2022年处理器SoC行业深度研究处理器SoC的市场空间与竞争格局

来源：华西证券
发布时间：2022/08/23
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一、处理器SoC技术壁垒

什么是SoC—从功能维度来看

SoC称为系统级芯片，也称片上系统，是一个有专有目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。通俗理解，就是将目标系统运转涉及的多种功能通过一颗芯片来实现，因此既要有硬件组成，又要有软件写入，一般包含了完整的系统、软件及算法。从终端应用场景来看，不同场景需要的功能不同，对于软硬件和算法的需求也有差异，这构成了SoC在不同场景下的区别。

什么是SoC—从对比维度来看

将多功能集成的实现方式一般包括两种：SoC和SiP（系统级封装）。从架构上来讲，SiP是将多种不同功能的单独的芯片，包括处理器、存储器等，通过并排或叠加的封装方式集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能。而SOC则是高度集成的一颗单独的芯片产品。 SoC有着更高的集成度、更小的面积、更低功耗等多方面的优势，目前还在沿着摩尔定律方向演进，但是多功能的集成会受到材料和IC工艺的限制；SiP可以将各种工艺的器件进行集成，开发周期较短，是未来超越摩尔定律的必然选择路径。

处理器SoC，围绕着CPU扩展

中央处理器（CPU）作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。应用处理器SoC是在中央处理器的基础上扩展音视频功能和专用接口的超大规模集成电路，是智能设备的“大脑”，在智能设备中起着运算及调用其他各功能构件的作用。 CPU内部主要由运算器、控制器、寄存器三大部分组成。运算器负责算术运算（+、-、*、/基本运算和附加运算）和逻辑运算（包括移位、逻辑测试或比较两个值等）；控制器负责应对所有的信息情况，调度运算器把计算做好；寄存器它们可用来暂存指令、数据和地址。既要对接控制器的命令，传达命令给运算器；还要帮运算器记录处理完或者将要处理的数据。

Wintel和AA两大生态体系主导

计算机指令（Instruction）是计算机硬件直接能识别的命令，以其复杂性可被分类为复杂指令集架构（CISC）和精简指令集架构（RISC）两大类。X86架构是目前唯一的主流复杂指令集；ARM架构作为目前最成功RISC架构。 CPU行业目前由两大生态体系主导：一是基于X86指令系统和Windows操作系统的Wintel体系，垄断个人计算机和服务器处理器市场；二是基于ARM指令系统和Android 操作系统的AA体系，主导了智能手机和物联网芯片处理器市场。前者生态相对封闭，后者生态相对开放，芯片厂商需要获得ARM的授权。ARM授权分三种，架构层级授权可深度定制，投入规模大，玩家少；内核层级授权是处理器SoC厂商主要采用的；使用层级授权是最低的授权等级，只能使用封装好的ARM芯片，而不能进行任何修改。 RISC-V 架构同属于RISC架构，以开源为最大特色，起步相对较晚，但发展很快，有望成为第三大主流架构。

CPU的发展离不开先进制程支持

更强大算力和性能的提升离不开ARM内核的支持，更先进制程则可以带来性能与功耗的平衡，比如采用7nm（纳米）技术制作的CPU肯定比14nm（纳米）技术制作的CPU在晶体管数量、处理速度、功耗以及温升等方各面都会高出一个数量级。跨越到10nm以下，越进一步，难度越大，研发、流片等投入也呈几何指数增长。

二、处理器SoC市场空间与竞争格局

处理器SoC市场总括（存量替代与增量成长并存）

整体来看，处理器芯片下游应用广泛，既包括消费电子如手机、平板、扫地机器人、无人机等，又包括各种类型的行业应用如安防、商显、工业等。对于处理器芯片需求的增长有两个维度，一方面是出货量增长带来的，一方面是性能持续升级带来的。而对于国内芯片厂商来说出货量的增长又可细分为两个维度，一方面是国产替代带来的，另一方面是下游需求增量带动的。

智能手机：产业巨头必争之地

智能手机在全球目前仍然拥有近14亿部的出货量，是当下处理器需求最大的一块市场，也是技术更新迭代最快的赛道。智能手机前期对于算力的需求不断提升，一般也是当下最先进制程的核心消费者，因此目前可以看到全球仅有少数的几家芯片大厂和终端大厂在研发手机处理器芯片，是产业巨头必争之地。对于智能手机来说，通信是基本需求，这也要求处理器厂商有BP自研能力或能获得产业链供应保证，因此从各个维度来看都是门槛最高的一个赛道。

汽车：从座舱到自动驾驶，智能化浪潮下的又一高峰

随着消费者需求层次的不断提升，其对汽车的需求亦从单一的出行工具逐步转变为生活中的“第三空间”。从广义上来看，当下的智能座舱一般由中控台、全液晶仪表盘、HUD（抬显）、后排座椅娱乐系统、智能音频、车载信息模块、流媒体后视镜、车载信息系统等组成。其中，硬件部分是由域控制器和芯片组成；软件部分是指由操作系统、管理程序、中间件和支持工具构建的软件平台。在智能座舱兴起之时，高通抓住机会通过消费端先进制程的优势抢占市场，成为目前行业的主力供应商。瑞芯微、晶晨、全志等为代表的国内厂商正在积极切入市场。

云计算、边缘计算：全球数字经济发展的基石

云计算是全球数字经济发展的基石，Gartner 2020 IT关键指标的数据报告显示，全球云计算尚处于发展的早期，在总体的IT 支出中，云上支出只占4%，这意味着市场盘子还很大。Canalys公司3月最新发布的2021年中国云计算市场报告显示，中国的云基础设施市场规模已达274亿美元。边缘计算具备两大优势，降低决策时延、处理压缩数据减轻传输和存储压力。根据IDC发布了2021年度中国边缘服务器市场报告数据显示，2021年中国边缘计算服务器市场规模增长了266.3%。IDC预计，边缘算力的投资增长将远远快于核心位置，到 2025年，全球边缘服务器的支出金额占总体服务器比重，将从14.4%增长至24.9%。

机顶盒、智能电视：格局优化，国产份额持续提升

机顶盒与智能电视加起来全球接近6亿颗处理器芯片的需求量，两个赛道对于处理器芯片的要求既有共同之处又有差异的地方。前者对于全格式视频解码、运营商客户的准入等有较高要求，后者对于数字标准的解调、图像后处理等有较高要求。目前以晶晨为代表的国内芯片厂商的无论是产品布局还是高端料号性能均具备全球竞争力，全球市场份额在快速提升。

三、处理器芯片厂商对比

高通：起于通信，成于手机，走向移动算力全平台

高通成立于1985年，依靠着CDMA技术切入手机市场，并在推出骁龙系统芯片后逐步发展成高端处理器SoC的最有力竞争者。在《财富》2019“改变世界的公司”榜单中，Qualcomm 因其对无线技术发展的巨大贡献和对5G的推动，位列第一。经过多年发展，高通的产品类型覆盖了蓝牙、调制解调器-射频系统、处理器、WiFi，下游应用已经不仅仅局限在手机赛道，在汽车、可穿戴设备、XR/VR/AR等多个领域都是最强有力的竞争者，也是高端芯片的提供者。 2021年，公司推出自动驾驶平台Snapdragon Ride平台，成长之路还在继续。

联发科：从多媒体走向手机，起于山寨机，不断冲击高端

联发科于1997年5月份成立，成立初期主要是一家研发光盘存储技术和DVD 芯片的厂商，核心竞争力是将DVD内分别承担的视频和数字解码功能的两颗芯片整合到一颗芯片上，经过几年的发展，2001年公司已经占据了超过50% 的DVD市场份额。公司后将研发重心转入手机芯片，并于2003年发布了首颗手机芯片。公司2000年起投入无线通讯基频与射频晶片研发，2003年投入数位电视与液晶电视控制晶片研发。

英伟达：GPU架构每两年升级一次，建立软硬件一体化生态

英伟达创立于1993年1月，是一家以设计和销售图形处理器为主的无厂半导体公司。NVIDIA最出名的产品线是为个人与游戏玩家所设计的GeForce系列，为专业CGI工作站而设计的Quadro系列，以及为服务器和高效运算而设计的Tesla系列，虽然起家于PC电脑的显卡业务，英伟达也曾涉及移动芯片Tegra的设计，但智慧机市场对此响应不大，不过近年却利用这些研发经验，目前朝向人工智慧和机器视觉的市场发展，也是图形处理器上重要的开发工具CUDA的发明者。

处理器SoC厂商对比：按产品定义

按厂商产品定义可分为：通用与专用。与视频数据处理相关的赛道涉及面广，既包括手机、机顶盒、智能电视等这样的大宗或类大宗市场，也包括读写笔、扫地机等这样的相对碎片化、规模还没有那么大的市场，不同处理器SoC厂商由于战略规划、技术积淀、客户结构等多方面的不同，需要做好产品定义来实现战略规划的落地，针对大宗、类大宗市场由于市场容量足够大，需要厂商以更具针对性的产品来去获取更大市场份额，而针对碎片化市场，单一细分市场无法达到足够的销量来摊销公司前期研发、流片等各项费用，因此需要用通用类产品来尽可能面向更多市场。

上市公司对比：主要财务指标

从营收和利润体量来看：扣除掉北京君正、国科微存储芯片收入部分，单看处理器芯片收入，体量最大的是晶晨，然后是瑞芯微，全志、富瀚微、北京君正、国科微的处理器芯片收入区间都在10~20亿区间。从销售毛利率、销售净利率来看：晶晨、瑞芯微、全志、富瀚微去年均处于40%左右的综合毛利率水平，北京君正、国科微综合毛利率均低于这个水平，主要是受到存储类产品的拖累，2021年北京君正存储芯片毛利率30.40%，国科微固态存储系列芯片产品毛利率只有12.98%。从近三年增速来看：北京君正由于2020年完成了对北京矽成的收购事项，业务并表，因此收入和利润复合增速最高，富瀚微、国科微由于前期基数较低，近三年增速较高，整体来看这几家公司近三年的净利润复合增速均超过40%。