2023年国芯科技研究报告 MCU是广泛应用的嵌入式系统基础控制芯片

国芯科技：自主可控嵌入式CPU芯片设计公司

公司嵌入式CPU IP积累深厚

国芯科技是一家聚焦于国产自主可控嵌入式 CPU 技术研发和产业化应用的芯片设 计公司。苏州国芯科技股份有限公司成立于 2001 年，由上海科技、南京斯威特、 神州信息出资共同设立，于 2022 年在上交所科创板上市。自成立以来一直采用 Fabless 的经营模式，提供 IP 授权、芯片定制服务和自主芯片及模组产品。产品 主要应用于信息安全、汽车电子以及工业控制、边缘计算和网络通信三大领域。

公司客户包括大型国企央企、部委、知名汽车厂等。公司自主可控嵌入式 CPU 产 业化应用客户主要包括国家电网、南方电网、中国电子等大型央企集团的下属单 位，中国科学院、公安部和清华大学等机构的下属研究院所，以及联想、比亚迪 和潍柴动力等众多国内知名企业。 公司以摩托罗拉授权的“M*Core 指令集”、IBM 授权的“PowerPC 指令集”和开 源的“RISC-V 指令集”为基础，高起点建立具有自主知识产权的高性能低功耗 32 位 RISC 嵌入式 CPU 技术。公司已成功实现基于上述三种指令集的 8 大系列 40 余 款 CPU 内核，形成了深厚的嵌入式 CPU IP 储备。同时，公司基于自主的嵌入式 CPU 内核和丰富的外围 IP 建立面向关键领域应用的 SoC 芯片设计平台，可根据客 户的具体需求提供嵌入式 CPU IP 授权与芯片定制服务。

（1）IP 授权业务：公司将自主可控的嵌入式 CPU 内核及其 SoC 芯片设计平台授 权给客户使用，并向客户提供相关的全套技术文件资料，供其进行后续的芯片设 计与量产。公司授权 IP 主要分为两类，一部分以 CPU 核为主并附带部分 IP 模块， 另一部分是 SoC 设计平台技术授权或其中部分 IP 模块。截至 2021 年 12 月 31 日， 公司已累计为超过 98 家客户提供超过 141 次的 CPU IP 授权；

（2）芯片定制服务：公司基于自主可控的嵌入式 CPU 内核和面向应用的 SoC 芯 片设计平台，为客户提供定制芯片设计服务与定制芯片量产服务。定制芯片设计 服务核心是设计，交付样片，而定制芯片量产服务核心是量产，交付产品。截至2021 年 12 月 31 日，公司已累计为超过 74 家客户提供超过 152 次的芯片定制服 务； （3）自主芯片及模组产品：公司的自主芯片及模组产品以信息安全类产品为主， 聚焦于“云”到“端”的安全应用，覆盖云计算、大数据、物联网、智能存储、 工业控制和金融电子等关键领域，以及服务器、汽车和智能终端等重要产品。

公司股权分散，实际控制人是郑茳、肖佐楠、匡启和。截至 2022Q3，三人直接持 有公司 10.94%的股权，并通过联创投资、矽晟投资、矽丰投资、矽芯投资、旭盛 科创间接控制公司 10.34%的股权，合计控制公司 21.28%的股权。麒越基金持有 10.03%的股份，西藏泰达持有 8.09%的股份，国家集成电路基金持股 6.47%,持股 比例相近且均未超过 30%，故公司无控股股东。公司核心人员分工明确，技术人员从业深耕多年。截至 1H22，公司研发技术人员 达 170 人，占员工总数的 58.22%，其中 6 名核心技术人员。郑茳、肖佐楠、匡启 和均是国务院特殊津贴专家，且实控人即为公司管理层，均具备相关技术背景， 工作经历包含芯片设计、软件设计等。

公司营收、利润高增长，信息安全与汽车电子占比较高

公司归母净利润自 2018 年扭亏为盈以来实现了快速增长，2018-2021 年年均复合 增长率 185.8%；2017-2021 年公司营业收入由 1.3 亿元增长至 4.07 亿元，年均复 合增速达 33%。 2023 年 2 月 28 日，公司发布 22 年业绩预告，初步测算 2022 年实现营业收入 5.3~5.8 亿元，同比增长 30.10%~42.37%。其中，定制芯片的销售收入有较大幅度 的增长，先进计算和存储领域的收入增速较快。自主芯片销售收入与去年同期基 本持平略增，汽车电子芯片和云安全芯片业务增速较快，22 年公司汽车电子芯片 销量达 400 余万颗，同比增加十倍以上。

归母净利润方面，22年预计实现归母净利润 7100~9500 万元，同比增长 1.13%~35.32%；实现扣非净利润200~1900万元，同比下降 95.43%~56.62%。影响 利润的原因有：1）公司理财收益与政府补贴比上年同期有较大幅度的增长；2） 报告期内公司围绕高端汽车电子芯片、高可靠存储控制芯片等领域，较大幅度增 加了研发人员数量，提高研发强度，导致研发费用同比增加约5700万元；3）报 告期内上游晶圆制造和封测产能紧张，成本上升。

公司主营业务主要分为芯片定制、自主芯片及模组产品和 IP 授权，其中自主芯 片营收占比最高，2021 年，三大业务分别占比 22.78%、54.16%、21.16%。收入按 应用领域来分，公司汽车电子营收增速最快，信息安全领域占比最大但持续下降。 1H22 信息安全领域收入 1.05 亿元，同比增长 12.95%，占比 50.8%;汽车电子和工 业控制收入 0.48 亿元，同比增长 172.51%，占比 23.0%；边缘计算和网络通信收 入 0.54 亿元，同比增长 117.59%，占比 26.2%。

公司毛利率较为稳定，净利率改善明显。根据 2021 年数据，公司毛利最高的业务 为 IP 授权业务，毛利率 100%；其次为芯片定制量产服务，毛利率 66%；芯片定制 设计服务主要服务于国家重大需求领域客户，毛利率变动受客户情况影响较大； 芯片及模组业务毛利较为稳定，约35%。2021年公司毛利率为53%，同比下滑13pct， 主要原因是芯片定制服务毛利率比上年减少 22.56pct。

汽车“三化”和信创安全推动MCU市场

MCU是广泛应用的嵌入式系统基础控制芯片

嵌入式系统（Embedded System），通常被定义为：以应用为中心，以计算机技术 为基础，软硬件可裁剪，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求 的专用计算机系统。嵌入式系统在我们生活中随处可见，比如智能手机、冰箱、 洗衣机、智能手环、汽车电子等。 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元，直接关 系到整个嵌入式系统的性能。嵌入式处理器范围广阔，从最初的 4 位处理器，目 前仍在大规模应用的8位单片机，到最新的受到广泛青睐的 32 位，64位嵌入式 CPU。世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过 1000 种，流行体系结构包括 MCU，MPU 等 30 多个系列。

MCU 作为嵌入式系统的重要子类，在嵌入式 CPU 内核的基础上集成了片上 Flash、 RAM 以及各种功能电路模块等外围器件，具有广泛的应用领域。以 SoC 芯片中主 要的通用性芯片产品 MCU 为例，根据 IC Insights 数据，在经历 2016 年 MCU 市场 规模和出货量衰退后，MCU 市场规模和出货量大幅提高。MCU 市场规模在 2019 年 增长 9.3%至 204 亿美元，2019 年 MCU 出货量也从 2018 年 306 亿颗上升到 342 亿 颗，增长幅度达 11.7%。预计到 2022 年 MCU 市场规模将达到 239 亿美元，出货量 达到 438 亿颗。 根据 IHS 数据统计，2015-2020 年中国 MCU 市场 CAGR 为 8.4%，2021 年中国 MCU 市场增长了 36%至 365 亿元。得益于国内物联网和新能源汽车市场在全球具有的 高影响力且不断增长，未来数年 MCU 发展将迈入一个新的台阶。IHS 预测至 2026 年，中国 MCU 市场规模或以约 7%的 CAGR 提升至 513 亿元。

汽车“三化”潮起，电驱和ADAS成为汽车MCU主要增长点

MCU 作为关键的节点控制芯片在六大汽车功能域中广泛使用。目前，汽车电子电 气架构正在经历从分布式架构，到基于域的集中式架构，再到基于域融合的带状 架构的发展历程，智能座舱、高精度导航、车身电子、电驱电控系统等应用对 MCU 需求量大增。MCU 在汽车的动力总成、辅助驾驶、网络互连、地盘安全、信息娱 乐以及车身电子六大功能域中均有广泛的应用，是汽车电子生态系统中的重要节 点处理芯片。

在汽车电动化、智能化、网联化背景下，汽车产品价值链重塑：汽车以电能为轴， 从运载工具向联网化智能移动终端升级，形成了硬件、软件和服务为核心的竞争 要素，成为了电子产业链延伸布局的新蓝海。因此，新能源汽车成为了汽车 MCU 未来的核心增量应用场景，其对应增量空间沿能量流和数据流两条主线展开，汽 车智能化及电动化推动了车规 MCU 量价齐升,传统燃油车 MCU 用量约 70 颗,豪华车 MCU 用量约为 150 颗，而新能源车 MCU 用量达 300 颗左右。

目前各车型市场分布仍分散，未来纯电动汽车将成主流。根据 Yole 统计，2026 年全球电动汽车渗透率将达 38%；其中：纯电动汽车将达 1649 万辆；轻混动作为 燃油车替代类型将达 1280 万辆；而 PHEV 由于其兼具电动汽车及燃油汽车的功能， 一方面，碳排放量明显降低且能享受政策补贴；另一方面，可避免充电时间场及 续航焦虑的问题，将作为燃油车到纯电动汽车的过渡长期存在，达 805 万辆。

ADAS 开启快速普及周期，至 2030 年渗透率将达 49%。根据 Yole 数据，2021 年至 2030 年全球行驶中的 ADAS 车辆将从 1.3 亿台提升至 8.3 亿台，渗透率从 12.3% 提升至 49%，主要为 L1-L2（L2+、L2++）级别；2041 年 ADAS 渗透率将提升至 81%， 其中 4.7%将为 L3-4 自动驾驶；2050 年 ADAS 渗透率将达 95%，其中 L3 及以上自 动驾驶渗透率总计将达 26.9%。根据高工智能汽车数据显示，2022 年 1 月，国内 市场新车（乘用车/不含进出口）前装标配搭载 L2 级辅助驾驶系统上险量为 48.45 万辆，同比增长 63.21%。

汽车“三化”趋势下，应用于电驱和 ADAS 系统成为 MCU 市场成长主推力。根据 Omdia 预测，至 2026 年混合动力/纯电动力电驱系统 MCU 和 ADAS 系统 MCU 市场复 合增长率分别为 22.2%和 19.5%，远超其他主要应用。其中电驱系统 MCU 占比将从 2021 年的 15.5%增长至 25%，超过车身成为第一大汽车 MCU 应用领域，ADAS 系统 超过底盘和安全，成为第三大汽车 MCU 应用领域。

海外厂商垄断汽车MCU市场，自主汽车工业崛起助力国产化

2021 年汽车 MCU 市场规模历史性同比增长 28%，预计 2026 突破 130 亿美元。根 据 Omdia 数据，汽车 MCU 销售额在 2021 年同比增长 28%，达到创纪录的 76.7 亿 美元，主因新能源汽车渗透率提升以及全球性车规半导体供给失衡导致涨价。 Omdia 预计至 2026 年，全球汽车 MCU 市场规模将达到 130.4 亿美元，复合增长率 为 11.2%，增速超过其他 MCU 终端市场（IC Insights 预计至 2026 年全球 MCU 市 场规模为 272 亿美元，CAGR 6.7%）。

汽车 MCU 市场集中度高于 MCU 全行业，美日欧企业 CR6 集中度超 97%。全球 MCU 市场以及汽车 MCU 市场皆主要由恩智浦（欧）、微芯（美）、瑞萨（日）、意法（欧）、英飞凌（欧）、德州仪器（美）等所主导，根据 IC Insights 和 Omdia 数据，全球 MCU 行业 CR5 集中度达到 82%，而汽车 MCU 行业 CR5 集中度达到 90%， CR6 集中度更是达到 97%。我们认为，汽车 MCU 行业集中度高于全行业充分体现汽 车 MCU 拥有较高行业壁垒，也体现了美日欧汽车工业先发优势。

汽车“三化”推动中国汽车工业后发先至，本土汽车半导体获成长机遇。根据世 界汽车制造商协会数据，中国汽车年产量从 1999 年的 183 万辆增长至 2021 年的 2608 万辆，全球占比从 3%提升至 33%。另一方面，随着造车新势力和传统厂商大 力推广新能源汽车，近年来国内新能源汽车产销量领先全球，根据乘联会数据， 2021 年中国新能源乘用车销量在全球的市场份额中已经达到 53%，2022 年 1-5 月 进一步提升至 59%。在全球汽车半导体供给失衡、国际关系日渐复杂背景下，我 们认为中国汽车工业崛起以及新能源汽车领先全球给予本土汽车半导体产业良好 的成长机遇。

中国汽车 MCU 市场规模 2025 年有望达 32.9 亿美元。根据智研咨询预计，2025 年 我国汽车 MCU 市场规模将达到 33 亿美元，海外厂商主导的市场下国产替代空间巨 大。目前，国产 MCU 厂商主要以功能安全要求较低的车身电子等领域作为主要切 入点，以 32 位 MCU 为主要产品系列。国芯科技 PowerPC 内核架构的汽车 MCU 在发 动机、车身控制和安全功能上对标恩智浦的同类产品。

公司已成功开发汽车发动机控制芯片和车身控制芯片，其中发动机控制芯片已在 柴油重型发动机中获得实际应用，在关键领域打破国际垄断，逐步实现了自主可 控和国产化替代。公司开发的车规级安全芯片，符合 AEC-Q100 标准，为国内少 数可为汽车及车联网通信安全提供安全芯片的厂商之一。 在汽车电子和工业控制芯片应用领域，公司已量产的产品主要是基于 0.13um eFlash 汽车电子工艺的发动机控制芯片和 40nm eFlash 汽车电子工艺的车规级安 全芯片。2022 年 8 月，公司成功研发的 CCFC2007PT 芯片产品，是基于公司自主 PowerPC 架构 C*Core CPU 内核研发的新一代汽车电子动力总成及新能源电池管理 (BMS)控制芯片，是在已有 CCFC2006PT 芯片基础上根据客户需求对功能的进一步 增强和完善，该芯片基于 40nm eflash 工艺开发和生产。

云计算市场持续扩大，“云-管-端”安全需求提升

随着全社会的数字化转型，云计算市场规模持续扩张，其所面临的安全问题日益 凸显，“云-管-端”的安全已成为信息安全产业最重要的组成部分。根据国家计 算机网络应急技术处理协调中心发布的《2018 年中国互联网网络安全报告》，云 平台已经成为发生网络攻击的重灾区，在各类型的网络安全事件中，云平台上的 DDoS 攻击次数、被植入后门的网络数量、被篡改的网站数量占比均超过 50%。

随着云计算市场规模的提升和对于信息安全自主可控的日益重视，云安全市场也 进一步扩大。根据 Gartner 前瞻产业研究院，2022 年，全球云安全市场规模达到 119.7 亿美元，同比增长 15.6%；中国云安全市场规模将达到 173.3 亿元，同比增 长 47.2%。全球安全芯片及模组市场，由于不同应用领域的产品对于芯片的需求不同，市场 集中度较低。国外厂商有恩智浦和英飞凌，在智能移动终端占据较高的市场份额； 国内厂商华大电子、紫光国微、国民技术等主要提供应用在智能卡、物联网、智 能存储领域的信息安全芯片，凭借在相关领域的积累及较强的销售渠道，在客户 覆盖、渠道覆盖、产品矩阵覆盖上具备优势，在国内信息安全芯片部分细分领域 处于优势地位。

公司为国内主要的云安全芯片、金融 POS 安全芯片供应商之一，国家重大需求安 全芯片主要供应商之一。国芯科技公司基于自主可控的嵌入式 CPU，成功研发了 信息安全芯片及模组产品，为国内少数可提供“云”到“端”系列化安全芯片及 模组产品的厂商，满足了国家重大需求和关键应用领域对自主可控的信息安全芯 片及模组的需求，逐步实现了国产化替代。 公司信息安全芯片产品的工艺涵盖 14nm/40nm/65nm/90nm/130nm/180nm 等不同 规格的产线，并已拥有 14nm FinFET 成功流片经验和 40nm eFlash/RRAM 等工艺节 点芯片的规模量产经验，在先进制程工艺节点的技术已达到国内同行业厂商的领 先水平。

其中在“云”安全芯片领域，公司的 CCP903T 系列云安全芯片对称算法的加解密 性能达到 7Gbps；新一代 CCP908T 系列云安全芯片对称算法的加解密性能达到 30Gbps，综合性能达到国际龙头企业同类产品的技术指标，可满足高端云设备的 安全需求；在“端”安全芯片领域，公司是国内首家通过银行卡检测中心国际 PCI 5.1 标准测评的金融终端安全主控芯片的企业，产业化应用位居国内前列。

物联网终端分散，催生边缘计算需求

可穿戴设备、移动智能终端、智能网联汽车和机器人等设备，普遍要求数据处理 的低时延和高可靠性，边缘计算适用性高。边缘计算使数据能够在最近端进行处 理，减少云、端间的数据传输，极大提升效率，很适合高交互、大带宽的 5G 时代。 此外，在各国对数据采集和传输日益敏感的环境下，边缘计算本地化处理数据为 企业安全合规带来很大便利。据 CB Insight 预测，2022 年全球边缘计算市场规 模将达到 67.2 亿美元。Statista 报告预测，到 2030 年将有超过 290 亿台物联网 连接设备。

公司边缘计算和网络通信的相关业务进展顺利，已成功研制了 RAID 控制芯片，为 我国存储服务器关键芯片的国产化提供支撑；公司还成功研制了具备高性能运算、 网络加速及网络交换的高性能 SoC 芯片。截至 2H22，公司研发的芯片具备多核计 算、网络路径和协议加速引擎、路由转发以及多种高速通信接口，适用于边缘计 算与网络通信的计算、安全及通信需求，截至 22 年年底，公司采用国芯 32 位四 核的 PowerPC 指令架构 CPU 核的 H2040 芯片已完成流片，芯片内部测试成功；基 于 14nm 工艺设计，采用国芯 64 位多核 PowerPC 架构 CPU 核的 S1020 芯片已流片， 正在测试中。

ARM垄断嵌入式CPU IP，自主可控刻不容缓

嵌入式CPU是SoC芯片核心技术

嵌入式 CPU 是 SoC 芯片的控制和运算核心，作为 SoC 芯片中最关键的技术之一， 其技术实现难度高，同时强调逻辑控制、计算速度和低功耗，长期以来为国外企 业所垄断，其国产化对于国家战略安全与产业安全具有重要意义。嵌入式 CPU 技 术主要涉及 CPU 指令集、CPU 内核与 SoC 芯片三个层次。IP 是构成 SoC 的基本单元，即先把满足特定的规范和要求并且能够在设计中反复 进行复用的电路功能模块设计成 IP，以 IP 为基础进行平台化设计，可以缩短 SoC 设计所需的周期和减少设计错误。随着半导体产业进入超深亚微米乃至纳米加工 时代到来，以及随着市场竞争加剧、芯片复杂度大幅度提高、上市时间和开发成 本压力增大，对芯片 IP 的应用比例也相应提高。在现代 SoC 设计技术理念中，基 于平台的 SoC 设计方法变得越来越重要。

根据 WSTS 统计的数据，2021 年设计 IP 销售额同比增长了 19.4%，达到 54.5 亿美 元。与此同时，2021 年半导体销售额同比增长了 26.2%。IPnest 于 2022 年 5 月 发布《设计 IP 报告》，根据营收，2021 排名第一的是 Arm，营收同比增长 16.7%， 占据了整个市场 40.4%的份额。排名第二的是 Synopsys，营收同比增长 21.7%， 市场份额为 19.7%。排名第三的则是 Cadence，营收同比增长 13.7%，市场份额为 5.8%。

指令集架构是指一种类型 CPU 中用来计算和控制计算机系统的一套指令的集合。 指令集架构主要规定了指令格式、寻址访存、数据类型、寄存器。指令集通常包 括三大类主要指令类型：运算指令、分支指令和访存指令。此外，还包括架构相 关指令、复杂操作指令和其他特殊用途指令。因此，一种 CPU 执行的指令集架构 不仅决定了 CPU 所要求的能力，而且也决定了指令的格式和 CPU 的结构。

ARM 建立的完善的生态循环体系在移动终端、可穿戴设备、物联网微控制器等嵌 入式 CPU 市场形成了极高的壁垒。根据 ARM 官网，2021 财年基于 Arm 架构的芯片 出货量创下新高，达 292 亿颗，其中在财年第四季度出货 78 亿颗。95%中国设计 的 SoC 芯片都是基于 ARM 的 CPU 技术。根据 ARM 官网介绍，ARM 架构处理器在智 能手机应用处理器和物联网控制器等领域占据全球 90%市场份额。

美国 SiFive 公司是近年来嵌入式 CPU 技术的新军，基于开源 RISC-V 指令系统推 出了一系列的嵌入式 CPU 内核，受到行业内高度关注，有望打破 AR M 的垄断地位。 IBM 公司是 Power 指令架构的拥有者，Power 指令架构拥有成熟先进的特点，覆 盖了从嵌入式、服务器到超级计算的全产业应用，2019 年 10 月 IBM 正式宣布开 源其 Power 指令架构，受到行业内的青睐，应用生态较为成熟。

依靠开源指令集，实现IP底层技术的“自主可控”

有别于 ARM Cortex 内核垄断 32 位消费电子等领域 MCU，汽车 MCU 内核架构较为 多元。在汽车 MCU 领域，MCU 的内核架构较为多元，从行业头部厂商来看，拥有 ARM 架构产品系列有恩智浦、英飞凌、微芯等，拥有 PowerPC 架构产品系列的意 法半导体、恩智浦等，亦有自研架构的厂商，如拥有 Tricore 的英飞凌，瑞萨和 德州仪器也拥有自研架构。根据国芯科技招股书，目前 ARM 架构处理器在车载娱 乐和 ADAS 系统领域占据全球 75%市场份额，但在车身和发动机控制领域中占比尚 小，市场主要被 PowerPC 架构和 Tricore 等架构占据。

在信息安全领域，由于下游客户对自主可控的需求，国产的嵌入式 CPU IP 技术占 据了一定市场地位；在以物联网为代表的部分新兴应用领域，由于市场具有长尾 化和碎片化的特点，使得各应用场景存在大量的个性化、差异化需求，同时，物 联网更加注重芯片低功耗特点，RISC-V 架构的极致精简和灵活的架构以及模块化的特性，能够让用户自由修改、扩展以满足其不同应用需求和低功耗需求，因此 逐步对 ARM 的市场竞争地位产生挑战。 公司提供的 IP 授权与芯片定制服务基于自主研发的嵌入式 CPU 技术，公司已成功 实现基于“M*Core 指令集”、“PowerPC 指令集”和“RISC-V 指令集”的 8 大 系列 40 余款 CPU 内核，实现了多发射乱序执行、多核总线一致性架构、多核锁步 以及多级 Cache 等主流架构设计，并同步研发了软件集成开发与调试工具链，实 现对多种嵌入式操作系统的支持。

盈利预测

假设前提

自主芯片及模组产品：2022 年，公司汽车电子芯片实现 400 余万颗的出货，出货 量同比增加十倍以上，汽车芯片业务进入高速放量成长期，23 年预计将继续围绕 比亚迪、吉利、奇瑞和长安等重点客户进行开拓。同时，随着 2022 年研发投入的 增长和公司员工数量的增加，相关产品研发进度和市场开拓力度在 2023 年会进一 步加快，特别是汽车电子和信创领域芯片产品，计划实现新研发的域控制器芯片、 混合信号芯片和汽车信息安全芯片的规模化销售。我们预计22-24年公司该业务 收入将以 15%/200%/80%增长至 7.61/13.70 亿元。

定制芯片业务：由于疫情影响定制芯片项目的验收，造成部分收入确认延后。疫 情影响因素目前看对经济影响正在减小，预计相关定制芯片项目验收在今年上半 年会加快推进。我们预计公司定制芯片业务 22-24 年增速为 95%/80%/50%,至 181.09/3.26/4.89 亿元。 IP 授权业务：我们预计公司 IP 授权业务 22-24 年增速为 30%/60%/30%,至 1.14/1.83/2.38 亿元。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）