中科曙光评级(买入)为什么x86架构如此重要
股票代码 :603019
股票简称 :中科曙光
报告名称 :为什么x86架构如此重要
评级 :买入
行业:计算机设备
证券研究报告 | 公司研究
2022 年 03 月 14 日
中科曙光(603019.SH)为什么 x86 架构如此重要
x86 架构为当前全球 CPU 领域主流,生态丰富、性能强劲且市占率领先。1)长期 以来,x86 架构在桌面 PC 及服务器领域占据统治地位,而 ARM 架构在移动终端和 嵌入式领域应用较为普遍,根据 IDC 数据,2020 年,我国 x86 服务器销售量占整体
买入(维持) |
股票信息
服务器市场比例已达到 97.30%,领先地位显著。2)分析其原因,除了在乱序指令 | 行业 | 计算机设备 |
执行、单核多线程能力等方面的应用性能优势,完善的生态体系构成了 x86 指令集 | 前次评级 | 买入 |
的核心壁垒。迄今为止,x86 架构由 Intel 主导了半个多世纪,已经形成了完善的产 | 3 月 11 日收盘价(元) | 32.14 |
业和生态环境,从各类配套芯片、操作系统、数据库、中间件到大量丰富的应用软 件应有尽有,是整个产业中最庞大、最完善、应用最广泛的处理器架构之一,生态 壁垒极高。3)从主导厂商来看,x86 架构 CPU 核心企业包括 Intel 及 AMD,其中,虽然近年 AMD 依靠 Zen 架构强势崛起,但服务器市场主流依然是 Intel,体现 B 端 业务壁垒。2021Q4,根据 Mercury Research 统计,AMD 在 x86 CPU 市占率达到
总市值(百万元) 总股本(百万股) 其中自由流通股(%) 30 日日均成交量(百万股) | 47,026.25 1,463.17 99.15 36.39 |
25.6%,环比提升 1 个百分点、同比增长 3.9 个百分点。4)同时,Intel 及 AMD 亦 股价走势 持续基于 x86 架构不断迭代产品,2021 年 10 月 Intel 发布 12 代酷睿 AlderLake 桌
面处理器、2020 年 10 月 AMD 介绍新一代 Zen 3 架构,其相比上一代产品性能均显 | 中科曙光 | 沪深300 | ||
著提升,x86 架构领先优势持续巩固。 | 27% | |||
芯片厂商逐步放量,海光有望成为 x86 架构的最优解。1)麒麟、海光、飞腾、龙 | 18% | 2021-07 | 2021-11 | 2022-03 |
芯均为 CPU 典型代表,各自基于不同的路线选择,并取得快速进步、逐步实现规模 | 9% | |||
化商用,并逐渐搭建起健康的产业生态,芯片产业发展有望进入正循环轨迹。2)海 | ||||
0% | ||||
光信息于 2016 年与 AMD 成立合资公司,合法获得完整 Zen 架构设计方案,具备优 | ||||
-9% | ||||
秀研发基础。而在人才方面,海光也已经汇集了国内乃至全球的顶级芯片设计团队, | ||||
-18% | ||||
把握 IC 设计的核心要素。截至 2021 年,公司已在国内率先完成了高端通用处理器 | ||||
2021-03 | ||||
和协处理器产品成功流片,并实现了规模化商用,广泛应用于电信、金融、互联网、 |
教育、交通等重要行业或领域。2021 年,公司营业收入达到 23.10 亿元,同比增长
126.07%;实现归母净利润 3.27 亿元,已成功扭亏为盈。3)研发路线上,CPU 角 作者
度来看,公司秉承“销售一代、验证一代、研发一代”的产品研发策略,海光一号 及二号为当前主要的出货产品,2021 年总计出货量约为 57.7 万片,同比增长 148.46%;海光三号及四号的研发进程也正稳步推进。GPU 角度来看,公司 DCU 系 列产品已成功量产,能够较好地适配、适应国际主流商业计算软件和人工智能软件,
分析师刘高畅
执业证书编号:S0680518090001 邮箱:liugaochang@gszq.com
软硬件生态丰富,并且在典型应用场景下,公司深算一号指标达到国际上同类型高 分析师杨然
端产品的水平。执业证书编号:S0680518050002
维持“买入”评级。根据关键假设,预计 2021-2023 年营业收入分别为 111.83 亿、123.75 亿及 137.46 亿元,归母净利润分别为 11.34 亿、15.80 亿、21.90 亿。维持
邮箱:yangran@gszq.com
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“买入”评级。1、《中科曙光(603019.SH):2021 年业绩超预期,信
风险提示:服务器行业竞争加剧;芯片量产化不及预期;贸易摩擦加剧。
创核心领军长期价值仍被低估》2022-02-22
2、《中科曙光(603019.SH):Q3 业绩超预期,信创核
心业务景气拐点将至》2021-10-27
财务指标 | 2019A | 2020A | 2021E | 2022E | 2023E | 3、《中科曙光(603019.SH):收入增速超预期,信创 |
营业收入(百万元) | 9,526 | 10,161 | 11,183 | 12,375 | 13,746 | |
核心业务景气拐点将至》2021-08-18 | ||||||
增长率 yoy(%) | 5.2 | 6.7 | 10.1 | 10.6 | 11.1 | |
归母净利润(百万元) | 594 | 822 | 1,134 | 1,580 | 2,190 | |
增长率 yoy(%) | 37.9 | 38.5 | 38.0 | 39.2 | 38.6 | |
EPS 最新摊薄(元/股)0.41 | 0.56 | 0.78 | 1.08 | 1.50 | ||
净资产收益率(%) | 13.8 | 7.4 | 9.4 | 11.8 | 14.2 | |
P/E(倍) | 79.2 | 57.2 | 41.4 | 29.8 | 21.5 | |
P/B(倍) | 11.3 | 4.0 | 3.7 | 3.4 | 3.0 |
资料来源:Wind,国盛证券研究所注:股价为 2022 年 3 月 11 日收盘价
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2022 年 03 月 14 日 |
财务报表和主要财务比率
资产负债表(百万元) | 利润表(百万元) | ||||||||||
会计年度 | 2019A | 2020A | 2021E | 2022E | 2023E | 会计年度 | 2019A | 2020A | 2021E | 2022E | 2023E |
流动资产 | 9879 | 14286 | 16703 | 14639 | 17608 | 营业收入 | 9526 | 10161 | 11183 | 12375 | 13746 |
现金 | 2891 | 8224 | 8690 | 7357 | 8353 | 营业成本 | 7424 | 7913 | 8404 | 9121 | 9733 |
应收票据及应收账款 | 2185 | 2191 | 2629 | 2701 | 3219 | 营业税金及附加 | 35 | 36 | 46 | 48 | 52 |
其他应收款 | 701 | 200 | 792 | 305 | 914 | 营业费用 | 460 | 409 | 511 | 588 | 629 |
预付账款 | 152 | 251 | 193 | 298 | 247 | 管理费用 | 228 | 223 | 157 | 181 | 195 |
存货 | 3376 | 2781 | 3758 | 3338 | 4235 | 研发费用 | 738 | 735 | 882 | 1014 | 1166 |
其他流动资产 | 573 | 640 | 640 | 640 | 640 | 财务费用 | 143 | 16 | -45 | 19 | 31 |
非流动资产 | 6890 | 6678 | 7882 | 9334 | 10994 | 资产减值损失 | -71 | -49 | -200 | -50 | -40 |
长期投资 | 2136 | 3044 | 4050 | 5301 | 6780 | 其他收益 | 222 | 306 | 264 | 285 | 274 |
固定资产 | 1492 | 1401 | 1476 | 1551 | 1629 | 公允价值变动收益 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
无形资产 | 1050 | 1257 | 1389 | 1524 | 1638 | 投资净收益 | 114 | -40 | 126 | 361 | 594 |
其他非流动资产 | 2212 | 975 | 967 | 958 | 947 | 资产处置收益 | -0 | 3 | 0 | 0 | 0 |
资产总计 | 16769 | 20964 | 24584 | 23973 | 28601 | 营业利润 | 730 | 1041 | 1427 | 2002 | 2769 |
流动负债 | 5859 | 3685 | 6335 | 4274 | 6817 | 营业外收入 | 17 | 17 | 13 | 13 | 15 |
短期借款 | 781 | 0 | 0 | 0 | 0 | 营业外支出 | 6 | 5 | 3 | 4 | 5 |
应付票据及应付账款 | 2934 | 1794 | 3227 | 2223 | 3592 | 利润总额 | 741 | 1053 | 1436 | 2011 | 2780 |
其他流动负债 | 2144 | 1891 | 3108 | 2051 | 3224 | 所得税 | 102 | 165 | 212 | 306 | 416 |
非流动负债 | 6289 | 5324 | 5260 | 5195 | 5118 | 净利润 | 638 | 887 | 1225 | 1705 | 2363 |
长期借款 | 1053 | 500 | 436 | 371 | 294 | 少数股东损益 | 45 | 65 | 90 | 125 | 173 |
其他非流动负债 | 5237 | 4824 | 4824 | 4824 | 4824 | 归属母公司净利润 | 594 | 822 | 1134 | 1580 | 2190 |
负债合计 | 12148 | 9009 | 11596 | 9469 | 11935 | EBITDA | 1023 | 1174 | 1401 | 2016 | 2817 |
少数股东权益 | 297 | 326 | 416 | 541 | 714 | EPS(元) | 0.41 | 0.56 | 0.78 | 1.08 | 1.50 |
股本 | 900 | 1451 | 1463 | 1463 | 1463 | 主要财务比率 | |||||
资本公积 | 1451 | 7723 | 7723 | 7723 | 7723 | ||||||
留存收益 | 1788 | 2449 | 3405 | 4732 | 6563 | 会计年度 | 2019A | 2020A | 2021E | 2022E | 2023E |
归属母公司股东权益 | 4324 | 11629 | 12573 | 13963 | 15952 | 成长能力 | 5.2 | 6.7 | 10.1 | 10.6 | 11.1 |
负债和股东权益 | 16769 | 20964 | 24584 | 23973 | 28601 | 营业收入(%) | |||||
营业利润(%) | 37.2 | 42.6 | 37.1 | 40.3 | 38.3 | ||||||
归属于母公司净利润(%) | 37.9 | 38.5 | 38.0 | 39.2 | 38.6 |
获利能力
现金流量表(百万元) | 毛利率(%) | 22.1 | 22.1 | 24.9 | 26.3 | 29.2 | |||||
净利率(%) | 6.2 | 8.1 | 10.1 | 12.8 | 15.9 | ||||||
会计年度 | 2019A | 2020A | 2021E | 2022E | 2023E | ROE(%) | 13.8 | 7.4 | 9.4 | 11.8 | 14.2 |
经营活动现金流 | 3174 | 2315 | 1917 | 253 | 2621 | ROIC(%) | 5.5 | 4.2 | 5.7 | 7.9 | 10.3 |
净利润 | 638 | 887 | 1225 | 1705 | 2363 | 偿债能力 | 72.4 | 43.0 | 47.2 | 39.5 | 41.7 |
折旧摊销 | 253 | 336 | 203 | 232 | 261 | 资产负债率(%) | |||||
财务费用 | 143 | 16 | -45 | 19 | 31 | 净负债比率(%) | 105.8 | -24.2 | -26.0 | -14.5 | -19.0 |
投资损失 | -114 | 40 | -126 | -361 | -594 | 流动比率 | 1.7 | 3.9 | 2.6 | 3.4 | 2.6 |
营运资金变动 | 2121 | 864 | 661 | -1342 | 560 | 速动比率 | 1.0 | 2.9 | 1.9 | 2.4 | 1.8 |
其他经营现金流 | 132 | 172 | 0 | 0 | 0 | 营运能力 | 0.6 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
投资活动现金流 | -607 | -572 | -1281 | -1323 | -1327 | 总资产周转率 | |||||
资本支出 | 755 | 554 | 198 | 202 | 181 | 应收账款周转率 | 3.9 | 4.6 | 4.6 | 4.6 | 4.6 |
长期投资 | 219 | -13 | -1006 | -908 | -1479 | 应付账款周转率 | 2.9 | 3.3 | 3.3 | 3.3 | 3.3 |
其他投资现金流 | 367 | -31 | -2088 | -2029 | -2625 | 每股指标(元) | 0.41 | 0.56 | 0.78 | 1.08 | 1.50 |
筹资活动现金流 | -1703 | 3518 | -170 | -264 | -298 | 每股收益(最新摊薄) | |||||
短期借款 | -1573 | -781 | 0 | 0 | 0 | 每股经营现金流(最新摊薄) | 2.17 | 1.58 | 1.31 | 0.17 | 1.79 |
长期借款 | -614 | -553 | -64 | -65 | -77 | 每股净资产(最新摊薄) | 2.84 | 7.95 | 8.58 | 9.53 | 10.89 |
普通股增加 | 257 | 550 | 12 | 0 | 0 | 估值比率 | 79.2 | 57.2 | 41.4 | 29.8 | 21.5 |
资本公积增加 | -251 | 6272 | 0 | 0 | 0 | P/E | |||||
其他筹资现金流 | 478 | -1970 | -119 | -198 | -221 | P/B | 11.3 | 4.0 | 3.7 | 3.4 | 3.0 |
现金净增加额 | 868 | 5246 | 466 | -1333 | 996 | EV/EBITDA | 50.9 | 37.9 | 31.5 | 22.6 | 15.8 |
资料来源:Wind,国盛证券研究所注:股价为 2022 年 3 月 11 日收盘价
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2022 年 03 月 14 日 |
内容目录
一、x86 架构为当前全球 CPU 领域主流,生态丰富、性能强劲且市占率领先 .............................................................. 4 二、芯片厂商逐步放量,海光有望成为 x86 架构最优解 ............................................................................................ 8 风险提示 .............................................................................................................................................................. 13
图表目录
图表 1:不同指令集芯片特点比较 ............................................................................................................................ 4 图表 2:2014-2020 年全球 x86 服务器销售量占比 .................................................................................................... 4 图表 3:指令集背后的生态体系 ............................................................................................................................... 5 图表 4:M1 CPU 功耗比大幅优化 ............................................................................................................................. 6 图表 5:M1 CPU 速度提升至最高 3.5 倍 ................................................................................................................... 6 图表 6:2021Q4 AMD 在 x86 处理器市场占有率 ....................................................................................................... 7 图表 7:2017-2021 年 Intel 营业总收入和净利润(亿美元) ...................................................................................... 7 图表 8:2017-2021 年 AMD 营业总收入和净利润(亿美元) ..................................................................................... 7 图表 9:Alder Lake 内存及 IO Fabric ........................................................................................................................ 8 图表 10:E-core 架构性能及能耗比 .......................................................................................................................... 8 图表 11:Zen 3 架构相比 Zen 2 IPC 提升幅度 ........................................................................................................... 8 图表 12:Zen 3 架构能效相比 i9-10900K 提升幅度 .................................................................................................... 8 图表 13:部分 CPU 发展进展梳理 ............................................................................................................................ 9 图表 14:海光信息与 AMD 成立合资公司 ................................................................................................................ 10 图表 15:2017-2021 年海光信息收入及同比 ........................................................................................................... 10 图表 16:2017-2021 年海光信息利润及同比 ........................................................................................................... 10 图表 17:2019-2021 年海光信息芯片单价(元) .................................................................................................... 11 图表 18:2019-2021 年海光信息芯片出货量(万片) ............................................................................................. 11 图表 19:海光 CPU 演变情况 ................................................................................................................................. 11 图表 20:海光深算一号与国际同类型高端 GPU 产品对比 ......................................................................................... 12 图表 21:2015-2020 年英伟达数据中心业务收入 .................................................................................................... 12
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一、x86 架构为当前全球 CPU 领域主流,生态丰富、性能强劲 且市占率领先
x86 架构长期在桌面 PC 与服务器领域占据统治地位。x86架构芯片主要有两个特点:1)性能强。用户使用电脑的时候的操作往往是非常随机的,造成了指令也是无法预测,x86 为了增强对这种情况下的处理能力,加强了乱序指令的执行;同时,x86 架构还增强了 单核的多线程能力。2)功耗高。x86 为了增强乱序执行能力,就不得不把大部分的模块
都保持开启,并且始终也保持切换,这样做的直接后果就是耗电高。目前行业格局来看,x86 架构统治着桌面 PC 与服务器领域,ARM 架构统治着移动终端和嵌入式领域。在服 务器端,而 ARM 架构的服务器虽然性能能耗比、性价比较高,但软件支持较少、在满足 多样化的需求方面亦存在一定欠缺,尤其无法满足云计算厂商的需求。因此,x86 架构 在服务器领域拥有绝对统治地位,根据 IDC 数据,我国 x86 架构服务器市占率在 90%
以上,且未来几年有望逐步上升。
图表 1:不同指令集芯片特点比较
对比项 | x86 | ARM | MIPS |
指令集架构 | 复杂指令集(CISC) | 精简指令集(RISC) | 精简指令集(RISC) |
支持几乎所有服务器、
软件环境 | 移动操作系统 | 集中于移动操作系统 | 适用范围较小 |
开发程度 | 封闭架构 | 架构授权 | 架构授权但开源允许 |
改进 | |||
指令灵活程度 | 最高 | 最低 | 中等 |
处理能力 | 最强 | 较差 | 中等 |
执行效率 | 偏慢 | 最快 | 中等 |
功耗 | 高 | 低 | 低 |
适用领域 | PC、服务器 | 移动端 | 通用设备 |
生产厂商 | Intel、AMD | TI、三星、飞思卡尔、 | 龙芯 |
英伟达 |
资料来源:Intel、ARM、MIPS 公司官网,国盛证券研究所
图表 2:2014-2020 年全球 x86 服务器销售量占比
资料来源:海光信息公司公告,IDC,国盛证券研究所
生态体系是指令集的核心壁垒,x86 架构由 Intel 主导半个多世纪,生态体系最完善。
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不仅是应用能力的差异,每种广泛采用的指令集背后都有一个强大的生态系统,这个生 态系统入驻的有编译器、操作系统、芯片方案、应用程序等。x86 生态系统占据食物链 顶层的是 Intel 和微软;占据 ARM 生态系统食物链顶层的是高通、苹果和三星。由于各 自形成了庞大的生态系统,各环节之间相互绑定,指令集成为了一道非常高的壁垒。x86 架构由 Intel 主导了半个多世纪,已经形成了完善的产业和生态环境,从各类配套芯片、
操作系统、数据库、中间件到大量丰富的应用软件应有尽有,是整个产业中最庞大、最 完善、应用最广泛的处理器架构。例如,x86 架构兼容老旧应用程序的能力非常强。当 年,8086 把 8 位的 8080 升级为 16 位的时候,80386 升级到 32 位的时候,都完全兼容 旧有的程序。直到今天,Intel 的处理器依然支持虚拟 8086 模式,在此模式下,可以运 行 30 多年前的 8086 程序。多年积累下来,生态体系会越来越庞大。
图表 3:指令集背后的生态体系
层级 | 概念 | 作用 | 典型厂商/产品 |
SOC 芯片 | 集成了多个 IP Core, | SOC 厂商要负责集成、调试驱动,并进行 HAL | X86、ARM、MIPS、Power 等 |
IP 厂商(如 ARM)会 | (Hardware Abstraction Layer;硬件抽象层) | ||
提供相应的库和驱动 | 的开发、设计测试用例、验证芯片 | ||
EDA 软件 | EDA,电子设计自动化 | CPU 设计的过程是一个系统工程,需要多种 EDA | 全球主流的 EDA 软件提供商: |
(Electronics Design | 工具的辅助设计。IP 集成设计和测试用的 EDA | Synopsys 、 Cadence 、 Mentor | |
Automation) | 工具分为前端和后端工具 | Graphics |
编译器 | “高级语言”翻译为 | 编译器的转换可以实现同一操作系统在不同架 | 最常用的编译器便是 GCC,支持 |
构 CPU 上进行迁移。如 Linux 下可用的编译器 | |||
有 GCC、EGCS 和 PGCC。编译器大部分由对于 | |||
众多语言包括 C、C++、Ada、 | |||
“低级语言”的程序 | 的编程语言的开源组织进行开发,有些公司也会 | ||
Object C 和 Java 等 | |||
在这个开源编译器的基础上进行一定的优化作 |
配 套 芯 片 | BIOS,“基本输入/ | 为内部自用 | 常见的 BIOS 芯片有 Award、AMI、 |
输 出 系 统 ( Basic | 它是一小段代码,植入 PC 主板,负责处理硬件 | ||
( 主 要 是 | |||
Input/Output | 的基本初始化、启动任务 | Phoenix、MR 等 | |
BIOS) | |||
System)” | |||
操作系统 | 操作系统是用户和计 | 操作系统的功能包括管理计算机系统的硬件、软 | Windows、Linux、Solaris、MacOS、 |
算机的接口,同时也 | |||
件及数据资源,控制程序运行,改善人机界面, | |||
是计算机硬件和其他 | |||
为其它应用软件提供支持,让计算机系统所有资 | Android、iOS 等 | ||
软件的接口(同样适 | |||
源最大限度地发挥作用 | |||
用于移动设备) |
应用软件(Application
应用软件 | Software)是用户可 | x86 架构不仅能够支持大量的第三方软件可供 | Office 系列,Adobe 的设计软件 |
以使用的各种程序设 | 选择,也有大量的软件编程工具可以帮助用户完 | ||
PS、AI 等专业型软件等等大量应 | |||
计语言,以及用各种 | 成用户希望完成的工作。x86 发展了几十年,有 | ||
用 | |||
程序设计语言编制的 | 着数以亿计的应用软件,尤其是生产力工具层面 |
应用程序的集合
资料来源:相关公司网站,国盛证券研究所
苹果 M1 芯片基于 ARM 架构性能进步显著,但短期仍难解决生态适配问题。
1)2020 年 11 月,苹果正式发布 M1 芯片,采用 ARM 架构、RISC 指令集,为首款专为 Mac 打造的芯片,性能出色、功能强大、能效表现优越。这款低耗能芯片搭载了苹果最
快的中央处理器核心,拥有卓越的中央处理器性能功耗比;配备了其最快的个人电脑集 成显卡;它的 Apple 神经网络引擎更带来了突破性的机器学习性能。得益于此,M1 芯 片将中央处理器速度提升至最高 3.5 倍,将图形处理器速度提升至最高 6 倍,将机器 学习的速度提升至最高 15 倍,而且在实现这一切的同时,还将电池续航时间最高提升 至上一代 Mac 机型的 2 倍。这些性能和能效上的跃升,意味着 M1 芯片将 Mac 带入
一个全新纪元。
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2022 年 03 月 14 日 | ||
图表 4:M1 CPU 功耗比大幅优化 | 图表 5:M1 CPU 速度提升至最高 3.5 倍 |
资料来源:Apple 官网,国盛证券研究所
资料来源:Apple 官网,国盛证券研究所
2)虽然 M1 系列芯片性能强势,但作为苹果 OS 生态中的一员,其依旧有一定缺陷,其 中生态问题或最为突出。在 PC 端,“Wintel”或为使用人群最多的生态体系之一,其中 Windows 一直以来都是搭载于 x86 架构、使用 CISC 指令集,而其上建立的各种软硬件 生态,长久以来亦是深度适配于 x86 路线的“Wintel”体系。这意味着 Windows 及相关 软件生态想要调用到 M1 的 GPU,就需要重新编写程序代码,且微软还需要重新开发一
套启动程序及匹配硬件控制逻辑。
3)短期内,M1 与 Windows 适配问题依旧难以解决。根据澎湃新闻报道,早在几年前,高通推出 ARM 电脑处理器时,微软就成立“Windows on ARM”项目,让 Windows 上 从 x86 到 ARM 进行效率转化,但结果差强人意,最终搭载高通 ARM 处理器的笔记本电 脑只能使用安卓系统。M1 芯片推出后,微软只能宣布在 M1 Mac 上运行 ARM 版 Windows 11 将不是“受支持的场景”;Windows 11 不会通过虚拟化或其他方式为 M1 Mac 提供官
方支持。
即使近年 AMD 依靠 Zen 架构强势崛起,但服务器市场主流依然是 Intel,体现 B 端业 务壁垒。1)Zen 架构表现优异,使得 AMD 市占率持续提升。2017 年 2 月 21 日,AMD 正式公布了 Ryzen 的初步规格、性能、价格,Zen 架构实际提升幅度高达 52%。2017 年 3 月,AMD 推出 x86 微处理器 Ryzen 系列,即 Ryzen 7、Ryzen 5 和 Ryzen 3。由于 Ryzen 系列具有较高的性价比,AMD 的全球市场份额在近年来首次出现上涨趋势,尤其 在欧洲地区,其月销售份额由 2017 年 3 月的 35.6%上涨到 8 月的 54.0%。面对激烈的 竞争,Intel 随即宣布将产品全线降价,降幅最高达 2000 元。另外,AMD 已经至少规划 到了 Zen 5 架构,未来数年 AMD 公司的 CPU 产品竞争力或将持续提升。2)根据 CPU Benchmarks 数据,2006 年以来,AMD 在 PC 市场的份额不断下降,从 2006 年的 50% 左右下滑到 2016 年的不到 20%。而 2017 年第一季度 AMD 发布 Zen 架构产品以来,市 场占有率开始不断提升。2021Q4,根据统计机构 Mercury Research 数据显示,AMD 占 比达到 25.6%,环比提升 1 个百分点、同比增加 3.9 个百分点,主要贡献来自于服务器、游戏主机产品:1、服务器市场: AMD 份额达到 10.7%,环比提升 0.6 个百分点,同比 提升 3.6 个百分点。2、桌面级市场:AMD 份额达到 16.2%,环比下降 0.8 个百分点、同比下降 3.1 个百分点。3、笔记本市场:市场份额达到 21.6%,环比下降 0.4 个百分点、同比提升 2.6 个百分点。3)可见,海光获得授权的 Zen 架构方案属于国际顶级水平,基 于较高的技术起点,公司未来有望成为国内 x86 顶级架构 CPU 的核心供应商。
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图表 6:2021Q4 AMD 在 x86 处理器市场占有率
资料来源:Mercury Research,驱动之家,国盛证券研究所
图表 7:2017-2021 年 Intel 营业总收入和净利润(亿美元)
900 | 营业总收入 | 净利润 | 收入同比(%) | 14.00 | |||
800 | 12.00 | ||||||
700 | |||||||
10.00 | |||||||
600 | |||||||
500 | 8.00 | ||||||
6.00 | |||||||
400 | |||||||
300 | 4.00 | ||||||
200 | |||||||
2.00 | |||||||
100 | |||||||
0 | 0.00 | ||||||
2017 | 2018 | 2019 | 2020 | 2021 |
图表 8:2017-2021 年 AMD 营业总收入和净利润(亿美元)
180 | 营业总收入 | 净利润 | 收入同比(%) | 80.00 | ||
160 | 70.00 | |||||
140 | ||||||
60.00 | ||||||
120 | ||||||
50.00 | ||||||
100 | ||||||
40.00 | ||||||
80 | ||||||
30.00 | ||||||
60 | ||||||
40 | 20.00 | |||||
20 | 10.00 | |||||
0 | 0.00 | |||||
2017 | 2018 | 2019 | 2020 | 2021 |
资料来源:Intel 年报,国盛证券研究所 | 资料来源:AMD 年报,国盛证券研究所 |
Intel(12 代)和 AMD(Zen3)性能显著提升,x86 架构的领先优势持续巩固。1)2021 年 10 月,Intel 发布全新 12 代酷睿 AlderLake 桌面处理器,采用最新公布的 Intel7 节点工艺打造,采用全新混合架构,最高 125WTDP,并搭载 IntelThreadDirector 硬件 调度器,支持 DDR5 和 PCIe5.0 等。其内存和 IO Fabric 全面提升,分别高达 204GB/s 和 64GB/s;采用全新的小核 E-Core 架构,比双核 Skylake CPU 性能提升 80%以上,且 能耗比也提升 80%;同时,Alder Lake CPU 还将配备一个硬件线程调度器,该调度程序 将与操作系统调度程序进行通信,这项技术称为 Intel Thread Director,可根据电源设置
和发热情况动态调整。
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图表 9:Alder Lake 内存及 IO Fabric
图表 10:E-core 架构性能及能耗比
资料来源:Intel 官网,国盛证券研究所
资料来源:Intel 官网,国盛证券研究所
2)2020 年 10 月,AMD 在发布会上介绍新一代 Ryzen 处理器及新的 Zen 3 架构,在提
升单线程性能、统一核心与缓存、提升通信效率并降低延迟、继续提高能效比等方面均 有显著提升。基于多种改进,Zen 3 架构 IPC 提升多达 19%,来自前端、载入/存储、执 行引擎、缓存预取、微操作缓存、分支预测等部分的合力贡献;同时,能效方面,Zen3 架构的锐龙 9 5950X、锐龙 9 5900X 相比于 i9-10900K 分别达到了 2.8 倍、2.4 倍;延迟 方面,也统一了 8 核心与 32MB 三级缓存。
图表 11:Zen 3 架构相比 Zen 2 IPC 提升幅度
图表 12:Zen 3 架构能效相比 i9-10900K 提升幅度
资料来源:AMD 官网,国盛证券研究所 | 资料来源:AMD 官网,国盛证券研究所 |
二、芯片厂商逐步放量,海光有望成为 x86 架构最优解
芯片厂商逐步放量,各大生态体系架构落地加速。1)“麒麟”、“海光”、“龙芯”、“飞腾”为 CPU 典型代表,各自基于不同的路线选择均取得快速进步。2)海光 CPU 系列产品 兼容 x86 指令集以及国际上主流操作系统和应用软件,性能优异,软硬件生态丰富,
安全可靠,得到了国内用户的高度认可,已经广泛应用于电信、金融、互联网、教育、交通等重要行业或领域。3)“飞腾处理器”是国防科技大学计算机学院开发的银河飞腾 系列通用 CPU,得到国家“核高基”项目的专项资金支持,采用 ARM 64 位 V8 系列处 理器架构。根据飞腾官方微信公众号,2020 年,飞腾公司全年芯片交付已达到 150 万 片,实现营收 13 亿元,相比 2019 年增长 5 倍以上;合作伙伴数量约 1600 家、完成了
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与 423 个合作伙伴的 924 个项目开案设计与支持。根据中国长城公司公告,2021H1,飞腾信息实现营业收入 11.8 亿元,同比增长约 250%;实现净利润 4.6 亿元,同比增长 约 850%。4)2001 年 5 月,在中科院计算所知识创新工程的支持下,龙芯课题组正式 成立。龙芯是中国科学院计算所自主研发的通用 CPU,采用 MIPS 指令集。根据龙芯中 科招股说明书,公司已于 2020 年 4 月主动停止延续 MIPS 许可协议(公司仍有权生产、
分销和销售已商业化的芯片产品并按许可协议支付版税),并推出自主指令系统 LoongArch 目前在研 CPU 项目及新研发的 CPU 产品均基于 LoongArch 指令系统。5)目
前,以海思、海光、飞腾、龙芯等为代表的芯片厂商逐步实现规模化商用,并逐渐搭建
起健康的产业生态,芯片产业发展有望进入正循环轨迹。
图表 13:部分 CPU 发展进展梳理
产品系列 | 指令系统分类 | 研发单位 | 架构 | 研发情况 | 商业化情况 |
麒麟 | 兼容国际主流 | 华为海思 | ARM | 麒麟 9000 芯片于 2020 年 10 月发布,基于 | 手机市场实现 |
5nm 工艺制程打造,集成多达 153 亿个晶体 | |||||
管,包括一个 3.13GHzA77 大核心、三个 | |||||
规模商业化 | |||||
2.54GHzA77 中核心、四个 2.04GHzA55 小 |
海光 | 兼容国际主流 | 海光信息 | 获得 x86 授 | 核心 | 已有两代产品 | |
海光一号及二号实现商业应用个,海光三号 | ||||||
实现商业化应 | ||||||
权 | 完成产品验证,海光四号处于研发阶段 | |||||
用 | ||||||
飞腾 | 兼容国际主流 | 国防科技大 | ARM | 服务器 S2500、FT2000+/64、FT1500A/16 | 部分领域实现 | |
芯片,桌面 D2000、FT2000/4、FT15000A/4 | ||||||
学 | 规模化商用 | |||||
芯片,嵌入式 FT2000A/2 芯片等 | ||||||
龙芯 | 兼容国际主流 | 中国科学院 | MIPS | 、 | 龙芯 1 号系列、龙芯 2 号系列主要面向工控 | 部分领域实现 |
计算所 | 规模化商用 | |||||
LoongArch | 类应用;龙芯 3 号系列主要面向信息化应用 | |||||
兆芯 | 兼容国际主流 | 上海兆芯 | x86 | ZX-C+系列、KH-30000 系列、KH-20000 系 | 部分领域实现 | |
列 | 规模化商用 |
资料来源:快科技,海光信息公司公告,龙芯中科公司公告,飞腾官网,申威官网,兆芯官网,国盛证券研究所
海光信息于 2016 年与 AMD 成立合资公司,合法获得完整 Zen 架构设计方案,具备优 秀研发基础。1)根据 AMD 的 2016 年 Q1 的业绩报告:将与天津海光先进技术投资有限 公司成立合资公司,授权其生产服务器处理器。AMD向合资公司提供x86芯片技术许可,合资公司将利用该技术开发只在中国销售的服务器芯片。作为回报,AMD 未来几年预计 可获得 2.93 亿美元许可费和版税收入。2)其中,海光微电子是 AMD 控股 51%而天津 海光控股 49%的企业,另外一家集成电路设计公司则是由天津海光主要控股 70%,而 AMD 公司控股 30%。前者主要享有授权 IP 所有权并负责芯片的生产工作,后者负责芯 片设计和销售工作。3)自技术许可协议签署以来,公司与 AMD 各自独立开展研发工作,AMD 已更新其处理器核心微结构、SoC 架构等技术,双方产品及技术研发路径已产生差 异,AMD 使用反授权相关技术的可能性很低。
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图表 14:海光信息与 AMD 成立合资公司
资料来源:Wind,国盛证券研究所
IC 设计的核心要素是人才,海光已经汇集了国内乃至全球的顶级芯片设计团队。1)Zen 架构是由芯片设计大师 Jim Keller 于 2015 年设计完成。而他在 2003 年主导开发了 AMD 著名的 K7/K8 架构,带领 AMD 率先进入 64 位时代,其后转投苹果领导了 A4/A5 处理器 开发,成就了 iPhone4/4S。后来,他又在 2012 年回归 AMD,领导开发出了 Zen 架构。可见,IC 设计领域的核心要素是人才。2)海光已经汇集了国内乃至全球的顶级芯片设 计团队。中科曙光董事长李国杰为国内计算机领域泰斗,1999 年至 2011 年曾任中国科 学院计算技术研究所所长,1995 年当选中国工程院院士,曾发起龙芯项目。根据公司公 告,公司骨干研发人员多拥有国内外知名芯片公司的就职背景,拥有成功研发 x86 处理 器或 ARM 处理器的经验,截至 2021 年 12 月,海光信息研发技术人员共 1,031 人,占 公司员工比例达到 90.20%;拥有硕士及以上学历 749 人,占员工总人数的 65.53%。
高端 x86 处理器率先成功流片,已实现大规模商业化应用。1)根据公司公告,公司在
国内率先完成了高端通用处理器和协处理器产品成功流片,并实现了商业化应用。其中,海光 CPU 系列产品兼容 x86 指令集以及国际上主流操作系统和应用软件,性能优异,软
硬件生态丰富,安全可靠,得到了国内用户的高度认可,已经广泛应用于电信、金融、互联网、教育、交通等重要行业或领域;海光 DCU 系列产品以 GPGPU 架构为基础,兼 容通用的“类 CUDA”环境以及国际主流商业计算软件和人工智能软件,软硬件生态丰 富,可广泛应用于大数据处理、人工智能、商业计算等应用领域。2)2021 年,公司营 业收入达到 23.10 亿元,同比增长 126.07%;实现归母净利润 3.27 亿元,已成功扭亏
为盈,收入及利润均高速增长。
图表 15:2017-2021 年海光信息收入及同比 | 图表 16:2017-2021 年海光信息利润及同比 |
25 | 营业总收入(亿元) | 同比(%) | 800.00 | |||
20 | 700.00 | |||||
600.00 | ||||||
15 | 500.00 | |||||
10 | 400.00 | |||||
300.00 | ||||||
5 | 200.00 | |||||
100.00 | ||||||
0 | ||||||
0.00 | ||||||
2017 | 2018 | 2019 | 2020 | 2021 |
资料来源:海光信息公司公告,国盛证券研究所
3.5 | 2017 | 归母净利润(亿元) | 2020 | 同比(%) | 1,000.00 | |
3 | 2018 | 2019 | 2021 | 800.00 | ||
2.5 | ||||||
2 | 600.00 | |||||
1.5 | ||||||
400.00 | ||||||
1 | ||||||
0.5 | ||||||
200.00 | ||||||
0 | ||||||
-0.5 | ||||||
0.00 | ||||||
-1 | ||||||
-1.5 | -200.00 |
资料来源:海光信息公司公告,国盛证券研究所
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产品单价维持高位,且出货量高速增长,主要由海光一号及二号贡献。1)根据公司公 告,2019-2021 年公司 7000 系列芯片单价由 6913 元提升至 8574 元、5000 系列由 4190 元提升至 6697 元、3000 系列由 1250 元略降至 1046 元,保持相对稳定。均价来看,总 体由 2019 年 4340 元/片下降至 2021 年 4003 元/片,由于较低单价 3000 系列产品出货 量快速增长。2)出货量方面,2021 年,海光信息芯片总计出货量约为 57.7 万片,同比 增长 148.46%。其中 7000 系列 17.5 万片、5000 系列 2.9 万片、3000 系列 36 万片。
图表 17:2019-2021 年海光信息芯片单价(元) | 图表 18:2019-2021 年海光信息芯片出货量(万片) |
10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 | 7000系列 | 5000系列 | |
3000系列 | 均价 | ||
2019 | 2020 | 2021 |
资料来源:海光信息公司公告,国盛证券研究所
70 60 50 40 30 20 10 | 8000系列 | 3000系列 | 5000系列 | 7000系列 | |||||
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数据处理、人工智能、商业计算等计算密集类应用领域,主要部署在服务器集群或数据
中心,为应用程序提供高性能、高能效比的算力,支撑高复杂度和高吞吐量的数据处理
任务。
2)在性能方面,选取公司深算一号和国际领先 GPU 生产商 NVIDIA 公司高端 GPU 产品(型号为 A100)及 AMD 公司高端 GPU 产品(型号为 MI100)进行对比,可看出,在典
型应用场景下,公司深算一号指标达到国际上同类型高端产品的水平。
图表 20:海光深算一号与国际同类型高端 GPU 产品对比
项目 | 海光 | NVIDIA | AMD |
品牌 | 深算一号 | Ampere 100 | MI 100 |
生产工艺 | 7nm FinFET | 7nm FinFET | 7nm FinFET |
核心数量 | 4096(64CUs) | 2560 CUDA | 120CUs |
processors, 640 |
内核频率 | Tensor processors | Up to 1.5GHz(FP64) | |
Up to 1.5GHz(FP64) Up to 1.7Ghz(FP32)Up to 1.53Ghz | |||
Up to 1.7Ghz(FP32) | |||
显存容量 | 32GB HBM2 | 80GB HBM2e | 32GB HBM2 |
显存位宽 | 4096bit | 5120bit | 4096bit |
显存频率 | 2.0GHz | 3.2GHz | 2.4GHz |
显存带宽 | 1024GB/s | 2039GB/s | 1228GB/s |
TDP | 350W | 400W | 300W |
CPUtoGPU 互联 | PCIe Gen4 x 16 | PCIe Gen4 x 16 | PCIe GEN4 x 16 |
GPUtoGPU 互联 | xGMI x 2, | NVLink | Infinit yFabric x 3 |
Up to 184GB/s | up to 600GB/s | up to 276GB/s |
资料来源:海光信息公司公告,国盛证券研究所
3)随着人工智能、数据挖掘等新技术的发展,对海量数据的计算和处理能力要求日益提 升。作为 GPU 领域代表企业,NVIDIA 数据中心业务收入在 2015 年仅为 3.4 亿美元,2021 年已达到 106 亿美元,复合增长率达到 77.41%,佐证下游数据中心市场对于泛人工智 能类芯片的旺盛需求。随着 GPU 的应用范围逐渐扩大、性能需求持续强化,我们预计公 司 GPU 产品有望成为新的成长曲线、打开公司业务增量成长空间。
图表 21:2015-2020 年英伟达数据中心业务收入
收入(亿美元)
120 | ||||||||||||||
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亿。维持“买入”评级。
风险提示
服务器行业竞争加剧:国内服务器行业竞争白热化,尤其是近年云计算厂商采购白牌服 务器等,行业厂商整体毛利率普遍下行。如果未来再掀起价格战,可能影响上市公司盈 利能力。
芯片量产化不及预期:公司 x86 芯片方案从设计到量产,需要与晶圆加工厂磨合,与下 游厂商进行沟通、优化,其间存在摩擦成本,可能会影响芯片量产能力。
贸易摩擦加剧:海光信息旗下合资公司 x86 芯片技术许可来自 AMD,贸易摩擦进一步加 剧可能会对公司经营产生不利影响。
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投资评级说明
投资建议的评级标准 | 评级 | 说明 | |
评级标准为报告发布日后的 6 个月内公司股价(或行业 指数)相对同期基准指数的相对市场表现。其中 A 股市 场以沪深 300 指数为基准;新三板市场以三板成指(针 对协议转让标的)或三板做市指数(针对做市转让标的) 为基准;香港市场以摩根士丹利中国指数为基准,美股 市场以标普 500 指数或纳斯达克综合指数为基准。 | 股票评级 | 买入 | 相对同期基准指数涨幅在 15%以上 |
增持 | 相对同期基准指数涨幅在 5%~15%之间 | ||
持有 | 相对同期基准指数涨幅在-5%~+5%之间 | ||
减持 | 相对同期基准指数跌幅在 5%以上 | ||
行业评级 | 增持 | 相对同期基准指数涨幅在 10%以上 | |
中性 | 相对同期基准指数涨幅在-10%~+10%之 间 | ||
减持 | 相对同期基准指数跌幅在 10%以上 |
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