高性能计算机芯片股票「半导体产业纵横」

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（报告出品方/作者：长江证券，宗建树，余庚宗，胡世煜，方子箫）

CPU：计算机系统核心，国产化势在必行

集成电路产业覆盖广泛，具体包括 CPU、GPU、半导体存储器、模拟 IC 等细分领域， 本文将主要聚焦于 CPU 行业。对于 IT 产业而言，CPU 是系统核心，在我国科技自立 背景下，国产化势在必行。

核心价值：CPU是计算机运算与控制的核心

中央处理器（central processing unit，简称 CPU）作为计算机的运算与控制核心，是 信息处理、程序运行的最终执行单元。在计算机体系中，CPU 主要用于执行计算机指令 和处理计算机软件中的数据，并负责对计算机的所有软硬件资源进行控制调配。从内部 结构来看，CPU 包括控制单元、运算单元、存储单元、内部数据总线、控制总线以及状 态总线输入/输出接口等模块。其中，控制单元作为 CPU 的控制中心，负责提取指令， 将存储器中的数据发送至运算单元并将运算后的结果存回到存储器中。运算单元负责进 行运算和测试，执行来自控制单元的命令。存储单元负责暂时存储 CPU 中的数据，以 便提高 CPU 的运算速率。

CPU 的工作过程可分为读取指令、指令译码、执行指令以及指令计数四步。读取指令：控制单元从内存（代码段）提取一条指令，并放入指令寄存器中；指令译码：指令寄存器对指令进行译码，明确该指令的具体操作（即指令中的操作 码）以及操作数位置（即指令中的操作数地址）；执行指令：CPU 通过寻址操作，从内存（数据段）中读取操作数，并暂存在通用 寄存器中。然后由运算单元按照指令中的操作码，对寄存器中的操作数进行 mov、 add、jmp 等运算操作；指令计数：修改指令计数器，执行下一条指令。不断重复上述 4 步，内存（代码 段）的指令数将越来越少，直至整个程序执行完毕。

按照指令集类型不同，CPU 可分为复杂指令集（CISC）与精简指令集（RISC）两类。 指令集是指存储于 CPU 内部，用于引导 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。作为计算机硬件和软件之间的接口，指令集直接关系到 CPU 的性能 表现。以指令集为标准，CPU 可分为 CISC 与 RISC 两类，其中 CISC 型 CPU 主要以 X86 架构为主，而 RISC 型主要包括 ARM、MIPS、Alpha、POWER 等架构。

复杂指令集（CISC）：CISC 是一种微处理器指令集架构，程序中的各条指令按顺 序串行排列，每条指令可执行若干低端操作，例如存储读取、算法运行和记忆存储。 该架构优点在于指令丰富、寻址方式灵活、控制简单、复杂程序执行效率高，缺点 则包括计算机各部分的利用率不高、执行速度慢、指令较为复杂等。目前，CISC 主要以 X86 架构为主，代表性厂商为 Intel、AMD 等，广泛应用于服务器、桌面电 脑等场景。

简单指令集（RISC）：相较 CISC，RISC 采用小型、高度优化的指令集，指令结构 简单、易于设计，产品性能虽弱于 CISC，但具有较高的执行能效比，成本也相对 较低。同时，RISC 采用的是等长指令集，可通过多流水线方式提高运行效率，在 并行处理方面优于 CISC。目前，RISC 主要包括 ARM、MIPS、Alpha 以及 POWER 架构，其中 ARM 架构最具代表性，广泛应用于手机、平板等移动终端。

按照应用领域，CPU 可分为通用微处理器（MPU）、微控制器（MCU）和专用处理器三 类，本文的研究分析主要围绕通用微处理器（MPU）展开。  通用微处理器（MPU）：MPU 通常代表一类功能强大、但不为任何已有特定计算 目的而设计的通用型芯片，可以视作功能增强版的 CPU。MPU 更注重通过强大的 运算、处理能力，执行复杂多样的大型程序，一般被用作个人计算机和高端工作站 的核心 CPU。

微控制器（MCU）：MCU 是一种控制类应用的低性能、低功耗 CPU，是将 CPU、 RAM、ROM、定时计数器和多种 I/O 接口等组件都集成在单一芯片上，进而形成 的芯片级计算机，该类芯片的主频一般低于 100MHz。当前，MCU 已广泛应用于 智能制造、工业控制、智能家居、遥控器、汽车电子、工业上的步进马达以及机器 手臂控制等场景。专用处理器：一类面向某一领域实现特定功能的芯片。以数字信号处理器（DSP） 为例，DSP 芯片内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器， 适用于数字信号处理等专用计算场景，不会像 MPU 一样运行通用的操作系统。 DSP 在数字控制、运动控制方面的应用主要有磁盘驱动控制、引擎控制、激光打 印机控制、喷绘机控制、马达控制等。除了 DSP 以外，其他专用处理器还包括深 度学习处理器、数据库加速处理器、安全处理器、类脑计算芯片等。

发展历程：从产品落地到多核技术、集成化迅速发展

自 1971 年 Intel 推出第一台微处理器以来，全球 CPU 产业先后经历了四个发展阶段。 第一阶段（1971-1991 年）：CPU 首次落地，计算性能持续提升。1971 年，Intel 推出 了世界上第一台微处理器 4004，拉开了全球 CPU 产业的发展帷幕。在随后的十年中， Intel 公司的新款芯片 i8086、8088、80286 陆续问世，计算性能持续提升。1985 年， MIPS 发布了第一代基于 MIPS 架构的处理器，同年第一颗 ARM 处理器也成功诞生， 标志着现代 RISC 处理器正式登上历史舞台。

第二阶段（1992-2000 年）：多媒体及个人应用出现。1992 年，Intel 发布了第五代处理 器 Pentium，该款 CPU 能够让电脑更加轻松地整合声音、笔记以及图片等多媒体数据。 1996 年，Intel 推出奔腾 MMX，其中 MMX 是 Intel 在音箱、图形和通信应用方面采取 的新技术，可帮助多媒体处理能力提升 60%左右。在此之后，Intel 又陆续发布了奔腾 II、奔腾 III 以及奔腾 4，产品迭代迅速。

第三阶段（2001-2009 年）：多元化发展。2001 年，Intel 发布至强处理器，主要面向高 性能和中端双路工作站，以及双路和多路配置的服务器。2003 年，AMD 推出 64 位 X86 架构的微处理器，凭借良好的兼容性生态，取代了 Intel 推出的 EPIC 指令集，成为后续 市场主流标准。2004 年，ARM 发布了 ARM V7 架构的 Cortex 系列处理器，同时推出 Cortex-M3。2005 年，Intel 推出首颗内含 2 个处理核心的处理器 Pentium D，正式揭开 X86 处理器的多核心时代。2006 年，Intel 发布新一代基于 Core 微架构的酷睿 2，涵盖 服务器版、桌面版、移动版三大领域，彰显多元化发展态势。

第四阶段（2010 年至今）：多核技术迭代迅速，CPU 集成化更高。Intel 方面，2010 年， Intel 面向全球发布最新的革命性产品，基于 32nm 制程的 i7、i5、i3 处理器。2017 年， Intel 推出第七代酷睿处理器 i7、i5、i3，工艺制程进步至 14nm。2018 年，Intel 又推出 了第八代酷睿处理器 i7、i5、i3，同时 i9 处理器也首次亮相，该处理器包含 8 个内核， 单核频率高达 5.0GHz。至 2021 年，Intel 发布第三代至强可扩展处理器 Ice Lake，采 用 10 nm 工艺，内核数最高可达 28 个，工艺制程、内核性能与核数均有明显进步。

AMD 方面，2011 年，AMD 推出了一款革命性产品 APU，APU 芯片由 CPU、GPU 集 合而成，推动了 CPU 的集成化发展。与 Intel 类似，AMD 的 Ryzen、EPYC 系列 CPU也在工艺制程、内核性能与核数等维度迅速迭代。到 2022 年，公司发布了基于 Zen3 架 构、7nm 工艺的第三代 EPYC 处理器，未来将向 Zen4/Zen5 架构以及 5nm 工艺发展。

产业定位：战略地位至关重要，自主可控势在必行

CPU 产业链主要由上游支撑环节、中游生产环节以及下游应用环节构成。中游芯片设 计商、制造商通过向上游支撑环节采购软硬件工具、材料来实现芯片生产，并向下游广 大客户群体进行销售。上游支撑环节主要影响供给成本，下游应用环节决定行业需求。上游支撑环节：主要包括 EDA 软件、IP、半导体设备、半导体材料。半导体设备 可分为光刻机、刻蚀机、离子注入设备、薄膜沉积设备、抛光设备、封装设备以及 清洗设备等，半导体材料则包括硅片、光刻胶、光掩模、电子特种气体、封装材料 等。其中，光刻机是核心生产设备，而高纯度硅片、光刻胶等是核心原材料。

中游生产环节：主要由 CPU 设计、CPU 制造、封装测试组成。其中，CPU 设计 是指将系统、功能与性能的具体要求转化为物理版图；CPU 制造是指在准备好的 晶圆材料上按照物理版图构建完整电路的过程；封装测试的具体过程是对合格晶 圆进行切割、焊接、封装，使芯片电路与外部器件实现连接，并对封装完毕的芯片 进行功能和性能测试。 下游应用环节：CPU 芯片现已广泛应用于通讯设备、人工智能、汽车电子、电力 电子、物联网、医疗等行业领域。

集成电路支撑着全球数十万亿美元的数字经济产业，战略地位十分重要。据 WSTS 统 计，2021 年全球集成电路产业的市场规模为 4630 亿美元，超过 4000 亿美元大关。除 了集成电路行业本身以外，作为全球科技产业的重要支柱，集成电路产业直接影响下游 价值数万亿美元的电子信息产业，并间接支撑了数十万亿美元数字经济产业，战略地位 十分重要。随着数字经济的持续发展，数据处理量逐渐增大，集成电路产业仍将持续高 速增长。

CPU 作为集成电路产业的重要产品，竞争壁垒深厚，自主可控势在必行。不同于其他行 业，集成电路属于资金密集型和技术密集型产业，行业壁垒深厚，企业需要同时具备较强的技术攻关、渠道开辟、生态整合能力。过去几十年来，我国在集成电路领域主要秉 承“造不如买”的发展模式，产业基础相对薄弱，国外厂商在 CPU、GPU、FPGA、存 储芯片、射频芯片等领域占据着主要的市场份额。以 CPU 为例，目前中国 CPU 产业主 要由 Intel、AMD 两大巨头主导，本土厂商的市占率相对较低。近年来，随着中美科技 博弈持续升级，CPU 作为集成电路产业的重要产品，一直是美国开展科技制裁的有力抓 手，华为海思、海光信息、天津飞腾等厂商均受到了较大波及。为避免美国对中国的科 技掣肘，CPU 产业的自主可控势在必行。

全球市场：总规模稳步增长，行业双寡头垄断

2020 年全球微处理器市场恢复明显，同比增速高达 12.1%。从 IC 产业细分环节来看， 在新冠疫情笼罩全球的背景下，出于访问互联网与云计算的需要，人们对便捷式电脑与 大屏智能手机的需求大幅提升，进而拉动了全球微处理器市场的销售增长。据 IC Sights 统计，2020 年全球微处理器行业的市场规模为 877 亿美元，同比增长 12.1%，创下历 史新高。预计 2023 年市场规模将达到 1083 亿美元，2020-2023 年均增速为 7.3%，整 体保持稳步增长。

量价齐升驱动全球微处理器市场持续成长。从出货量来看，据 IC Sights 统计，2020 年 全球微处理器出货量为 21.75 亿台，2023 年有望增长至 24.29 亿台，持续保持增长态 势。从平均价格来看，随着下游应用的不断拓展，全球微处理器的平均价格也将保持上 升态势，2020 年平均价格为 40.31 美元/台，2023 年预计将达到 44.60 美元/台。全球 微处理器行业的量价齐升有望为市场规模的稳步增长提供有力支撑。

CPU 贡献规模 438 亿美元，在微处理器市场占比最大。分产品来看，据 IC Sights 统 计，2020 年 CPU 产品的市场规模为 438 亿美元，占比 50%，对微处理器市场贡献最 大，2015-2020 年 CAGR 为 3.8%；嵌入式处理器产品贡献规模 172 亿美元，占比 20%， 2015-2020 年 CAGR 为 16.3%，市场增速最快；手机 APP 处理器贡献规模 266 亿美 元，占比 30%，2015-2020 年 CAGR 仅为 2.8%。

驱动因素：服务器/PC共同驱动，CPU亦同步增长

高端通用 CPU 主要应用于服务器、桌面等终端产品。其中，服务器装载的 CPU 数量不 定，桌面端通常只装一颗 CPU。据 IDC 统计，CPU 在基础型、高性能型、推理型以及 机器学习型服务器中的成本占比分别为 32.0%、23.3%、25.0%、9.8%。随着服务器、 桌面出货量的逐步回暖，CPU 行业的出货量也将稳步提升。

全球服务器市场回暖明显。据 IDC 统计，2015-2020 年，全球服务器行业的出货量整体 保持稳健增长，年均复合增速为 4.67%。2020 年，受新冠疫情与全球互联网行业资本 投入收缩等因素的影响，全球服务器出货量为 1220 万台，同比增速仅为 3.92%，低于 前期平均水平。进入 2021 年，随着在线办公、游戏等线上应用的增加，数据的产生规 模也在不断扩大，叠加全球经济的快速复苏，全球服务器市场回暖明显，出货量达到 1354 万台，同比增长 10.98%。

2020 年以来全球桌面出货量较前 5 年回升显著。据 IDC 统计，由于智能手机的迅速普 及对桌面电脑产生了一定的替代效应，2015-2018 年，全球桌面电脑的出货量从 2.76 亿 台降至 2.59 亿台，呈现缓慢下降态势。到 2019 年，全球桌面出货量为 2.67 亿台，同 比增长 3.1%，出现小幅回升。2020-2021 年，在疫情“宅经济”等因素的驱动下，全球 桌面出货量回升显著，2021 年高达 3.49 亿台，同比增长 15.1%。

主要场景竞争格局：服务器/PC双雄垄断，智能手机多点开花

竞争格局层面，Intel 是全球 CPU 市场领军企业，AMD 持续追赶，二者差距不断缩小。 据 Mercury Research 统计，全球 X86 CPU 市场中，2022 年 Q1 Intel 占比 72.3%，领 先优势明显。近年来，AMD 处于持续追赶状态，市占率从 2020Q1 的 14.8%提升至 2022Q1 的 27.7%，与 Intel 的差距不断缩小。除 Intel、AMD 以外，其他 CPU 厂商的 市占率相对较低，行业呈现双寡头垄断格局。

桌面、便捷式电脑以及服务器 CPU 市场均以 X86 架构为主，由 Intel、AMD 主导。桌 面市场中，2022 年 Q1 Intel 与 AMD 分别占比 81.7%、18.3%，近两年 AMD 的份额提 升幅度并不明显。便捷式电脑市场中，2022 年 Q1 Intel 占比 77.5%，AMD 的市占率则 从 2020Q1 的 17.1%提升至 2022Q1 的 22.5%，份额提升幅度较大。服务器市场中， Intel 与 AMD 分别占比 88.4%、11.6%，近年来 AMD 的市场份额虽持续提升，但相较 其他细分市场，其整体市占率仍相对较低。从市场集中度来看，桌面、便捷式电脑以及 服务器市场均由 Intel、AMD 占据主要市场份额，寡头垄断特征明显。

全球智能手机处理器行业的 CR5 高达 99%，市场份额较为集中。据 Counterpoint 统计， 全球智能手机处理器市场中，2022 年 Q1 前五大厂商分别为联发科、高通、苹果、紫光 展锐与三星，分别占比 38%、30%、15%、11%、5%，合计 99%，市场集中度较高。 国外厂商中，近年来联发科的市占率相对稳定，高通的市场份额提升明显，而苹果的市 场份额有所下降。本土厂商中，紫光展锐通过在低端品牌手机加强布局，并获得中兴、 TECNO 与三星等厂商的认可，不断扩展自身的客户规模，其市场份额从 2020Q4 的 4% 提升至 2022Q1 的 11%；华为海思由于美国的贸易制裁，其芯片代工受到严重影响，近 年来市场份额持续下降。

中国市场：空间份额双提升，国产化前景可期

国内规模：市场规模千亿量级，现已迈入提速阶段

结合 WSTS 与 IC Sights 的统计数据，2020 年全球集成电路与 CPU 行业的市场规模分 别为 3612、438 亿美元，CPU 在全球集成电路产业中占比 12.13%。假定中国 CPU 行 业在集成电路产业中的占比也为 12.13%，已知 2020 年中国集成电路产业的市场规模 为 8848 亿元，估测中国 CPU 行业的市场规模约为 1073 亿元。

据 IDC 统计，2021 年中国服务器与 PC 电脑的出货量分别为 391.1 万台和 5720 万台。 PC 电脑通常只装一颗 CPU，而服务器装载的 CPU 数量不定，国内 X86 服务器市场以 2 路为主，假定服务器的装载量为 2 颗/台。 对于 CPU 的产品价格，根据海光信息的招股说明书，2021 年，面向高端服务器的海光 7200 系列平均售价为 1.12 万元/颗，面向中低端服务器的海光 5200 系列平均售价为 0.70 万元/颗，因而测算时可将服务器 CPU 的平均价格保守假设为 0.8 万元/颗。此外， 天津飞腾在官网上披露了腾锐 D2000（2020 年发布）、FT-2000/4（2019 年发布）的价 格信息，分别报价 2500 元/颗和 1800 元/颗，我们将桌面 CPU 的平均价格保守假设为 2000 元/颗。 综合以上信息，从出货量出发，估测 2021 年中国服务器 CPU、PC CPU 的市场规模分 别为 626、1144 亿元。

上世纪 50 年代以来，我国 CPU 产业先后经历起步、转折以及提速阶段，相关产品也逐 步从“不可用”转变为“可用”，最终向“好用”迈进。上世纪 50-70 年代：起步阶段。1956 年，半导体科技被列为国家新技术四大紧急措施 之一。此后，中科院计算所、109 厂、半导体所先后成立，相继突破锗晶体管、硅平面 晶体管、集成电路等半导体器件，分别为 109 乙机、109 丙机、156 机的诞生提供了基 础。1975 年，随着大规模集成电路技术的兴起，我国第一台集成电路百万次计算机 013 机研制成功。在起步阶段，独立自主的产业发展为我国 CPU 事业奠定了坚实基础。

上世纪 80-90 年代：转折阶段。1985 年，对中科院计算所、半导体所中有关研制大规 模集成电路的单位与 109 厂进行合并，成立中科微电子中心。在这一时期，由于政策支 持力度减弱等因素，CPU 产业出现完全市场化但自主性不足的问题。

21 世纪初至今：提速阶段。从“十五”开始，国产 CPU 的自主性问题再度提上议程， 支持政策不断加码。泰山计划、863 计划等催生了一批国产 CPU 品牌，2002 年我国首 款通用 CPU——龙芯 1 号流片成功。2006 年，“核高基”重大专项推出，其中“高”即 为高端通用 CPU。2014 年，我国发布《国家集成电路产业发展推动纲要》，国家集成电 路产业投资基金第 1 期成立，主要投资集成电路制造企业，2019 年国家大基金第 2 期 再度成立，主要投资应用端。进入 2018 年，美中贸易摩擦升级，美国陆续对中兴、华 为、海光信息、天津飞腾等科技公司实施制裁措施，为避免 CPU 等关键产业环节受制 于人，我国进一步加大信创产业的支持力度。

驱动因素：数字化驱动总需求，国产化助力提份额

服务器、PC 电脑的出货量是决定 CPU 行业需求的重要因素。2020 年以来，中国服务 器、PC 电脑市场开始回暖，整机出货量增速恢复迅速，CPU 产业有望充分受益。 2020-2021 年，中国服务器行业恢复明显，出货量增速分别为 9.9%、11.7%。2019 年， 由于全球经济压力、互联网厂商资本开支减少以及中美贸易摩擦等因素，服务器出货量 仅有 318.6 万台，同比减少 3.6%，多年来首次下滑。进入 2020 年以后，随着新冠疫情 的爆发，疫情在对限制企业日常经营活动的同时，也极大地促进了企业的数字化转型进 程。

与此同时，政府也在大力推动数字经济产业的发展，并先后出台了《“十四五”软件 和信息技术服务业发展规划》、《“十四五”数字经济发展规划》等多项支持政策。2022 年 2 月，政府进一步启动“东数西算”工程，同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝等 8 地建设国家算力枢纽节点，并规划了 10 个国家数据中心集群，有望大幅拉动 服务器需求。据 IDC 统计，2020 年中国服务器出货量为 350 万台，同比增长 9.9%， 2021 年出货量达到 391.1 万台，同比增长 11.7%，行业景气度恢复明显。在数字经济、 “东数西算”工程等因素的推动下，预计中国服务器行业未来将继续保持景气上行。

2020 年以来中国 PC 电脑的出货量恢复稳步增长态势。智能手机快速普及以后，人们 可以直接用手机来处理生活与工作方面的事情，PC 电脑的使用时间大幅缩短。据 IDC 统计，2014-2019 年，中国 PC 电脑的出货量从 6152 万台降至 4830 万台，年均增速 为-4.7%，始终保持下滑态势。进入 2020 年，受疫情影响，在线教育、居家办公以及应 对企业升级等需求推动了 PC 电脑市场的恢复，2020 年出货量为 4930 万台，同比增长 2.1%，实现了多年来的首次增长。2021 年出货量为 5720 万台，同比高增 16%。受益 于数字化浪潮、人口效益等因素，2025 年出货量预计将达到 6970 万台，2020-2025 年 均增速为 7.2%，持续保持稳步增长态势。

中美科技博弈持续升级，关键环节的国产替代势在必行。多年来，我国 IT 产业主要聚焦 于社交、电商、在线视频等上层应用领域，而在 CPU、GPU、服务器、操作系统、数据 库等底层 IT 领域主要奉行“造不如买”的发展模式，产业基础相对薄弱，Intel、AMD、 Nvidia、Apple、Microsoft 等国际巨头在我国占据了主要的市场份额。然而，2017 年以 来，美国持续加大对中国科技产业的制裁力度，具体包括：建立“实体清单”，先后将华 为、海光信息、天津飞腾、新华三等科技企业列入其中；严格审查中国企业对美企技术 的并购活动，比如在半导体和信息通信领域封杀 9 个并购项目，包括华芯收购美国半导 体测试公司等。随着中美科技博弈的持续升级，“造不如买”的发展模式显然难以为继， CPU、GPU、服务器、操作系统、数据库等关键产业环节亟需实现国产替代。

国家政策有序出台，产业支持力度加码。2006 年，“核高基”重大专项推出，其中“高” 即为高端通用 CPU。在此之后，以 CPU 为代表的集成电路产业一直是国家政策支持的 重要方向，我国也先后颁布了《“十三五”国家科技创新规划》、《关于集成电路设计和软 件产业企业所得税政策的公告》、《关于新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展 若干政策的通知》等多项政策文件，从财税、资金、人才、知识产权、市场应用等多方 面对集成电路产业予以支持。进入 2021 年，“十四五”规划和 2035 远景目标纲要更是 提出，要把科技自立自强作为国家发展的战略支撑，在事关国家安全和发展全局的基础 核心领域（涵盖集成电路、人工智能、量子信息等），加快制定战略科学计划和科学工 程。

替代测算：党政叠加关键行业，国产替代空间广阔

一般而言，信创市场空间主要包括存量替代市场和新增增量市场。我们分别从存量替换 和新增市场国产化两种趋势下进行市场空间测算。

存量替代： 根据国家统计局的统计资料，2020 年我国国有单位从业人员为 5563 万人。该指标的统 计口径包括：公共管理和社会组织国有单位（1957 万人）；教育业国有单位（1637 万 人）；卫生、社会保障和社会福利业国有单位（894 万人）；交通运输、仓储及邮电通信 业国有单位（108 万人）；以及电力、燃气及水的生产和供应业国有单位（102 万人）等 19 个细分领域。信创市场中，起步最早、推进最快的党政部门属于公共管理和社会组织 国有单位

根据亿欧智库资料，我们假定国有单位人员与 PC 配比为 1:1，PC 整机与 CPU 配比为 1:1，PC 整机与服务器整机的配比为 10:1。与前文一致，保守假定服务器与 CPU 的配 比为 1:2。渗透率方面，我们假定包括党政机关在内的公共管理&社会组织的渗透率为 80%，教育业、卫生&社会保障&社会福利等其他国有单位的渗透率为 70%。 对于 CPU 的产品价格，我们与前文保持一致，服务器 CPU、PC CPU 分别为 8000 元 /颗和 2000 元/颗。 综合以上假定与数据，经过测算，仅从 CPU 产业的存量替代来看，国有单位（包含党 政机关、教育以及医疗等）有望贡献约 1472 亿元的替换空间。

根据 IDC 与 Avast 的研究资料，我们分别假定 PC 电脑、服务器的生命周期分别为 6、 5 年。据 IDC 统计，2019 年我国金融行业市场 PC 年出货量将达到 208.1 万台，与 2018 年持平。按照 PC 电脑 6 年的替换周期，我们估测金融行业 PC 电脑的存量规模约为 1250 万台。此外，2021 年中国服务器市场的总出货量为 391.1 万台，其中 X86 服务器 的出货量为 382 万台，占比 97.7%。分行业来看，金融行业的 X86 服务器出货量为 37.7 万台。因此，不妨假定金融行业的服务器总出货量为 38.6 万台（包括 X86 与非 X86）， 按照服务器 5 年的替换周期，估测服务器存量约为 193 万台。 在此，我们依然假定 PC 整机与 CPU 配比为 1:1，服务器与 CPU 的配比为 1:2。同时， 假定金融信创最终的渗透率为 70%。对于各类产品价格，我们也与国有单位的测算口径 保持一致。

目前，电信行业的国产替代主要以服务器端为主，PC 端的替代节奏相对较慢。因此， 我们对电信行业的规模测算将主要以服务器 CPU 为主。据 IDC 统计，2021 年电信行 业的 X86 服务器出货量为 40.4 万台。假定电信行业的服务器总出货量为 41.4 万台（包 括 X86 与非 X86），按照 5 年的替换周期，估测服务器存量约为 207 万台。 对于各类产品的数量配比、渗透率以及产品价格，我们与金融行业的测算口径保持一致。 综合以上信息，电信行业有望贡献约 232 亿元的替换空间（存量替代）。

在信创行业的细分赛道中，国有单位、金融以及电信行业的国产替代处在信创行业前列。 经过我们的测算，上述赛道的存量替代空间合计 2095 亿元。由于 PC 电脑、服务器的 替换周期分别为 6、5 年，可以得到，上述存量替代空间年化后约为 386 亿元。如果将 电力、交通、石油、航空航天等行业考虑在内，CPU 的国产替代规模将会更大，有望为 海光、飞腾、华为、龙芯等本土 CPU 厂商提供广阔的市场空间。

据 IDC 统计，在中国 X86 服务器市场中，2021 年党政、金融、电信三大重点领域的出 货量占比分别为 9.0%、9.9%、10.6%，其他领域教育、交通、公用事业、医疗分别占 比 2.9%、2.3%、2.0%、1.6%，合计占比 38.3%。假定上述信创重点行业的出货量在服 务器整体市场中也占比 38.3%，并于 2021-2025 年保持不变。此外，2022-2025 年 X86 服务器的出货量增速分别为 6.4%、10.4%、8.5%、8.7%，假定服务器整体市场的出货 量增速与 X86 市场保持一致。

渗透率方面，从三大运营商的招标情况来看，2020 年中国电信、中国移动、中国联通采 购服务器时的国产化率分别为 20%、21%、40%，2021 年中国电信为 35%，2022 年 中国电信、中国移动分别为 26.7%、41.6%。相较于电信行业，金融、电力、教育等领 域的替代节奏则相对较慢。综合各行业情况，基于谨慎性原则保守假定 2021 年信创重 点行业的渗透率为 10%，2021-2025 年的递增幅度相同，每年增长 5%。 对于 CPU 的产品价格，我们与前文保持一致，服务器 CPU、PC CPU 分别为 8000 元 /颗和 2000 元/颗。

据 IDC 统计，2017 年教育、政府、电信、铁路交通、其他交通、电力、医疗行业的 PC 出货量分别为 510、360、37.79、14.07、9.48、26.16、66.96 万台，合计 1024.46 万 台，在商用 PC 总出货量中占比 32.9%。2019 年金融行业的 PC 出货量为 208.1 万台， 占比 7.8%。在此，我们假定上述信创重点行业的出货量在商用 PC 市场中合计占比 40.7%，并于 2021-2025 年保持不变。据 IDC 估测，2021-2025 年商用 PC 出货量分别 为 3120、3320、3490、3620、3750 万台。 渗透率方面，我们继续沿用上述服务器市场的测算假定。 综合以上信息，仅考虑商用 PC 市场，估测 2021-2025 年 PC CPU 市场有望分别贡献 25、41、57、74、92 亿元；服务器与 PC CPU 市场将合计贡献 49、79、113、150、 191 亿元（增量替代）。

竞争态势：多条路线并举赛马，本土厂商各具特色

国产 CPU 厂商或品牌主要有龙芯、申威、鲲鹏、飞腾、海光、兆芯等。按技术路线可 大致分为三类：第一类是龙芯与申威，早期分别采用 MIPS、Alpha 指令集架构，目前 均已自主研发指令系统，自主化程度相对最高。第二类是鲲鹏与飞腾，二者均采用 ARM 指令系统，企业可以基于指令集架构授权自主设计 CPU 核心，自主化程度较高。第三 类是海光与兆芯，采用 X86 指令系统（仅为内核层级的授权），未来扩充指令集的难度 相对较大，自主化程度三类中排名靠后。目前，国产 CPU 厂商主要耕耘于信创市场， 在纯商业化市场与 Intel、AMD 竞争依然劣势明显，但差距逐渐缩小。据前瞻产业研究 院估测， 2020 年 CPU 的国产化率仅有 0.5%，远低于信创产业其他细分行业，近来年 随着国产政策的支持和国产 CPU 厂商的崛起，国产化率实现突破。

本土厂商中，海光、鲲鹏、飞腾综合竞争力较强，龙芯、申威等相对较弱。海光通过 IP 内核授权的方式引入了 AMD 的相对先进的 Zen 1 架构，站在巨人肩膀上，在性能上具 备先天的起步优势。华为凭借强大的研发能力，推出了业界领先的鲲鹏 920 处理器。飞 腾在信创桌面市场具备综合比较优势，在推出最新一代 S2500 后，各项参数表现良好， 也呈现追该态势，成功跻身国产厂商的第一梯队。相比之下，兆芯、龙芯、申威等厂商 在芯片性能、生态、商业拓展上综合来看与上述三家厂商存在一定的差距。

相较 Intel、AMD，本土厂商在处理器性能上仍有差距。从工艺制程来看，当前在售的 主要芯片型号中，Intel、AMD 分别为 10、7nm，海光、鲲鹏、飞腾分别为 14、7、16nm， 双方差距并不明显，其中鲲鹏更是达到了 7nm 的国际领先水平，国内较多国产 CPU 下 一代产品也有望逐步切换至 7nm。而在主频、超线程、内存通道、内存主频、PCIe 通 道等参数中，Intel、AMD 的表现明显优于海光、鲲鹏、飞腾。综合来看，本土厂商与 Intel、AMD 在处理器性能上仍有差距，并且该差距主要源自处理器的单核设计能力，而 非核心数量、工艺制程等因素。总体上，国产 CPU 厂商芯片性能不断迭代更新，呈现 快速进步态势，逐步向“好用”过渡，甚至可部分参与到市场化竞争。

在信创市场中，国产 CPU 厂商的优势产品、优势行业各不相同。 申威的芯片产品主要应用于特种行业和超算领域，在党政及行业信创占比较小。相较其 他 CPU 厂商，申威是已基本实现完全自主可控的企业，作为特种行业 CPU 的主要供应 商，承接了特种行业大部分机密设备的 CPU 需求。基于持续稳定服务特种行业的需要， 申威在研发出第一代基于申威 64 位指令集的 CPU 后，便用 SW64 替代了原先的 Alpha 指令集，可控程度最高。同时，申威在高性能计算领域，尤其是服务器领域，技术优势 明显，浮点运算算力相比同期外国处理器毫不逊色。

在党政信创桌面终端领域，飞腾市占率最高，其次为龙芯等厂商。分厂商来看，海光、 兆芯的技术路线为 X86 内核层级授权，自主化程度在国产厂商中排名相对靠后。目前海 光仅获得了 AMD 的服务器授权，并未获得 PC 端授权，2019 年被美国政府列入实体清 单后，AMD 不再授权最新架构，海光需自主迭代升级；兆芯采用的是威盛电子的 X86 授权，叠加兆芯在信创市场拓展也表现不佳，最终二者在党政领域尤其是 PC 端的占比 较小。

龙芯最早开始芯片研发，积累了较多的国产整机与应用适配厂商，所以早期在党 政 PC 领域占据了较高的份额，然而，由于 MIPS 架构和自研的 LoongArch 指令集本身 的生态兼容性及芯片性能的相对劣势，随着飞腾与鲲鹏的入场，龙芯的市场份额有所下 滑。当前，飞腾与鲲鹏虽然均采用的 ARM V8 架构，产品性能与生态相近，但桌面端并 非华为海思重点布局方向，且华为海思由于近年来受到美国的重点制裁，产品供应链受 到较大的影响，最终在桌面端市场份额上落后于飞腾。

在行业信创领域，尤其是在服务器端，鲲鹏与海光领先优势明显，飞腾持续追赶。相较 党政信创，行业信创对产品性能、生态和兼容性等方面的要求更高。过去几年里，飞腾 主要布局于性能、生态要求相对较低的党政部门，同时推出的芯片产品也主要面向桌面 端，服务器端起步较晚，所以在性能要求更高的行业信创领域落后于鲲鹏、海光，目前 处于追赶状态。鲲鹏作为华为面向鲲鹏计算产业生态的数字底座，在高性能、高吞吐、 高集成及高效能上均表现突出，同时 ARM 生态也在持续完善；而海光起步于 AMD Zen1 架构，兼具性能与生态优势，因此，二者近年在行业信创招标中获得了较多订单。以电 信行业为例，在三大运营商近两年的服务器采购项目中，鲲鹏与海光同处第一梯队，基 本垄断了采招项目释放的国产化订单，竞争优势较为明显。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

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