主页（http://www.175shouji.com）：半导体算力系列三: 技术生态壁垒高企 国产CPU厂商细分赛道觅良
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。
正文
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：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；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，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。
