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中金:云计算开启国产CPU和AI芯片的腾飞之路

2020年6月12日 08:30:48

本文转自微信公众号“乐平科技视角”,作者:黄乐平、成乔升、韦昕、丁宁、闫慧辰。

投资建议

我们认为,国产CPU和AI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展机会。

理由

未来五年计算芯片国产化市场空间超过500亿美元。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快速发展,计算芯片进口替代空间进一步打开。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CPU的三条替代路径: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)、中国长城(未覆盖)、华为(未上市)、阿里(互联网组覆盖),以及计算产业链上的浪潮、联想等公司。

国产AI芯片的进口替代机会,从云端AI芯片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、平头哥等中国企业推出了具有竞争力的云端训练和推理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

处理器国产化替代进程不及预期。 

图表1: 全球主要国家GDP与算力情况

image.png资料来源:国际货币基金组织,华为,中金公司研究部

图表2: 全球处理器芯片的主要应用、类型和主要竞争者

image.png资料来源:iHS,Intel,AMD,中金公司研究部

图表3: 全球服务器计算芯片市场规模预测

image.png资料来源:MercuryResearch,AMD财报,NVIDIA财报,Intel财报,中金公司研究部

图表4: 中国服务器处理器市场规模预测

image.png  资料来源:MercuryResearch,中金公司研究部 

图表5: 服务器及消费级CPU的软硬件、架构有所不同

image.png资料来源:中金公司研究部 

图表6: 国产CPU生态链

image.png资料来源:中金公司研究部 

图表7: CPU架构发展情况及中国厂商布局

image.png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 

图表8: 海光、兆芯x86 CPU与Intel、AMD CPU性能差距

image.png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。 

图表9: 鲲鹏计算产业发展规划

image.png资料来源:鲲鹏计算产业发展白皮书,中金公司研究部 

图表10: 飞腾处理器+麒麟操作系统的PK体系发展规划

image.png  资料来源:中国电子信息产业集团,中金公司研究部 

图表11: 基于龙芯产品的全国产产业链

image.png  资料来源:龙芯官网,中金公司研究部 

图表12: AI芯片投资地图

image.png资料来源:中金公司研究部 

图表13: 主要云端训练芯片对比

image.png  资料来源:NVIDIA,Google,Habana,阿里平头哥,燧原,百度等公司官网,中金公司研究部 

图表14: 主要云端推断芯片对比

image.png  资料来源:NVIDIA,Google,Habana,Groq,依图等公司官网,中金公司研究部 

图表15: 车载AI芯片对比

image.png  资料来源:NVIDIA,Mobileye,地平线,黑芝麻,中金公司研究部

(编辑:郑雅郡)

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