书签 分享 收藏 举报 版权申诉 / 31

类型中金公司:2020国产CPU和AI芯片研究报告(31页).pdf

  • 上传人:理理
  • 文档编号:72237
  • 上传时间:2022-05-13
  • 格式:PDF
  • 页数:31
  • 大小:2.65MB
  • 配套讲稿:

    如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。

    特殊限制:

    部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。

    关 键  词:
    公司 2020 国产 CPU AI 芯片 研究 报告 31
    资源描述:

    《中金公司:2020国产CPU和AI芯片研究报告(31页).pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《中金公司:2020国产CPU和AI芯片研究报告(31页).pdf(31页珍藏版)》请在三个皮匠报告文库上搜索。

    1、国产C P U和A I 芯片报告研究报告研究报告请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 科技科技 观点聚焦 投资建议投资建议 我们认为,国产国产 CPU 和和 AI 芯片芯片是发展人工智能和云计算等“新基建”的核心技术之一。根据我们的测算,2019 年全球处理器芯片市场规模达到 1,280 亿美元,占全球半导体销售额的 31%。随着数据中心和云服务的加速推进,我们认为未来五年服务器处理器市场将是主要增长点。不同于桌面处理器市场通用性要求,服务器任务更加专用化,处理器架构选择更多元,为国产 CPU 及 AI 芯片公司,以及基于国产芯片的智能计算产业链提供较好的发

    2、展机会。 理由理由 未来五年计算芯片国产化市场空间超过未来五年计算芯片国产化市场空间超过 500 亿美元。亿美元。根据中金测算,2019 年中国服务器计算芯片市场规模约 60 亿美金,约占全球市场的 24%,未来五年有望保持 20% CAGR 快速增长,达到 146 亿美金。目前,我国服务器计算芯片几乎均需从 Intel/AMD/NVIDIA 等企业进口,是半导体国产化的主要空白点之一。我们预计, 未来五年计算芯片国产化市场空间合计超过 500 亿美元, 进口替代空间广阔。 异构计算借力云计算异构计算借力云计算快速发展,计算芯片进口替代空间进一步打开。快速发展,计算芯片进口替代空间进一步打开。

    3、我们看到,随着人工智能、科学计算等新兴需求的迅猛增长,算力正在从满足多任务的通用芯片,向单一任务的多种专用芯片发展,异构计算成为重要趋势。云计算实现了算力的集中采购、 集中管理、 动态调配, 大幅提高了异构计算的投入产出比 (ROI) 。近年来,在云计算蓬勃发展的同时,异构计算市场也乘风得到了长足的发展。对芯片设计企业而言, 过去进入服务器计算芯片市场只有通过有竞争力的 X86 CPU,而现在 GPU/FPGA/AI 芯片/各类架构 CPU 等多种计算芯片均在服务器中得到广泛应用,服务器计算芯片市场进入壁垒大幅降低,为创业企业提供了发展机遇。 国产国产 CPU 的三条替代路径:的三条替代路径:

    4、X86/ARM/RISC-V。架构是 CPU 设计最底层的核心技术。目前存在:1)以 Intel/AMD 产品为代表的 X86 架构,拥有较为完善的生态,可以无缝运行 Windows、Linux 等主流操作系统。国内,搭载海光(AMD 与曙光的合资公司)芯片的服务器已经规模性进入运营商集采。上海兆芯的 PC 处理器也得到商用。2)ARM 架构芯片成熟,但软件生态有待培育。华为海思和天津飞腾(中国长城控股 32%)是目前主要供应商。3)RISC-V 是较新的精简指令集,适用于物联网等分散化应用,阿里平头哥基于该架构推出了面向 AIoT 应用的玄铁 IP。建议关注中科曙光(未覆盖) 、中科曙光(未

    5、覆盖) 、中国长城(未覆盖) 、中国长城(未覆盖) 、华为华为(未上市)(未上市) 、阿、阿里里(互联网互联网组覆盖)组覆盖) ,以及计算产业链上的浪潮、联想浪潮、联想等公司。 国产国产 AI 芯片的进口替代机会, 从云端芯片的进口替代机会, 从云端 AI 芯片芯片和智能驾驶芯片开始。和智能驾驶芯片开始。 据中金测算,2019 年中国云端 AI 芯片市场规模约为 12 亿美元,未来五年有望保持 35% CAGR快速增长,到 2024 年达到 54 亿美金。虽然 NVIDIA 通过 CUDA 构筑的生态链较难撼动,仍处于一家独大的地位,但我们看到燧原、燧原、平头哥平头哥等中国企业推出了具有竞争力

    6、的云端训练和推理 AI 芯片,并已在腾讯、阿里等云计算中心商用。终端方面,中国本土车企积极拥抱智能驾驶,为地平线、黑芝麻地平线、黑芝麻等国产智能驾驶芯片企业的发展提供了机遇。我们看到,地平线的征程二代已在长安最新的 SUV实现前装量产,黑芝麻的华山二号(支持 L3)已成功流片并给主机厂送样。 风险风险 处理器国产化替代进程不及预期。 2020 年 6 月 12 日黄乐平黄乐平分析员SAC 执证编号:S0080518070001 SFC CE Ref:AUZ066成乔升成乔升联系人SAC 执证编号:S0080118100006 韦昕韦昕联系人SAC 执证编号:S0080119110024 丁宁丁

    7、宁分析员SAC 执证编号:S0080519060002 SFC CE Ref:BNN540闫慧辰闫慧辰分析员SAC 执证编号:S0080518120002 云计算开启国产 CPU 和 AI 芯片的腾飞之路 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 2 目录目录 看好服务器处理器市场增长及相关处理器国产化进程看好服务器处理器市场增长及相关处理器国产化进程 . 4 算力成为新的生产力 . 4 服务器用处理器芯片是未来主要增长点. 5 看好服务器 CPU 及 AI 芯片的进口替代机会. 7 国产国产 CPU 的发展现状的发展现状 . 11 X86 架构(海光、兆芯)

    8、:专利授权壁垒高但生态完备,国产芯片与海外相比仍有差距 . 11 ARM 架构(华为鲲鹏、飞腾) :充分适应服务器多核心高并发场景,但生态环境仍需完善 . 12 RISC-V(阿里平头哥) :全新开源指令集,IoT 切入市场,生态尚需构建 . 14 MIPS(龙芯) :架构更新较慢,生态由国产厂商龙芯继承 . 16 X86 替代最先落地,看好未来大厂推动下 ARM/RISC-V 架构处理器的国产化机会 . 17 AI 芯片市场发展情况更新芯片市场发展情况更新 . 18 云端 AI 芯片:产品综合能力要求突出,行业竞争格局开始清晰 . 19 边缘 AI 芯片:各类应用百花齐放,竞争格局分散 .

    9、20 主要国产主要国产 AI 芯片企业介绍芯片企业介绍 . 23 地平线:专注边缘 AI 芯片,提供性能功耗领先的智能驾驶芯片 . 23 燧原科技:专注云端 AI 训练芯片,与腾讯云服务深度合作 . 23 黑芝麻:致力于 AI 自动驾驶计算平台,与多家一线车企合作. 24 嘉楠科技:ASIC 区块链计算设备与 RISC-V 架构边缘 AI 芯片. 24 附录:新计算方式附录:新计算方式 . 26 通用计算暂不会被取代,异构计算等蓬勃发展 . 26 存算一体 . 26 光子计算 . 27 图表图表 图表 1: 全球主要国家 GDP 与算力情况 . 4 图表 2: 全球处理器芯片的主要应用、类型和

    10、主要竞争者 . 5 图表 3: 全球服务器计算芯片市场规模预测 . 6 图表 4: Intel、NVIDIA、AMD 服务器计算芯片业务收入预测 . 6 图表 5: 中国服务器处理器市场规模预测 . 7 图表 6: 服务器及消费级 CPU 的软硬件、架构有所不同. 8 图表 7: 国产 CPU 生态链 . 10 图表 8: CPU 架构发展情况及中国厂商布局 . 11 图表 9: 海光、兆芯 x86 CPU 与 Intel、AMD CPU 性能差距 . 12 图表 10: 海思鲲鹏系列芯片规划时间线 . 13 图表 11: 鲲鹏计算产业发展规划 . 13 图表 12: 飞腾处理器+麒麟操作系统

    11、的 PK 体系发展规划 . 14 图表 13: RISC-V 与现有主流架构比较 . 14 图表 14: RISC-V 基金会员数快速增长,类型逐渐丰富 . 15 图表 15: 平头哥产品系列 . 15 图表 16: 基于龙芯产品的全国产产业链 . 16 图表 17: AI 芯片投资地图 . 18 图表 18: 云端 AI 训练芯片市场规模与 NVIDIA 市占率 . 19 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 3 图表 19: 云端 AI 推断芯片市场规模与 NVIDIA 市占率 . 19 图表 20: 主要云端训练芯片对比 . 20 图表 21: 主要云

    12、端推断芯片对比 . 20 图表 22: 手机 AI 芯片对比. 20 图表 23: 安防 AI 芯片对比. 21 图表 24: 车载 AI 芯片对比. 21 图表 25: IoT AI 芯片对比 . 22 图表 26: 地平线推出的征程(Journey)系列芯片计算效率与 Mobileye 和 NVIDIA 比较 . 23 图表 27: 燧原科技“邃思”芯片研发时间线 . 24 图表 28: 黑芝麻智能驾驶平台 . 24 图表 29: 嘉楠科技发展历程 . 25 图表 30: CPU 发展趋势 . 26 图表 31: 存储器与处理器间“带宽墙” . 27 图表 32: 存储器与处理器间“功率墙

    13、” . 27 图表 33: 全球厂商的存算一体解决方案 . 27 图表 34: 利用光独立传播原理的多路复用 . 28 图表 35: 光子计算机与传统电子计算机对比 . 28 图表 36: 可比公司估值表 . 29 (美元)(GFLOPS)GDP年人均2019年人均算力值2019美国新加坡阿联酋英国德国加拿大韩国日本意大利沙特阿拉伯中国墨西哥泰国哥伦比亚俄罗斯巴西土耳其印度3,0002,5002,0001,5001,000500070,00060,00050,00040,00030,00020,00010,0000 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 4

    14、看好服务器处理器市场增长及相关处理器国产化进程 算力成为新的生产力算力成为新的生产力 信息技术革命以来,计算机产业和性能飞速提升,人类生产力发展已经进入算力时期,计算能力成为这个时期的新型生产力。随着社会经济的发展,人均算力随之水涨船高,我们看到算力与人均 GDP 之间具有高度相关性。算力是数字经济发展的核心动力,但即便是美国等高算力国家, 仍处于智能社会的起步阶段。 算力提升是全球未来多年发展的重点之一,而处理器核心技术的发展是提升算力的关键。 算力基础设施是“新基建”重要组成部分。算力基础设施是“新基建”重要组成部分。2020 年 3 月 4 日,习总书记在主持中共中央政治局常务委员会会议

    15、时指出,要加快 5G 网络、数据中心等新型基础设施建设进度;2020年 4 月 20 日,国家发改委在新闻发布会上首次明确新型基础设施的范围,把以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施明确纳入新型基础设施范围。随着政策的稳步推进和数据中心等算力基础设施的建设,我们预计国内对服务器处理器芯片需求快速增长,为国产处理器带来广阔的市场机遇。 图表1: 全球主要国家GDP与算力情况 资料来源:国际货币基金组织,华为,中金公司研究部 高算力国家高算力国家中算力国家中算力国家低算力国家低算力国家 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 5 服务器服务器用用处理器芯片是

    16、处理器芯片是未来主要增长点未来主要增长点 处理器及控制器为集成电路的重要组成部分,主要分为 MPU(Microprocessor,微处理器)和 MCU(Microcontroller,微控制器) ,2019 年全球市场规模约 1,280 亿美元,占半导体行业终端 4,100 亿美元销售额比重达到 31%。处理器芯片在电子产品中应用广泛,且主要分为四类: 桌面桌面 CPU+GPU:主要应用在台式机/笔记本中,2019 年全球市场规模约 380 亿美元; 服务器服务器处理器芯片处理器芯片:主要应用于云服务器和数据中心,2019 年全球市场规模约 250 亿美元; 移动端移动端 SoC: 主要应用于

    17、智能手机和基站等无线通信设备, 2019 年全球市场规模约 450亿美元; 嵌入式嵌入式 MCU:主要应用于嵌入式场景,2019 年全球市场规模约 200 亿美元。 图表2: 全球处理器芯片的主要应用、类型和主要竞争者 资料来源:iHS,Intel,AMD,中金公司研究部 亿美元亿美元380亿美元亿美元200亿美元亿美元250(603986 SH)兆易创新(IFX GR)英飞凌(NXPI US)恩智浦(STM EU)意法半导体(6723 JP)瑞萨电子(TXN US)德州仪器)未上市(华为海思)未上市(紫光展锐(005930 KS)三星电子(2454 TT)联发科(AAPL US)苹果(QCO

    18、M US)高通AMD (AMD US)Nvidia (NVDA US)GPU:)未上市(华为海思ARM CPU:AMD (AMD US)(INTC US)英特尔x86 CPU: (INTC US)英特尔AMD (AMD US)Nvidia (NVDA US)GPU:AMD (AMD US)(INTC US)英特尔x86 CPU: 主要竞争者主要竞争者规模规模年市场年市场2019主要芯片类型主要芯片类型主要应用场景主要应用场景亿美元亿美元450MCU嵌入式场景嵌入式场景SoC基站基站/手机手机无线通讯无线通讯CPU+GPU服务器服务器数据中心数据中心/服务器服务器CPU+GPU桌面桌面笔记本笔记

    19、本/台式机台式机亿美元亿美元1280处理器芯片处理器芯片 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 6 服务器和数据中心用处理器芯片以服务器和数据中心用处理器芯片以 CPU 为主,为主,GPU 和和 AI 专用芯片快速增长。专用芯片快速增长。根据我们的测算,受益于全球范围内云计算和数据中心服务的快速增长,2019 年全球服务器级处理器市场规模约 247 亿美元,预计 2024 年达到 577 亿美元,年复合增长率达到 18%。其中,服务器 CPU 是市场主要需求,目前占据 85%市场份额,在未来五年预计保持 14%的年复合增长率。而在 AI、HPC 等新兴需求的

    20、推动下,异构计算需求不断增长,我们认为数据中心对并行、专用的计算能力需求增长将更为快速。据我们测算,目前服务器 GPU 占据服务器级处理器市场 13%的市场份额,预期未来五年 CAGR 为 27%,2024 年市占率上升至 19%;云端 AI 专用芯片将迎来爆发期,预计未来五年 CAGR 为 66%,从目前的 2%的市占率提高至2024 年的 10%。 图表3: 全球服务器计算芯片市场规模预测 资料来源:Mercury Research,AMD财报,NVIDIA财报,Intel财报,中金公司研究部 我们认为,受益于数据中心业务的发展,计算芯片的传统厂商 Intel、NVIDIA、AMD 的服务

    21、器芯片业务收入预计迎来增长。随着数据中心的硬件需求向并行计算的倾斜,GPU 市场增长率将超过 CPU 市场,拥有 GPU 业务的 NVIDIA 和 AMD 增长速度将超过 Intel。 图表4: Intel、NVIDIA、AMD服务器计算芯片业务收入预测 资料来源:AMD财报,NVIDIA财报,Intel财报,Bloomberg,中金公司研究部 CPU服务器x86GPU服务器专用芯片AI云端(百万美元)60,00050,00040,00030,00020,00010,00002024E2023E2022E2021E2020E2019(百万美元)AMDNvidiaIntel2024E2023E2

    22、022E2021E2020E201960,00050,00040,00030,00020,00010,0000 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 7 看好服务器看好服务器 CPU 及及 AI 芯片芯片的的进口进口替代机会替代机会 根据我们的测算,2019 年,中国服务器市场规模达到 204 亿美元,预计未来五年 CAGR 为17%;服务器市场中约 30%为服务器计算芯片,服务器芯片市场 2019 年规模达到 60 亿美元,预计未来五年 CAGR 为 20%;其中云端 AI 芯片市场规模 12 亿美元,受益于数据中心的建设,云端 AI 芯片市场加速增长,预

    23、计未来五年 CAGR 为 35%;除传统 CPU、GPU 外的云端 AI 专用芯片市场规模 1.4 亿美元,由于数据中心厂商对芯片的定制化需求,云端 AI 专用芯片是云端芯片的主要增长动力之一,预计未来五年 CAGR 为 59%。 图表5: 中国服务器处理器市场规模预测 资料来源:Mercury Research,中金公司研究部 目前消费级 CPU 和服务器 CPU 的国产化率均不足 1%。服务器软硬件架构呈“正金字塔”结构,单机 CPU 个数多,并可配备加速卡,上层软件数量少,单一软件用户数多;而消费级终端(PC 及笔记本)则呈“倒金字塔结构” ,单机 CPU 个数少,不配备加速卡,更需要单

    24、一 CPU 适配上层多个软件。 我们更加看好我们更加看好国产国产 CPU 及及 AI 芯片芯片在服务器在服务器市场市场的替代机会的替代机会,原因如下: 由于需要更通用的处理能力,单一 CPU 需要支持海量软件。由于历史原因,过去几十年的发展过程中,所有的消费级软件几乎都基于 Windows 平台研发,因此消费市场被“X86+Windows+Intel”生态垄断,除 Intel 和 AMD 外厂商几乎没有出货量。在现有生态已经充分建立的情况下,国产 CPU 获得 X86 授权不易,绕过 X86 生态又较困难,除兆芯 CPU 落地比较顺利外,采用其余架构的 CPU 在 PC 侧突破之路仍然艰辛。

    25、而对于服务器处理器来讲,第一,存在仅运行少量专用软件的政企服务器等场景,X86以外架构对于软件数少、而单一用户数相对较多的应用做适配性价比高,我们认为国产 CPU 易于从该场景切入市场,获得用户数和软件生态的原始积累,并在未来持续巩固这一过程;第二,在云计算蓬勃发展的同时,异构计算市场也乘风得到了长足的发展。 对芯片设计企业而言, 过去进入服务器计算芯片市场只有通过有竞争力的 X86 CPU,而现在 GPU/FPGA/AI 芯片/各类架构 CPU 等多种计算芯片均在服务器中得到广泛应用,服务器计算芯片市场进入壁垒大幅降低,为创业企业提供了发展机遇。 26%23%20%18%15%12%芯片市场

    26、份额AI占云端% 25%25%25%26%32%32%占全球市场份额% 49%47%46%48%117%216% YoY1,428959653447302139专用芯片市场规模AI中国云端37%35%32%30%27%20%占服务器计算芯片市场份额% 25%25%25%25%27%26%占全球市场份额% 28%29%30%27%66%46% YoY5,4204,2213,2842,5241,9841,193芯片市场规模AI中国云端32%32%33%32%32%29%占服务器市场份额% 25%25%24%24%25%24%占全球市场份额% 20%19%21%16%22%9% YoY14,6091

    27、2,22210,2978,5157,3315,986中国服务器计算芯片市场规模25%25%24%24%24%23%占全球市场份额% 19%20%17%17%13%3% YoY45,00337,81731,51526,93623,02220,373中国服务器市场规模2024E2023E2022E2021E2020E2019E(USD mn) 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 8 图表6: 服务器及消费级CPU的软硬件、架构有所不同 资料来源:中金公司研究部 国产国产 CPU 生态链生态链 国产 CPU 的发展是一个系统工程,由于涉及了 CPU 架构的变化,

    28、因此需要产业链生态的全面支持。目前各类 CPU 均已经实现了一定批量的发货,形成了初步生态。我们总结产业链核心公司如下。 服务器 浪潮信息(000977.SZ)是全球领先的服务器供应商。根据 Gartner,2019 年浪潮 x86服务器市占率超 10%,蝉联全球第三,成为全球前五排名中增速最高的服务器厂商,且在全球市场收缩的背景下依然实现增长。 在中国市场, 浪潮x86服务器市占率超34%。浪潮信息拥有 2000 余人的研发团队, 是国内主流云计算厂商的最重要的服务器合作伙伴。同时其兄弟公司浪潮云支持国产 CPU 的发展,不断推出各类基于国产 CPU 的云服务。 中科曙光(603019.SH

    29、)主要经营高性能计算系统,根据 2009-2019 年中国高性能计算机性能 TOP100 排行榜 ,曙光十次蝉联数量份额第一名。曙光积极投入国产 CPU 研发和应用:参股子公司天津海光与 AMD 合作推出 x86 架构的海光系列 CPU,并成功应用到曙光服务器中;曙光从龙芯中科采购龙芯 CPU 及其主板配件,2020 年预计采购额达到 3 亿元。曙光在国产 CPU 服务器将保持出货量的快速增长,增强公司高性能计算的龙头地位。 华为成立了 Cloud&AI BG,推出华为云服务,自推出以来份额快速提升至国内前三。公司自 2004 年起不断构建自身的多样计算能力, 推出鲲鹏生态 ARM 计算芯片和

    30、 ARM 平台的泰山服务器、AI 平台的 Atlas 产品系列和 X86 平台的 FusionServer。2019 年计算产品发货量达到 96.3 万套,同比增长 8%。未来公司将持续投入 ARM 架构的鲲鹏系列服务器芯片研发与迭代升级, 与下游厂商合作规划鲲鹏计算产业计划, 目标形成全行业、全场景的鲲鹏产业体系。 联想集团(0992.HK)是全球前五服务器供应商,在收购 IBM 服务器业务后能力进一步提升,在国内的政企市场和海外云计算市场保持较高份额,服务包括微软等大型云计算厂商。联想积极参与服务器产业链国产化进程,采用龙芯、兆芯、申威、飞腾等多种国产 CPU 开发出国产服务器整机,和下游

    31、操作系统、数据库等国产厂商积极合作,推动国产软硬件的落地应用。 华为海思燧原科技、平头哥、加速卡:AI21处理器处理器系统系统软件应用软件应用消费级处理器消费级处理器播放器流媒体服务器处理器服务器处理器游戏等Steam媒体处理软件等AE、PS办公软件OfficemacOS、Windows非开源系统:垄断AMD和Intel:x86 CPUWindows Server非开源Unix、Linux开源(龙芯、申威、宏芯)RISC其他(平头哥)V -RISC(华为、飞腾)ARM、海光、兆芯)AMD、Intel(x86:CPU网络服务远程应用数据库 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾

    32、部的重要法律声明 9 云服务 国内的云计算市场从 IaaS、PaaS 到 SaaS,主要基于 X86 Intel 架构实现。云计算的架构需要虚拟化技术支持,而目前非 X86 平台的虚拟化技术仍较为初期。基于 X86 平台的云服务市场较高的份额厂商包括阿里云、腾讯云、华为云、金山云(KC US) 、Ucloud(688158 CN)等。 目前提供龙芯云计算服务的云厂商包括浪潮云、希云等,阿里云、腾讯云、曙光的龙芯云服务正在搭建中。另外龙芯支持以 Spice 协议和 QXL 虚拟图形为基础的云桌面应用,硬件厂商星网锐捷基于龙芯做了云桌面的适配。华为 ARM 和飞腾也都可以提供云服务。其中华为云上线

    33、了 ARM 服务器服务;飞腾同腾讯云、浪潮云、中科曙光等平台实现对接。兆芯和海光作为 X86 架构本身对云计算支持较好。 操作系统 由于开源 Linux 系统对 RISC 指令集进行了支持, 因此基于 Linux 的操作系统和 RISC CPU可以实现适配。最为典型的操作系统适配为 ARM 和安卓系统的适配,目前拥有最好的生态。Linux 在国内的发行版中,麒麟和 Deepin 是国内较成熟的版本。 中国软件(600536 CH)整合了中标软件和天津麒麟,设立了新的操作系统公司。两家子公司共同获得了 2018 年国家科技进步一等奖,麒麟操作系统同时支持包括飞腾、龙芯、兆芯、申威、海光、鲲鹏在内

    34、的主流国产芯片。麒麟软件是国产系统的标杆,近期发布了“傲天”计划,未来将实现百亿级资金投入,打造万人规模的自主操作系统团队,打造桌面与服务器操作系统、云操作系统和嵌入式操作系统三大类产品。 诚迈科技 (300598 CH) 子公司统信软件的产品 Deepin 和 UOS 目前在国内市占率较高。统信软件由国内领先的操作系统厂商 2019 年联合成立,支持国产 CPU 的发展,同时与国内外主流整机厂商和数百家国内外软件厂商展开全方位合作,力争十年内成为全球领先的基础软件供应商。 数据库 全球数据库主要公司如 Oracle、SAP HANA、微软、IBM 等主要支持 X86 架构。国产关系型数据库大

    35、多数参考开源 MySQL、PostgreSQL 数据库及其变种;大数据平台,多源自或直接整合开源大数据生态组件;纯自研的国产数据库较少。但国产数据库对国内CPU 的支持力度较强。主要厂商包括: 武汉达梦成立于 2000 年,为中国电子旗下基础软件企业,先后完成近 60 项国家级或省部级科研开发项目,产品成功应用于金融、电力等三十多个行业领域。 人大金仓成立于 1999 年,是我国最早一批开发数据库的公司之一,先后承担了多项国家重大专项,产品广泛应用于二十多个重点行业,完成装机部署超过 50 万套,遍布全国近 3000 个县市。 南大通用成立于 2004 年,经过多年发展,已经形成了在大规模、高

    36、性能、分布式、高安全的数据存储、管理和应用方面的技术储备,拥有来自金融、电信、政务、国防、企事业等领域的上万家客户。 阿里巴巴集团从云计算出发,推出过多款世界级数据库产品。在国际处理性能委员会TPC 的 TPC-C 测试中,蚂蚁金服自研的金融级数据库 OceanBase 性能数据达到 7.07 亿tpmC,保持世界第一的地位;在 TPC 的另一项测试 TPC-DS 中,阿里云自研云原生数据仓库 AnalyticDB 以 1489 万的性能指标刷新了世界纪录,比第二名提升近 30%以上;2020 年 6 月,阿里云推出新一代云原生数据库 PolarDB-X,可支持千万级并发规模和100PB 量级

    37、的海量存储,稳定支撑天猫双十一活动顺利进行。 华为已推出的企业级AI-Native分布式数据库GaussDB, 支持PB级别数据量的处理能力,可以用于金融、政府、电信、大企业等行业业务;华为另一款可大规模横向扩展的智能分布式存储产品 FusionStorage,深度适配优化鲲鹏系列处理器,单集群横向扩展最 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 10 大可达 4096 个节点,支持千万级 IOPS,时延响应低至 0.5 毫秒,提供 99.9999%的方案级可靠性,可应用于金融互联网服务、运营商云服务、政务云、城市云等。 中兴通讯推出的自研金融级交易型分布式数据

    38、 GoldenDB,在 2019 年成功应用于中信银行的核心系统,是中国国内唯一一个完成在大型银行核心业务商用的数据库产品。 中间件 中间件位于操作系统、网络和数据库的上层、应用软件的下层,为上层应用软件提供运行与开发环境。 根据 CCW Research 的研究, IBM 和 Oracle 分别占据了 22.2%和 16.2%的中国市场,本土中间件厂商市场规模占比仅为 35%左右。但国产中间件市场分散,主要玩家包括东方通 (300379) 、 保兰德 (688058) 、 金蝶天燕 (871155) 、 中创股份等。 东方通(300379)是国产中间件的开拓者和领导者,以政府、电信运营商、金

    39、融、交通等领域客户为主,2019 年电信和政府行业占营收 83%。东方通是华为鲲鹏计算产业的深度合作伙伴,与华为在鲲鹏计算产业中合作共赢,推进国产化中间件在金融、交通等市场中突破 IBM、Oracle 的垄断格局。 宝兰德(688058)以电信行业起步,长期深耕电信核心客户,经过多年的潜心发展,公司产品已在中国移动 12 个省份的核心业务系统实现对 IBM、Oracle 产品的替代。 中创软件成立于 2002 年,面向网络应用提供国产中间件基础软件产品及服务,已在物联网、云计算、大数据、移动互联网等领域研发出具有自主知识产权的解决方案和软件产品。中创软件中间件产品作为国家科技重大专项成果,在金

    40、融、交通、能源、电信、工业、教育等重点行业和关键领域,得到推广应用。 图表7: 国产CPU生态链 资料来源:中金公司研究部 芯片芯片AIMIPSX86ARM计算芯片计算芯片服务器服务器云云操作系统操作系统数据库数据库中间件中间件 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 11 国产 CPU 的发展现状 指令集架构是 CPU 设计的上游,不同的指令集架构授权壁垒和生态环境差异很大。但通常来说,生态环境越好的架构,专利和授权壁垒越高,而相对开放的指令集,缺乏完善的生态配备。目前市场主流架构可分为四类:具有复杂指令集的 x86 架构、精简指令集的 ARM架构、新推出的

    41、 RISC-V 架构,以及其他 RISC 类 MIPS/Power/Alpha/SPARC 等架构。 图表8: CPU架构发展情况及中国厂商布局 资料来源:中科曙光,中国长城,兆芯,龙芯等公司官网,中金公司研究部 X86 架构架构(海光、兆芯)(海光、兆芯) :专利授权壁垒高:专利授权壁垒高但生态完备,国产芯片与海外相比仍有差距但生态完备,国产芯片与海外相比仍有差距 受历史发展因素影响,X86 架构应用最为广泛,系统和软件支持种类最多,生态较为完备。目前市场上绝大部分台式机和笔记本、以及超过 90%的服务器均使用 X86 架构 CPU,市场基本被 Wintel 联盟垄断。根据我们的产业链调研,

    42、英特尔和 AMD 拥有绝大多数 X86 的技术专利,占比分别为 70%和 30%左右,两家公司也存在大量的交叉授权,而几乎不对外授权。我们认为国产 CPU 若采用 X86 架构进行进口替代,需要通过与海外拥有授权的企业建立合资公司来使用 X86 授权生产芯片。目前我国的兆芯(桌面 CPU) 、海光(服务器 CPU)两品牌产品已经量产出货,并获得了规模性客户认可。 兆芯兆芯是上海联合投资(持股比例 85%,上海市国资委全资子公司)以及台湾威盛(即VIA, 直接和简介持股比例合计 15%) 的合资企业。 兆芯通过 VIA 使用 X86 架构的授权,基于 VIA 版本的 X86 指令集自主研发扩展升

    43、级,开发桌面 CPU。与英特尔 2017 年推出的第七代 i5-7400 中端处理器对照,兆芯目前推出的最新 KX6880 CPU 单核性能相比持平,多核性能更强。 海光海光 CPU 由成都海光集成电路设计有限公司设计,交由 GlobalFoundries 代工。成都海光股东为天津海光(持股 49%)及 AMD(持股 51%) ,其中天津海光是中科曙光控股精简精简精简复杂类型类型开源架构无还有待建立成熟生态环境架构迭代升级较慢但已实现免费授权核授权IP及提供指令集授权以突破权,专利墙难基本不对外授商用服务器个人电脑嵌入式智能手机商用服务器嵌入式科学超算商用服务器智能手机商用服务器生态环境生态环

    44、境中国厂商中国厂商授权开放程度授权开放程度V-RISCSPARCAlphaPowerMIPSARMX86授权主体授权主体应用场景应用场景架构名称架构名称 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 12 36%的子公司。成都海光通过与 AMD 合作使用 x86 的 Zen1 架构的授权设计芯片,并正基于 Zen1 架构展开自研指令集工作。海光处理器主要面向商用服务器市场,2020年公司最新推出的 C86 3185 处理器拥有 8 个核心, 单核性能与 2017 年 AMD 推出的中端处理器锐龙 5-1400 接近。 根据中科曙光年报披露, 其向海光采购的 CPU

    45、金额在 2019年达到 2.4 亿元,海光 CPU 未来发展市场可期。 图表9: 海光、兆芯x86 CPU与Intel、AMD CPU性能差距 资料来源:7zip,Intel,AMD,兆芯,海光,中金公司研究部,注:7zip单核评分和主频越高,单核性能越好;单核性能接近的条件下,核心数越多,多核性能越好。 ARM 架构架构(华为鲲鹏、飞腾)(华为鲲鹏、飞腾) :充分适应服务器多核心高并发场景,但生态环境仍需完善:充分适应服务器多核心高并发场景,但生态环境仍需完善 ARM 架构主要应用在移动端和服务器市场。 由于 ARM 架构高并发、 低功耗、 高集成的特点,移动端和 IoT 市场为 ARM 所

    46、垄断。高通、海思、苹果等移动端处理器全部基于 ARM 架构开发,移动互联网的海量软件也大多基于 ARM 开发。云端数据中心的兴起,产生了对服务器CPU 高并发、 分布式和低能耗的需求, 数据中心与移动端维持架构相同也能实现应用开发、部署和运行的无缝协同,大幅降低开发者的难度。除 X86 架构外,ARM 占据服务器 CPU 市场份额最大, 我们预计未来 ARM 的服务器市场份额将进一步提升。 ARM 相比 X86 授权更为开放,已经在服务器市场提供正式公版授权,更有利于 CPU 厂商进行投资和适配工作,但未来仍有限制国产厂商的可能性。华为和飞腾均获得 ARM V8 永久授权,二者均已推出相应的服

    47、务器 CPU。 ARM服务器的生态环境已初步建立, Linux、 Windows Server等大型操作系统, docker、 VMware、KVM、Kubernetes 等容器化和虚拟化工具,CUDA、Java 等平台都已支持 ARM 架构,但仍有海量适配工作需要完成,ARM 服务器应用场景的拓展仍需大量投入。我国本土的华为和飞腾积极布局 ARM 服务器生态,分别推出鲲鹏计算产业计划和 PK 体系,建设基于 ARM 架构的国产服务器生态环境。 华为鲲鹏华为鲲鹏系列芯片由全其全资子公司海思半导体全自主设计,目前最新的 CPU 产品为基于 ARM V8 架构授权研发的鲲鹏 920 芯片。鲲鹏 9

    48、20 采用台积电 7nm 工艺打造,内建 64 个内核,主频达到 2.6GHz,配备 8 通道 DDR4 内存。在鲲鹏 920 发布同时,华为也发布了内置鲲鹏 920 芯片的泰山系列服务器作为打入市场的配套产品。 生态方面, 华为公司聚焦于发展基于 ARM 架构的鲲鹏处理器的核心能力, 通过战略性、长周期的研发投入,吸纳全球计算产业的优秀人才和先进技术,借助鲲鹏计算产业打造“新基建”底座。为完成从关键行业试点到全行业建设目标,华为计划将鲲鹏计算产业计划分成三个阶段,最终形成全行业、全场景的产业体系。 核4核4核8核8核24核18)GHz(主频单核评分)7zip(3.93.73.53.33.12

    49、.980007000600050004000300020002017,5 1400锐龙AMD 2020,3960X撕裂者AMD 2020,10980XE-Intel i92017,7400-Intel i52019,C86 3185海光2019,KX6880A兆芯 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 13 图表10: 海思鲲鹏系列芯片规划时间线 资料来源:鲲鹏计算产业发展白皮书,中金公司研究部 图表11: 鲲鹏计算产业发展规划 资料来源:鲲鹏计算产业发展白皮书,中金公司研究部 飞腾飞腾 CPU 由天津飞腾信息技术有限公司设计。天津飞腾主要股东包括中国长城中

    50、国长城(000066.SZ,持股比例 31.5%,控股股东为中国电子)以及天津先进技术研究院(持股比例 30%) 。公司通过购买 ARM V8 授权来设计 CPU,其最新产品为 FT-2000/4,主要面向轻量级服务器和桌面、便携终端等应用场景,相比上一代 FT-1500 产品性能提升一倍,功耗降低 33%。我们认为,公司目前主要用户是政府及企业客户。借助中国电子旗下的长城品牌与服务器及 PC 捆绑销售, 飞腾 CPU 逐渐开始获得特定客户群认可。根据中国长城公告披露,2018 年天津飞腾实现收入 6,369 万元人民币,净利润 170 万元人民币。 在生态上,飞腾飞腾处理器与麒麟操作系统同为

    展开阅读全文
    提示  三个皮匠报告文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
    关于本文
    本文标题:中金公司:2020国产CPU和AI芯片研究报告(31页).pdf
    链接地址:https://www.sgpjbg.com/baogao/72237.html
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 联系我们 - 行业研究网

    copyright@ 2008-2013        长沙景略智创信息技术有限公司版权所有
    网站备案/许可证号:湘ICP备17000430号-2