報告提綱：

一、CPU投資邏輯框架

從指令集架構看CPU市場格局CPU產業鏈:先進製程數字晶片產業鏈當前國產CPU發展的三大路線我們如何看待國產CPU未來格局

二、詳解CPU:IC產業中的“珠穆朗瑪峰”

CPU的定義及內部結構 CPU的指令集與微架構 CPU發展歷程與未來趨勢剖析CPU的需求側與供給側分析

三、知己知彼:CPU的全球格局與行業龍頭

伺服器CPU全球市場格局:霸主英特爾，追趕者AMD英特爾:七大系列產品全覆蓋AMD:持續發力的追趕者蘋果:M1晶片橫空出世

四、國產CPU自主之路:詳解六大國產CPU

國產CPU的發展歷程:再度起航CPU國產化分析:嚴重依賴進口詳解六大國產CPU:國產CPU第一梯隊國產CPU其他標的報告摘要：

一、CPU投資邏輯框架

國產CPU產業鏈—先進製程數字晶片產業鏈

CPU是數字晶片，基於製程越小，效能越好的規律，CPU產業鏈是先進製程數字晶片產業鏈。當前國產CPU產業鏈進口替代:設計環節，華為鯤鵬，飛騰等龍頭已經躋身世界一流水平，封測環節，通富承接AMD7nmCPU封測，14nm及以下結點的先進製程，裝置、材料、EDA/IP、製造等環節與國外領先 龍頭差距較大，目前仍採用“外迴圈為主+內迴圈為輔”的模式。

海外CPU產業鏈—先進製程數字晶片產業鏈

CPU產業鏈的巨頭大多集中在海外，它們位居產業鏈各個環節核心，對全球CPU行業起著決定性的作用。 設計環節:英特爾和AMD幾乎壟斷通用型CPU的市場;裝置、材料、EDA/IP等環節國內龍頭與國外龍頭差距較大，國產化率較低;製造環節:目前只有臺積電和三星有5nm製程生產能力，但均需使用美國裝置; 封測環節:目前中國臺灣、中國大陸、美國三分天下。

我們如何看待國產CPU未來格局

除了先進製程某些環節缺失以外，國產CPU還存在一個嚴重的短板，即來自於國內CPU生態建設的落後。生態對於CPU產業影響極大。上世紀90年代，以複雜指令集為代表的英特爾憑藉著與微軟的Wintel體系，在通用CPU領域佔據了絕大多數份額，至今仍牢不可破。精簡指令集則被逐漸擠壓到嵌入式市場，後來智慧手機興起後才獲得新生:ARM透過構築與Android的生態合作(AA體系)，佔據了全球95%的移動晶片授權市場。 對於X86核心授權的廠商:生態最為完善，但發展存在安全可控和技術授權兩大壁壘，海光自去年被美國政府列入實體清單後，AMD表示最新的架構不再進行授權，兆芯使用威盛電子的x86早期授權，效能相對落後。對於Arm指令集授權廠商:生態體系與安全可控最為平衡，且透過架構授權把握主動權，隨著Arm生態愈發繁榮，若不考慮美國實體清單的負面影響，前景最為光明。對於自研架構廠商:完全自主可控的引領者，厚積而薄發，其最大的瓶頸在於生態壁壘。總結:目前國產CPU主要需求來自伺服器、政企、工業等市場，鮮少出現在消費級市場。我們認為基於安全的自主可控是推動國產CPU成長的主要力量，且基於架構的差異性帶來的應用不同，我們認為指令集架構不會直 接消亡，不同架構都會衍生出行業龍頭，考慮通用CPU等格局極為穩固，可關注物聯網以及汽車等新興領域。

二、詳解CPU:IC產業中的“珠穆朗瑪峰”

CPU指令集的發展趨勢:更多、更全

指令集升級的“更多”:指令集總數的 上升以及指令集的二進位制位數上升。縱觀CPU指令集的發展史，新指令集的 產生不會廢除原有的指令集。指令集的 發展是採用疊加的方式進行的，以保證 整個系統的相容性。例如第11代酷睿 Tigerlake比上代的Icelake，多了虛擬 化的VT-X指令集。指令集升級的“更全”:新CPU相較於 舊CPU對單一大類下的指令集子類支援 更全面。

CPU指令集的發展趨勢:ARM奮起直追X86

微架構是指令集在CPU中的執行方法。指令集和微架構共同構成了CPU核心，它們決定了CPU每個週期內的指令數，並最終影 響CPU的效能。所以指令集從根部支撐CPU的運作，處於核心的地位。 ARM於2011年進入64位時代，比X86-64晚了十年。但是ARM憑藉開源、異構運算、可定製化等一系列優勢，在蘋果、高通 、三星、華為、英偉達等方面的努力下，ARM架構立足於低功耗的移動市場，緊抓雲化和移動計算的時代紅利，不斷向高效能 臺式和伺服器領域衝擊。在移動計算領域，蘋果A系列和M1處理器逐步趕超英特爾的X86處理器。蘋果A13在電晶體密度與1165g7相近，執行緒數少於 對方1/4，主頻低於對方1/2的情況下，在效能方面領先英特爾1年，我們強烈看好Arm未來前景。並且蘋果在軟體生態上透過 Rosetta 2和Universal 2，使原先基於X86的軟體可以無縫地執行在M1晶片中，軟體生態已經不再成為ARM的阻礙了。在伺服器領域，ARM的新星架構“Neoverse”，在單核心方面追平AMD和Intel的伺服器CPU的同時，憑藉ARM平行計算、 能耗控制、易拓展性的優勢，在多核效能方面超過對手60%以上。ARM的效能已經不再成為短板。

CPU製程的發展趨勢:先進製程為導向

CPU效能的三大決定因素為主頻、IPC、指令數。這些因素中主頻通常是由CPU的製程決定的。製程在過去通常表示電晶體或柵極長度等特徵尺寸，不過出於營銷的需要，現在的製程已經偏離了本意，因此單純 比較奈米數沒有意義。按英特爾的觀點，每平方毫米內的電晶體數(百萬)更能衡量制程。據此，臺積電和三星的7nm工藝更接近英特爾的10nm工藝。先進的製程可以降低每一個電晶體的成本，提升電晶體密度，在CPU體積不變下實現更高的效能;先進製程可以提 升處理器的效能，在效能不變的情況下，減少發熱或在發熱不變的情況下，透過提升主頻來拉高效能。先進製程的主要目的是降低平面結構帶來的漏電率問題，提升方案可以透過改變工藝，如採用FinFET(鰭式場效應 電晶體)或GAA(環繞式柵極);或採用特殊材料，如FD-SOI(基於SOI的超薄絕緣層上矽體技術)。

CPU製造的發展趨勢:Fab+Fabless為導向。

三、知己知彼:CPU的全球格局與行業龍頭

伺服器CPU全球市場格局:霸主英特爾，追趕者AMD

IDC釋出了有關2020年第三季度伺服器市場的報告，該報告顯示AMD和ARM在過去12個月中所佔份額 均在增長。該季度的總收入為$22.6B，同比增長2.2%，較二季度20%的同比增長率有明顯下降。原因 在於疫情爆發初期，各公司為了避免資料中心的短缺而大幅增加採購，這使得第二季度伺服器銷量大增 ，但也透支了隨後兩個季度的增長潛力。搭載AMDCPU的伺服器全球收入同比增長112.4%，由於基於ARM的伺服器的基數很小，同比增長 430.5%。根據Mercury Research的資料，英特爾仍然佔據著伺服器市場的大部分份額，估計佔據了 95.5%的市場份額，但AMD在這一領域正在逐步發展。得益於第二代Epyc處理器“羅馬”，AMD的伺服器CPU市佔率在短短兩年內從1%增長到了8%。隨著 AMD釋出第三代Epyc處理器“米蘭”，其伺服器市場份額有望達到15%。由於AMD伺服器晶片的較高 價效比及臺積電7納米制程技術的加成，越來越多的資料中心開始採購AMD的產品。

蘋果:M1晶片橫空出世，Arm架構重大突破

四、國產CPU自主之路:詳解六大國產CPU

國產CPU進口替代的緊迫性

中國CPU市場規模和潛力非常大，龐大的整機制造能力意味著巨量的CPU採購。雖然近些年，計算機整機 和智慧手機產量增長都出現瓶頸，但由於這兩類產品體量龐大，2019年國內智慧手機出貨量為3.72億部 ，電子計算機整機年產量達到3.56億臺，CPU的需求量大且單品價值非常高，市場規模依然非常可觀。同時，伺服器CPU伴隨著整機出貨的快速成長，需求量增長也較為迅速。據統計，2018年國內伺服器出 貨量達到330.4萬臺，同比增長26%，其中網際網路、電信、金融和服務業等行業的出貨量增速也均超過 20%。另外，國內在物聯網、車聯網、人工智慧等新興計算領域，對CPU也存在海量的需求。據統計，近年來中國積體電路自給率不斷提升，2018年為13%，預計2020年有望提升至15%，但仍然 處於較低水平。根據國務院印發的《新時期促進積體電路產業和軟體產業高質量發展的若干政策》，中國 晶片自給率要在2025年達到70%，這將產生8000億元的國產晶片需求。中國晶片產業發展空間非常大。

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