公司 报告 | 新股报告 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 1 海光信息 （ 688041） 证券 研究报告 2022 年 08 月 07 日 行业 电子 /半导体 发行 价格 36.00 元 合理估值 区间 56.6-66.7 元 发行数据 总股本（万股） 202,434 发行数量 (万股 ) 30,000 网下发行 (万股 ) 14,861 网上发行 (万股 ) 6,318 保荐机构 发行日期 2022/8/3 发行方式 上网定价 ,法人配售 ,法人定向配售 作者 缪欣君 分析师 SAC 执业证书编号： S1110517080003 张若凡 分析师 SAC 执业证书编号： S1110521090001 股东信息 曙光信息产业股份有限公司 32.10% 天津海富天鼎科技合伙企业(有限合伙 ) 12.41% 成都产业投资集团有限公司 8.28% 成都蓝海轻舟企业管理合伙企业 (有限合伙 ) 6.99% 成都高新投资集团有限公司 6.80% 宁波大乘股权投资合伙企业(有限合伙 ) 4.94% 成都高新集萃科技有限公司 4.45% 中国科学院控股有限公司 3.04% 上海混沌投资 (集团 )有限公司 2.20% 共青城中科图灵投资合伙企业(有限合伙 ) 1.76% 国产 CPU 领军， 受益于 行业信创 加速 ， 成长 空间 广阔 1、基于 AMD 技术授权，自主研发高端处理器 ，业绩持续高增 海光信息产品基于 AMD 早期技术授权独立开展研发，主要产品包括海光通用处理器（ CPU）和海光协处理器（ DCU），应用于服务器、工作站等计算、存储设备。 海光 CPU 系列产品兼容 x86 指令集以及国际主流操作系统和应用软件，截至 2021年末，海光一号、海光二号两代 CPU 已经实现商业化应用，广泛应用于电信、金融、互联网、教育、交通等重要行业或领域。海光 DCU 系列产品以 GPGPU 架构为基础，可广泛应用于大数据处理、 AI、商业计算等领域，深算一号 DCU 已经实现商业化应用。 受益于信创推进和新一代产品规模化出货，公司业绩持续高增， 2021 年实现营收23.1 亿元，实现归母净利润 3.27 亿元，预计 2022 年前三季度营收预计 36.7-40.8亿元，归母净利润预计 6.1-7 亿元。 2、 CPU 是算计运算与控制核心 ， x86 是 全球服务器 主流架构 CPU（中央处理器）是计算机运算与控制核心，是对计算机的所有硬件资源进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元，应用领域包括服务器、 PC、工作站、移动终端和嵌入式设备等场景。 x86 和 ARM 是目前全球 CPU 主流架构，具备成熟生态体系，国产 CPU 厂商中鲲鹏、飞腾产品基于 ARM 架构，海光信息、兆芯产品基于 x86 架构。 x86 在全球服务器中占据绝对优势， 2020 年中国 x86 服务器出货量约 344 万台， 互联网、电信、政府、金融 等行业是主要需求方。我们认为，随着数字经济、新基建以及东数西算等项目建设 推进 ，中国 x86 服务器市场需求未来几年需求仍然会比较旺盛。 3、 海光 CPU 占据国产 x86 服务器绝大部分市场，信创推动下有望继续快速放量 海光信息掌握了一系列高端处理器设计、验证、优化等核心技术， CPU 产品性能优异，对标 Intel 达到国际先进水平。同时海光 CPU 兼容 x86 指令集，支持国内外主流操作系统、数据库、虚拟化平台或云计算平台，有效兼容基于 x86 指令集的系统软件和应用软件，生态系统优势明显 。目前海光 CPU 已经 占据了国产 x86 服务器绝大部分市场份额 ， 我们认为随着党政信创向电子政务拓展，金融、运营商等行业信创加速推进，以及 未来公司海光三号、海光四号等产品的量产 ，海光 CPU有望 继续快速放量。 盈 利 预 测 与 投 资 建 议 ： 我 们 预 计 公 司 营 收 2022-2024 年营收分别为55.05/85.50/126.11 亿元，归母净利润分别为 10.40/16.77/25.33 亿元。 对比可比公司， 我们认为公司合理市值区间为 1315-1550 亿元，合理股价区间为 56.6-66.7元 /股。 风险 提示 ： 无法继续使用授权技术的风险；核心技术积累不足的风险；被美国技术限制进一步加强的风险；信创推进进展不及预期的风险； x86 架构 CPU 份额下降的风险。 财务数据和估值 2020 2021 2022E 2023E 2024E 营业收入 (百万元 ) 1,021.97 2,310.42 5,505.10 8,549.89 12,611.26 增长率 (%) 169.53 126.07 138.27 55.31 47.50 EBITDA(百万元 ) 229.21 825.64 1,753.40 2,729.61 3,966.16 净利润 (百万元 ) (39.14) 327.11 1,039.86 1,677.27 2,532.63 增长率 (%) (52.78) (935.65) 217.89 61.30 51.00 EPS(元 /股 ) (0.02) 0.14 0.45 0.72 1.09 市盈率 (P/E) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 市净率 (P/B) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 市销率 (P/S) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 EV/EBITDA 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 资料 来源： wind，天风证券研究所 公司报告 | 新股报告 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. 海光信息：国产 CPU 领导者 . 4 1.1. 基于 AMD 技术授权，自主研发高端处理器 . 4 1.2. 业绩持续高增，研发投入高 . 8 2. CPU/DCU 行业 分析 . 11 2.1. CPU：计算机运算与控制核心， x86 是全球服务器主流架构 . 11 2.1.1. 计算机运算与控制核心，应用于服务器、 PC、移动终端等各个场景 . 11 2.1.2. 全球服务器出货量持续增长， x86 是全球服务器主流架构 . 13 2.2. DCU： GPU 是 AI 加速方案首选，市场规模有望持续高增 . 14 3. 海光 CPU 产品生态、性能优势明显，信创加速核心受益 . 16 3.1. 基于 AMD 授权， x86 架构生态优势明显 . 16 3.2. 公司核心技术领先， CPU 性能指标优异 . 19 3.3. 党政信创渗透率逐步提升，行业信创加速推进，公司核心受益 . 21 4. 盈利预测与投资建议 . 25 5. 风险提示 . 26 图表目录 图 1：海光信息发展历程 . 4 图 2：海光信息股权结构（ IPO 发行后） . 5 图 3：海光 CPU 系列产品 . 5 图 4：海光 DCU 系列产品 . 5 图 5：海光产品命名规则 . 6 图 6：公司产品的工艺流程图 . 7 图 7：海光销售模式 . 8 图 8：海光营收及增速 . 8 图 9：海光归母净利润（单位：亿元） . 8 图 10：公司营收拆分（按产品代际，单位：亿元） . 9 图 11：公司 CPU 产品营收拆分（按产品系列，单位：亿元） . 9 图 12：公司各行业营收（单位：亿元） . 9 图 13：公司毛利率 . 10 图 14：公司各系列产品毛利率 . 10 图 15：公司各主营业务成本占营收比例 . 10 图 16：公司费用率 . 10 图 17：公司研发支出与资本化率 . 10 图 18： CPU 基本架构及运作原理 . 11 图 19： CPU 基于架构划 分对应企业 . 12 图 20：主流国产 CPU 芯片对比 . 13 图 21：全球服务器出货量（万台） . 13 公司报告 | 新股报告 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 3 图 22：全球服务器销售额（亿美元） . 13 图 23： x86 服务器市场占比（ 2020 年） . 14 图 24：中国 x86 服务器出货量及增速 . 14 图 25：中国 x86 服务器路数分布 . 14 图 26： GPGPU 计算特征与应用领域 . 15 图 27：中国 AI 服务器市场划分（按加速卡类型） . 15 图 28：中国 GPU 服务器市场规模（亿美元） . 15 图 29： Nvidia DGX A100 服务器拆解图 . 16 图 30： 2019 年中国 AI 服务器 GPU 配 置情况 . 16 图 31：中国 AI 芯片市场规模（亿元） . 16 图 32： Wintel 生态圈 . 17 图 33： x86 CPU 市场格局（全部 CPU） . 17 图 34： x86 CPU 市场格局（服务器 CPU） . 18 图 35：公司前几大客户营收占比 . 18 图 36：公司员工构成（按专业划分） . 19 图 37：公司员工构成（按学历） . 19 图 38：信创产业 “2+8” 体系 . 21 图 39：党政办公信创发属历程及未来发展预测 . 22 图 40：金融信创发展历程及未来预测 . 22 图 41：三大运营商国产 CPU 服务器采购情况 . 23 图 42： “ 东数西算 ” 工程布局 . 24 表 1：海光二号 CPU 系列产品特点 . 6 表 2：海光 8100 系列产品主要特点 . 7 表 3： CPU 主要指令集对比 . 11 表 4： 2021 年公司前五大客户 . 18 表 5：公司在 CPU 和 DCU 芯片设计方面掌握的核心技术 . 19 表 6：国内外主要 CPU 厂商典型服务器 CPU 产品参数对比 . 20 表 7：海光 7285 与 Intel 同期铂金系列产品性能对比 . 21 表 8：公司募投项目 . 21 表 9：信创细分行业国产化水平 . 23 表 10：公司营收预测 . 25 表 11：公司毛利率与费用率预测 . 25 表 12：公司盈利预测 . 25 表 13：可比公司估值（截止 2022 年 8 月 5 日收盘） . 26 公司报告 | 新股报告 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 4 1. 海光信息：国产 CPU 领导者 1.1. 基于 AMD 技术授权，自主研发高端处理器 基于 AMD 技术授权， 自主研发高端处理器 。 海光信息成立于 2014 年， 主要从事高端处理器、加速器等计算芯片产品和系统的研究、开发 ， 产品包括海光通用处理器（ CPU）和海光协处理器（ DCU） 。 公司产品起家于 AMD 技术授权，并独立开展研发， 截至 2021 年末 ，海光 CPU 系列产品海光一号、海光二号已经实现商业化应用，海光三号处于 实验室 验证阶段，海光四号处于研发阶段；海光 DCU 系列产品深算一号已经实现 商业化应用 ，深算二号处于研发阶段。 图 1： 海光信息发展历程 资料来源： 公司招股 意向书 、 天风证券研究所 中科曙光为公司第一大股东，与 AMD 合资成立两家子公司。 中科曙光主要从事高端计算机、存储、安全、数据中心产品的研发及制造，由中国科学院计算所控股，是海光信息第一 大 股东，持股 27.96%（ IPO 发行后） 。 公司第二大股东成都国资 （含成都产投有限、成都高投有限、成都集萃有限），持股 17.00%（ IPO 发行后）。 蓝海轻舟为公司员工持股平台，持股 6.09%（ IPO 发行后）。 2016 年 2 月，海光信息与超威半导体（ AMD）成立合资公司 海光微电子 （海光信息持股49%）和 海光集成 （海光信息持股 70%），两家合资公司分别于 2016 年 3 月与 2017 年 10月与 AMD 签署技术合作协议， AMD 将高端处理器相关技术及软件许可给两家合资公司，许可在中国（包括香港、澳门、台湾地区）服务器和工作站的用途而销售、进口、出口、分销合资产品。 公司报告 | 新股报告 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 5 图 2： 海光信息股权结构（ IPO 发行后） 资料来源： 公司 招股意向书 、 天风证券研究所 公司主要产品为海光 CPU 和海光 DCU 系列产品。 高端处理器是现代信息系统设备中的核心部件，在大规模数据处理、复杂任务调度和逻辑运算等方面发挥了不可替代的作用。根据应用领域、技术路线和产品特征的不同，公司高端处理器分为海光 CPU 系列产品和海光 DCU 系列产品。 海光一号是公司第一代 CPU 产品，具体产品型号包括： 31xx、 51xx 和 71xx 系列；海光二号是第二代 CPU 产品，具体产品型号包括： 32xx、 52xx 和 72xx 系列。 海光 CPU 系列产品兼容 x86 指令集以及国际上主流操作系统和应用软件 ，性能优异，软硬件生态丰富，安全可靠，得到了国内用户 的高度认可，已经广泛应用于电信、金融、互联网、教育、交通等重要行业或领域。 海光 DCU 系列产品以 GPGPU 架构为基础， 兼容通用的“类 CUDA”环境以及国际主流商业计算软件和人工智能软件，软硬件生态丰富，可广泛应用于大数据处理、人工智能、商业计算等应用领域 。 图 3：海光 CPU 系列产品 图 4： 海光 DCU 系列产品 资料来源： 公司 招股意向书 、公司官网、 天风证券研究所 资料来源： 公司 招股意向书 、公司官网、 天风证券研究所 公司报告 | 新股报告 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 6 图 5： 海光产品命名规则 资料来源： 公司 招股意向书 、 天风证券研究所 海光 CPU： 主要面向复杂逻辑计算、多任务调度等通用处理器应用场景需求 ，同时兼容 x86 处理器架构， 具备 工艺制程、系统架构、软硬件生态优势。 同时 支持国密算法，扩充了安全算法指令，集成了安全算法专用加速电路，支持可信计算，大幅度地提升了高端处理器的安全性。 根据应用场景不同，海光将 CPU 分为 3000 系列产品、 5000 系列产品和 7000 系列产品，分别对应低端、中端、高端处理器， 其中 3000 系列主要应用于工作站和边缘计算服务器等入门级计算领域； 5000 系列主要面向政务、企业和教育领域的中低端服务器需求； 7000系列主要面向数据中心、云计算等复杂应用领域。 目前在售的海光 CPU 产品主要为海光二号产品，即 7200、 5200 和 3200 系列产品 ，同时 海光三号 已经完成产品验证，海光四号处于研发阶段。 自 2018 年来， 浪潮、联想、新华三、同方等 多家国内知名服务器厂商的产品已经搭载了海光 CPU 芯片，并成功应用到 工商银行、中国银行 等金融领域客户， 中国石油、中国石化 等能源化工领域客户，并在 电信运营商的数据中心类 业务中得到了广泛使用。 表 1： 海光 二号 CPU 系列产品 特点 海光 7200 海光 5200 海光 3200 产品图片 典型功耗 175-225W 90-135W 45-105W 典型计算能力 SPECrate2017_int_base:348 SPECrate2017_fp_base:308 SPECrate2017_int_base:158 SPECrate2017_fp_base:148 SPECrate2017_int_base:40.7 SPECrate2017_fp_base:36.3 最大物理核心数 32 16 8 最大支持内存通道个数 8 4 2 最多 PCIe 接口个数 128 64 32 主要 应用领域 应用于高端服务器，主要面向数 据中心、云计算等复杂应用领域 主要面向政务、企业和教育领域的信息化建设中的中低端服务器需求，并发处理能力和单核心处理器性能较为均衡 主要应用于工作站和边缘计算服务器，面向入门级计算领域 安全性 采用自主根秘钥、国密算法等安全技术；集成专用的安全处理器；支持硬件机制的安全启动； 集成了安全算法专用加速电路；支持可信计算 资料来源： 公司 招股意向书 、 天风证券研究所 海光 DCU： 属于 GPGPU 的一种， 其 构成与 CPU 类似，结构逻辑相对 CPU 简单，但计算单元数量较多。 海光 DCU 全面兼容 ROCm GPU （类 CUDA）计算生态 ，可较好地适配、适应国际主流商业计算软件和人工智能软件，软硬件生态丰富，可广泛应用于大数据处理、人工智能、商业计算等计算密集类应用领域，主要部署在服务器集群或数据中心，为应用程序提供高性能、高能效比的算力，支撑高复杂度和高吞吐量的数据处理任务。 公司报告 | 新股报告 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 7 表 2： 海光 8100 系列产品主要 特点 海光 8100 产品图片 典型功耗 260-350W 典型运算类型 双精度、单精度、半精度浮点数据和各种常见整型数据 计算 60-64 个计算单元（最多 4096 个计算核心）；支持 FP64、 FP32、 INT8、INT4 内存 4个 HBM2内存通道；最高内存带宽为 1TB/s；最大内存容量为 32GB I/O 16 Lane PCle Gen4； DCU 芯片之间高速互连 应用场景 应用于大数据处理、人工智能、商业计算等计算密集类应用领域，主要部 署在服务器集群或数据中心。 资料来源：公司 招股意向书 、天风证券研究所 Fabless 经营 模式 ， 专注 芯片设计。 公司产品设计过程大致可以分为架构设计、电路设计、微码系统设计、安全模块设计、仿真模拟、产品设计、流片工艺优化、基板及封测工艺开发、硅后验证等环节，公司主要制定芯片的规格参数与方案、进行芯片设计和验证、交付芯片设计版图等，向晶圆厂采购定制加工的晶圆，向封装测试厂采购封装测试服务，期间公司辅以工艺管理和测试支持，其中海光 CPU 裸片封装由封测工厂完成， DCU 裸片封装由晶圆代工厂完成。 图 6： 公司 产品的工艺流程图 资料来源： 公司 招股意向书 、 天风证券研究所 销售模式以直销为主，少量采用经销模式面向中小客户。 在直销模式下，公司直接参与客户的公开招标或商务谈判，达成意向后，公司与客户签订销售合同；在经销商模式下，经销商会购买公司产品并向终端客户进行销售，公司会对经销商提供相应的技术培训和技术服务 。直销是公司主要销售模式，目前公司已经与国内多家主要的服务器厂商建立了战略合作关系， 2021 年公司直销营收 21.94 亿元，占比 94.97%， 2020 年公司引入伟仕佳杰作为经销商，以满足中小客户需求。 公司报告 | 新股报告 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 8 图 7： 海光销售模式 资料来源： 公司 招股意向书 、 天风证券研究所 1.2. 业绩 持续高增 ，研发投入高 营收 持续 高增， 21 年扭亏为盈 。公司近年营收高速增长， 2021 年营收 23.1 亿元，同比增长 126%，我们认为，公司营收高增主要源于： 1）信创国产化需求下，服务器厂商对国产CPU 需求增加； 2） 2020 年公司海光二号 CPU 系列产品规模化出货， 2021 年公司深算一号 DCU 系列产品规模化出货，产品线进一步丰富。出货量增加公司规模效应体现， 2021年实现归母净利润 3.27 亿元，扭亏为盈。 2022 年 1-9 月预计业绩维持高增。 根据公司 招股意向书 ， 2022 年 1-9 月公司营收预计36.7-40.8 亿元，同比增长 170%-200%；归母净利润预计 6.1 -7 亿元，同比增长 392%-465%；扣非归母净利润 5.6-6.4 亿元，同比增长 591%-690%。 图 8： 海光营收及增速 图 9： 海光归母净利润（单位：亿元） 资料来源： wind、 天风证券研究所 资料来源： wind、 天风证券研究所 7200 系列 收入占比较高 ， DCU 产品开始规模化出货。 海光二号 CPU 是公司目前主要在售产品， 2021 年营收 17.80 亿元，占比 77.03%。 7000 系列产品主要面向 数据中心、云计算等复杂应用领域 ，应用于高端服务器。作为 7000 系列第二代产品， 7200 是目前公司主打在售产品， 2021 年实现营收 12.21 亿元，占比 52.85%。 2021 年 公司深算一号 DCU 系列产品规模化出货 ，当年营收 2.39 亿元。 公司报告 | 新股报告 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 9 图 10： 公司营收拆分（按产品代际，单位：亿元） 图 11： 公司 CPU 产品营收拆分（按产品系列，单位：亿元） 资料来源： 公司 招股意向书 、 天风证券研究所 资料来源： 公司 招股意向书 、 天风证券研究所 电信、金融、互联网 是 公司产品主要终端应用行业。 2019 年公司教育行业收入较多，主要原因系国家级教育科研项目中科院大气所“模拟器装置”项目采购需求较多所致， 2019年开始持续在 互联网、交通、电信行业市场推广 ， 2020 年、 2021 年，公司推出海光二号CPU 处理器、深算一号 DCU 处理器，丰富了产品线，逐步形成了较为完善的基于海光处理器的产业生态环境，基于前期电信、金融、互联网等行业对公司产品的测试和认可，公司在电信运营商集采、金融行业入围等方面市场份额增长较快， 2021 年公司电信、金融、互联网行业营收分别为 3.84 亿元、 2.62 亿元、 2.00 亿元。 图 12： 公司各行业营收（单位：亿元） 资料来源： 公司 招股意向书 、 天风证券研究所 规模效应下毛利率持续提升。 公司营业成本由直接成本、间接成本构成，其中直接成本包括直接材料、封装测试，直接成本占营收比例较为稳定；间接成本包括自研无形资产摊销、知识产权费、其他制造费用，其中知 识产权费根据许可协议向 AMD 支付按海光集成销售额计提， 2021 年知识产权费 1.02 亿元，占营收比例约 4.43%。 公司近年毛利率逐年提升，主要源于 规模效应下间接成本中的自研无形资产摊销占营收比例降低 ， 2021 年毛利率55.95%， 7000 系列、 5000 系列、 3000 系列毛利率分别为 65.56%、 63.76%、 27.12%。 公司报告 | 新股报告 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 10 图 13： 公司毛利率 图 14： 公司各系列产品毛利率 资料来源： 公司 招股意向书 、 天风证券研究所 资料来源： 公司 招股意向书 、 天风证券研究所 图 15： 公司各主营业务成本占营收比例 资料来源： 公司 招股意向书 、 天风证券研究所 研发投入高，资本化率较高。 公司研发费用占比较高， 2021 年研发费用 7.45 亿元，研发费用率 32.23%，公司研发费用主要由人工费用、股份支付、折旧摊销构成， 2021 年分别占比 51.16%、 19.44%、 18.49%，其中折旧摊销主要系外购无形资产的摊销。 公司研发支出资本化率较高， 2021 年研发支出 15.85 亿元，资本化率 53.02%， 主要系 AMD 已授权技术风险较低，资本化率较高。我们认为，未来随着公司产品的技术创新程度显著提升，包括更先进工艺的引入、更具扩展性的系统架构设计、更高性能的微结构研发等，研发资本化率有望降低。 图 16： 公司费用率 图 17： 公司研发支出与资本化率 资料来源： 公司 招股意向书 、 天风证券研究所 资料来源： 公司 招股意向书 、 天风证券研究所 公司报告 | 新股报告 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 11 2. CPU/DCU 行业分析 2.1. CPU： 计算机运算与控制核心 ， x86 是全球服务器主流架构 2.1.1. 计算机运算与控制核心 ，应用于服务器、 PC、移动终端等各个场景 CPU（中央处理器， Central Processing Unit），是计算机运算和控制核心，是对计算机的所有硬件资源（如存储器、输入输出单元）进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元。CPU 的本质是超大规模集成电路 ， 用于解释计算机指令和处理计算机软件中的数据，并负责控制、调配计算机的所有软硬件资源 。 CPU 主要包括运算器、控制器和寄存器等模块 ，其中 运算器负责执行运算和测试，控制器负责提取指令、进行译码、控制数据流动方向，寄存器位于 CPU 内部和内存类似，能够在处理指令时暂时存储个数字能使运算变得更快。 CPU 的运作原理可分为“取”、“译”、“执行”： CPU 从内存中提取指令，由解码器译码，将指令转化为控制 CPU 其他部分的信号，最后由运算器进行运算和测试。 图 18： CPU 基本架构及运作原理 资料来源： 亿欧智库、 天风证券研究所 CPU 指令集（ Instruction Set）是 CPU 中计算和控制计算机系统所有指令的集合 ，可分为复杂指令集和精简指令集两类 。 指令系统是计算机硬件与软件的接口， 计算机的程序最终需要转化为“指令”才能在 CPU 上运行 。 CPU 按照指令集可分为 CISC（复杂指令集）和 RISC（精简指令集）两大类， 两类指令集是基于两种不同的指令集思路进行设计，拥有不同的特点： CISC 指令丰富、寻址方式灵活，以微程序控制器为核心，指令集长度可变，功能强大，复杂程序执行效率高， x86 架构是 CISC 的典型代表； RISC 指令结构简单、易于设计，具有较高的执行能效比， ARM、 MIPS、 Alpha 架构是 RISC 的代表。 表 3： CPU 主要指令集对比 复杂指令集（ CISC） 精简指令集（ RISC） 主要架构 x86 ARM MIPS ALPHA 架构特征 1、指令系统庞大，功能复杂，寻址方式多，且长度可变，有多种格式 2、各种指令均可访问内存数据 3、一部分指令需多个机器周期完成 4、复杂指令采用微程序实现 5、系统兼容能力较强 1、指令长度固定，易于译码执行 2、大部分指令可以条件式地执行，降低在分支时产生的开销，弥补分支预测器的不足 3、算数指令只会在要求时更改条件编码 1、采用 32 位寄存器 2、大多数指令在一个周期内执行 3、所有指令都是 32 位，且采用定长编码的指令集和流水线模式执行指令 4、具有高性能高速缓存能力，且内存管理方案相对灵活 1、采用 32 位 定长指令集，使用低字节寄存器占用低内存地址线 2、分支指令无延迟槽，使用无条件分支码寄存器 公司报告 | 新股报告 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 12 架构优势 x86 架构兼容性强，配套软件及开发工具相对成熟，且 x86 架构功能强大，高效使用主存储器，因此在处理复杂指令和商业计算的运用方面有较大优势 ARM 结构具有低功耗、小体积的特点，聚焦移动端市场，在消费类电子产品中具有优势 MPS 结构设计简单、功耗较低，在嵌入式应用场景具有优势 Alpha 结构简单，易于实现超标量和高主频计算 主要应用领城 服务器、工作站和个人计算机等 智能手机、平板电脑、工业控制、网络应用、消费类电子产品等 桌面终端、工业、汽车、消费电子系统和无线电通信等专用设备等 嵌入式设备、服务器等 资料来源： 公司 招股意向书 、 天风证券研究所 CPU 应用领域包括服务器、 PC、工作站、移动终端和嵌入式设备等场景 ， 面向不同场景的 CPU 在架构、功能、性能、可靠性、能效比等技术指标也存在一定差异 ： 1）服务器 CPU芯片在性能、可靠性、可扩展性和可维护性等方面要求 较高，是 数据处理能力最强、设计工艺最复杂、可靠性最高的处理器 ，通常具备多个核心（ 8-64 核），支持多路互联，功耗较高； 2）个人计算机 包括台式机和笔记本电脑，其 CPU 需要平衡性能与功耗，单颗处理器核心在 10 核以 下，主要为单路，具备较少 I/O； 3） 工作站 是一种高端微型计算机，主要为单用户提供比个人计算机更强大的性能，尤其是在数据并行处理能力和图形处理能力等方面 ； 4）移动终端 包括手机、笔记本、平板电脑等， CPU 具有低功耗、轻量化等特点，关注对多媒体功能的增强 ； 5）嵌入式设备 需要具有高稳定性和低功耗，其 CPU 对环境的适应能力强，体积小，且集成度高 。 x86 和 ARM 是目前全球 CPU 主流架构，具备成熟生态 体系。 x86 架构由 Intel、 AMD 主导，Intel 早期凭借与 Windows 操作系统 形成 Wintel 生态扩大市场份额并构建生态优势，占据桌面 和服务器 CPU 市场； ARM 架构凭借指令系统开源 、异构运算、可定制化等优势 ， 与Android 操作系统形成 AA 体系 ， 占据广泛手机生态 ，海外厂商包括高通、苹果、三星等。国内 x86 架构 CPU 厂商主要有海光信息、兆芯， ARM 架构 CPU 厂商包括华为鲲鹏、华为麒麟、飞腾，另外龙芯中科基于 MIPS 架构，申威基于 Alpha 架构。 图 19： CPU 基于架构划分对应企业 资料来源： 众诚智库、中电会展 、 天风证券研究所 国产 CPU 三大技术路线发展，海光基于 AMD 技术授权独立研发。 芯片架构 有多种授权方式， 以 ARM 架构为例， ARM 提供三种授权方式：架构、 POP、处理器授权，其中架构授权是 ARM 会授权合作厂商使用自己的架构，方便其根据自己的需要来设计处理器 ； POP（ processor optimization pack，处理器优化包）授权是处理器授权的高级形式， ARM 出售优化后的处理器给授权合作厂商，方便其在特定工艺下设计、生产出性能有保证的处理器 ； 公司报告 | 新股报告 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 13 处理器授权是指授权合作厂商使用 ARM 设计好的处理器，对方不能改变原有设计，但可以根据自己的需要调整产品的频率、功耗等。 目前国产 CPU 厂商 海思半导体的鲲鹏处理器和天津飞腾处理器兼容 ARM 指令集，与众多软硬件厂商完成了大量的适配工作；龙芯中科处理器采用 LoongArch 指令集；成都申威处理器采用 SW-64 指令集 ；海光 和上海兆芯的产品兼容 x86 指令集，具有良好的生态，且应用迁移转 换成本低 。 海光基于与 AMD 签署的技术许可协议获得技术授权，并独立开展研发工作。 图 20：主流国产 CPU 芯片对比 资料来源：亿欧智库 、 天风证券研究所 2.1.2. 全球 服务器 出货量持续增长， x86 是全球服务器主流架构 全球服务器市场稳健增长。 根据 IDC 数据， 2021 年全球服务器出货量约 1353.9 万台，销售额约 992.2 亿美元，近年整体保持稳健增长。我们认为，随着更多的经济及社会活动由线下转移至线上，对于数据存储及运算能力提出了更高的要求，未来服务器市场需求 有望维持增长态势。 图 21： 全球服务器出货量（万台） 图 22： 全球服务器销售额（亿美元） 资料来源： IDC、公司 招股意向书 、浪潮信息官网、 天风证券研究所 资料来源： IDC、 公司 招股意向书 、浪潮信息官网、 天风证券研究所 x86 是全球服务器 CPU 主流架构。 在全球范围内，由于 x86 架构 CPU 起步早，具备成熟生态优势，因此目前 x86 仍是全球服务器 CPU 主流架构。根据 IDC 全球服务器跟踪报告 ，2020 年全球 x86 服务器销售额 826.5 亿美元， 较 2019 年 增长 3.31%，销售量 1180 万台，较 2019年 增长 1.82%， 2020 年全球 x86服务器销售额占比达到 90.8%，销售量占比达到 97.3%。 公司报告 | 新股报告 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 14 图 23： x86 服务器市场占比（ 2020 年） 资料来源： IDC、公司 招股意向书 、 天风证券研究所 2020 年中国 x86 服务器出货量约 344 万台，双路服务器占比 88.8%， 互联网、政府、电信 行业 是主要需求方 。 根据 IDC 统计数据， 2020 年全年，中国 x86 服务器市场出货量为343.9 万台，同比增长 8.1%，市场规模为 218.7 亿美元，同比增长 16.5%。我们认为，随着国家推进数字经济、新基建以及东数西算等项目建设，中国 x86 服务器市场需求未来几年需求 或 仍然比较旺盛。 IDC 数据显示中国 x86 服务器以双路服务器为主， 2020 年双路服务器占比达到 88.8%，近年占比持续提升。 从销售额看， 2020 年 中国服务器市场的前五大行业依次为互联网、电信、政府、金融和服务 。 图 24： 中国 x86 服务器出货量及增速 图 25： 中国 x86 服务器路数分布 资料来源： IDC、公司 招股意向书 、中研网、 天风证券研究所 资料来源： IDC、公司 招股意向书 、 天风证券研究所 2.2. DCU： GPU 是 AI 加速方案首选 ，市场规模有望持续高增 海光 DCU 系列产品以 GPGPU 架构为基础，兼容通用的“类 CUDA”环境以及国际主流商业计算软件和人工智能软件 。 GPU（图形处理器， graphics processing unit），又称显示核心、视觉处理器、显示芯片，是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上做图像和图形相关运算工作的微处理器， GPU 基于大吞吐量设计，拥有更多的 ALU 用于数据处理，适合对密集数据进行并行处理，擅长大规模并发计算， 因此 GPU 也被应用于 AI 训练等需要大规模并发计算场景，如机器学习，深度学习等，这类 GPU 也被称为 GPGPU， 即作为协处理器应用在 AI 服务器中，相比于显示 GPU，GPGPU 增加了专用向量、张量、矩阵运算指令，提升了浮点运算的精度和性能，以满足不同计算场景的需要。 GPGPU 已广泛用于 商业计算和大数据处理 ，如天气预报、工业设计、基因工程、药物发现、金融工程等。在 人工智能领域 ，使用 GPGPU 在云端运行模型训练算法，可以显著缩 公司报告 | 新股报告 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 15 短海量训练数据的训练时长，降低人工智能的应用成本。 图 26： GPGPU 计算特征与应用领域 资料来源： 公司 招股意向书 、 天风证券研究所 服务器是 AI 核心基础设施， GPU 服务器是 AI 加速方案首选。 根据 IDC 数据， 2020 年中国 AI 基础设施市场规模为 39.3 亿美元，同比增长 26.8%，并将在 2024 年达到 78.0 亿美元，其中 2020 年服务器市场规模占 AI 基础设施的 87%以上，承担着最为重要的角色。 AI 服务器通常搭载 GPU、 FPGA、 ASIC 等加速芯片，利用 CPU 与加速芯片的组合可以满足高吞吐量互联的需求，为自然语言处理、计算机视觉、机器学习等 AI 应用场景提供强大的算力支持，支撑 AI 算法训练和推理过程，三种 AI 加速芯片中， GPU 由于具备更高的浮点运算能力，在 AI 服务器中占据绝对 优势地位。 图 27：中国 AI 服务器市场划分（按加速卡类型） 图 28：中国 GPU 服务器市场规模（亿美元） 资料来源： IDC、 天风证券研究所 资料来源： IDC、 天风证券研究所 2019 年平均每台服务器配置 8.02 个 GPU。 一台 GPU 服务器通常搭载多个 GPU 加速芯片，根据 IDC 数据， 2019 年中国 AI 服务器出货量为 79318 台，同比增长 46.7%，每个服务器配置 1-20 个 GPU，加权计算平均每台服务器配置 8.02 个 GPU 加速卡。随着 AI 对算力要求提升，我们预计服务器对 GPU 芯片需求将越来越多。 公司报告 | 新股报告 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 16 图 29： Nvidia DGX A100 服务器拆解图 图 30： 2019 年中国 AI 服务器 GPU 配置情况 资料来源： Nvidia 官网、 天风证券研究所 资料来源： IDC、 天风