行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 1 半导体 证券 研究报告 2021 年 06 月 19 日 投资 评级 行业 评级 强于大市 (维持 评级 ) 上次评级 强于大市 作者 潘暕 分析师 SAC 执业证书编号： S1110517070005 程如莹 联系人 资料 来源： 贝格数据 相关报告 1 半导体 -行业研究周报 :持续看好国 产半导体设备材料 2021-06-16 2 半导体 -行业点评 :疫情影响京元电 子停工，看好我国封测头部标的 2021-06-07 3 半导体 -行业研究周报 :Q3 进入传统 旺季，驱动半导体景气度持续向上 2021-06-06 行业走势图 AIoT 黄金时代已至，产业变革催生“芯”机遇 AIoT 进入发展“加速段”：智能化技术配套已成熟，未来十年快速成长。 AIoT 即智能物联网，在物联网的基础上加上人工智能技术； 2021 年受到疫 情影响下带动防疫 +居家的双重需求，助推大量 AIoT 场景快速落地。国内 AIoT 龙头连接设备量环比快速上升，大量 AIoT 应用场景快速落地；是中国 AIoT 应用成熟需求快速融合的阶段，叠加 2020 年疫情催化智能类产品快速 放量，成为快速发展的元年；预计未来十年各应用持续普及，为国内 AIoT 发展的黄金十年。 AIoT 三大“芯”模块其中主控制器 SoC&MCU 为 AIoT 智能终端大脑。 AIoT 设备除了原本电子产品中所需要的 MCU 主控芯片外，还需要对物联网 所产生的庞大数据进行 AI 处理，进而提升产品智能化与用户交互的体验； 因此，还需要 SoC 芯片 进行 AI 语音 &影像处理 。 AIoT SoC 设计由多个 IP 模 块组成。通常 AIoT SOC 公司的 IP 会分为外购与自研： 1）外购 IP 主要以 CPU、 GPU 等计算的通用模块为主；目前 CPU 主流架构包括英特尔推出的 X86 架构、 ARM 推出的 ARM 架构、 MIPS 公司推出的 MIPS 架构、开源指令 集 RISK-V 等； 2）自研 IP 主要以 AI 模块、通讯模块、模拟电路为主；自研 IP 也是 AIoT SOC 核心竞争力之一。 AIoT 智能硬件应用：家居 /安防 /商办 /汽车多点开花 AIoT 家居类市场增长最快，商业类市场规模最大，汽车类尚具发展潜力。 AIoT 技术成熟提升用户体验，智能家电开启新一轮需求增长；其中智能音 箱作为 AIoT 交互入口持续渗透，驱动功能类的大 /小智能家电（照明、扫地 机器人、电饭煲、空冰洗等）进入快速成长期。安防类行业 &消费类并行， AI 摄像头提升应用功能 ， 中国行业级别的安防摄像头，智能化渗透率还有 很大的空间；国内家用消费级 IPC 市场，仍处于起步与快速发展的阶段。智 慧商业类：楼宇商办广告多头并进，商用交互平板受到疫情推动加速普 及。汽车类多媒体娱乐系统自动驾驶新增 AI 需求，随着车载娱乐系统功 能增加， SoC 性能要求大幅度提升。 重点关注： SoC 主控相关公司：瑞芯微、晶晨股份、全志科技、富瀚微 、 恒玄科技 MCU 微控制器相关公司：兆易创新、中颖电子、北京君正 、国民技术 通信 IC 相关公司：乐鑫科技、博通集成 传感器相关公司：赛微电子、敏芯股份、苏州固锝、惠伦晶体 风险提示： 景气度不如预期、产品升级迭代不如预期、 产能紧缺风险 、系统 性风险 0% 6% 12% 18% 24% 30% 36% 2020-06 2020-10 2021-02 半导体 沪深 300 行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 2 内容目录 1. AIoT 黄金时代已至，产业变革催生 “ 芯 ” 机遇 . 7 1.1. AIoT 市场 &趋势：开启半导体 “ 千亿级 ” 大赛道 . 7 1.2. AIoT 三大 “ 芯 ” 模块：主控制器、传感器、通信芯片 . 9 1.2.1. 主控制器 SoC&MCU：为 AIoT 智能终端大脑 . 10 1.2.2. 传感器 MEMS&CIS&压 /温感等：为 AIoT 智能终端的五官 . 14 1.2.3. 通信芯片 WiFi&蓝牙：解决 AIoT 数据传输的瓶颈 . 16 2. AIoT 智能硬件应用：家居 /安防 /商办 /汽车多点开花 . 18 2.1. 智慧家居：电视 &音箱入口持续渗透，功能类智能家电成长空间大 . 18 2.1.1. 电视类：机顶盒 &智慧电视渐成为标配，从传统迈向联网 . 19 2.1.2. 大家电：空 /冰 /洗， AI 高附加价值提升品牌升级意愿 . 21 2.1.3. 小家电：音箱 &扫地机器人成为爆款，其他品类持续开拓 . 24 2.2. 安防类：行业 &消费类并行， AI 摄像头提升应用功能 . 25 2.2.1. AI 摄像头：提升人脸识别、异常行为检测等功能 . 25 2.2.2. 智能门铃门锁：安全性高于传统机械锁 . 28 2.3. 智慧商业类：楼宇商办广告多头并进 . 28 2.3.1. 商用显示屏幕：疫情后时代正逐步增长 . 28 2.3.2. 商用照明：智能 LED 照明节能增效快速增长 . 31 2.4. 汽车类：多媒体娱乐系统自动驾驶新增 AI 需求 . 32 2.4.1. 多媒体娱乐系统：疫情后时代正逐 步增长 . 32 2.4.2. 自动驾驶系统：随着传感器数量提升， AI 算法需求提升 . 33 3. 相关企业 . 34 3.1. SoC 主控芯片相关公司 . 34 3.1.1. 瑞芯微：通用 SoC 奠定应用基石， AIoT 布局全面 . 34 3.1.2. 晶晨股份：国内多媒体 SoC 芯片龙头，逐步切入 AIoT 领域 . 35 3.1.3. 全志科技：长期深耕 SoC 领域， AIoT 多产品布局正迎来收获期 . 37 3.1.4. 富瀚微： IPC 厚积薄发， AIoT 趋势引领未来 . 39 3.2. MCU 微控制器相关公司 . 42 3.2.1. 兆易创新：国内通用 MCU 龙头， AIoT 产品矩阵持续丰富 . 42 3.2.2. 中颖电子：家电 MCU 领域耕耘多年，积极布局 AIoT 应用 . 43 3.2.3. 北京君正：携手 ISSI 强强联合，聚焦车载 AIoT 应用 . 44 3.3. 通讯 IC 相关公司 . 47 3.3.1. 乐鑫科技：全球 Wi-Fi MCU 领域龙头，有望受益 AIoT 产业发展 . 47 3.3.2. 博通集成：无线数传与无线音频并驾齐驱，产品快速迭代 . 49 4. 风险提示： . 51 图表目录 图 1：中国 AIoT 产业发展： 2021 年起进入成长期，未来十年将持续加速 . 7 行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 3 图 2： 2019-2025 年全球物联网设备连接量将从 120 亿台增长为 246 亿台，年复合增速 13% （十亿台） . 7 图 3： 2022 年全球 AIoT 市场规模达 4820 亿美元， 2019-2022 年复合增速达 28.65%（亿美 元） . 8 图 4： 2022 年中国 AIoT 市场规模达 1088 亿美元， 2019-2022 年复合增速达 25.30%（亿美 元，按照汇率 6.9 计算） . 8 图 5：小米集团 AIoT 连接设备量（亿台）与同比增速 . 8 图 6：小米 IoT 平台接入设备种类超 2200 款智能终端 . 8 图 7： AIoT 产业链价值分布：芯片在价值占比 10%，市场规模约 2500 亿元； . 9 图 8： AIoT 中芯片的组成：运算、感测、联网 . 9 图 9： SOC 为 AIoT 的主要控制器，电路较复杂，对 IC 设计、制造工艺及软硬件协同开发 技术要求高 . 10 图 10： SoC 组成 IP 模块：一般采用自研结合外购的模式，核心 IP 自研，周边 IP 外购； . 10 图 11：移动 SoC 中的神经网 络处理器 . 11 图 12：不同模型上算力的利用率不同 . 11 图 13： MCU 为精简版的主控制器 ，具备低功耗和可运算的优势 . 12 图 14： 2022 年全球 MCU 应用在 IOT 的市场规模预计达 51.9 亿美元（亿美元） . 12 图 15： MCU 与 MPU 的架构差异 . 13 图 16：传感器细分种类繁多用于不同类型信号感测 . 14 图 17： MEMS 应用领域 . 14 图 18：中国 MEMS 市场规模，亿美元（按照汇率 6.9 计算） . 14 图 19： MEMS 的组成 . 15 图 20： MEMS 应用案例，在微电子系统中透过物理特性采集数据 . 15 图 21：通讯模块的种类 . 16 图 22：全球联网设备数量预测，百万台 . 18 图 23：全球智能家居设备市场出货量预测：智能家电、家庭安全监控、智能照明等增速达 30%-90% . 19 图 24： 2021 年全球智能家电市场规模超 250 亿美元，未来 3 年复合增速达 16.5%（亿美元） . 19 图 25： IPTV 机顶盒示意图 . 19 图 26： OTT 机顶盒示意图 . 19 图 27： 2019 全球智能机顶盒每年销量已经突破 2.6 亿台（亿台） . 20 图 28：智能机顶盒供应链关系 . 20 图 29： 2019-2020 为国内三大运营商 IPTV 采购量的低点，预计 2021 年将开启新一轮采购 高峰（亿台） . 21 图 30：中国联通公布 IPTV 全 4K 智能机顶盒测试结果（ 2018 年） . 21 图 31： 2019 年全球智能电视出货量达 1.58 亿台，预计 2023 年将超过 2 亿台，渗透率达 90%（亿台） . 21 图 32： 2021 年中国智能电视进入增长周期，得益于智能家居系统逐步成熟，预计未来 3 年将持续增长（百万台） . 21 图 33：中国智能白电渗透率尚低，未来有较大发展空间 . 21 图 34： 2020 年中国白电（空冰洗）产量合计 3.15 亿台（亿台） . 22 图 35： 2019 年中国白电占全球整体产能情况 . 22 行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 4 图 36：智能空调架构 . 23 图 37：智能空调新增 AI 语音人机交互功能 . 23 图 38：智能冰箱使用场景案例 ：语音增强交互体验，图像增强食材管理 . 23 图 39：智慧洗衣机架构：探索各种智能化功能 . 23 图 40： 2019 年智能音箱用户规模与普及率尚低 . 24 图 47：小米扫地机器人主板拆解： SoC、 MCU、电源管理 IC、 WiFi 芯片等 . 25 图 42： 2019-2024 年中国智能视频监控市场（单位：十亿美金） . 26 图 43： 2024 年中国 AI 摄像头渗透率将达到 63% . 26 图 44： ISP 架构图：为基础图像处理功能 . 27 图 45： IPC 架构图：在 ISP 基础上集成更多功能和 AI 模块 . 27 图 46： 网路摄像机方案目前主要采用 IPC 芯片 . 27 图 46：中国大陆商显市场整体规模 （亿元） . 28 图 49： 2019-2020 年中国交互式平板市场规模（万台） . 29 图 50：教育交互平板细分产品出货量预测（万台） . 29 图 51：商用交互平板出货量预测（万台） . 29 图 52：商用交互平板使用场景示例 . 29 图 53：国内广告机出货量预测（万台） . 30 图 54：广告机在无接触零售的应用场景 . 30 图 55：商业显示主板拆分：主 控 SOC 为核心 . 30 图 56： 不同建筑类型智能照明节能效果汇总（百分比） . 31 图 57： 国内智能照明市场规模及预测（单位：亿元） . 31 图 58：灯节点的控制电路 . 31 图 59：士兰微智能照明相关 MCU . 31 图 60： 智慧座舱相关应用场景 . 32 图 61：车载显示屏中，中控显示出货量大约占 50% . 32 图 62： AP 以 NXP i.MX 6 为例，包含 3D 图形、高清视频模块 . 33 图 63： CP 主要协助补充 CPU 功能 . 33 图 64： 自动驾驶组成 . 33 图 65：瑞芯微发展历史：二十年技术积累 . 34 图 66：瑞芯微 SOC 芯片在消费电子领域应用 . 34 图 67：瑞芯微 SOC 芯片在智能物联领域应用 . 34 图 68：瑞芯微营业收入（亿）及同比增速（ %） . 35 图 69：瑞芯微归母净利润（亿元）及同比增速（ %）： . 35 图 70：瑞芯微毛 利率与净利率（ %） . 35 图 71：晶晨股份发展历程：接近二十年技术积累 . 36 图 72：晶晨股份营业收入（亿）及同比增速（ %） . 37 图 73：晶晨股份归母净利润（亿元）及同比增速（ %）： . 37 图 74：晶晨股份毛利率与净利率（ %） . 37 图 75：晶晨股份营收结构 . 37 图 76：全志科技 SoC 产品包技术架构示意图 . 38 图 77：全志科技 2016-2021Q1 营收和净利润（亿元） . 39 行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 5 图 78：全志科技 2016-2021Q1 毛利率和净利润率（亿元） . 39 图 79：全志科技毛利率与净利率（ %） . 39 图 80： 2020 年富瀚微营收占比 . 40 图 81：富瀚微营业收入（亿元）及同比增速（ %） . 40 图 82：富瀚微归母净利润（亿元）及同比增速（ %）： . 40 图 83：富瀚微 毛利率与净利率（ %）： . 41 图 84：富瀚微研发投入（亿元）及研发费率（ %）： . 41 图 85：兆易创新 GD32 产品系列 . 42 图 86：合肥长鑫 DDR4 产品：兆易创新协同合肥长鑫发展 DRAM . 42 图 87： 兆易创新营业收入和归母净利走势（亿人民币） . 43 图 88： 2017 年中国小家电 MCU 企业竞争格局 . 43 图 89：公司主要产品 与下游应用 . 44 图 90： 中颖电子营业收入和归母净利走势（亿人民币） . 44 图 91：北京君正 微处理器芯片和智能视频芯片产品线 . 45 图 92： ISSI 主要产品 . 45 图 93： 2018 年 ISSI 营收结构 . 45 图 94：北京君正营业收入（亿元） 及同比增速（ %）： . 46 图 95：北京君正归母净利润（亿元）及同比增速（ %）： . 46 图 96：北京君正公司毛利率与净利率（ %）： . 47 图 97：北京君正营收结构变化（ %） . 47 图 98：乐鑫科技 2016-2021Q1 产品收入结构 . 48 图 99：乐鑫科技 2016-2021Q1 营收和净利润（亿元） . 49 图 100：乐鑫科技 2016-2021Q1 毛利率和净利润率 . 49 图 101：博通集成 2016-2021Q1 营业总收入及同比增速 . 50 图 102：博通集成 2016-2021Q1 归母净利润及同比增速 . 50 图 103：博通集成 2016-2021Q1 毛利率和净利润率 . 50 图 104：博通集成 2016-2021Q1 产品收入结构 . 50 表 1： SOC 国内相关公司（不完全统计） . 11 表 2： MCU 国内相关公司（不完全统计） . 14 表 3：传感器国内相关企业（不完全统计） . 16 表 4：长距离通讯蜂窝通信技术比较 . 17 表 5：短距离通讯技术比较 . 17 表 6：通信芯片国内相关企业（不完全统计） . 18 表 7：小家电种类 . 24 表 8： 不同协议智能锁解决方案差异 . 28 表 9：公司主要尖端芯片产品 . 36 表 10：全志科技芯片产品系列丰富、下游应用领域广 . 38 表 11：富瀚微代表性产品 . 40 表 12：公司智能处理技术持续升级优化中 . 41 表 13：公司募拟投项目情况 . 46 行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 6 表 14：乐鑫科技主要系列芯片参数对比 . 48 表 15：博通集成由来自美国硅谷技术团队成立，实际控制人具有超过 20 年相关行业工作 经验 . 49 行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 7 1. AIoT 黄金时代已至，产业变革催生“芯”机遇 AIoT 进入发展“加速段”：智能化技术配套已成熟，未来十年快速成长。 AIoT 即智能物 联网， 在物联网的基础上加上人工智能技术 ， 通过物联网产生并收集的海量数据存储 与人 工智能技术 对数据进行智能化分析， 加强人与物品的交互体验 以实现万物智联化。 2021 年为中国 AIoT 应用成熟需求快速融合的阶段，叠加 2020 年疫情催化智能类产品快速放 量，成为快速发展的元年；预计未来十年各应用持续普及，为国内 AIoT 发展的黄金十年。 图 1： 中国 AIoT 产业发展： 2021 年起进入成长期，未来十年将持续加速 资料来源： 物联网智库 、挚物 AIoT 产业研究院 、 199IT， 天风证券研究所 1.1. AIoT 市场 &趋势：开启半导体“千亿级”大赛道 全球物联网连接设备快速增长，各应用领域多点开花 。根据 GSMA 公布的数据， 2019 年全球物联网 连接设备量达到 120 亿 台 ，预计到 2025 年总连接数将 会达到 246 亿 台 ， 年复合增长率达 13%；根据中国工信部发布的数据，中国物联网连接数占全球的 30%， 预计 2025 年将会达到 80 亿台。从未来 6 年增量的设备来看，主要增长来自智能家居， 包含家电、网络基础设施、安全设备等；智慧建筑包含企业安全自动化、企业资产和设备 等。 图 2： 2019-2025 年全球物联网设备连接量将从 120 亿台增长为 246 亿台，年复合增速 13%（十亿台） 资料来源： GSMA， 天风证券研究所 全球与中国 AIoT 市场规模均快速增长，近三年复合增速超 25%。 根据 IDC 公布的数据 行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 8 与预测， 2019 年全球 AIoT 市场规模达到 2264 亿美元，预计到 2022 年达到 4820 亿美 元， 2019-2022 年复合增长率为 28.65%；根据艾瑞咨询公布与数据预测， 2021 年中国 AIoT 市场规模将会达到 949 亿美元（约 6500 亿人民币）， 2019-2022 年复合增长率达 到 25.3%；整体来看，全球和中国 AIoT 的市场规模均为快速增长。 图 3： 2022 年全球 AIoT 市场规模达 4820 亿美元， 2019-2022 年 复合增速达 28.65%（亿美元） 图 4： 2022 年中国 AIoT 市场规模达 1088 亿美元， 2019-2022 年复 合增速达 25.30%（亿美元，按照汇率 6.9 计算） 资料来源： IDC、涂鸦智能， 天风证券研究所 资料来源： 艾瑞咨询， 天风证券研究所 国内 AIoT 龙头连接设备量环比快速上升，大量 AIoT 应用场景快速落地。 以小米 AIoT 平 台已连接的设备数量为例， 2020 年 Q3/2020 年 /2021 年 Q1 已连接的设备数分别达到 2.89/3.25/3.51 亿台， 2021 年第一季度同比增长达到 39%。此外包含华为、涂鸦智能等公司 预计设备量达到亿级别； 2020 年涂鸦智能赋能设备数量达到 2.04 亿； 2021 年 搭载鸿蒙的 设备至少 3 亿台 ；受到 疫情影响下 带动防疫 +居家的双重需求，包含 体温监控、无人配送 、 智能家居、 轨迹追踪 等各类建立在 AIoT 技术上的应用 ，助推大量 AIoT 场景快速落地。 图 5： 小米集团 AIoT 连接设备量 （亿台）与同比增速 图 6： 小米 IoT 平台接入设备种类超 2200 款智能终端 资料来源： 小米公司公众号 ， 天风证券研究所 资料来源： 2019 小米 AIoT 安全峰会 ，安全内参， 天风证券研究所 AIoT 驱动半导体市场规模，有望达到 2500 亿人民币。 根据 Ericsson 统计， 传感器与芯 片生产商在 AIoT 产业链中，价值量占比约为 10%； 按照 2021 年全球 AIoT 市场规模 3740 亿美元计算，预计半导体价值量达到 374 亿美元，约为 2500 亿人民币。 AIoT 的发 展与半导体产业高度相关，无论从底层设备、联网层、应用端均仰赖于 半导体 技术 才能实 现， 相对的 半导体产业也受惠于 AIoT 成长 持续增长 。 半导体是促进智能家居、智能建筑、 智能健康、智能医疗、智能工控、智能城市等各种领域的落地与兴起，叠加应用落地与需 2260 2907 3740 4820 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 2019 2020E 2021E 2022E 552 843 949 1088 0 200 400 600 800 1000 1200 2019 2020E 2021E 2022E 2.89 3.25 3.51 36% 38% 39% 34% 35% 36% 37% 38% 39% 40% 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 2020 Q3 2020 2021 Q1 设备数量 同比增速 行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 9 求提升，使 AIoT 中的半导体板块重点受益。 图 7： AIoT 产业链价值分布：芯片在价值占比 10%，市场规模约 2500 亿元； 资料来源： Ericsson、 亿欧 、涂鸦智能 ， 天风证券研究所 1.2. AIoT 三大“芯”模块：主控制器、传感器、通信芯片 AIoT 三大 功能为智能终端赋能： 运算、 感测 、联网。 AIoT 产业链可分为四个层级 ：四个 层级的技术基本依赖运算、感测、联网三大功能； 1） 感知层 ：包含 传感器、芯片 等 的底 层元器件 ，主要进行 数据信息采集 以及智能分析 ， 作为底层的核心硬件，为实现 AIoT 功 能的第一步 ； 2）网络 层 ：包含通信技术与服务商，主要 是 作为数据的传输者 ； 3） 平台层 ： 主要是对数据进行存储与分析，属于平台型服务，为实现 AI 算法和功能的关键 ； 4） 应用 层 ：属于 产业链下游 终端，实现专用化的 AI 功能和 服务 。 主控制器（ SoC、 MCU）：实现分析 运算 ； AIoT 设备 除了原本电子产品中所需要的 MCU 主控芯片外， 还 需要 对 物联网所产生的庞大数据进行 AI 处理，进而提升产品智能化与用 户交互的体验 ；因此，还需要 SoC 芯片进行 AI 语音 &影像处理 ； 以智能音箱为例， 通过 SoC 主控芯片处理传感器所收集的声音讯号，为了达到很好的交互体验，需要透过 AI 语 音识别技术，实现快速的分析与反应。 传感器 （ MEMS、压感、温感等）：实现信息感测 。 传感器是为物品赋予 人类感官能力的 技术 ，用于侦测环境中所生事件或变化，能够探测、感受外界的讯号、物理条件或化学组 成。 包含温度传感器、湿度传感器、气体传感器、烟雾传感器、影响传感器等，主要是感 测并接收外部的信息。 通信 芯片（ WiFi、蓝牙、 Zigbee 等）：实现信息传输。 AIoT 的关键就是将 设备接入互联 网 实现物联网 , 将不同设备的不同协议进行桥接 与汇总 。目前已有很多种通信技术可以满 足各种不同的通信需求， AIoT 一般采用联网技术包括 WiFi、蓝牙、 Zigbee、 NB-IoT 等。 图 8： AIoT 中芯片的组成：运算、感测、联网 行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 10 资料来源： Wind， 天风证券研究所 1.2.1. 主控制器 SoC&MCU：为 AIoT 智能终端大脑 AIoT SoC 负责语音 &影像等处理 技术， 为 AI 智能终端的算力主控 。 AIoT 智能终端的主 控制器一般应用采 SoC， 其具备较强算力，适合作为 智能设备 的芯片 大脑 ；通常 在低功耗 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，相比于传统的 MCU 微处理器系统， SoC 在性能和功耗上具有明显优势，已经占据 智能 终端芯片市场的 主导地位，并且正在向更为广泛的应用领域扩展。 SoC 是在一块芯片上集成一整个信息处理系统 ，拥有整个数字和模拟电路系统的完整功能， 主要集成中央处理器、图形处理器、视频编解码器、显示控制器、总线控制器、内存子系 统、音频处理器、输入输出子系统以及各类高速模拟接口等功能模块。 因此， SoC 的电路 较为复杂，对研发设计、制造工艺以及软硬件协同开发技术的要求较高 ， 整体流程包含从 基础技术的研发到芯片应用的开发最终形成 SOC 产品。 图 9： SOC 为 AIoT 的主要控制器，电路较复杂，对 IC 设计、制造工艺及软硬件协同开发技术要求高 资料来源： 瑞芯微招股说明书 ， 天风证券研究所 AIoT SoC 设计由多个 IP 模块组成。 通常 AIoT SOC 公司的 IP 会分为外购与自研： 1）外购 IP 主要以 CPU、 GPU 等计算的通用模块为主；目前 CPU 主流架构包括英特尔推出的 X86 架构、 ARM 推出的 ARM 架构、 MIPS 公司推出的 MIPS 架构 、开源指令集 RISK-V 等； 2） 自研 IP 主要以 AI 模块、 通讯模块、 模拟电路为主；自研 IP 也是 AIoT SOC 核心竞争力之 一 。以恒玄科技的智能音频 SOC 产品为例，一颗 SOC 芯片集成了处理模块、蓝牙模块、 音频模块、电源管理等多个功能模块；以瑞芯微为例，公司自研的 IP 包含 视频解 /编码器 、 图像前处理加速器 、 智能显示控制器与图像后处理 、 音频处理模块 等；以晶晨股份为例， 公司自研技术包含 全格式视频解码处理 、 超高清电视图像处理模块 、 全格式音频解码处理 、 高品质音频信号处理 等。 图 10： SoC 组成 IP 模块：一般采用自研结合外购的模式，核心 IP 自研，周边 IP 外购； 行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 11 资料来源： 恒玄科技招股说明书 ， 天风证券研究所 NPU 是 嵌入式神经网络处理器 ，是 AIoT SoC 中处理 AI 算法的核心。 神经网络的硬件 主 要是在已有的 CPU 或 GPU 架构再增加 神经网络内核。 主要的功能 为训练 、 推理 ； 适用 的 市场范围广泛，包括服务器、移动设备和 AIoT 等 。 其中核心的指标为 处理器运算能力 单位 （ TOPS）；以 16TOPS 与 4TOPS 为例， 16TOPS 的算力越强，但这也不是唯一 的指标；以地平线测试的护具来看， 11.4TOPS 与 4TOPS 在不同的模型下有不同的有效 利用率，因此评估芯片的 AI 性能需要以多个维度机型衡量，例如算法精度、处理认读的 速度、单位尺寸的最大处理能力、成本与功耗等。 图 11： 移动 SoC 中的神经网络处理器 图 12： 不同模型上算力的利用率不同 资料来源： PC Watch、 Hiroshige Goto， 天风证券研究所 资料来源： 芯东西 公众号、地平线， 天风证券研究所 SoC 系统集成芯片包含完整系统并有嵌入软件的全部内容的产品，因此多种类且应用范围 广。 从应用场景来看大致可以拆分为强调高算力的手机 /计算机、强调低功耗的消费 /物联 网、强调可靠稳定的工业 /安防、强调安全的汽车等领域。其中与 AIoT 最为相关的领域为 消费 /物联网、工业 /安防。 手机 /计算机： 核心部件 包含 CPU 模块 影响运行速度、 GPU 模块 影响游戏性能 等。目前 主要的公司以苹果、高通、三星、连发科、华为海思为主。 消费 /物联网： 低功耗、低成本是该领域的核心指标，在 IoT 转向 AIoT 的时代，对于 SoC 要求更高。 目前国内已有平台化发展的企业包含 联发科、瑞芯微、晶晨股份 、 全志科技 等。 工业 /安防： 行业级别要求稳定性、可靠性，朝向更高功能整合度、更小占位面积的 SoC 解决方案发展。工业主要以 MCU、 ASIC 为主；安防以 IPC SoC 为主。 汽车： 从车载娱乐系统到 ADAS 都需要主控芯片，过去以 MCU 为主逐步朝向更多功能 的 SoC 发展。由于对安全性可靠性稳定性有最高级别的要求因此主要以海外厂商为主。 表 1： SOC 国内相关公司（不完全统计） 行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 12 分类 相关企业 手机 /计算机 联发科 、 华为海思、联芯、紫光展锐 消费 /物联网 联发科、瑞芯微、晶晨股份 、 全志科技、地平线、杭州国芯、深聪半导体、亿智电子、爱芯科技、瓴盛科技 工业 /安防 联发科 、 华为海思、 SigmaStar、富瀚微、北京君正、国科微 、 欧比特、艾帕克 汽车 联发科、芯驰科技 资料来源： wind， 天风证券研究所 MCU 具低功耗与可运算的特 性，为 AI 智能终端基础功能控制。 MCU 又称为微控制器和 单片机，是将 CPU 适当缩减，并将存储、计数器、 AD/DA 转换、计数器、 I/O 端口、 PWM 等周边接口集成整合在单一芯片上； MCU 因为有适当的缩减，通常工作频率在 1MHz200 MHz，功耗会比应用在手机或是电脑上的 CPU 还要低 ； MCU 按照产品形态 可以分为专用型与通用型， 主要看硬件及指令是否是按照某种特定用途而设计。 图 13： MCU 为精简版的主控制器，具备低功耗和可运算的优势 资料来源： ic-crack， 天风证券研究所 预计 2022 年， MCU 应 用在 IoT 场景的市场规模大约 50 亿美元。 MCU 应用在 IoT 的应 用场景占比逐步提升， 根据 IoT Analytics 的预测，随着 IoT 应用需求持续提升， MCU 中应用在 IoT 领域的渗透率将会逐步提升，预计将从 2019 年的 18% 增长到 2025 年的 29%； 根据 IC Insight 的数据， 2019 年全球 MCU 市场规模达到 204 亿美元，预计 2025 年将会达到 272 亿美元；经过测算之后， MCU 应用在 IoT 的市场规模 2019 年达到 36.1 亿美元， 2025 年预计达到 79.7 亿美元，年复合增长率达到 14.1%。 图 14： 2022 年全球 MCU 应用在 IOT 的市场规模预计达 51.9 亿美元（亿美元） 行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 13 资料来源： IoT Business News、 IoT Analytics、 IC Insight， 天风证券研究所 MCU 与 MPU 结构不同，会使用在不同的应用场景 。 MPU 也称为微处理器，与电脑的 CPU 一样主要负责处理计算，由于注重运算功能，可以应用在复杂的处理程序中；架构 上采用外挂内存、硬盘。 MPU 功能更强大，但必须在更大的系统中作为单个组件使用才 能发挥作用； MCU 将存储、模拟电路集合在一起，更注重功耗成本，主要用于独立执行 简单的功能。实际应用场景以智慧电视、咖啡机为例；智能电视需要一个运算影音视频功 能的芯片，因此会需要 MPU 来执行各种复杂的运算，咖啡机只需要启动、定时等简单且 例行的任务，因此多使用 MCU。 图 15： MCU 与 MPU 的架构差异 资料来源： Particle， 天风证券研究所 MCU 微控制单元又称单片微型计算机 , 不同于 SoC 复杂与多功能的设计 , MCU 是专注 在简单与特定的应用 ；由于内存偏低，运算能力弱，因此具备体积小、相对便宜、功耗低 等特点，适合应用于需简单功能的设备上。 消费 /物联网： 低功耗是主要的需求，这也是该领域芯片设计商开发的核心要点；目前大多 MCU 采用 Arm 架构的运算核心，因此公司的核心竞争力还在外围模拟电路的设计。 工业控制 ： 包含家电电机控制、工业自动化 、 机器人、电力传输等应用领域 ， 从信号采集、 逻辑控制到现场电机执行 都需要 进行计算处理和控制功能的 MCU。 汽车电子 ： 包含电机发动、车身控制、车窗雨刷的电动控制、娱乐系统、辅助驾驶等 应用 领域 ， MCU 在汽车应用中需求较多且对于安全性要求最高等级，具备较高的壁垒。 计算机 周边： 计算机 作为 传统行业，除了本身算力性能提升外，周边也能成为提升户体验 的产品之一，包含键盘、鼠标等都需要 MCU 作为 控制器 。 18.9 20.0 25.4 31.6 36.1 39.3 42.9 51.9 62.7 71.8 79.7 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 2015 2016 2017 2018 2019 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 14 智能 表计 /智能卡： 包含智能水电表、安全卡等应用领域，朝向双向计量、用户端控制等功 能发展，通常要保证产品较长的工作时间，因此对于低功耗要求高。 表 2： MCU 国内相关公司（不完全统计） 分类 相关企业 消费 /物联网 兆易创新、中颖电子、北京君正、华大半导体、中微电子、灵动微电子、晟硅微、上海云间 工业控制 兆易创新、中颖电子、华大半导体、灵动微电子、杭州万高、深圳航顺 汽车电子 兆易创新、中颖电子、比亚迪电子、灵动微电子、杰发科技、赛腾微电子、芯旺微电子 计算机 周边 兆易创新、中颖电子 、 东软载波 、 极海、沁恒微、华芯 智能 表计 /智能卡 国民技术、复旦微、上海贝岭 资料来源： wind， 天风证券研究所 1.2.2. 传感器 MEMS&CIS&压 /温感等 ：为 AIoT 智能终端的五官 随着物联网设备的智能化，需要 不同的传感器 采集更多的数据。 传感器在包括空间地理、 加速度、温度、图像和运动方面的数据采集 ， 从应用功能区分，可以分为惯性、压力、声 学、磁力、温 /湿度、气体、流量、图像、雷达等 ； 几乎所有应用功能的传感器在 AIoT 产 业中都有应用。 图 16： 传感器细分种类繁多用于不同类型信号感测 资料来源： Alatel， 天风证券研究所 MEMS 是当下传感器主要发展方向之一。 MEMS 微电机系统，将半导体技术的多功能性 与机械结构的功能相结合，以微米或奈米级别的结构，应用在包括 MEMS 麦克风、 MEMS 压力传感器、 MEMS 陀螺仪、 MEMS 湿度传感器等。 2019 年中国 MEMS 传感器市场 规模达 597.8 亿元，同比增长 18.3%； 物联网、可穿戴技术 、自动驾驶等应用场景将会 持续带动 MEMS 市场规模持续提升。 图 17： MEMS 应用领域 图 18： 中国 MEMS 市场规模，亿美元（按照汇率 6.9 计算） 行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 15 资料来源： Yole、 Embedded computing design， 天风证券研究所 资料来源： 赛迪顾问 、 物联网智库 ， 天风证券研究所 MEMS 采用机械结构。 MEMS 可应用在 惯性、压力、声学、磁力、温 /湿度、气体 等不同 类型的应用领域，通常 MEMS 采用机械结构，通过感