半導(dǎo)體行業(yè)：APU賽道分析

1、請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分核心觀點1、行業(yè)總覽：物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域爆發(fā)+國產(chǎn)進程加速，國產(chǎn)APU廠商迎來歷史發(fā)展機遇應(yīng)用處理器APU主要運用于智能移動及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，作為電子產(chǎn)品核心芯片，市場空間廣闊：1）在智能移動領(lǐng)域，手機作為最重要的智能終端，出貨量及市場規(guī)模均居全球消費電子首位，2019年全球 智能手機出貨量高達13.7億部；2）在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，由于碎片化特征，下游應(yīng)用超過300種。據(jù)麥肯錫 數(shù)據(jù)，在物聯(lián)網(wǎng)的九大分類中，最大分類潛在價值的應(yīng)用可高達11.1萬億美元，平均潛在價值7.4萬億 美元，預(yù)計2021年，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將超過150億部。二者將給APU帶來廣闊市場需求。物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域高速發(fā)展，

2、國產(chǎn)廠商迎歷史發(fā)展機遇。我國在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域擁有一定的技術(shù)優(yōu)勢，下游應(yīng)用發(fā)展較快，滲透率高，部分領(lǐng)域位于世界領(lǐng)先水平，據(jù)艾瑞咨詢，中國物聯(lián)網(wǎng)連接量到2025年將增至 198.8億，目前正處于高速增長階段。我們相信在半導(dǎo)體國產(chǎn)化進程加快背景下，國內(nèi)APU廠商有望 暢享行業(yè)發(fā)展及國產(chǎn)替代雙重紅利。2、ARM：智能移動、嵌入式IoT時代的芯片IP霸主ARM是全球最具影響力的芯片IP廠商之一。ARM與Android建立的AA生態(tài)聯(lián)盟戰(zhàn)勝了Wintel聯(lián)盟，成 為智能手機時代的霸主，目前全球90%以上的手機APU都是基于ARM授權(quán)；ARM使用精簡指令集，功耗較小、價格便宜，且擁有高并發(fā)處理效率，升級速度快等

3、特點，十分適合 物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域低功耗的要求，在IoT應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先優(yōu)勢。2020年，ARM已成為全球算力輸出的主力， 基于ARM指令的處理器總算力輸出達到了全球的82%，成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的主要驅(qū)動引擎；隨著5G與AIoT等技術(shù)的發(fā)展，ARM加速發(fā)展，至2020年全球基于ARM架構(gòu)的芯片出貨量超1600億顆，基于 ARM平臺的軟件越來越多，生態(tài)越來越豐富；據(jù)ARM統(tǒng)計，由于其成熟的生態(tài)體系，基于ARM架構(gòu) 授權(quán)的芯片設(shè)計廠商能夠大大縮短其SoC芯片的設(shè)計時間與成本。2請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分核心觀點3、RISC-V：開源免費，先進指令集前景廣闊物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用興起推動RISC-V發(fā)展： RISC-

4、V指令集是基于精簡指令集原理建立的開放指令集架構(gòu)（ISA），具有開源免費、精簡、模塊化等優(yōu)點。1）RISC-V架構(gòu)預(yù)留了大量編碼空間及用戶指令，能 夠讓用戶自由修改、擴展以滿足其不同應(yīng)用需求；2）具有模塊化指令集特點，開發(fā)者可以快速選擇不 同組合來滿足不同的應(yīng)用，簡潔、模塊化、可擴展，能夠滿足 AIoT 萬億級市場的差異化需求，在萬物 智聯(lián)時代，前景極其廣闊。國產(chǎn)半導(dǎo)體自主可控進程加速，RISC-V大有可為：在中美摩擦背景下，核心芯片國產(chǎn)化進程提速，RISC-V開源的特點有利于國產(chǎn)芯片實現(xiàn)自主可控。中國作為RISC-V陣營的中堅力量，一直致力于 RISC-V生態(tài)體系建設(shè)。近年來，國產(chǎn)廠商相繼發(fā)

5、布多款基于RISC-V指令集的產(chǎn)品，包括兆易創(chuàng)新、全 志科技、北京君正等企業(yè)。我們認(rèn)為在ARM斷供華為以及英偉達或?qū)⑹召廇RM等事件刺激下，國內(nèi) RISC-V將會迎來歷史發(fā)展機遇。3請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分投資建議投資建議：關(guān)注國產(chǎn)AP廠商的投資機會我們認(rèn)為，隨著5G、AI、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，下游應(yīng)用將會越來越場景化和多樣化。2020年5G的商用將驅(qū)動物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與落地，AI的發(fā)展也將使智能技術(shù)滲透到人們的生活當(dāng)中：智能家居、智能安防、智慧城市等 將全面興起。據(jù)IDC預(yù)測全球?qū)?gòu)建萬億規(guī)模計算產(chǎn)業(yè)空間。中國作為全球第二大經(jīng)濟體，近年來AI、物聯(lián)網(wǎng)、 5G、邊緣計算等技術(shù)創(chuàng)新接近甚至領(lǐng)

6、先全球。因此在行業(yè)飛速發(fā)展以及國產(chǎn)替代進程加速雙重背景下，國產(chǎn)應(yīng) 用處理器（APU）廠商將迎來歷史發(fā)展機遇，建議關(guān)注晶晨股份（688099）、富瀚微（300613）、瑞芯微（603893）、全志科技（300458）、北京君正（300223）、國科微（300672）。晶晨股份：全球智能終端SoC芯片龍頭，產(chǎn)品線豐富，覆蓋智能機頂盒、智能電視及AI 音視頻系統(tǒng)終端 SoC芯片、Wi-Fi和藍牙芯片以及汽車電子芯片。在智能機頂盒SoC芯片市場，公司2019年出貨量超5000萬 顆，超過海思成為國內(nèi)第一；面向海外市場，公司推出業(yè)界領(lǐng)先的12nm制程芯片，獲得谷歌認(rèn)證，具有較 強的市場競爭力。隨著超高清

7、換機、AI終端等市場的滲透，公司業(yè)績有望持續(xù)增長。富瀚微：公司專注于泛安防領(lǐng)域，擁有IPC芯片、ISP芯片兩大產(chǎn)品線組合。公司ISP芯片在泛安防及車載應(yīng) 用領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，并已經(jīng)開始從車載后裝市場向前裝市場切入，車載市場有望為公司提供新的發(fā)展引擎。 在IPC芯片領(lǐng)域公司是僅次于海思的第二梯隊廠商，具有極強的產(chǎn)品競爭力。瑞芯微：國內(nèi)SoC芯片領(lǐng)跑者，應(yīng)用處理器產(chǎn)品覆蓋消費電子和智能物聯(lián)網(wǎng)兩大領(lǐng)域，應(yīng)用場景眾多，產(chǎn)品多點開花。憑借行業(yè)領(lǐng)先的研發(fā)和技術(shù)優(yōu)勢，公司不斷拓展新興應(yīng)用領(lǐng)域，建立優(yōu)質(zhì)客戶資源包括三星、華 為、海爾等。在快充芯片市場，公司與OPPO達成戰(zhàn)略合作協(xié)議，隨著手機快充成為市場主流趨

8、勢，公司未 來發(fā)展值得期待。4請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分投資建議5歸母凈利潤PE凈資產(chǎn)PB營業(yè)總收入PS證券代碼證券簡稱總市值2019A2020E2019A2020E2019A2020H12020H12020E2019A2020E2019A2020E688099.SH晶晨股份30258158.04167.51191.46180.632802.462785.5310.8010.862357.732809.8612.8310.77300613.SZ富瀚微948781.6761.39116.16154.541137.411173.468.348.08522.08536.5618.1717.68

9、603893.SH瑞芯微31082204.71256.89151.83120.991715.962097.4518.1114.821407.731841.4322.0816.88300458.SZ全志科技11036134.63201.7181.9754.712200.042280.915.024.841463.361683.367.546.56300223.SZ北京君正3303958.66179.86563.23183.691235.368167.9626.744.04339.352291.1897.3614.42300672.SZ國科微909968.1383.81133.55108.5711

10、19.091128.658.138.06542.89790.9816.7611.50全志科技：國內(nèi)領(lǐng)先的應(yīng)用處理器廠商、ARM架構(gòu)設(shè)計龍頭，產(chǎn)品覆蓋智能終端、智能車載、OTT無線通 信等領(lǐng)域，打造多元化平臺。公司已與平頭哥達成戰(zhàn)略合作，共同布局RISC-V架構(gòu)生態(tài)，隨著AIoT技術(shù)滲 透以及國產(chǎn)替代進程加速，公司業(yè)績將持續(xù)增長。北京君正：公司擁有全球領(lǐng)先的32位嵌入式處理器技術(shù)和低功耗技術(shù)，產(chǎn)品線主要包括微處理器芯片、智 能視頻芯片等，此外公司通過收購北京矽成布局進軍存儲行業(yè)，SRAM全球第二、DRAM全球第7。國科微：國內(nèi)領(lǐng)先的IC設(shè)計企業(yè)，產(chǎn)品覆蓋廣播電視、智能監(jiān)控、固態(tài)存儲以及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)

11、域，是國內(nèi)廣播電視系列芯片和智能監(jiān)控系列芯片的主流供應(yīng)商之一。風(fēng)險提示：（1）下游需求不及預(yù)期；（2）產(chǎn)品研發(fā)不及預(yù)期；（3）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展不及預(yù)期；（4）RISC-V發(fā)展不及預(yù)期；表 ：重點公司盈利預(yù)測（百萬元）資料來源：總市值數(shù)據(jù)截止時間為2020年10月30日收盤價，國元證券研究中心請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分6目錄一、APU市場概述二、APU王者，ARM生態(tài)圈剖析三、產(chǎn)業(yè)趨勢一：物聯(lián)網(wǎng)時代，APU應(yīng)用多點開花 四、產(chǎn)業(yè)趨勢二：5G賦能，APU迎接智能新時代 五、產(chǎn)業(yè)趨勢三：中美貿(mào)易戰(zhàn)加速RISC-V生態(tài)成熟 六、投資建議與風(fēng)險提示晶晨股份 富瀚微 瑞芯微 全志科技 北京君正 國科微

12、請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分1APU定義資料來源：RISC-V開發(fā)，國元證券研究中心1.1APU(應(yīng)用處理器)概述APU（Application Processor Unit），又名應(yīng)用處理器芯片，是在低功耗中央處理器的基礎(chǔ)上擴展音視 頻功能和專用接口的超大規(guī)模集成電路，在智能設(shè)備在起著運算及調(diào)用其他功能構(gòu)件的作用，集成了中央 處理器、圖形處理器、視頻編解碼器、內(nèi)存子系統(tǒng)等多個模塊。上世紀(jì)70年代，Intel研發(fā)出第一款處理器芯片CPU并成為市場領(lǐng)導(dǎo)者。隨后進入智能移動時代，智能手機、 智能可穿戴等設(shè)備開始興起，CPU逐漸向移動端發(fā)展，從注重高算力、高功耗的CISC向低功耗RISC轉(zhuǎn)變，

13、相應(yīng)誕生出了APU，主要運用于智能手機、平板、智能手表等領(lǐng)域。ARM作為全球最大的APU IP廠商， 占據(jù)了APU市場90%以上的份額。圖：處理器分類處理器服務(wù)器領(lǐng)域PC計算機領(lǐng)域嵌入式領(lǐng)域CISC架構(gòu)RISC架構(gòu)傳統(tǒng)CPU智能移動領(lǐng)域應(yīng)用處理器APU物聯(lián)網(wǎng)嵌入式MCU目前主要運用 于嵌入式領(lǐng)域請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分81.1APU(應(yīng)用處理器)概述應(yīng)用處理器芯片智能移動領(lǐng)域平板電腦智能手機智能物聯(lián)硬件智能家居汽車電子智慧商顯智能音箱智能安防資料來源：公開資料整理，國元證券研究中心APU應(yīng)用處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域是智能移動領(lǐng)域與智能物聯(lián)領(lǐng)域，包括智能手機、智能平板等。早期的應(yīng) 用處理器以

14、微縮版形式出現(xiàn)，隨著對功耗要求的不斷提高以及對小體積芯片的追求，應(yīng)用處理器芯片逐漸 成為便攜式消費電子的首選芯片。有更高圖像處理能力的高端APU應(yīng)用處理器芯片通常被使用在智能物聯(lián)硬件中，包括汽車電子、智能顯示屏等。由于智能物聯(lián)硬件對圖像處理器的要求更高，應(yīng)用處理器芯片在圖像方面的技術(shù)也隨之快速發(fā)展。圖：AP應(yīng)用處理器主要應(yīng)用場景APU：應(yīng)用領(lǐng)域2請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分1全球主要指令集介紹指令集架構(gòu)又稱架構(gòu)或處理器架構(gòu)，可以使用不同的處理器硬件實現(xiàn)方案來設(shè)計不同性能的處理器。在不同 內(nèi)核上，軟件無須做任何修改便可以完全運行在任何一款遵循同一指令集架構(gòu)實現(xiàn)的處理器上。因此指令集 可以當(dāng)做

15、在處理器底層硬件以及其上軟件之間的橋梁和接口。處理器指令集架構(gòu)一直是以x86與ARM雙巨頭壟斷為格局，2010年后隨著RISC-V架構(gòu)的誕生，指令集架構(gòu) 市場開始出現(xiàn)三足鼎立的發(fā)展勢頭。其中x86架構(gòu)主要占據(jù)傳統(tǒng)PC市場，善于處理大數(shù)據(jù)；ARM占據(jù)移動 市場，善于處理快數(shù)據(jù)；而RISC-V則依靠自己精簡的優(yōu)勢在數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢。除此之外，其他指令 集架構(gòu)也占據(jù)部分市場如MIPS、Power等。圖：三種主流架構(gòu)對比資料來源：國元證券研究中心圖：三大指令集資料來源：SEMI，國元證券研究中心1.2 指令集：APU生態(tài)底層核心請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分2APU：指令集架構(gòu)處理器依靠指令來控

16、制系統(tǒng)和完成數(shù)據(jù)運算，目前主要分為復(fù)雜指令集（CISC）及精簡指令集（RISC）兩種。復(fù)雜指令集（Complex Instruction Set Computing）早期計算機部件昂貴、速度慢，為了擴展硬件功能而 不得不將更多更復(fù)雜的指令加入操作系統(tǒng)以提高計算機的處理能力，程序的各條指令按順序串執(zhí)行，每條指 令中的各個操作也按順序串執(zhí)行，主要以Intel、AMD的x86架構(gòu)為代表。精簡指令集（Reduced Instruction Set Computing）隨著半導(dǎo)體技術(shù)進步，80年代開始逐漸直接通過硬件方式，而非擴充指令來實現(xiàn)復(fù)雜功能，指令規(guī)模逐漸縮小，指令進一步簡化，主要為ARM、MIP

17、S以及RISC-V等架構(gòu)。表：CISC與RISC對比CISC（ 復(fù)雜指令集計算機）RISC（ 精簡指令集計算機）指令數(shù)量多，長度多變指令功能復(fù)雜、全面各指令使用頻率差距大不同指令的執(zhí)行時間差異大指令數(shù)量少，長度一般固定精簡、高效各指令均被高頻率使用大部分的指令都可以在一個時鐘周期內(nèi)完成存儲結(jié)構(gòu)對CPU內(nèi)寄存器數(shù)量要求少，需較頻繁讀寫內(nèi)存對寄存器數(shù)量要求較多，大量指令只對CPU內(nèi)部寄存器進行操作單元電路多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜CPU面積和功耗大，性能強穩(wěn)定性較差，對使用環(huán)境要求高單元電路少功耗低，升溫小，性能相比較弱電子元器件穩(wěn)定性高控制方式微程序控制硬布線控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計時間和成本高，設(shè)計周期長設(shè)計成本低

18、，設(shè)計周期短典型例子x86架構(gòu)ARM、MIPS、RISC-V終端產(chǎn)品筆記本、服務(wù)器、超級計算機資料來源：計算機組成原理，國元證券研究中心主要為移動終端，如手機、電玩、PC周邊指令系統(tǒng)CPU特點1.2 指令集：APU生態(tài)底層核心請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分處理器x86ARMRISC-VIntelSunny Cove 微架構(gòu)小米 黃山系列AMDZen2 微架構(gòu)指令集架構(gòu)微架構(gòu)CPU芯片ARM授權(quán)IP自主研 發(fā)架構(gòu)ARMCortex系列十代酷睿蘋果Swift微架構(gòu)三代銳龍麒麟920蘋果A7高通Krait微架構(gòu)驍龍800玄鐵系列MIPS龍芯、君正復(fù)雜 指令集精簡 指令集主流分類PowerIBM P

19、ower系列1.2 指令集：APU生態(tài)底層核心請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分3ARM指令集資料來源：ARM，國元證券研究中心目前APU處理器主要使用精簡指令集（RISC），其中ARM占據(jù)了大部分市場。ARM體系架構(gòu)具有RISC體 系架構(gòu)的一般特點：指令格式長度固定；使用單周期指令流水線操作執(zhí)行；使用大量寄存器，數(shù)據(jù)處理指 令只對寄存器進行操作；只有存儲指令訪問存儲器等，提高指令的執(zhí)行效率。早期ARM處理器所支持的指令集較簡單，低功耗、低成本，適用于移動設(shè)備等，因此被廣泛的應(yīng)用于嵌入 式領(lǐng)域。在ARMv7之前，由于性能的局限性只能專注于功耗比較敏感的移動設(shè)備，而從ARMv7開始，在 Corte

20、x-A9之后，ARM處理性能得到很大提升，逐漸進入企業(yè)設(shè)備、服務(wù)器等領(lǐng)域，目前最新ARMv8架構(gòu) 在內(nèi)存、虛擬化以及安全性方面均有突破。圖：ARM架構(gòu)發(fā)展情況圖：處理器架構(gòu)分類資料來源：國元證券研究中心處理器應(yīng)用 領(lǐng)域PC計算機領(lǐng)域嵌入式領(lǐng)域服務(wù)器領(lǐng)域CISC架構(gòu)RISC架構(gòu)1.2 指令集：APU生態(tài)底層核心請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分ARM指令集4架構(gòu)名稱技術(shù)特征應(yīng)用場合處理器案例單核設(shè)計Cortex-A8從應(yīng)用領(lǐng)域劃分，ARM產(chǎn)品主要分為三個系列：Cortex-A、Cortex-R以及Cortex-M，分別針對應(yīng)用操 作系統(tǒng)（Application）、實時（Real-Time）和嵌入式

21、（Embedded）。Cortex-A系列，被廣泛應(yīng)用于 移動設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、家庭和消費設(shè)備、車載信息娛樂和自動化系統(tǒng)，以及嵌入式設(shè)計等領(lǐng)域； Cortex-R系列具有高可靠性、高安全性等特點，主要應(yīng)用于醫(yī)療及航空航天等領(lǐng)域；Cortex-M系列是為 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而開發(fā)的可擴展、高效率、易于使用的智能嵌入式應(yīng)用處理器系列，可以幫助開發(fā)人員在短 時間內(nèi)，以較低的成本，通過代碼復(fù)用，標(biāo)準(zhǔn)安全機制和高效率的開放平臺開發(fā)出各種滿足市場要求的 產(chǎn)品。表 ： ARM架構(gòu)處理器具體細分ARMv7-AA32（32位），T32（32位，16位混合）14核設(shè)計Cortex-A5/A7/A9/A15/A17ARM

22、v7-R32位高性能應(yīng)用Cortex-R4/R5/R7ARMv7-M32位低功耗場合Cortex-M0/M0+/M3/M4/M7ARMv8-A32位，64位智能手機Cortex-A53/A57/A72ARMv8-R32位MMU，MPUCortex-R系列ARMv8-M16位，32位MCU/IoTCortex-M23/M33/M35資料來源：ARM處理器開發(fā)，國元證券研究中心1.2 指令集：APU生態(tài)底層核心請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分5RISC-V指令集在精簡指令集中，除了ARM，RISC-V架構(gòu)近年來也逐漸興起。RISC-V架構(gòu)是一個基于精簡指令集的開 源指令集架構(gòu)，具備開源、架構(gòu)簡單、

23、易于移植、模塊化設(shè)計易擴展以及完整工具鏈等特點。與其他指 令集相比，RISC-V可以自由地用于任何目的，允許任何人設(shè)計、制造和銷售RISC-V芯片或軟件，并且無 需支付任何專利費用。RISC-V最大的特性即在于“精簡”，作為新興架構(gòu)，沒有向后兼容的歷史包袱，架構(gòu)短小精悍，更加適 合現(xiàn)如今越加火熱的IoT領(lǐng)域。面對IoT市場對AI芯片的高計算、低延遲性能要求，RISC-V架構(gòu)的開源可 以有效降低開發(fā)成本，讓用戶自由修改、定制，滿足市場“碎片化”需求。主要運用于智能手機、服務(wù) 器、存儲市場。圖：RISC-V發(fā)展史資料來源：RISC-V，國元證券研究中心1.2 指令集：APU生態(tài)底層核心請務(wù)必閱讀正

24、文之后的免責(zé)條款部分6MIPS指令集資料來源：WB Date，國元證券研究中心MIPS(Millions of Instructions Per Second) 是一種簡潔、優(yōu)化的RISC 架構(gòu)， 出身名門由斯坦福 Hennessy領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)。自從1981年由MIPS科技公司開發(fā)并授權(quán)后，MIPS架構(gòu)曾經(jīng)作為最受歡迎的RISC架 構(gòu)被廣泛應(yīng)用在許多電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、個人娛樂裝置與商業(yè)裝置上。在嵌入式設(shè)備與消費領(lǐng)域占據(jù)很 大份額，如SONY、Nintendo的游戲機、Cisco的路由器以及SGI的超級計算機等。錯失智能手機領(lǐng)域，被ARM后來居上。由于MIPS早起在市場的成功，使得其主要深耕電視、

25、機頂盒以及 游戲機等細分市場。在智能移動市場，由于重視程度不夠，遲遲未能發(fā)布MIPS版Android，錯失手機市場， 2012年、2017年相繼被迫賣出后，逐漸淡出市場。圖：MIPS架構(gòu)圖：使用MIPS架構(gòu)的游戲機與主機資料來源：公開資料整理，國元證券研究中心1.2 指令集：APU生態(tài)底層核心請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分7Power指令集資料來源：IBM，國元證券研究中心Power架構(gòu)是IBM開發(fā)的一種RISC架構(gòu)指令集。1980年IBM推出了全球第一臺基于RISC架構(gòu)的原型機， 證明RISC相比CISC在高性能領(lǐng)域的明顯優(yōu)勢。1994年IBM基于此推出PowerPC604處理器，性能一度

26、處 于世界領(lǐng)先水平。2013年IBM聯(lián)合NVIDIA等公司成立OpenPower開放聯(lián)盟，積極推動Power架構(gòu)體系。IBM的Power架構(gòu)一直是高性能的代言?；赑ower架構(gòu)的IBM Power服務(wù)器系統(tǒng)在可靠性、可用性和可 維護性等方面表現(xiàn)出色，使得IBM從芯片到系統(tǒng)所設(shè)計的整機方案有著獨有的優(yōu)勢。Power架構(gòu)的處理器 在超算、銀行金融、大型企業(yè)的高端服務(wù)器等多個方面應(yīng)用十分成功。IBM至今仍在不斷開發(fā)新的Power 架構(gòu)處理器如Power8、Power9等。圖：IBM Power8架構(gòu)圖圖：不完全統(tǒng)計的OpenPower基金會成員資料來源：OpenPower，國元證券研究中心1.2

27、指令集：APU生態(tài)底層核心請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分27%31%35%36%36%42%44%45%16%16%18%17%17%17%16%16%19%14%13%18%20%19%16%17%38%39%34%29%27%22%24%21%0%20%40%60%80%100%120%2Q1920191Q20AppleQualcommIntelOthers52%42%39%42%45%40%36%40%18%21%15%22%17%20%24%15%14%19%23%15%14%13%14%20%16%18%23%21%24%27%26%25%100%90%80%70%60%50%40

28、%30%20%10%0%2Q1920191Q20QualcommAppleMediaTekSamsung LSIHiSilliconOthers201420151H1620171Q18資料來源：Statista，國元證券研究中心智能手機、平板APU市場：高通、華為海思、蘋果三強鼎立，其中高通憑借基帶芯片方面優(yōu)勢，占據(jù)絕 對優(yōu)勢，2020年一季度三家分別占據(jù)40%，20%、15%市場份額。而華為海思因受美國制裁等原因，預(yù) 計未來APU市場占比將會呈現(xiàn)較大下滑。智能平板領(lǐng)域同樣呈現(xiàn)寡頭壟斷局面，蘋果憑借IPad占據(jù)絕對 優(yōu)勢，2020年一季度占全球45%市場份額。IoT APU市場：物聯(lián)網(wǎng)下游應(yīng)用

29、具有碎片化的特征，產(chǎn)品應(yīng)用功能多樣化，芯片更加注重低功耗，主要涉 及智能家居、智能音箱、智能可穿戴、智能安防等領(lǐng)域。國產(chǎn)廠商在此領(lǐng)域較早布局，憑借國內(nèi)巨大市場 空間，在全球處于領(lǐng)先水平，如全志科技、瑞芯微、富瀚微等。圖：2014-2019年智能手機應(yīng)用處理器市場份額圖：2014-2020全球平板APU市場份額占比201420151H1620171Q18資料來源：Statista，國元證券研究中心1智能手機市場巨頭壟斷，IoT市場百花齊放1.3 APU市場概況請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分17941576194320262043213922120500100015002000201920202

30、02120222023202420253431394347525601020304050602024202520192020202120222023資料來源：Statista，國元證券研究中心隨著PC出貨量總體趨于穩(wěn)定，以Intel、AMD為代表的x86 CPU市場增長放緩。而智能手機和平板電腦等 移動設(shè)備進入快速增長期，拉動APU迎來爆發(fā)式增長。據(jù)IDC數(shù)據(jù)顯示，2019年全球移動APU市場規(guī)模 達340億美金，全球移動端APU出貨量接近18億個，預(yù)計2025年全球移動端APU市場規(guī)模將會達到560 億美元，出貨量將突破22億。IoT設(shè)備快速增長成為APU主要增長點。物聯(lián)網(wǎng)、5G等新興技術(shù)的

31、發(fā)展積極推動IoT市場需求增長，2019 年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備出貨量約為83億臺，據(jù)IDC預(yù)測，物聯(lián)網(wǎng)的全球市場規(guī)模將擴大近兩倍，2020年物聯(lián) 網(wǎng)全球規(guī)模將達到約1.7萬億美元。APU作為IoT領(lǐng)域主要處理器芯片，將暢享發(fā)展紅利，市場前景廣闊。圖：全球智能移動（手機、平板等）APU市場規(guī)模（單位：十億美元）圖：全球智能移動端APU出貨量（單位：百萬2500 臺）資料來源：Statista，國元證券研究中心2物聯(lián)網(wǎng)下游放量，APU迎發(fā)展契機1.3 APU市場概況請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分5G與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展不斷推動應(yīng)用處理器需求增長。應(yīng)用處理器領(lǐng)域范圍非常廣泛，是處理器除了服務(wù)器 和PC領(lǐng)域之

32、外的主要應(yīng)用范圍。隨著技術(shù)發(fā)展，目前主要劃分為移動手持設(shè)備（Mobile Device）、實時（Real Time）嵌入式領(lǐng)域以及深嵌入式領(lǐng)域（Deep Embedded）。移動手持設(shè)備主要分為智能手機與手持設(shè)備，隨著技術(shù)發(fā)展，移動領(lǐng)域逐漸發(fā)展成為規(guī)模匹敵甚至超過 PC領(lǐng)域的獨立市場，其主要被ARM Cortex-A系列處理器架構(gòu)所壟斷。由于手機、平板領(lǐng)域的處理器需要 加載Linux操作系統(tǒng)及復(fù)雜的軟件生態(tài)，具有同PC領(lǐng)域相似的軟件生態(tài)依懶性，因此ARM牢牢占據(jù)市場統(tǒng) 治地位，其他處理器架構(gòu)難以進入。圖：ARM在智能移動等領(lǐng)域市占率資料來源：ARM，國元證券研究中心圖：ARM物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域市占率資

33、料來源：ARM，國元證券研究中心3ARM統(tǒng)治智能移動APU市場1.3 APU市場概況請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分4嵌入式領(lǐng)域，ARM占據(jù)較大優(yōu)勢領(lǐng)域主流架構(gòu)服務(wù)器（Server）領(lǐng)域桌面?zhèn)€人計算機（PC）領(lǐng)域嵌入式移動手持設(shè)備（Mobile）領(lǐng)域 嵌入式實時設(shè)備（Real Time）領(lǐng)域 深嵌入式（Deep Embedded）領(lǐng)域Intel公司x86架構(gòu)的高性能CPU占壟斷地位 Intel或者AMD公司x86架構(gòu)的CPU占壟斷地位 ARM Cortex-A架構(gòu)占壟斷地位ARM架構(gòu)占最大份額，其他RISC架構(gòu)的嵌入式CPU也有不錯的表現(xiàn) ARM架構(gòu)占最大份額，其他RISC架構(gòu)的嵌入式CPU也

34、有不錯的表現(xiàn)實時嵌入式領(lǐng)域主要包括工業(yè)控制、軍事設(shè)備以及航空航天等領(lǐng)域，因下游應(yīng)用對系統(tǒng)的響應(yīng)時間要 求苛刻，因此需要嵌入式實時系統(tǒng)（Embedded Real-time Operation System, RTOS）。在這一領(lǐng)域， ARM憑借IP授權(quán)模式的成功，也占據(jù)大部分市場份額。深嵌入式領(lǐng)域指傳統(tǒng)嵌入式領(lǐng)域包括智能家居等領(lǐng)域，下游需求量巨大，但更加注重低功耗、低成本 以及高能效比，且無需加載如Linux類型的大型應(yīng)用操作系統(tǒng)，軟件大多采用定制裸機程序或者簡單 ROTS，軟件生態(tài)依賴性相對較低，因此處理器架構(gòu)很難形成絕對壟斷。目前這一領(lǐng)域仍然以ARM的 Cortex-M處理器占據(jù)絕大多數(shù)市

35、場份額，但RISC-V憑借簡單高效的架構(gòu)，未來有望搶占市場空間。表 ： 處理器的應(yīng)用領(lǐng)域及主流架構(gòu)資料來源：RISC-V設(shè)計， 國元證券研究中心1.3 APU市場概況請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分21目錄一、APU市場概述二、APU王者，ARM生態(tài)圈剖析三、產(chǎn)業(yè)趨勢一：物聯(lián)網(wǎng)時代，APU應(yīng)用多點開花 四、產(chǎn)業(yè)趨勢二：5G賦能，APU迎接智能新時代 五、產(chǎn)業(yè)趨勢三：中美貿(mào)易戰(zhàn)加速RISC-V生態(tài)成熟 六、投資建議與風(fēng)險提示晶晨股份 富瀚微 瑞芯微 全志科技 北京君正 國科微請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分179415761943202620432139221205001000150020002

36、50020192020202120222023202420251ARM是智能移動領(lǐng)域的絕對霸主，構(gòu)筑了城寬池闊的軟件生態(tài)環(huán)境。智能移動領(lǐng)域APU有著高性能、 低能耗的要求。相較于x86，出身RISC的ARM能效比更高，通過授權(quán)IP的方式能夠有效滿足手機廠商 不同的功能需求且費用也更低。此外ARM是市場上唯一能夠完全支持Android與iOS系統(tǒng)的APU架構(gòu)， 在靈活性、能效比、低成本以及生態(tài)領(lǐng)域都占據(jù)了絕對優(yōu)勢。資料來源：Statista,國元證券研究中心整理至今為止，ARM架構(gòu)已經(jīng)應(yīng)用到全球85%的智能移動設(shè)備中，其中有超過95%的智能手機都基于 ARM設(shè)計。此外，ARM已與高通、谷歌和微軟

37、等國際廠商建立合作關(guān)系形成強大的生態(tài)聯(lián)盟，已成 為智能移動APU的不二選擇。圖：全球智能移動端APU出貨量（百萬）圖：使用ARM架構(gòu)企業(yè)APU銷售額（億美元）資料來源：Statista,國元證券研究中心整理41588312016021028037047058070082090080070060050040030020010002019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030智能移動領(lǐng)域2.1 ARM占據(jù)APU主要市場份額請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分2ARM架構(gòu)在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備芯片中也占據(jù)主導(dǎo)地位。ARM架構(gòu)芯片聚焦于最佳能效

38、，目前Cortex-M處理器 系列已在物聯(lián)網(wǎng)市場有廣泛應(yīng)用，可給物聯(lián)網(wǎng)場景提供良好支撐，下游APU產(chǎn)品甚至將按照M0、M3以 及M4等ARM內(nèi)核種類來劃分。伴隨邊緣計算的發(fā)展，萬物互聯(lián)向萬物智聯(lián)的轉(zhuǎn)變，IoT設(shè)備性能要求也 不斷提高，如智能音箱、智能家居等均開始支持AI語音及人臉識別功能，國產(chǎn)廠商龍頭如全志科技、瑞 芯微等均采用了ARM架構(gòu)的APU。圖：ARM Cortex廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)終端資料來源：ARM，國元證券研究中心圖：ARM微架構(gòu)系列資料來源：ARM，國元證券研究中心整理物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域2.1 ARM占據(jù)APU主要市場份額請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分1資料來源：全志科技，國元證券

39、研究中心ARM與APU廠商互惠互利，ARM能夠為APU廠商提供IP。作為全球最具影響力的處理器IP廠商，ARM通過其 獨特的授權(quán)模式，吸引了眾多APU生產(chǎn)廠商如手機APU廠商蘋果、高通，國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用APU龍頭全志科技、 晶晨股份等。通過與ARM合作，APU廠商能夠直接使用ARM架構(gòu)或內(nèi)核，并且在SoC開發(fā)階段得到借鑒與指 導(dǎo)，降低芯片研發(fā)門檻與成本，同時減少芯片設(shè)計時間。APU廠商幫助ARM完善其生態(tài)體系。ARM本身不生產(chǎn)芯片，其生態(tài)體系建設(shè)大多依靠下游芯片廠商完成。 APU廠商通過其產(chǎn)品不斷滲透，建立軟件生態(tài)，提高市場對ARM的黏性，從而綁定某一應(yīng)用領(lǐng)域。如蘋果新 款MAC將使用ARM架構(gòu)

40、，會助力其PC生態(tài)體系建設(shè)；華為ARM架構(gòu)服務(wù)器助力ARM完善服務(wù)器生態(tài)；物聯(lián) 網(wǎng)領(lǐng)域，隨著國產(chǎn)廠商的發(fā)展?jié)B透，國產(chǎn)龍頭如全志、晶晨有望助力ARM在未來完善IoT應(yīng)用領(lǐng)域生態(tài)建設(shè)。圖：全志推出ARM AI語音專用芯片助力生態(tài)建設(shè) 圖：蘋果將推出ARM架構(gòu)MAC資料來源：Apple，國元證券研究中心ARM與芯片廠商互惠互利2.2 ARM生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分2.2 ARM生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈（2）內(nèi)核授權(quán)ARM芯片廠商（1）指令集授權(quán)（3）芯片使用授權(quán)PC服務(wù)器智能手機智能平板 嵌入式設(shè)備蘋果MAC等華為鯤鵬等蘋果A14、 華為麒麟9000國產(chǎn)廠商代表 全志科技瑞芯微全志科技 富瀚微

41、瑞芯微 北京君正 晶晨股份芯片授權(quán)費ARM為廠商提供IP授權(quán)、廠商 基于ARM研發(fā)APU芯片廠商通過直接出售芯片或出售 含有經(jīng)過自身二次開發(fā)的ARM 架構(gòu)芯片產(chǎn)品兩種方式來盈利使用ARM架構(gòu)芯片的各類 終端市場二次開發(fā)后，直接售賣APU芯片 給終端設(shè)備廠商，如高通。將芯片運用到自身產(chǎn)品中，售賣 使用ARM架構(gòu)芯片產(chǎn)品，如華 為、蘋果。芯片設(shè)計、制造芯片出售芯片版權(quán)費請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分0510152025ARM(Advanced RISC Machines)是一家誕生于英國的處理器設(shè)計與軟件公司，總部位于英國劍橋，最早由 Arcon、Apple和VLSI合資成立，主要出售芯片設(shè)計技

42、術(shù)的授權(quán)。目前，ARM架構(gòu)處理器已在高性能、低功 耗、低成本的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位。自2000年以來，全球算力結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化，2020年ARM總 算力輸出已達到全球82%，成為世界最大算力架構(gòu)。ARM是全球最大的IP廠商，未來10年ARM將會重寫x86輝煌。2019年基于ARM授權(quán)的芯片出貨量達228億顆， 全球采用ARM授權(quán)IP開發(fā)的芯片出貨量總計超1800億顆。在智能手機市場，ARM占據(jù)絕對優(yōu)勢，與Android 聯(lián)合形成軟硬件生態(tài)體系，占全球智能手機市場90%以上份額。除此之外，ARM積極布局IoT、PC及服務(wù)器 領(lǐng)域，蘋果日前于WWDC20會議上宣布將MAC產(chǎn)品線向ARM平臺遷

43、移，預(yù)計兩年時間完成。圖：全球ARM架構(gòu)芯片累計出貨量資料來源：ARM,國元證券研究中心2.3 ARM主導(dǎo)APU行業(yè)生態(tài)時間事件RISC Machine1978年1990年1993年1997年1998年2004年2008年2011年2013年2015年2016年2018年ARM前身Acorn RISC Machine在英國劍橋成立Acorn、Apple和VLSI共同出資建造了ARM，公司正式更名為正式更名為Advanced Cirrus Logic和德州儀器公司先后加入ARM，當(dāng)年ARM7問世ARM里程碑產(chǎn)品ARM9發(fā)布，標(biāo)志著ARM處理器正式進入微處理器領(lǐng)域ARM分別在英國倫敦證交所和美國納

44、斯達克上市Cortex系列處理器誕生，分別以A、R、M三類面向不同的市場 ARM芯片的出貨量正式突破100億片ARM退出來旗下首款64位架構(gòu)的ARMv8，將高性能與節(jié)能相結(jié)合ARM收購光引擎技術(shù)公司Geomerics，擴大在圖形技術(shù)行業(yè)的領(lǐng)先地位推出基于ARMv8架構(gòu)的面向企業(yè)級市場的全新平臺標(biāo)準(zhǔn)，并開始在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展 軟銀以243億英鎊的價格收購ARM，ARM成為軟銀子公司ARM正式進入中國市場，成立ARM中國表 ： ARM發(fā)展歷程資料來源：ARM，國元證券研究中心ARM概述：處理器架構(gòu)新王者122.8Bn請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分ARM的成功一方面來自于處理器自身的優(yōu)良性能，具有體

45、積小、低功耗等特點，另一方面也得益于其獨特 的公司運作模式。最初由于在處理器市場的劣勢地位，ARM僅出售自身的知識產(chǎn)權(quán)（IP內(nèi)核）給各大芯片 公司。目前全世界有幾十家大型半導(dǎo)體公司都使用ARM公司的授權(quán)，從ARM公司購買其設(shè)計的ARM處理器 核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐罚瑥亩纬勺约旱腁RM處理器芯片進入市場。2ARM授權(quán)模式ARM IP授權(quán)費用主要包括兩部分：芯片公司每設(shè)計一款芯片都需要支付一筆前期授權(quán)費（Upfront License Fee）；之后芯片大規(guī)模生產(chǎn)銷售后，則每賣出一片芯片均需要按其售價向ARM公司支付一定比例版稅（Royalty Fee），由于ARM架構(gòu)現(xiàn)

46、已占據(jù)絕大多數(shù)的市場份額，形成完整軟件生態(tài)環(huán)境，在移動和嵌入式 領(lǐng)域的芯片廠商，購買ARM處理器IP成為其首選。圖：ARM授權(quán)模式示意圖資料來源：ARM，國元證券研究中心2.3 ARM主導(dǎo)APU行業(yè)生態(tài)請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分ARM公司的授權(quán)方式主要有三種，按照自主程度以及費用越來越高分別為使用層級授權(quán)、內(nèi)核架構(gòu)授權(quán)以 及指令集架構(gòu)授權(quán)。使用授權(quán)、內(nèi)核授權(quán)：中小型公司大多購買使用層級或者內(nèi)核架構(gòu)授權(quán)，授權(quán)費用相 對較低，甚至ARM對Cortex-M3和M0還免除前期授權(quán)費，以鼓勵更多小公司購買；3指令集架構(gòu)授權(quán)：ARM架構(gòu)授權(quán)價格極其昂貴（高達千萬美元量級），遠遠高于直接購買“ARM

47、IP”所 需的前期授權(quán)費，同時深度定制自研處理器需要解決極高的技術(shù)難度與投入高昂的研發(fā)成本。只有實力最 為雄厚的芯片公司才具備購買能力，目前僅有“蘋果”“高通”“華為”等巨頭。憑借獨特授權(quán)模式， ARM已與眾多合作伙伴一起構(gòu)建出了強大的ARM陣營。圖：三種主流架構(gòu)對比資料來源：ARM，國元證券研究中心2.3 ARM主導(dǎo)APU行業(yè)生態(tài)三類授權(quán)模式簡介請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分獨特商業(yè)模式使得ARM強者恒強。ARM從未自己生產(chǎn)商用芯片，只將處理器源代碼的知識產(chǎn)權(quán)（IP） 授權(quán)給合作商，也正是因為這一獨特的商業(yè)模式，使得ARM能夠借鑒Intel的經(jīng)驗，構(gòu)建出自身的軟硬 件生態(tài)平臺。從Nokia

48、 Symbian系統(tǒng)的ARM7TDMI，到MTK山寨機的ARM9，再到iPhone4的Cortex A8， 最終到現(xiàn)在統(tǒng)治蘋果及Android手機市場的Cortex A系列，無論合作廠商成功與否，ARM始終是移動處 理器領(lǐng)域的霸主，相較于x86，ARM授權(quán)模式所建立的生態(tài)體系甚至更加全面。積極布局物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，搶先構(gòu)建生態(tài)體系。2013年ARM收購芬蘭物聯(lián)網(wǎng)軟件公司Sensinode，并積極 推廣NanoStack等產(chǎn)品，目標(biāo)將從硬件到軟件完整的覆蓋整個物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。目前ARM的Cortex-A和 Cortex-M已分別成為移動與物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的王者。4 圖：ARM內(nèi)核性能圖資料來源：ARM，國元證券

49、研究中心表 ： ARM架構(gòu)發(fā)展歷史資料來源：ARM架構(gòu)開發(fā)，國元證券研究中心時間架構(gòu)版本內(nèi)核家族1985年ARMv1ARM11986年ARMv2ARM2、ARM31990年ARMv3ARM6、ARM600、ARM610、ARM7、ARM700、ARM7101993年ARMv4Strong ARM、ARM8、ARM810、ARM7-TDMI、ARM9-TDMI1998年ARMv5ARM7EJ、ARM9E、ARM10E、XScale2001年ARMv6ARM112004年ARMv7Cortex-A5/7/8/9/15/17、Cortex-R4/5/7/8、Cortex-M0/0+/3/4/7201

50、1年ARMv8Cortex-A32/35/53/57/72/73、Cortex-R52、Cortex-M23/332.3 ARM主導(dǎo)APU行業(yè)生態(tài)獨特授權(quán)模式構(gòu)建ARM生態(tài)請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分5型號發(fā)布時間流水線深度描述Cortex-M3 Cortex-M1 Cortex-M0 Cortex-M4 Cortex-M0+200420072009201020123級3級3級3級2級Cortex-M720146級Cortex-M23 Cortex-M33201620162級3級面向標(biāo)準(zhǔn)嵌入式市場的高性能低成本的ARM處理器 專門面向FPGA中設(shè)計實現(xiàn)的ARM處理器面積最小和能耗極低的AR

51、M處理器在M3基礎(chǔ)上增加單精度浮點、DSP功能以滿足數(shù)字信號控制市場的ARM處理器 在M0基礎(chǔ)上進一步降低功耗的ARM處理器超標(biāo)量設(shè)計，配備分支預(yù)測單元，不僅支持單精度浮點，還增加了硬件雙精度浮點能力， 進一步提升計算性能和DSP處理能力，主要面向高端嵌入式市場可以簡單理解為在Cortex-M0+的基礎(chǔ)上增加了硬件整數(shù)除法器與安全特性（TrustZone Security）可以簡單理解為在Cortex-M4的基礎(chǔ)上增加了安全特性（TrustZone Security）Cortex-A是一組用于高性能低功耗應(yīng)用處理器領(lǐng)域的32位和64位RISC處理器系列，其中Cortex-A9作為 首款支持AR

52、Mv7-A架構(gòu)的多核處理器，成為當(dāng)時智能手機市場標(biāo)配。Cortex-A系列性能強大且更新迭代速 度快，年均一款新品的頻率使其競品還未推出便已過時，導(dǎo)致眾多巨頭紛紛放棄自研處理器業(yè)務(wù)。目前已 有超過95%的智能手機搭配ARM架構(gòu)，強大的生態(tài)護城河使得其他架構(gòu)處理器基本失去進入手機市場可能。Cortex-M是一組用于低功耗微處理器領(lǐng)域的32位RISC處理器系列，包括Cortex-M0、M7及M33等。其中 M3是Cortex產(chǎn)品中應(yīng)用最廣泛的一款，體積小可廣泛應(yīng)用于各類嵌入式智能設(shè)備。Cortex-M3與 Cortex- M0的合計出貨量己經(jīng)超過200億片，據(jù)稱每 30 分鐘的出貨量就可以達到 2

53、5 萬片，至今全球已有超過60家 公司獲得Cortex-M授權(quán)，中國大陸廠商近10家。表 ： ARM Cortex-M系列各處理器發(fā)布時間和特點資料來源：ARM架構(gòu)開發(fā)，國元證券研究中心2.3 ARM主導(dǎo)APU行業(yè)生態(tài)ARM主流內(nèi)核架構(gòu)請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分1復(fù)刻Wintel，構(gòu)建完善生態(tài)體系資料來源：國元證券研究中心資料來源：Asymco，國元證券研究中心操作系統(tǒng)ODM終端企業(yè)CPU芯片應(yīng)用程序復(fù)刻Intel成功秘笈，構(gòu)建嵌入式軟硬件護城河。上世紀(jì)Intel在PC及服務(wù)器處理器市場大殺四方，取得 統(tǒng)治性的地位，除自身高超的CPU設(shè)計水平與工藝制造水平外，還要歸功于與微軟構(gòu)建“Win

54、tel”聯(lián)盟 從而形成軟硬件生態(tài)平臺。在健全的CPU生態(tài)體系中，配套企業(yè)將適應(yīng)關(guān)鍵軟硬件的開發(fā)進度進行技術(shù)研發(fā)與適配：Intel的CPU 芯片革新拉動微軟為X86芯片適配新一批的Windows系統(tǒng)以及應(yīng)用程序等軟件，而新的操作系統(tǒng)發(fā)布有 又將進一步帶動PC需求，從而刺激更高技術(shù)CPU的研發(fā)與需求。軟硬件相互協(xié)同，使得Wintel聯(lián)盟壟 斷桌面端長達20多年。不難看出，一款處理器能否成功不光取決于其性能，是否有軟件生態(tài)支持以及 ISA根基是關(guān)鍵。圖：Wintel聯(lián)盟軟硬件構(gòu)成圖：個人PC操作系統(tǒng)市場份額2.4 ARM生態(tài)圈：完善生態(tài)體系降低客戶設(shè)計成本請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分軟件聯(lián)盟IB

55、M PC支持2資料來源：國元證券研究中心資料來源：國元證券研究中心同Intel與微軟建立PC端軟硬件生態(tài)系統(tǒng)類似，ARM在智能移動市場也建立了自己的生態(tài)體系。通過大量 的架構(gòu)授權(quán)，ARM打通了客戶間的軟件生態(tài)體系。1993年ARM獲得德州儀器訂單從而進入諾基亞手機芯 片給ARM帶來絕佳發(fā)展機遇，此次ARM獲得極大成功并證明了其在手機市場極高的適用性，吸引了數(shù)百家 客戶。在同時期Intel相繼拒絕高通、蘋果的合作邀請，MIPS還在專攻高清盒子、路由器等市場時，ARM 已在手機市場得到諾基亞以及蘋果等公司支持，隨著移動手機的井噴式爆發(fā)，ARM也進入高速發(fā)展軌道。蘋果作為ARM早期股東之一，其產(chǎn)品一

56、直使用ARM架構(gòu)，隨著iPhone開啟智能手機時代，App Store的 崛起也讓全球移動應(yīng)用徹底綁定ARM架構(gòu)，伴隨Android也開始支持ARM，ARM智能移動霸主地位徹底 確立，其建立的ARM生態(tài)體系也讓其他處理器架構(gòu)難以進入智能移動市場。圖：Wintel聯(lián)盟圖：“AA”聯(lián)盟硬件支持硬件支持IOS支持Android支持2.4 ARM生態(tài)圈：完善生態(tài)體系降低客戶設(shè)計成本復(fù)刻Wintel，構(gòu)建完善生態(tài)體系請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分3通過獨特的授權(quán)模式，ARM像Intel一樣建立了強大的ARM架構(gòu)陣營，構(gòu)建了自己的生態(tài)體系。目前全 世界幾乎大多數(shù)主流芯片公司都直接或間接地在使用ARM架構(gòu)

57、處理器。相較于“Wintel”聯(lián)盟的軟硬件 生態(tài)體系，ARM在更深層的軟硬件開發(fā)方面建立了獨特的生態(tài)優(yōu)勢，對于業(yè)界SoC設(shè)計團隊來說， ARM提供的生態(tài)體系更是成為不可或缺的氧氣。對于SoC開發(fā)來說，設(shè)計驗證、物理設(shè)計以及軟件開發(fā)是影響硬件開發(fā)及軟件堆層的三大關(guān)鍵因素。 ARM積極構(gòu)建的生態(tài)體系對于購買其授權(quán)的合作伙伴提供了芯片設(shè)計及開發(fā)所需的廣泛工具和支持，可 以將設(shè)計人員連接到由兼容CPU核心、工具、中間件和應(yīng)用程序軟件組成的龐大生態(tài)系統(tǒng)，能夠大大縮 短芯片的設(shè)計成本并縮短上市時間。圖：SoC芯片設(shè)計流程資料來源：數(shù)字電路設(shè)計，國元證券研究中心ARM產(chǎn)業(yè)生態(tài)：減少芯片設(shè)計時間與成本2.4

58、ARM生態(tài)圈：完善生態(tài)體系降低客戶設(shè)計成本請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分設(shè)計驗證（Design Verification）包括輔助邏輯設(shè)計和測試的硬件和軟件工具。SoC經(jīng)常混合授權(quán)和內(nèi) 部設(shè)計的內(nèi)核，除非以前產(chǎn)品直接沒有更改的使用了內(nèi)部設(shè)計，否則工程團隊通常會花費大量時間來驗 證其RTL設(shè)計是否能夠達到要求；而在組合不同來源的核心交互時也常會因細微的問題導(dǎo)致調(diào)試交互、 設(shè)計更改，大大延長開發(fā)時間造成進度風(fēng)險。4資料來源：ARM，國元證券研究中心相較于其他處理器架構(gòu)，ARM在這一問題方面完全驗證了RTL核心，通過不斷地生產(chǎn)測試芯片來確保質(zhì) 量，以此來支持購買其IP授權(quán)的合作伙伴。同時ARM還提

59、供許多IP模塊，這些模塊事先經(jīng)過預(yù)驗可以一 起工作，同時采用標(biāo)準(zhǔn)SoC接口等，以此為開發(fā)者簡化設(shè)計過程，另外提供參考設(shè)計來為設(shè)計人員提供 完整的RTL用于整個芯片，使設(shè)計人員可以根據(jù)需求修改和擴展平臺，無需從頭開始創(chuàng)建芯片。圖：ARM Juno設(shè)計示意圖圖：CoreLink設(shè)計示意圖資料來源：ARM，國元證券研究中心ARM產(chǎn)業(yè)生態(tài)：優(yōu)化驗證環(huán)節(jié)，提供IP模塊簡化流程2.4 ARM生態(tài)圈：完善生態(tài)體系降低客戶設(shè)計成本請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分物理設(shè)計（Physical Design）包括幫助RTL轉(zhuǎn)換為可制造芯片的設(shè)計流程和物理IP。當(dāng)RTL驗證完成后， 研發(fā)團隊需要開發(fā)物理布局，對多個設(shè)

60、計來源的核心需要不同的設(shè)計流程來正確編譯，同時還要滿足fab的 設(shè)計規(guī)則，而初始布局往往不能滿足所有過程變化的時間安排因此必須迭代布局直到滿足所有的設(shè)計規(guī)則 和時間要求，因此物理設(shè)計往往是開發(fā)過程當(dāng)中最耗費時間的階段之一。在此方面ARM為EDA公司提供參考流程，幫助設(shè)計者在滿足設(shè)計規(guī)則的同時，更快的生成布局，確保功率 分配、定時以及噪音等指標(biāo)的確定，幫助設(shè)計者完成最終設(shè)計；對于想要更簡單流程的客戶，也可以選擇 與ARM的設(shè)計服務(wù)供應(yīng)商合作，以此更快的完成ARM IP的物理設(shè)計。5圖：SOC設(shè)計各環(huán)節(jié)成本占比資料來源：ARM，國元證券研究中心圖：EDA提供IP助力芯片更快設(shè)計完成資料來源：SEM