军工行业专题报告：北斗芯片产业分析.pdf

敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 D ON GX IN G S E C U R IT IES行业研究 东兴证券股份有限公司证券研究报告 北斗芯片 产业分析 军工行业专题报告 2018 年 06 月 06 日 看好 /维持 国防军工 专题 报告 投资摘要： 北斗芯片通常指可以接收由北斗卫星发射的信号，从而完成定位导航功能的芯片组 ，包含射频芯片、基带芯片以及微处理器。 基带芯片是导航接收机的核心器件，其功能和性能通常决定了整机的性能指标 ， 其主要功能是完成对指定卫星信号的捕获、跟踪、数据解调，并给出卫星信号的伪距、载波相位等测量信息。 北斗芯片直接决定了导航产品的性能优劣 ，未来将朝着单芯片集成化、高精度、高动态 等 方向发展 。 导航芯片的优劣很大程度上决定了卫星导航产品的性能，芯片技术更直 接关系终端体积、重量、成本和性能，也 直接影响北斗下游产业发展， 将朝着集成化、低功耗、高精度、高动态 等 方向 发展 。 单芯片集成化 是将射频芯片、基带芯片和微处理器合而为一的单芯片可以提高产品的性能和可靠性、降低体积、功耗和成本 ； 高精度、高动态 则 将解决制约北斗卫星导航系统军民大规模应用的重大瓶颈。 从有机无芯到逐步突破，我国北斗芯片已成功迈入 28nm时代。 直到 2008年 2 月，我国第一颗自主开发的完全国产化的北斗卫星导航基带处理芯片领航一号才在上海宣布研发成功，在此之前北斗接收终端机的芯片都为美国企业提供 ； 2012 年北斗二号完成亚太覆盖的时候， 北斗的应用在很大程度上被芯片所限制，有机无芯一度成为北斗产业的发展瓶颈。经过 5 年 的发展，目前芯片工艺已由 0.35 微米提升到 28 纳米，总体性能达到甚至优于国际同类产品。 芯片为基，将撬动中下游千亿广阔市场。 随着 北斗芯片技术的逐步成熟和全球组网加速，北斗 产业链 将 逐步成熟， 上中下游将呈现 1:4:5 的 较为稳定的 产业链产值 分布结构。 预计到 2020 年， 上游的数据、芯片、模块类产值在整个产业链的占比稳定在 10%左右 ，产值约 400亿元 ； 中游的系统集成及终 端集成产值在整个产业链的占比约为 40%，终端产品质量 和用户量将有巨大飞跃，产业国际竞争力将大幅增强 ； 下游的运营服务产值贡献预计达到总产值的50%， 应用服务水平 也 将大幅度提高。 推荐标的 ： 振芯科技 （ 在北斗关键元器件领域布局早、 实力雄厚，多次承担国家级北斗关键元器件研发项目 ）、 华力创通 （北斗导航领域已形成从芯片到模块、终端及应用服务端的全产业链布局，是民用通导一体化芯片核心技术的唯二供应商 、终端生产资质的 唯四 之 一 ）、 合众思壮 （ 收购国际前三的高精度板卡厂商 Hemisphere 的高精度资产奠定技术基础，外延并购完善产业链布局、切入多行业应用领域，军用自组网和公安系统集成业务进入业绩爆发期 ）、 北斗星通 （ 自主北斗芯片于 2015年获得国家科技进步奖， 2017年 率先推出 28nm最小尺寸 GNSS 芯片，目前唯一获得国家集成电路产业大基金入股的北斗芯片公司 ） 。 风险提示 ： 北斗系统全球组网进度不及预期；行业竞争加剧。 行业重点公司盈利预测与评级 简称 EPS(元 ) PE PB 评级 陆洲 010-66554142 luzhoudxzq 执业证书编号 : S1480517080001 王习 010-66554034 Wangxidxzq 执业证书编号 : S1480518010001 研究助理： 张高艳 010-66554030 zhanggy -yjsdxzq 执业证书编号 : S1480116080036 张卓琦 010-66554018 zhangzq_y jsdxzq 执业证书编号 : S1480117080010 行业基本资料 占比 % 股票家数 50 1.48% 重点公司家数 - - 行业市值 8471.13 亿元 1.35% 流通市值 7241.36 亿元 1.64% 行业平均市盈率 83.96 / 市场平均市盈率 20.59 / 行业指数走势图 资料来源： 贝格数据， 东兴证券研究所 相关研究报告 1、国防军工行业周报（ 20170924）：军民融合系列政策出台看好高成长性民参军企业 2017-09-26 2、国防军工行业周报（ 20170917）：关注半岛局势走向建议底部超配军工 2017-09-19 3、国防军工行业周报（ 20170903）：朝核问题烽烟再起，关注板块阶段性表现机会 2017-09-07 4、国防军工行业事件点评：关注军用无人机行业投资机会 2017-09-04 -20.1%-0.1%19.9%10/10 12/10 2/10 4/10 6/10 8/10国防军工 沪深 300 17A 18E 19E 17A 18E 19E 振芯科技 0.05 0.18 0.27 269.58 83.01 55.71 8.72 推荐 华力创通 0.15 0.18 0.27 71.53 58.54 39.24 3.78 强烈推荐 合众思壮 0.33 0.57 0.79 61.50 31.36 22.79 3.57 未评级 北斗星通 0.20 0.29 0.41 156.65 97.14 70.52 3.39 未评级 资料来源：公司财报、东兴证券研究所 东兴证券专题报告 国防军工 行业： 北斗芯片产业 分析 P3 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES目录 1. 北斗芯片简介 . 5 1.1 北斗芯片包括射频芯片和基带芯片 . 5 1.2 基带芯片是决定导航终端设备性能的最核心部件 . 6 1.3 向集成化、低功耗、高精度、多模方向发展 . 8 2. 我国北斗芯片产业的发展现状 .10 2.1 从有机无芯到逐步突破 .10 2.2 北斗 中国芯步入 28nm 时代，已具备国际竞争力 .12 3. 芯片为基，撬动中下游千亿市场 .14 3.1 芯片产值占比较小，未来仍将呈下降趋势 .14 3.2 芯片为基，撬动中下游千亿市场空间 .16 3.3 相关标的 .18 4. 风险提示 .19 表格目录 表 1: 国内主要导航芯片厂商重点产品性能比较 . 9 表 2: 卫星导航专项北斗基础产品推荐名录（排名不分先后） .10 表 3: UFirebird 技术指标 .13 表 4：北斗全球组网已 进入卫星密集发射阶段 .16 表 5: “一带一路 ”北斗系统从基础建设迈向商用推广 .17 表 6: 2013-2016 年国内卫星导航与位置服务终端出货量 .18 插图目录 图 1: 北斗导航终端的定位原理 . 5 图 2: 北斗接收端芯片模块结构图 . 6 图 3: 北斗卫星导航芯片的总体架构和外围电路 . 6 图 4: 基带 处理流程 . 7 图 5: 导航基带芯片系统架构 . 7 图 5: 航芯一号 . 8 图 7: 和芯星通 Humbird UC 260 芯片 . 11 图 8: 东莞泰斗 TD1020 芯片 . 11 图 9: 航芯一号 . 11 图 10：卫星导航产业链 .14 图 11：近十年我国卫星导航产业链产值及分布情况 .15 图 12: 我国卫星导航与位置服务产业核心产值变化趋势图 .15 图 13: 2010-2015 年全球全球导航卫星系统产业产值变化 .15 P4 东兴证券专题报告 国防军工 行业： 北斗芯片产业分析 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES东兴证券专题报告 国防军工 行业： 北斗芯片产业 分析 P5 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES1. 北斗芯片 简介 1.1 北斗芯片 包括射频芯片和基带芯片 北斗芯片 通常指可以接收由北斗卫星发射的信号，从而完成定位导航功能的芯片组，包含 射频芯片 、基带芯片 以及 微处理器 。 射频芯片： 通过固定频率（即频点）接收或发射信号，目前有单频点、双 频点、多频点以及多系统多频点等多种类型， 是芯片中成本最大的部分 。 基带芯片： 用来合成即将发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码。 基带算法是影响定位精度的核心因素之一。 图 1: 北斗 导航终端的定位原理 资料来源： 公开资料整理， 东兴证券研究所 无线射频接收机系统一般由三部分组成，分别为射频前端（ RF front-end）、 基带处理（ baseband）以及用户接口。 射频前端负责接收和处理信道中的模拟信 号，基带处理部分负责根据调制方式对信号进行解调，用户接口完成各种各样的应用。射频前端部分对于整个射频接收机来说至关重要。主要工作将天线收到的信号进行放大，并进行下变频整形，经由模数转换电路处理后送出。 信号送入基带芯片前需要射频芯片进行信号处理。 射频芯片负责将卫星接收机接收到的北斗卫星射频信号经过前置低噪放大器和下变频器后得到模拟中频，经过 A/D 转换得到数字化的中频 信号送入北斗基带数据处理芯片。 北斗基带数据处理芯片由基带硬件处理单元、 SoC 控制系 统单元，数据处理及 PVT解算单元组成 。基带硬件处理 单元包括捕获和跟踪两部分，捕获意味着找到一个确定的卫星信号 (获取载波频率及扩频码相位信息 )；跟踪主 要是发现导航数据相位的变化，这两部分一般是由硬件实现。 SoC 控制系统单元负责控制基带芯片完成对卫星 信号的捕获，后将捕获结果回送到跟踪模块实现实时跟踪，同时运行基带算法程序，将基带信号经过解调得到导航数据、将基带信号经过解调得导航数据， PVT 解算 等一系列的基带处理。 P6 东兴证券专题报告 国防军工 行业： 北斗芯片产业分析 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES图 2: 北斗接收端芯片模块结构图 图 3: 北斗卫星导航芯片的总体架构和外围电路 资料来源： 公开网络 ，东兴证券研究所 资料来源： 公开网络 ，东兴证券研究所 基带芯片和射频芯片集成化是大势所趋。 2014 年 11 月 上海北 伽导航公司 发布 我国首颗 40nm SoC 工艺北斗多模射频基带一体化芯片。与国内主流技术相比， 此款 芯片跨越了两代 ， 打破了 非一体化工艺 (射频芯片与基带芯片分离 )的桎梏。 2018 年 国 产 北斗芯片已实现规模化应用，工艺已由 0.35 微米提升至 28 纳米，最低单片价格不到人民币 6 元，总体 性能达到甚至优于国际同类产品，实现了基础产品向高端产业的跃升， 可用于车载、船载定位与导航、高精度授时、可穿戴设备、手机、平板电脑等领域。 1.2 基带芯片是决定导航终端设备性能的最核心部件 基带芯片是导航接收机的核心器件，其功能和性能通常决定了整机的性能指标。 在导航基带芯片设计中，芯片架构设计和软硬件划分是首先需要解决的问题。导航基带芯片一方面要能够提供强大的处理能力以实现信号快速捕获和多通道并行跟踪，另一方面还要具有足够的灵活性和可配置性以满足不同行业不同领域以及多系统兼容的应用需求。 导航接收机基带芯片的主要功能是完成对指定卫星信号的捕获、跟踪、数据解调，并给出卫星信号的伪距、载波相位等测量信息。 首先，根据已有的星历信息或辅助信息配置需要捕获的卫星编号、粗略的时间信息、多普勒信息，然后启动信号捕获。 若没有星历信息或辅助信息，即接收机处于冷启动状态，则只能依次对所有卫星进行捕获。信号捕获成功后转入跟踪状态，否则继续其它卫星信号的捕获。 在跟踪通道锁定卫星信号后，依次进行导航电文的位同步、帧同步处理，同时从导航电文中提取接收卫星信号毫秒以上的时间信息。 东兴证券专题报告 国防军工 行业： 北斗芯片产业 分析 P7 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES 最后，跟踪状态进入完全的锁定状态，即 伪码、载波和导航电文均已实现锁定或同步。 在该状态中要完成伪距和载波相位测量、电文校验与译码等处理，并将测量数据和导航电文输出给导航应用处理器进行定位解算。 图 4: 基带处理流程 资料来源： 公开网络、 东兴证券研究所 基带芯片还负责处理恢复接收信号中调制的导航电文。 为了最终实现接收机的导航定位功能，必须从接收信号中提取信号发射时间、卫星钟差和星历等信息，而基带芯片电文处理的功能正是恢复接收信号中调制的导航电文。 基带芯片或接收机的正常工作还需要一些辅助的处理功能，包括信号锁定检测，载噪比估计以及测量值生成等 。 信号锁定检测用于检测跟踪环路锁定质量的好坏，而载噪比估计用于测量接收卫星信号的强弱。 根据应用场景决定芯片架构是否集成导航应用处理器在基带芯片中。 导航应用的范围极其广泛，各种应用对处理器的要求各不相同。例如，消费类的导航接收机一般选择成本较低的通用处理器，而在武器制导、航空航海等高端应用中可能需要专用的数字信号处理器（ DSP）才能满足要求。 图 5: 导航基带芯片系统架构 P8 东兴证券专题报告 国防军工 行业： 北斗芯片产业分析 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES资料来源： 公开网络、 东兴证券研究所 1.3 向集成化、低功耗、 高精度、 多模 方向发展 作为卫星导航定位产品的核心部件、产业链的源头和产业发展的动力，导航芯片在导航产业中扮演着重要的角色。芯片的优劣很大程度上决定了导航产品的性能差异，直接关系到产品的技术指标和未来发展走向。 目前芯片的发展方向是集成化 、 低功耗、高灵敏度，多模化 (兼容性 )等等。 单芯片集成化 ： 将射频芯片、基带芯片和微处理器合而为一的单芯片可以提高产品的性能和可靠性、降低体积、功耗和成本，是卫星导航产品发展的趋势。 2014年 11 月，在上海军民两用基础促进大会上，上海北伽导航科技有限公司发布了40nm 的北斗导航芯片航芯一号 。 据称，航芯一号是国内首颗 SoC 工艺北斗多模射频基带一体化芯片，将在 2015年 3 月投入量产，在中兴手机上开展百万级的示范应用，并将逐步进入平板电脑、可穿戴设备、车载导航等设备。 图 6: 航芯一号 东兴证券专题报告 国防军工 行业： 北斗芯片产业 分析 P9 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES资料来源： 百度百科 、 东兴证券研究所 从几大北斗芯片厂商的产品布局看，将射频芯片、基带芯片和微处理器合而为一的单芯片可以提高产品的性能和可靠性，降低体积、功耗和成本。 鉴于北斗导航要到 2020 年才能完 成全球覆盖，北斗二代芯片的发展呈现多模兼容趋势，主要是需要兼容 GPS 来更好地被市场所接 受。同时，兼容模式也有助于北斗系统借助 GPS 的渠道和模式来打开大众市场。因此，集成化及 多模式兼容是北斗卫星导航芯片发展的中短期发展趋势。另外，独有的短报文功能有望成为北斗导航系统的一大特色应用，可真正实现产业一体化并弥补我国卫星通信产业的短期不足。 高精度 、 高动态 ： 高精度芯片的发展，将 解决制约北斗卫星导航系统军民大规模应用的重大瓶颈。 以军方作战为例 ， 战士采用亚米级高精度定位终端佩挂在身上，而战士就在敌方战略目标旁，指挥中心知道战士具体位置后，可精确打击敌方目标，避免炮火误伤战士。 高动态是指 接收机在高动态场景中下对微弱卫星信号的捕获和有效处理能力。 国内芯片公司越来越重视对芯片高精度和高动态性能的追求。 国内北斗权威机构中国卫星导航系统管理办公室 根据 静态定位精度测试 、 静态定位精度测试 、射频功率测试等指标组织的主要面向行业和大众应用的北斗芯片模块年度测评结果： 表 1: 国内主要 导航芯片 厂商重点 产品 性能比较 和芯星通（北斗星通） 华力创通 泰斗微电子 东方联星 华讯科技 芯片型号 UFirebirdUC6226 HwaNavChip-1 TD1030 Otrack-128 Hx9311 接收频率 BDS、 GPS、 GLONASS、Galileo GPS L1/BDS B1、B3 BDS、 GPS、GLONASS、 QZSS以及卫星增强系统SBAS GPS /BD GLONASS GALLIEO GPS L1 BD B1 B2 B3 GLONASS L1 通道数 64 通道：单系统独立、双系统联合 24 通道 16 通道：单系统独立、双系统联合 16 个可配置跟踪通道 - 定位精度 2.5m 10m 3m 5m - P10 东兴证券专题报告 国防军工 行业： 北斗芯片产业分析 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES测速精度 0.1m/s 0.2m/s 0.1m/s 0.1m/s - 生产工艺 28nm 130nm 40nm 55nm 110nm 尺寸 5*5mm 9*9mm 7*7mm 10*10mm 7*7mm 功耗 35mw 0.5w-1.26w 70mw 90mw 35mw 资料来源： 公开网络 ，东兴证券研究所 表 2: 卫星导航专项北斗基础产品推荐名录（排名不分先后） 多模导航型射频芯片 北斗多模导航型基带芯片 广州润芯信息技术有限公司 和芯星通科技（北京有限公司） 重庆西南集成电路设计有限责任公司（ 中电科 第二十四研究所） 中国科学院微电子研究所 杭州中科微电子有限公司（中国科学院微电子研究所） 泰斗微电子科技有限公司 西安航天华迅科技有限公司 西安华讯微电子有限公司 资料来源： 中国卫星导航系统管理办公室 ，东兴证券研究所 2. 我国北斗芯片产业的发展现状 2.1 从“有机无芯”到 逐步突破 从第一颗试验卫星起 8 年间我国北斗接收机芯片都为美国企业提供。 据北斗卫星导航系统官方网站显示：第 1 颗北斗导航实验卫星发射于 2000 年 10 月；在连续发射了 4颗实验卫星后，第 1 颗北斗导航卫星发射于 2007 年 4 月。不过直到 2008 年 2 月，我国第一颗自主开发的完全国产化的北斗卫星导航基带处理芯片领航一号才在上海宣布研发成功，在此之前北斗接收终端机的芯片都为美国企业提供 。 前期我国导航终端大部分 使用美国 GPS 芯片 。虽然我国的北斗导航系统已经广泛应用于交通、渔业、测量勘探等行业并取得了良好的社会和经济效益。但是，由于美国 GPS 导航系 统早在 1994 年就建成 并于当年提供了全球民用服务，到 2007 年我国北斗导航系统 才建成，在这个长达 13 年的时间内，我国的导航终端中绝大部 分使用的是美国 GPS 芯片， 占据 我国 约 95%的 市场。而我 国北斗导航系统的研究经费 90%用于卫星研制和发射，只有 10%用于导航芯片，芯片研究投入较少。 前期行业低门槛，致使我国导航芯片产业在低附加值徘徊 。 此前我国卫星导航芯 片的入行门槛比较低，现在全国 4000 多家芯片生产企业绝大 部分是中小企业，人才不足，不具备研制兼容型、互操作式导航芯片的自主研发能力。这将 使我国的导航芯片产业继续在低附加值状态徘徊，实现北斗加 +GPS 导航逐渐替代美国 GPS 导航 步履艰难。同时，也将成为北斗卫星导航应用产业化的重大瓶颈。 国家政策法规支持国产新导航芯片快速发展 ，近年来成果丰硕 。 2013 年 国家发改委以政策法规解读形式发布了促进信息消费 加快推进北斗卫星导航产业规模化发展。针对导航产业有机无芯的瓶颈制约，着力加强北斗芯片和终端产品的研发和应用，加快提升产品成熟度和核心竞争力。规划没有回避北斗系统缺乏终端芯