISC架构厂商的市场份额，最终实现x86架构对服务器市场的主导地位。

图表13：全球x86服务器和PC CPU市场份额变化情况

资料来源：Mercury Research，中金公司研究部

图表14：全球PC端操作系统市场份额变化情况

资料来源：Statcounter，中金公司研究部

英特尔与微软在软硬件研发与销售方面协作，共同打造Wintel体系生态圈。1）软硬件协同发展：在硬件上，英特尔通过捆绑销售，牢牢把握住对产业上下游生产商的控制权，同时英特尔作为芯片IDM厂商，占据市场话语权；在软件上，微软除了在操作系统更新换代上几乎与英特尔CPU同步，还在专业级应用软件及游戏方面推出Dynamic、SQL Server、Skype等不同层次的产品来与Adobe、SAP、Oracle、SAS等应用软件开发商产品竞争。2）软硬件深度配合实现能效的优化：英特尔与微软通过底层软件的巨额研发投入优化软硬件性能，在市场上获得竞争优势。3）便于品牌厂商进行产品开发：在Wintel体系的产业分工下，下游整机厂向上游供应商获取高性能芯片和最新款操作系统，通过组装销售终端产品获取利润，整体研发难度下降。至此，Wintel生态体系形成硬件技术领先、软件功能丰富和用户规模提高的正向循环。

图表15：Wintel生态体系图

资料来源：亿欧智库，中金公司研究部

凭借Zen架构与先进制程提高产品性能，AMD成为x86生态中的另一个重要参与者。

图表16：全球x86   CPU市场竞争格局变化情况

资料来源：Cpubenchmark，中金公司研究部

图表17：英特尔Tick-Tock示意图

资料来源：公司官网，中金公司研究部

图表18：英特尔和AMD在服务器领域竞争过程示意图

资料来源：芯智讯，中金公司研究部

AA：以低功耗和开源优势适应移动互联网的发展

AA是基于ARM指令系统和Android操作系统的CPU生态体系，主导移动互联网市场。由苹果、Acorn RISC Machine等公司在1990年共同出资创建的ARM控股创新商业模式，它不直接制造和销售任何实物芯片，通过向外授权自主设计的处理器架构向授权客户收取前期授权费，并根据每颗芯片的售价抽取1%-2%的版税。

图表19：ARM商业模式

资料来源：公司官网，中金公司研究部

图表20：Android与IOS操作系统市占率变化

资料来源：艾媒咨询，中金公司研究部

我们认为AA联盟的成功来自于ARM和Android所采取的核心策略都符合移动互联网时代的需要。在AA联盟中，谷歌公司负责Android系统的维护和更新以及软件生态的搭建；ARM公司掌握ARM指令集的扩展更新、微架构设计和编译器的开发，对依附于AA体系的IC设计单位和公司进行处理器内核架构的授权。

ARM的高性能之路在曲折中发展，PC与数据中心布局初见成效。ARM在2014年就推出了首个服务器基础系统架构(SBSA)规范，抢占服务器市场，但当时并没有出现基于ARM架构的具有强大竞争力的服务器处理器。以高通为例，高通在2017年推出一款面向数据中心、基于Armv8-A架构的CPU芯片Centriq 2400，但由于部分原因，Centriq 2400的产品周期不足一年。2018年开始，ARM重新在PC领域和数据中心领域进行产品布局。

ARM架构的高性能之路未来可期。我们认为，受益于1）ARM架构处理器通过工艺制程、微架构等的优化在性能方面不断突破，生态体系不断完善；2）随着数据中心的规模增加，其耗电量会愈发引起云服务商的关注，ARM架构在成本与能耗方面具有丰富技术积累，ARM架构处理器有望在PC和服务器领域不断突破。

图表21：基于ARM架构的M1芯片具有高性能

资料来源：公司官网，中金公司研究部

图表22：Neoverse系列处理器架构性能比较

资料来源：公司官网，中金公司研究部

国内市场：政务及重点行业助力CPU国产化

当前国内CPU市场仍由海外厂商主导，大陆厂商正处于追赶阶段。我国人口红利丰富，下游市场空间增量大，同时拥有有利的产业政策环境，使得中国大陆成为CPU行业增长的主要市场之一。然而国内服务器和桌面CPU市场主导地位仍由x86占据，代表厂商为Intel和AMD，手机SoC市场则由高通、联发科、苹果等占据主力地位，IDC数据显示2020年中国x86服务器出货量为343.9万台，占国内服务器总出货量的98.26%。在不断追赶国外CPU先进技术的过程中，我国也涌现了龙芯、海光、鲲鹏、申威、飞腾、兆芯等一批优秀CPU设计企业。

图表23：2016-2025E国内x86服务器芯片出货量及预测

资料来源：IDC，中金公司研究部

图表24：2013-2020年中国集成电路产业细分领域销售规模（亿元）

资料来源：中国半导体协会，前瞻产业研究院，中金公司研究院

短期内国产CPU的核心市场以政务与重点行业应用为主，后续逐步拓展至企业及消费市场。国内CPU下游应用场景主要分为政务与重点行业应用、企业级应用和消费级应用三类。由于国产CPU起步晚，生态建设上落后于海外厂商，因此我们认为对软硬件安全性能要求较高且个性化定制化需求较大的政务与重点行业应用与国内CPU当前的技术和生态建设水平比较契合，因此这也是短期内国产CPU想要快速发展需抓住的核心市场。而企业级应用方向对生态环境的要求比政务与重点行业应用的高，从中期来看也是国产CPU未来发展的增量市场。当前国产CPU较薄弱的方向是消费级应用市场，该方向市场化程度高、对价格及性价比敏感、更新周期短，因此需要较为长期的技术和市场积累，把它作为国产CPU发展的长期目标市场更为合适，尤其是在桌面CPU生态方面，海内外厂商的差距仍然较大。

图表25：国内三大应用场景对安全性、定制化和产业生态的要求

资料来源：中金公司研究部

在发展国产化生态体系的大背景下，国产CPU发展空间广阔。在国产化生态体系中，CPU是“心脏”，操作系统是“灵魂”，以CPU和操作系统为核心的国产化生态体系能系统性保证整个国产化信息技术体系可生产、可用和安全。当前国产化生态体系建设主要面向政务及重点行业应用。

虽然我国CPU厂商技术与海外仍有一定差距，但产业存在赶超机会。关键技术国产化与自主创新发展的重要性推动国产化生态体系加速发展和应用落地。

►中国或将长期是最大CPU消费市场之一，下游需求旺盛。国内计算机用户全体庞大，能够有力为服务器平台迭代升级带来的CPU需求增量；在政务和重点行业领域，政府、金融、电信等行业将带动全国CPU置换潮；国内云计算市场规模持续增长，服务器CPU将在云计算和企业数字化中实现需求提升；在工控领域由制造大国向制造强国的智能化转型也将拉动CPU市场扩容。

►国内知识技术和人才储备日趋完善。以龙芯中科和申威为代表的国内CPU设计企业在CPU指令系统架构和微结构方面积累了较为丰富的经验，loongArch和SW-64等自研指令集的成功是中国芯片历史性突破。随着国内芯片设计市场的不断扩大，在行业内已经沉淀一批技术人才，龙头设计企业都具备了稳定的核心设计团队。

►后摩尔定律时代CPU发展速度趋缓，国产CPU或有更多时间缩小先进技术差距。以英特尔为例，它在2010年推出了基于Westmere微架构的32nm酷睿i系列处理器，并在此后的4年中相继迎来了22nm工艺的Ivy Bridge、Haswell以及14nm工艺的Broadwell、Skylake。然而，直到2021年英特尔才发布10nm工艺的处理器芯片Ice Lake。目前绝大部分国产CPU的制程工艺相对较低，持续高研发投入有望保持制程工艺与性能水平的高速发展，逐渐缩小与国际主流水平的差距。

►RISC-V或成为行业新赛道。开源RISC-V指令集架构具备指令集简洁、模块化等特点，处理器适应不同物联网场景的应用要求。从商业角度看，RISC-V及其开源生态可以降低芯片开发的资金投入、技术门槛与开发周期，提升产品开发复用性，同时有望吸引大量企业参与到其生态建设中，有助于处理器行业形成一个基于该开源指令集架构的新生态。

►国家政策引导和扶持。政府对CPU行业的支持力度逐渐增大，政策条例日趋完善，在建设科技强国的时代背景之下，国家对国产CPU厂商的支持主要包括1）加大研发资金投入、税金减免；2）支持企业通过合作、兼并等方式提高国产化能力；3）推动国产化采购，将应用国产CPU芯片的整机产品列入政府采购清单，鼓励软件、周边设备对国产CPU进行优化和适配；4）重视人才培养，鼓励各高校建立集成电路一级学科。

国产厂商多渠道自主创新，加快技术追赶

国内CPU设计厂商按照指令集可以分成三类：第一类是拥有自研指令集的龙芯和申威，第二类是以飞腾和华为鲲鹏为代表，基于ARM指令集授权的国内厂商，第三类是依靠x86指令集授权的海光和兆芯等厂商。

图表26：国内六大CPU厂商简介

资料来源：华经情报网、各公司官网、中金公司研究部

►龙芯拥有全新的完全自主指令集LoongArch和国内领先的生态建设进程。2020年公司推出了自主指令系统LoongArch，该指令系统除了具有自主性、先进性、模块化特点，还充分考虑了兼容需求，可高效运行MIPS、x86、ARM平台上的二进制应用程序。2021年发布的龙芯3A5000是首款从MIPS转向LoongArch的处理器芯片，从顶层架构，到指令功能和ABI标准等，全部自主设计，不需国外授权。在生态系统建设上，龙芯正在建立独立于Wintel和AA体系的安全信息技术体系和软件生态，形成了面向信息化应用的基础版操作系统Loongnix及面向工控类应用的基础版操作传统LoongOS，是全世界范围内少数建立形成了完整的基础软件生态体系的CPU公司之一。

►申威在超算等领域具有优势。申威处理器最初采用美国DEC公司的Alpha指令集架构，研发了“申微64”指令集架构替代原Alpha架构。申威CPU在超级计算机领域优势明显，搭载SW26010芯片及国产操作系统神威睿思的“神威·太湖之光”曾在法兰克福世界超算大会（ISC）上登顶“全球超算500强”榜单之首，成为世界上领先的运算速度超过十亿亿次的超级计算机。

图表27：龙芯生态体系

资料来源：龙芯生态白皮书2021，中金公司研究部

图表28：第50期“全球超算500强”名单（2017）

资料来源：国际500组织官方网站，中金公司研究部

►飞腾：与麒麟操作系统组成“PK”体系，打造以“PK”为核心的生态。基于ARM指令集研发的飞腾是国内CPU体系最全的厂商之一，产品覆盖高性能服务器、桌面、嵌入式CPU，能为从云到端的各个设备提供核心算力支持。借助长城在制造领域的优势，打造“CPU+整机”的产品体系，准确把握用户真实的国产化需求，提升自身芯片的设计质量。截至2020年，飞腾目前在云、端和嵌入的合作伙伴数量约1600家，与851家厂商的2557款软件完成适配优化与认证，覆盖电信、金融、能源、交通、医疗、数字城市、工业制造等行业领域。

►鲲鹏获ARMv8授权，以全栈IT基础设施、行业应用、服务开创鲲鹏计算产业。华为是国际上ARM服务器厂商的领军企业之一，面向数据中心设计的鲲鹏920，具有低功耗高性能特点，整型计算能力在业界标准SPECint Benchmark中评分超过930。在生态体系建设阶段，积极适配其他操作系统，从底层构建好鲲鹏生态。目前基于UOS、华为鲲鹏平台的整机、应用、外设的适配已超过1000款。

图表29：PK生态系统示意图

资料来源：中国电子信息产业集团、中金公司研究部

图表30：鲲鹏计算产业发展阶段

资料来源：《鲲鹏计算产业发展白皮书》，绿色计算产业联盟，2020，中金公司研究部

►海光通过与AMD成立合资公司的方式获得x86指令集和Zen 1架构的IP授权，拥有作为市场主流的x86丰富应用生态的优势。根据海光信息招股书，2016年，海光与AMD分别成立海光微电子技术研发（AMD持股51%）和海光集成电路负责产品销售（海光持股70%），再由海光集成电路购买海光微电子的授权，并以此为基础开发CPU。目前，基于x86开发的海光芯片性能优越、生态丰富，可提供面向企业计算、云数据中心、大数据分析、AI等多领域产品，满足国内政府、互联网、电信、金融、交通、能源、中小企业等行业应用需求。

►兆芯通过台湾VIA获得x86 IP授权，业务主要覆盖上海地区。兆芯基于引进VIA的x86技术上进行CPU开发，兼顾技术创新与生态兼容，目前同时掌握中央处理器、图形处理器、芯片组三大核心技术，形成服务器CPU“开胜”和PC/嵌入式CPU“开先”两大产品系列。公司产品兼容x86指令集，可快速切入到政务市场、消费市场，以及金融、交通、教育、能源、网络通信等核心领域和重点行业之中，并实现应用的快速平滑迁移。

图表31：海光信息获得x86 IP授权途径

资料来源：海光信息招股书，中金公司研究部

图表32：兆芯产品框架

资料来源：公司官网，中金公司研究部

澜起科技的津逮®CPU持续迭代升级，新产品有望放量。津逮®CPU是澜起科技推出的x86架构处理器，在英特尔x86处理器的基础上集成了清华大学的DSC技术，可与澜起科技的混合安全内存模组（HSDIMM®）搭配而组成津逮®服务器平台，为云计算服务器提供芯片级的硬件安全防护。2021年4月公司推出第三代津逮®CPU，采用先进的10nm制程工艺，支持64通道PCIe 4.0，最高支持8通道DDR4-3200内存，最高核心数为28核，最高基频为3.1GHz，实现了较大幅度的性能提升。根据公司2021年报，搭载津逮®CPU的服务器机型已广泛应用于金融、能源、政务、交通、数据中心及智慧城市等下游行业，津逮®服务器平台产品线2021年实现营业收入8.45亿元，较上年度增长27.5倍。

风险提示

下游需求不及预期。CPU行业的下游应用领域包括PC、智能手机、服务器、汽车电子等。若未来PC、智能手机等市场需求不及预期，会对行业的景气度和CPU厂商的业绩产生不利影响。

国内厂商设计/工艺进展不及预期。如果国内CPU厂商的产品设计、工艺制程突破较慢，产品迭代更新时间较长，可能会导致CPU行业的国产化率不及预期以及国产CPU商用推广受阻。