龙芯中科研究报告:国产CPU龙头,构建自主软硬件生态
昆明市盘龙区星条美式英语培训中心 首页 成功案例 新闻中心
  • 首页
  • 成功案例
  • 新闻中心
  • 龙芯中科研究报告:国产CPU龙头,构建自主软硬件生态
    发布日期:2022-08-23 05:02    点击次数:111

    (报告出品方/作者:中信证券,徐涛、王子源)

    公司概览:源于中科院计算所,20 年技术积累

    历史沿革:从科研走向市场,不断迭代积累,日趋成熟

    2001 年龙芯在中科院计算所开始研发,2010 年龙芯中科开始市场化运作。龙芯于 2001 年在中科院计算所开始研发,得到中科院、国家自然科学基金、863、973、核高基 等项目的大力支持。胡伟武作为总设计师,从 2001 年起投身于龙芯处理器的研制工作, 先后主持完成龙芯 1 号、龙芯 2 号、龙芯 3 号系列处理器的研制。2008 年 3 月,龙芯中 科前身龙芯服务由北京海淀中科计算技术转移中心和中科算源共同出资设立,开始进行处 理器产品产业化的前期探索。2010 年,龙芯中科开始市场化运作,着眼于研发符合客户 需求和具有市场竞争力的处理器产品,包括早期在计算所实验开发的基础上进行产品化验 证及推广,并结合市场需求研发新产品。后续十余年中,龙芯中科坚持自主研发,陆续推 出了针对不同应用场景的龙芯 1 号系列、龙芯 2 号系列、龙芯 3 号系列处理器及配套芯片。

    (1)2015 年之前:探索阶段。 2012 年,四核龙芯 3A1000 处理器完成产品化并推广应用。龙芯 3A1000 使用 GS464 微结构,主频 0.8-1.0GHz,SPEC CPU 2006 测试单核性能约 2~3 分,单核通用处理性能 与 Intel 公司 1999 年推出的 Pentium III 处理器相当,性能差距约 11 年。

    (2)2016-2019 年:成长阶段。 2016 年,四核龙芯 3A2000/3B2000 处理器实现量产并推广应用,以龙芯 3A1000 四 核结构为基础,处理器核升级为 GS464E 微结构,主频 0.8-1.0GHz,单核通用处理性能 是龙芯 3A1000 芯片的 2.5 倍左右,接近 Intel 于 2005 年发布的奔腾 M 系列,产品性能差 距约 11 年。 2017 年,四核龙芯 3A3000/3B3000 处理器实现量产并推广应用,基于龙芯 3A2000 进行工艺升级,主频 1.2-1.5GHz,单核通用处理性能是龙芯 3A2000/3B2000 芯片的 1.5 倍左右,SPEC CPU2006测试单核性能达到 10-11分,超过 Intel 2008年推出的凌动系列,产品性能差距约 9 年。 2019 年,四核龙芯 3A4000/3B4000 实现量产并推广应用,处理器核升级为 GS464V 微结构,主频 1.8-2.0GHz,单核通用处理性能是 3A3000/3B3000 的 2 倍左右,单核性能 达到 20-30 分,达到 Intel 于 2013 年发布的第四代酷睿的水平,产品性能差距约 6 年。

    (3)2020 年以后:爆发阶段。 2020 年,四核龙芯 3A5000/3B5000 处理器研制成功,基于龙芯 3A4000/3B4000 进 行工艺升级,同时处理器核升级为 LA464 微结构,主频 2.3-2.5GHz,性能接近 Intel 于 2015 年推出的 Skylake 系列和 AMD 于 2017 年推出的 Zen1 的水平,产品性能与 Intel 差距约 5 年。 2021 年,龙芯中科正式推出 LoongArch 自主指令集,未来公司开发的处理器产品将 全部基于 LoongArch。龙芯 7A2000 完成流片,相对于原先的 2D GPU,新 GPU 已经实 现 3D,在桥片升级之后可以节省掉独显芯片,进一步降低成本,提升产品的竞争力。发 布基于 LoongArch 自主指令系统打造的龙芯 3C5000L,作为龙芯中科首款服务器专用芯 片,已经具备了高端商用服务器的竞争力。

    2022 年,龙芯正式发布了面向通用计算、大型数据中心、云计算中心的计算需求的 龙芯 3C5000 服务器处理器,16 核心单芯片 unixbench 分值 9500 以上,双精度计算能力 达 560GFlops,16 核处理器峰值性能与典型 ARM 64 核处理器的峰值性能相当,产品性 能与 Intel/AMD 的同类产品差距约 4 年。此外,龙芯发布新一代龙芯 3 号系列处理器配套 桥片龙芯 7A2000,相较于前一代产品,龙芯 7A2000 高速 I/O 接口达到市场主流水平, 桥片中的自研 GPU 模块搭配独立显存,可形成独显方案,提高龙芯计算机的性价比。 2023 年,龙芯计划推出下一代 3A6000 系列 CPU,预计 IPC 和主频都会提升,龙芯 3A6000 处理器单核 SPEC CPU 2006 定点/浮点 base 分值预计将从 26/28 分提高到 35/45 分,分别提升 37%及 68%,达到市场主流水平,有望进一步缩小与 Intel/AMD 产品的差 距。

    主营分类:基于龙芯处理器的信息化类芯片、工控类芯片及解决方案

    公司主营业务为龙芯处理器及配套芯片的研制、销售及服务,依据应用领域可分为信 息化类、工控类等。目前,龙芯中科基于信息系统和工控系统两条主线开展产业生态建设, 面向网络安全、办公与业务信息化、工控及物联网等领域,系列产品在电子政务、能源、 交通、金融、电信、教育等行业领域已获得广泛应用。

    ——信息化类芯片产品主要应用于关键信息基础设施领域的桌面和服务器。主要为龙 芯 3 号系列芯片,应用于 PC、服务器等领域,满足关键信息基础设施领域的应用需求, 系列产品在电子政务、金融、电信、教育等行业领域已获得广泛应用。2019、2020 年受 益信创市场爆发增长,后续市场有望继续渗透率提升,并随行业信创和未来进入开放市场 打开空间。

    ——工控类芯片产品主要应用于关键信息基础设施领域的控制和通讯系统。主要为龙 芯 1 号、2 号及部分 3 号工业级芯片,面向嵌入式专用设备、工业控制与终端等,如物联 终端、仪器设备、数据采集、网络设备、行业终端、智能制造等,系列产品在网安通信、 能源、交通等行业领域已获得广泛应用。随着公司推出的工控类芯片产品的拓展性、应用 领域细分市场的丰富性增加,工控类芯片销售收入有望稳步增长。

    ——解决方案主要包含硬件模块产品和技术服务。销售硬件模块产品并非公司的主要 发展方向,主要系根据客户要求提供已有产品,该部分收入随着公司客户基础扩大、客户 关系加深而不断增加。

    龙芯中科研制的芯片包括龙芯 1 号、龙芯 2 号、龙芯 3 号三大系列处理器芯片及桥片 等配套芯片。龙芯 1 号、2 号、3 号处理器芯片及配套芯片的主要客户是板卡、整机厂商。 1) 龙芯 1 号系列为低功耗、低成本专用嵌入式 SoC 或 MCU 处理器,通常集成 1 个 32 位低功耗处理器核,应用场景面向嵌入式专用应用领域,如物联终端、仪器设 备、数据采集等。 2) 龙芯 2 号系列为低功耗通用处理器,采用单芯片 SoC 设计,通常集成 1-4 个 64 位低功耗处理器核,应用场景面向工业控制与终端等领域,如网络设备、行业终 端、智能制造等。2021 年开始,龙芯 2K 系列在实现与原有版本的引脚和接口兼 容的基础上,处理器核更新为基于龙芯自主指令系统架构 LoongArch(龙架构) 的 LA264 处理器核。 3) 龙芯 3 号系列为高性能通用处理器,通常集成 4 个及以上 64 位高性能处理器核, 其中 3A5000 桌面服务器处理系统和 3C5000 服务器处理系统性能已经国内领先。 3 号 CPU 通常与桥片配套使用,应用场景面向桌面和服务器等信息化领域。 4) 配套芯片包括桥片及正在研发尚未实现销售的电源芯片、时钟芯片等,其中桥片 主要与龙芯 3 号系列处理器配套使用和销售,电源芯片和时钟芯片主要与龙芯 2 号、龙芯 3 号系列处理器配套使用。

    核心人员:源自中科院,团队稳定、技术实力强劲

    公司董事长、总经理、首席科学家胡伟武博士是龙芯总设计师,从 2001 年起投身于 龙芯处理器的研制工作。胡伟武博士先后主持完成了龙芯 1 号、龙芯 2 号、龙芯 3 号系列 处理器的研制。胡伟武博士作为龙芯中科的首席科学家全面主持龙芯中科的技术工作,组 织规划龙芯研发线路图,组织领导新产品的研发,承担国家项目 10 余项,发表论文 50 余 篇,撰写 3 本专著,获得多项奖项。 公司核心技术人员多在中科院计算所学习或工作过,参与了龙芯处理器的早期研发工 作。公司核心技术人员中范宝峡、高翔、张戈、杨旭、杨梁均为工学博士,有过在中科院 计算所学习或工作经历,并参与过龙芯多款产品的开发和研制,为龙芯系列处理器产品的 研制做出了重要贡献。

    股权架构:胡伟武、晋红夫妇为公司实际控制人,员工持股占比超 3 成

    天童芯源合计控制公司 30.17%股份,为公司控股股东。截至 2022 年 6 月 24 日,天 童芯源直接持有公司 21.53%的股份,为公司控股股东,同时天童芯源也是股东芯源投资 (3.22%)、天童芯正(3.22%)、天童芯国(2.20%)的执行事务合伙人,合计控制公司 30.17%的股份。此外,中科算源(19.32%,中科院计算所下属全资公司)、中科百孚 (12.88%)、横琴利禾博(9.02%)、北工投(6.44%,北京市下属全资公司)直接持有公 司 5%以上股份,双方为一致行动人的鼎晖祁贤(4.36%)和鼎晖华蕴(3.22%)合计持有 公司 5%以上股份。与国内竞争对手对比,公司股权未被整机厂控股,在股权结构和生态 方面相对开放。 胡伟武、晋红夫妇合计控制公司 30.17%的表决权,为龙芯中科共同实际控制人。胡 伟武和晋红二人为夫妻关系,胡伟武持有天童芯源 47.67%的股权,为第一大股东,晋红 持有芯源投资 15.02%的合伙份额。胡伟武和晋红通过天童芯源及芯源投资、天童芯正、 天童芯国合计控制公司 30.17%的表决权,股权比例显著高于其他股东。同时,胡伟武长 期担任公司董事和总经理,晋红长期担任公司投资总监。因此,胡伟武、晋红夫妇为龙芯 中科共同实际控制人。

    公司员工合计持股占比 27.30%,持股员工占员工总数 20.32%。根据公司招股说明书, 公司目前共有天童芯源、芯源投资、天童芯正、天童芯泰、天童芯民等 5 个持股平台,截 至 2022 年 6 月 24 日,员工持股比例合计 27.30%。持股平台中的员工均为对龙芯中科发 展做出贡献的中高层经营管理人员、技术骨干,并与公司或公司控股子公司签订正式劳动 合同并领取薪酬的人员。剔除重合人员后持股平台共涉及员工 167 人,截至 2021 年 12 月末占员工总数约 20.32%。

    龙芯中科拥有 13 家控股企业、2 家直接参股企业,公司版图持续扩大。公司建立了 完善的市场销售体系,在目标客户集中区域设置了全资子公司或销售与技术支持中心,及 时了解市场动向与客户需求,推广与销售公司各项产品。同时,销售部门、技术支持部门 及研发团队之间保持紧密沟通和协作,有效提高了客户服务的响应速度与满意度。

    商业模式:采用 Fabless 经营模式,客户合作稳定

    公司经营目前主要采用 Fabless 模式,通过向客户销售处理器及配套芯片与提供基础 软硬件解决方案获取业务收入。公司主要负责芯片的设计工作,形成集成电路设计版图, 将晶圆制造、封装、部分测试等其余环节委托给相关制造企业及代工厂商加工完成。公司 与国内多家行业知名企业建立了战略合作关系,公司内部设有专门的销售部门与对应的销 售团队,负责与客户及时接洽。

    ——处理器及配套芯片业务:收入主要为公司向客户提供处理器及配套芯片获取。在 该项业务下,公司芯片生产的业务流程与传统 Fabless 模式一致。公司主要负责制定芯片 的规格参数与方案,进行芯片设计与验证、交付芯片设计版图,生产环节的晶圆加工、封 装、测试等环节主要通过委外方式完成。

    ——解决方案业务:收入是公司根据实际应用场景需求研制基于龙芯芯片的软硬件模 块与应用方案,最终协助客户形成终端产品及服务获得。主要为公司根据信息化与工控客 户的应用场景需求,基于龙芯处理器,以开发板及配套软硬件模块的形式,为客户定制包 括桌面、服务器、云计算、网络通信安全产品、工控互联网、行业应用等多种类产品参考 方案所获取的收入。

    公司主要采用直销模式,经销模式占比不到 1%。公司的主要客户是整机厂商与 ODM 厂商,为更直接获取客户需求、获悉行业动态、近距离服务客户,公司主要采用直销模式, 少量采用经销模式,主要集中于教育解决方案领域(2020 年占比不到 1%)。在经销模式 下,公司通过具有广泛客户资源的代理公司与最终客户进行公开招标与商务谈判。 2018-2021 年,公司下游客户集中度相对较高,前五大客户收入合计占营业收入的比 例分别为 75.19%/67.92p.24%/60.86%。公司主要客户为央企集团和大型民营科技企业, 集团客户下属多家子公司向公司采购,造成集团合并口径交易金额较大。由于集团下属子 公司采购履行独立的程序,不属于集团集中采购,因此公司实际对单一客户依赖度相对有 限。 2018-2021 年,公司前五大供应商采购金额占当期采购总额的比例分别为 70.35%/ 81.54%/90.79%/80.84%,呈逐年上升的趋势。2018-2021 年,公司向第一大晶圆厂供应 商采购金额占当期采购总额的比例分别为 40.79%/56.58%/66.60%/51.88%,采购占比均 为 50%左右,主要因为公司的主力产品由该晶圆厂进行代工。

    财务分析:过去三年营收 CAGR 约 84%,毛利率水平较高

    收入端:公司 2018-2021 年分别实现营业收入 1.93/4.86/10.82/12.01亿元,2019/2020 /2021 年分别同比增加 151.30%/122.87%/10.99%,3 年 CAGR 为 83.87%。公司主营业 务收入主要来自于处理器及配套芯片产品销售、硬件模块销售和技术服务,并以芯片产品 销售业务为主。其中 2019 和 2020 年营收实现爆发式增长,主要是由于公司陆续推出 3A3000 系列、3A4000 系列信息化芯片产品,符合快速增长的关键信息基础设施领域的应 用需求。2021 年,公司营业收入较上年同期增长,主要因为在关键信息基础设施领域, 随着政策的有力推动,客户对已在成熟行业应用的工控类芯片的需求增加,同时基于工控 类芯片拓展开发的新解决方案陆续完成,带动了公司产品销量增加,收入增长。

    ——公司工控类芯片销售量持续提升,销售均价随结构变化有所下降。2018 年,公 司工控类芯片以龙芯 2 号系列芯片为主,龙芯 2 号系列部分产品对其应用场景的环境要求 较高,需要一定的工艺水平以及较高的测试要求,因此其销售单价较高;2019-2021 年, 工控类芯片中 1 号系列芯片的应用逐渐丰富,被广泛应用于加密卡、远程数据采集、智能 门锁、打印机等终端设备,销售数量提升,拉低了销售单价。

    ——公司信息化类芯片销售量大幅提升,销售均价下降。2018 年 3A3000 系列产品 首次推出,单价较高、销量暂时未打开;2019 年,随着公司 3A4000 系列产品推出,3A3000 系列产品价格下降;2020 年、2021 年,为了进一步开拓日趋成熟并进入快速增长阶段的 电子政务领域的市场,公司适当降低新一代产品的销售单价,拓展了整机厂商客户群体, 大幅提升了公司芯片产品在桌面、服务器领域的销量;此外,信息化类芯片中,桥片等配 套芯片的销量占比提高,而配套芯片的平均单价显著低于 3 号系列芯片的平均单价,导致 公司信息化产品单价整体下降。

    公司主营业务收入主要来自华北地区和华东地区,整体呈现上半年较低、下半年较高 的季节性特点。华北和华东地区销售占比合计超过 80%。自 2018 年起,公司在太原、合 肥、南京、成都等地成立子公司,辐射周边地区的推广与销售,进一步巩固公司在华北、 华东地区影响力的同时,向西南地区等地扩展。由于公司销售产品主要客户通常在每年的 第一季度制定全年的采购计划并确定预算额,一个自然年度的上半年处于预算编制与审批 阶段,新增需求较少,在预算编制结束后,客户计划中的项目陆续实施,需求增加,因此 客户通常集中在下半年特别是第四季度完成产品验收。受此影响,公司产品销售收入通常 具有上半年较低、下半年尤其是第四季度较高的特点。

    成本端:公司 2018-2021 年主营业务成本分别为 0.72/2.07/5.55/5.5 亿元,2019/2020/ 2021 分别同比增加 187.40%/167.55%/0.00%。公司主营业务成本由材料及外协成本、制 造费用及人工成本构成。1)材料及外协成本:是主营业务成本的主要构成部分,主要包 含芯片产品的芯片加工成本和硬件模块产品的电子元器件成本、外协成本。2021 年,公 司进一步提高自主能力,对部分芯片产品进行自主筛选测试,降低了测试成本,因此材料 及外协成本有所下降。2)人工成本:公司目前经营主要采用 Fabless 模式,生产人员主 要负责日常生产任务安排、产品测试以及与芯片加工供应商的对接,人数较少,人工成本 金额及占比较低。3)制造费用:公司制造费用金额逐年增加,主要包括折旧、摊销等固 定成本,其变动主要与公司相关生产设备规模增加相关。2021 年,公司对部分芯片产品 进行自主筛选测试,相关设备产生的折旧费用增加,因此制造费用金额和占比上升。

    利润端:2018-2021 年,公司归母净利润分别为 0.08/1.93/0.72/2.37 亿元,2019/2020 /2021年分别同比变化 2343.56%/-62.82%/229.82%。2020年,公司净利润出现一定下滑, 主要系当期股份支付费用较大的影响;2021 年,由于研发投入大幅增加,公司扣除非经 常性损益后归属于母公司股东的净利润略有下滑。公司 2021 年归母净利润水平低于同类公 司,净利润增速较快,主要由于收入规模尚小且研发费用支出较大;从归母净利润增长率来 看,2020 年股份支付较大、前期市场拓展策略、着重人员扩张及投入研发导致净利润下降。 2021 年,公司归母净利润增速接近平均水平,上虞市百官新建房产中介所随着公司前期研发积累的新产品开始放量, 我们预计 2022 年有望稳健增长。

    受益于技术溢价和自主创新优势,公司毛利率水平稳定在 50%左右,保持在较高水平。 2018-2021 年,公司主营业务综合毛利率分别为 62.55%/57.16%/48.68%/53.77%,其中, 工控类芯片毛利率分别为 79.16%/78.29%/74.62%/76.08%,信息化类芯片毛利率分别为 45.04%/50.11%/44.18%/44.61%。工控类芯片的应用行业领域较为丰富,客户多采用定制 方式采购产品,工控类芯片以龙芯 2 号系列芯片为主,龙芯 2 号系列部分产品对其应用 场景的环境要求较高,需要一定的工艺水平以及较高的测试要求,且工控领域的国产芯片 竞争较小,因此毛利率相较于信息化产品保持在较高水平。

    费用端:2018-2021 年,公司期间费用分别为 1.16/1.63/2.76/4.37 亿元,期间费用率 存在波动。主要系公司规模快速增长,规模效应使收入增速显著高于期间费用增速。2021 年的期间费用金额较高,主要因为公司持续加大研发力度,研发费用增加较多。此外, 2018-2021 年,公司销售费用率和管理费用率呈下降趋势,主要是前期公司销售规模较小, 处于市场开拓期且客户分布范围较广,销售投入较多,后续随规模效应逐步摊薄。公司研 发费用率 2021 年有较大提升,主要目的为布局新产品开发。

    研发投入:公司研发投入积极,研发人员快速增长,技术实力强劲

    2019-2021 年,公司累计研发投入为 6.08 亿元,约占总营业收入的 22%,高于同类 公司平均水平。2019-2021 年,公司研发投入分别为 0.78/2.08/3.22 亿元,占各年营业收 入的比例分别为 16.11%/19.26%/26.78%。2018 年,公司的研发投入率高于同类公司平均 水平,主要是因为当年公司营业收入规模较小;2019 年和 2020 年,随着营业收入的快速 增长,公司的研发投入率与同类公司平均水平趋于一致;2021 年,公司加大研发投入力 度,研发投入率高于同类公司。 2019-2020 年,公司研发费用绝对金额及费用率与同类公司相比尚低,但是 2021 年 研发费用率超过平均水平。当前公司的整体收入规模还不大,但需持续迭代追赶国际主流 水平,因而费用增速和研发费用率高于同类平均水平。从研发费用金额来看,公司低于同 类公司平均水平(剔除同类公司中超过 100%的极端值后),未来随着公司新产品的持续研发投入扩大及公司营收规模增长,有望提升至同类公司平均水平。

    2021 年底公司研发人员达到 539 人,在总员工中占比增长至 65.57%。公司十分重视 技术研究开发工作,研发管理团队长期保持稳定,且团队成员具有丰富的处理器及配套芯 片的研发与项目实施经验。2018-2021 年,公司各期末研发人员数量分别为 191/258/419 /539 人,分别占比 59.88%/59.31%/64.76%/65.57,数量及占比逐年上升。相比同类公司, 公司研发人员占比接近但略低于同类公司的平均水平,当前公司总人数规模尚小,发展阶 段相对早于同类公司,我们预计随着公司持续人才培养,研发团队有望持续壮大。

    技术实力:公司多年来坚持自主研发的发展道路,在处理器及配套芯片的研发及系统 软件方面形成了自己的核心技术。依靠完整的人才链、技术链和产业链,公司在技术方面 取得一系列重大突破,位于行业技术水平的前列。公司建立起了涵盖指令系统设计、处理 器核设计、GPU 核设计、内存接口设计、高速接口设计、多核互连设计、SoC 设计、处 理器验证、可测性设计、定制 IP 设计等领域的完整人才链、技术链和产业链。自成立以来, 龙芯中科因先进技术获得过多项官方和行业奖项。

    公司长期坚持自主研发,承担 9 项国家项目并获得专利 500 余项。公司自成立以来, 龙芯中科共承担国家级项目 9 项,地方级项目 6 项。在通用处理器设计、系统软件、编译 技术等专业领域取得了 500 余项专利,填补了国内核心基础软硬件领域的大量空白。同时 公司致力推动构建自主的信息技术体系,在 CPU 及基础软件方面形成了体系化的关键核 心技术储备。截至 2021 年 12 月 31 日,公司已经取得专利共计 522 项,其中境内发明专 利 388 项,境外发明专利 21 项。

    行业趋势:信创领域持续收获,走向开放/海外市场

    CPU 及指令集:CPU 是计算机的核心部件,指令是计算机运行的最小的功 能单位

    中央处理器(CPU)是电子计算机的核心部件,其功能主要是解释计算机指令以及处 理计算机软件中的数据。CPU 是计算机中负责读取指令,对指令译码并执行指令的核心部 件,主要包括处理指令、执行操作、控制时间、处理数据。在计算机体系结构中,CPU 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 是计算机的运算和控制核心,计算机系统中所有软件层的操作,最终 都将通过指令集映射为 CPU 的操作。 桥片通常包括北桥和南桥芯片。桥片负责将 CPU 和机器的其它部分相连接,决定主 板的功能、性能和技术特性。北桥负责连接到 CPU 和内存以及显卡,集成显示功能的芯 片组也都是将显示核心集成在北桥中;南桥芯片主要用于链接速度较慢的设备接口,比如, 硬盘、USB、网卡等。市场上部分方案将北桥芯片整合进 CPU 之中,部分则是将北桥和 南桥芯片整合为一颗桥片。

    指令是计算机运行的最小的功能单位,CPU 的指令集可分为精简指令集(RISC)和 复杂指令集(CISC)。在计算机中,指示计算机硬件执行某种运算、处理功能的命令称为 指令。指令是计算机运行的最小的功能单位,而硬件的作用是完成每条指令规定的功能, 一台计算机上全部指令的集合,就是这台计算机的指令系统。CPU 的指令集可分为精简指 令集(RISC)和复杂指令集(CISC)。RISC 指令长度和执行时间恒定,CISC 指令长度 和执行时间不一定。RISC 指令并行的执行程度更好,并且编译器的效率也较高。CISC 指 令则对不同的任务有着更好的优化,代价是电路复杂且较难提高并行度。 典型的CISC指令集有x86微架构,典型的RISC指令集有 ARM、RISC-V、LoongArch 微架构。上世纪 90 年代,以复杂指令集为代表的英特尔凭借与微软的 Wintel 体系,在通 用 CPU 领域占据了绝大多数份额,至今仍占据 95%以上的 PC 和服务器市场份额。精简 指令集则被逐渐挤压到嵌入式市场,智能手机兴起后才获得新生,目前 ARM 架构通过构 筑与 Android 的生态合作(AA 体系),占据了全球 95%的移动芯片授权市场。

    信创领域:未来五年 CPU 市场空间预计约 565 亿元

    信创产业保障国家信息安全,CPU 处于核心地位但国产化率较低。信创产业,即信 息技术应用创新产业旨在实现我国信息技术领域的自主可控,保障国家信息安全。作为信 息安全、数据安全、网络安全发展的基础,信创产业也是“新基建”、数字经济的重要内 容,将成为拉动我国经济增长的重要抓手之一。信创的核心是建立自主可控的信息技术底 层架构和标准,在基础硬件、基础软件、应用软件和信息安全等领域实现国产替代。据华 经产业研究院报告,国产 CPU 和操作系统居于信创的核心地位,但是国产化比率相对较 小,2020 年两个领域国产化率分别仅为 0.5%和 1.2%,未来发展空间巨大。 中国大陆信创产业按照应用领域划分,包括八大领域,按照渗透率可分为三个梯队。 目前信创产业行业渗透率可大致分为三个梯队,党政和金融渗透率处于第一梯队,电信、 交通、电力、石油、航空航天处于第二梯队,教育、医院领域渗透率最低,处于第三梯队。 这是由于在政策导向下,党政端最先进行国产化;而行业端金融领域数字化程度较高,更 易渗透。

    长期空间:走向开放市场和海外市场,拥抱千亿美金市场空间

    目前龙芯中科的产品主要应用在信创领域,而随着整个系统的优化和生态的构建,公 司未来目标为进入开放市场和海外市场。目前的政策性信创市场提供给龙芯搭建平台生态 的场景,不断优化产品。公司已布局配套外围芯片如桥片、电源芯片、时钟芯片、GPU 等, 形成围绕 CPU 的整套产品体系。龙芯体系目标是成为 Wintel(微软-英特尔)和 AA(安 卓-ARM)体系外的第三套生态体系。龙芯作为国内少数坚持做独立自主生态的 CPU企业, 有望逐步完成从技术补课向生态建设的转变,从政策性市场向开放市场的转变,探索向一带一路国家等海外市场拓展的可能。 2021 年全球微处理器(MPU)销售总额超过 1000 亿美元,其中 CPU 和嵌入式处理 器分别 486/197 亿美元。据 IC Insights 数据,2020 年全球疫情背景下,微处理器销售量 增长 16%,2021 年保持强劲,增长 14%达到 1029 亿美元。其中,计算机 CPU/手机应用 处理器/嵌入式处理器的市场规模为分别为 486/356/197 亿美元,占比分别为 47%/34% /19%。此外,IC Insights 预计微处理器市场未来五年 CAGR 将达到 5.3%,即 2026 年的 销售额将达到 1333 亿美元。

    目前 CPU 市场集中度高,巨头 Intel、AMD 合计占据 95%以上的市场份额。在计算 机处理器领域,Mercury Research 对 2021 年 Q3 年全球 x86 架构处理器市场份额统计数 据显示,Intel 在整个 x86 CPU 市场上的份额达到 75.4%,AMD 占比 24.6%,而 x86 架构 目前占据 PC 市场约 95%以上比重。

    中国市场占全球微处理器市场销售额的比例约 37%,国产 CPU 厂商市场份额尚低。根据 IC Insights 的统计数据,中国的微处理器销售额在 2020 年增长 12%,达到 327 亿美 元,占全球微处理器市场约 37%的比重,但是国内 CPU 企业市场份额却仅为 0.5%。随着 国内飞腾、龙芯、兆芯和华为等企业的产品生态逐步完善,我国 CPU 产品发展迅猛,产 品种类逐渐增多,可实现 CPU 产品对国内外主流设备的兼容,且在政府、国防、金融等 领域得以应用,国产化产品生态初步建立,国产 CPU 企业的市场份额有望逐步提升。

    核心优势:自主掌握核心技术,打造龙芯生态体系

    技术优势:从指令集到配套芯片,到系统、基础软件的完全自主化

    信息技术的主要依赖链包含有五个层次:应用系统、整机系统、CPU 芯片和操作系 统、核心 IP 模块和基础软件组件、指令系统,龙芯优势在于掌握最底部两层基础核心技 术。最底层技术为指令系统,是信息技术的根技术,核心 IP 模块、基础软件组件、编译器、 内核都依赖于指令系统,龙芯经过长期积累,采用自主定义的 LoongArch 指令系统,是目 前国内唯一能做到底层指令系统开发的 CPU 公司。次底层技术为核心 IP 模块和基础软件 组件,CPU 芯片设计以及操作系统开发分别依赖于各类核心 IP 模块和基础软件组件。龙 芯与通常采购商业化 IP 进行芯片设计的集成电路设计企业不同,基于自主定义的指令系统, 自主设计上百种核心 IP 模块,并开发基础软件组件,从而推出具有自主知识产权的 CPU 产品和基础版操作系统。

    龙芯中科是国内唯一实现从指令系统、微结构到配套芯片,到系统、软件的完全自主 化的 CPU 企业。龙芯中科是国内唯一坚持基于自主指令系统构建独立于 Wintel (Windows-Intel)体系和 AA(Android-Arm)体系的开放性信息技术体系和产业生态的 CPU 企业。龙芯中科坚持走自主创新与生态建设路线,是国内 CPU 企业中极个别可以进 行指令系统架构及 CPU IP 核授权的企业,是少数在股权结构方面保持开放、未被整机厂 商控制的 CPU 企业。

    1)核心 IP:与国内多数集成电路设计企业购买商业 IP 核进行芯片设计不同,龙芯 中科坚持自主研发核心 IP,形成了包括系列化 CPU IP 核、GPU IP 核、内存控制器及 PHY、高速总线控制器及 PHY 等上百种 IP 核。公司利用自主 IP 核形成了覆盖国内外 不同工艺制程的产品设计能力。建立了高性能 CPU 物理设计流程,比使用商业 EDA 工具 的标准流程性能提高 30%左右。基于这些 IP 核形成了面向桌面和服务器应用的龙芯 3 号 系列、面向终端和工控应用的龙芯 2 号系列、面向特定应用的龙芯 1 号系列等三大系列几 十款处理器产品。

    2)指令系统:与国内多数 CPU 企业主要基于 ARM 或者 X86 指令系统融入已有的国 外信息技术体系不同,龙芯中科推出了自主指令系统 LoongArch,并基于 LoongArch 迁 移或研发了操作系统的核心模块,包括内核、三大编译器(GCC、LLVM、GoLang)、三大虚拟机(Java、JavaScript、.NET)、浏览器、媒体播放器、KVM 虚拟机等,形成了面 向信息化应用的基础版操作系统 Loongnix 和面向工控类应用的基础版操作系统 LoongOS。

    3)软件生态:龙芯 CPU 已经支持主流的整机、操作系统、办公软件、浏览器、输入 法和部分设计工具等常见软硬件,覆盖了基本的办公需求。同时,公司通过二进制翻译融 合软件生态,作为 LoongArch 的原生软件生态的补充。作为一种新型指令系统,在其原生 软件生态成熟之前,LoongArch 可借助二进制翻译实现与 X86、ARM 等指令系统应用的 二进制兼容来弥补其早期应用生态的不足。

    4)产品应用:龙芯中科基于信息系统和工控系统两条主线开展产业生态建设,面向 网络安全、办公与业务信息化、工控及物联网等领域与合作伙伴保持全面的市场合作,系 列产品在电子政务、能源、交通、金融、电信、教育等行业领域已获得广泛应用。得益于 自主生态,龙芯中科是国产 CPU 领域目前少有的产品全面覆盖工控和信息化的低/中/高端 芯片产品的企业。

    5)解决方案:多行业布局,打造全产业链生态。解决方案业务主要为公司根据信息 化与工控客户的应用场景需求,基于龙芯处理器,以开发板及配套软硬件模块的形式,为 客户定制包括桌面、服务器、云计算、网络通信安全产品、工控互联网、行业应用等多种 类产品参考方案。

    生态伙伴:国内一线品牌企业全面参与龙芯整机产品的研制与产业化,上千家软硬件 厂商与龙芯建立良好的合作伙伴关系,产业生态趋于完善。在计算机类应用领域,基于龙 芯 CPU 的台式机、笔记本、服务器、专业终端等各类整机设备年销售量达到上百万套规 模,在政企办公等行业应用中市场份额持续领先。目前,与公司开展合作的厂商达到数千 家,下游开发人员达到数十万人,基于龙芯处理器的自主信息产业生态体系正在逐步形成。

    自主指令集:体现充分自主性,并考虑兼容需求实现生态融合

    为构建龙芯生态,公司推出了自主指令系统 LoongArch(龙架构)。指令系统是 CPU 所执行的软件指令的二进制编码格式规范,是计算机的软硬件界面。一种指令系统承载了 一个产业生态,如 X86 指令系统承载桌面计算机和服务器产业,ARM 指令系统承载手持 移动终端产业。2020 年之前,公司产品主要基于 MIPS 指令系统。2020 年,龙芯中科基 于近二十年的 CPU 研制和生态建设经验推出了龙芯指令系统架构 LoongArch。龙芯中科 从 2020 年起新研制的 CPU 均支持 LoongArch 架构,包括 3A5000、3B5000、3C5000 及后续型号。LoongArch 为 RISC 指令集,有 32 位定长指令、32 个通用寄存器、32 个 浮点/向量寄存器,有近 2500 条指令,从整个架构的顶层规划到各部分的功能定义,再 到细节上每条指令的编码、名称、含义,在架构上进行自主设计,具有充分的自主性。 LoongArch指令系统已通过国内权威第三方机构中国电子信息产业发展研究院的知识产权 评估,认定 LoongArch 指令系统与 ALPHA、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86 为不同的指令系统设计。

    LoongArch 充分考虑兼容需求,从而达到生态融合的目的。LoongArch 在定义时充 分考虑了 MIPS、X86、ARM、RISC-V 等主要指令系统的特征,同时依托龙芯团队在二进 制翻译方面十余年的技术积累创新,能够实现多种国际主流指令系统的高效二进制翻译, 高效运行 X86、ARM 等平台上的二进制应用程序。龙芯还提供基于 LoongArch 的 Linux 操作系统,在此操作系统中除了运行原生的 LoongArch 程序,还能通过翻译的方式兼容 MIPS、x86、ARM、RISC-V 这几种指令集的 Linux 程序。LoongArch 龙架构具有完全自 主、技术先进、兼容生态三方面特点。 操作系统:基于 LoongArch 架构提供基础版操作系统,源码开放、免费下载。龙芯 中科在操作系统和基础软件领域已实现较高程度的核心技术自主创新。龙芯研制并提供基 于 LoongArch 的面向桌面与服务器应用的 Loongnix 及面向终端与控制类应用的 LoongOS 两大基础版操作系统,支持包括统信、麒麟在内的专业操作系统企业推出品牌操作系统, 同时支持整机或系统企业基于 Loongnix 和 LoongOS 定制操作系统:

    1)Loongnix:面向桌面与服务器应用的开放基础版操作系统,应用在党政、能源、 交通、金融等行业,基于通用 Linux 平台进行完善和优化。以“源码开放、免费下载”的 形式进行发布,可直接应用于日常办公、生产、生活等应用环境,同时可供合作厂商、科 研机构及爱好者等在龙芯平台上研发其品牌软件或专用系统。Loongnix 操作系统分为面向 终端型应用的 Loongnix_Desktop 以及面向服务器应用的 Loongnix_Server。龙芯中科基 于 Loongnix 平台开展操作系统核心模块的迁移适配、研发和优化,支持硬件兼容的统一 系统架构,支持应用兼容的统一编程框架。

    2)LoongOS:面向终端与控制类应用的基础版操作系统,具备精简、高效、实时特 征的特点。LoongOS 简化了复杂的传统个人计算机图形系统,支持 FrameBuffer、EGL、 Wayland 三种图形应用模式,具备系统轻量、启动迅速、开发便捷等特点;LoongOS 三 种图形模式都支持图形编程开发和应用环境,支持兼容 VxWorks 的 RTAPI 编程接口,针 对嵌入式系统的需求,实现了文件系统加固、掉电保护、分区保护、安全隔离等特性; LoongOS 具有丰富的 API 编程接口,并有配套的集成开发环境 LDK,可根据需求灵活定 制专用系统。目前 LoongOS 已经在不少对显示要求很高的显控系统中得到应用。

    软件生态:原生应用适配+二进制翻译支持 x86/ARM 程序,生态趋于完善

    龙芯 CPU 已经支持主流的整机、操作系统、办公软件、浏览器、输入法和部分设计 工具等常见软硬件,覆盖了基本的办公需求。龙芯团队和生态伙伴通力合作,聚焦云平台、 政企政务办公、游戏开发、大数据、中间件、AI、外设、图形图像等领域。最新发布的龙 芯 5000 平台已与市场上主要浏览器、主要杀毒软件、WPS Office、百度云盘、搜狗输入 法、美图秀秀、虚幻引擎 4、Wind 金融终端、广东粤政易政务平台等完成适配,LoongArch 生态建设取得了长足发展。 原生版微信 PC 客户端应用在龙芯 5000 平台终端成功启动运行。2021 年 12 月,在 工业和信息化部信息技术发展司的指导下,龙芯中科与腾讯微信团队以及国产操作系统厂 商不懈努力,原生版微信 PC 客户端应用在龙芯 5000 平台终端成功启动运行,并在操作 系统厂商应用商店上架分发,第一阶段龙芯 5000 平台迁移工作顺利完成。自此, LoongArch 和 x86、ARM 并列成为腾讯微信官方同步支持的三大 CPU 架构。

    二进制翻译:融合多软件生态,扩大龙芯软件生态。通过二进制翻译融合软件生态, 作为 LoongArch 的原生软件生态的补充。作为一种新型指令系统,在其原生软件生态成 熟之前,LoongArch 将借助二进制翻译实现与 X86、ARM 等指令系统应用的二进制兼容 来弥补其早期应用生态的不足。作为 LoongArch 的原生软件生态的补充,需要构建从 X86 到 LoongArch 的体系结构翻译器 LATX(Loongson Architecture Translator from X86),从 ARM 到 LoongArch 的体系结构翻译器 LATA(Loongson Architecture Translator from ARM )。 LoongArch 体 系 结 构 翻 译 器 与 前 人 工 作 的 区 别 在 于 在 LoongArch 定义时就充分考虑多种指令系统二进制翻译的需求,强调更加紧密的软硬件 协同,大幅提高了跨指令系统二进制翻译的效率。目前,龙芯二进制翻译系统可以支持以 下 X86 平台应用:

    1)在龙芯平台上支持 X86/Linux 应用。X86/Linux 平台上有较为丰富的工程类软件, 如 EDA 工具等。此外,X86/Linux 上办公类软件也相对比较丰富,如腾讯 QQ 等。

    2)在龙芯平台上支持 X86/Windows 应用。为了运行 X86/ Windows 应用,不仅需要 通过 LATX 实现对指令的翻译,还需要类似于 Wine 的平台模拟 Windows 环境。目前, 基于 LATX+Wine 平台已经可以在龙芯 3A5000 上运行包括微信、PhotoShop 等在内的 X86/Windows 应用。龙芯中科将在兼容性和性能两个方面持续改进和优化 LATX和Wine。

    3)在龙芯平台上支持 X86/Windows 外设。例如,不少老旧打印机等外设未提供 Linux 系统驱动,无法在 Linux 类操作系统上使用。基于二进制翻译技术,在龙芯系统上 可以采用虚拟化方式直接运行 Windows 原生驱动程序,无需再适配,不依赖网络,在隔离本地数据的同时实现了本机打印。目前,基于龙芯基础版操作系统 Loongnix 以及基于 龙芯平台的商业操作系统已经开始集成支持此方案。

    产品对比及应用:产品性能国内领先,应用同时覆盖信息化及工控场景

    性能对比:接近国际主流桌面 CPU 水平,国内领先

    3A5000 系列接近市场主流桌面 CPU 水平,在国内桌面 CPU 中处于领先地位。2021 年,公司推出的新一代处理器 3A5000/3B5000 单核通用处理性能是龙芯 3A4000/3B4000 芯片的 1.5 倍左右,接近开放市场主流产品水平。中关村在线于 2021 年对 3A5000 性能 进行了横向对比测评,测评对象包括 intel i5 9500 六核 14nm 处理器、国产 ARM V8 四 核 7nm 处理器、另一款国产 ARM V8 八核 14nm 处理器,结果显示龙芯 3A5000 在综合 性能测试表现领先国内同类产品。

    3A5000 与更先进工艺节点的 ARM 架构产品性能相当,超过采用相同工艺节点的同 类公司八核桌面产品。根据媒体测评机构中关村在线对龙芯 3A5000 桌面终端各项指标的 测试结果,基于国产操作系统的龙芯 3A5000 桌面系统的 Unixbench 单线程分值达 1700 分以上,四线程分值达到 4300 分以上。龙芯 3A5000 处理器在 GCC 编译环境下运行 SPEC CPU2006 的定点、浮点单核 Base 分值均达到 25 分以上,四核分值达到 75 分以上。单 核测试分值已经接近市场主流桌面 Intel i5 六核 CPU 水平,但是由于 Intel 为六核产品高 于 3A5000 的四核,核数优势导致其多核性能优于 3A5000。与采用相同工艺节点的国产 CPU 相比,3A5000 在 SPEC CPU 整型/浮点单核性能、Unixbench 单线程测试分值等各 项性能参数方面占优,与采用领先 3A5000 两个工艺代制程的 ARM 架构桌面产品性能相 当。作为一款四核 CPU,3A5000 的 Unixbench 多线程测试分值甚至超过采用 X86 和 ARM 架构的相同工艺节点的同类公司八核桌面产品。

    信息化应用:广泛应用于电子政务,积极拓展企业市场

    龙芯已经广泛应用于电子政务办公信息化系统,并在金融、教育等应用中展开批量应 用试点。国内数十家整机品牌推出了基于龙芯 CPU 的台式机、笔记本、一体机与服务器 设备,龙芯的应用场景已经从党政走向企业市场,用户接受程度更高,应用场景更为丰富。 中国航天科技、航天科工、船舶重工、浪潮集团、新华三集团、研祥智能、东华软件、中 石油渤海钻探等单位,已经发布或者使用了基于龙芯新一代处理器的全国产加固计算机、 桌面、平板、服务器、一体机、交换机、防火墙及专用解决方案等系列产品。

    1)桌面及服务器:龙芯 3C5000L 是龙芯中科面向服务器领域打造的高性能通用处理 器,已经在多个行业落地应用。单芯片包含 16 核,主频 2.0G 以上,基于完全自主的 LoongArch 龙芯指令系统,支持双路、四路机架式及塔式、高密度等多种服务器及存储产 品形态。基于龙芯 3C5000L 平台,可以打造双路服务器、四路服务器、存储服务器、专 用服务器等各种产品形态,具有高性价比。目前,龙芯 3C5000L 服务器已经在多个行业 落地应用。2021 年 10 月,浙江移动成功将生产环境的客户中心应用、客户中心湖州地市 数据库平稳迁移至“龙芯 3C5000L+统信 UOS 操作系统”架构服务器,本次迁移工作是 全国首次完成自主指令系统架构 LoongArch 芯片服务器的投产商用。

    2)信息化一体机:基于龙芯 CPU 的各类行业应用一体机,在金融、医疗、税务等行 业已得到广泛应用。①金融机具作为金融服务行业在业务处理过程中所使用的专业设备, 可分为现金类自助服务设备和非现类自助服务设备。目前,基于龙芯 CPU 的金融机具设 备已经在银行机构完成方案和产品落地。②在医疗卫生领域,自助挂号机已经在各级医疗 机构广泛部署,提升了医疗服务质量及医院运营效率。龙芯版医疗自助挂号机设备已在北京海淀医院、上地医院、北医六院和山西省人民医院等多家医院上线使用。③在福利彩票 领域,龙芯版投注机已经投放使用,龙芯版投注机基于龙芯 2K1000 芯片实现,在底层硬 件、操作系统、安全管理软件实现了自主创新,与福利彩票业务系统实现对接。2021 年 12 月 29 日,龙芯版投注机已在天津正式上线使用,业务运营稳定,客户体验良好。

    3)网络安全:龙芯通过“自主指令系统+自主 CPU 核源代码+自主芯片设计+软件生 态”强力支撑芯片级内生安全。国家“十四五”规划明确将科技自立自强作为国家发展的 战略支撑。具体到网安行业的科技自立,需要建立芯片级内生安全网安生态。龙芯系列 CPU,集成了安全模块,从硬件层面实现基于国密算法的可信保护,适用于网安通信产品 安全可信方案,可满足高、中、低档产品的不同需求,为产品的自主可靠打下坚实的基础, 真正从基础与核心保障安全,从硬件、操作系统、应用软件三个维度做到安全可信、自主 创新。龙芯与国内信息安全领域主流厂商开展合作,推出了交换机、防火墙、堡垒机、网 闸、VPN、密码机等网络安全产品。

    4)办公外设:龙芯可用于办公外设中的 CPU 选型。例如龙芯 1 号 1C0300B 是高 性价比单芯片系统,龙芯 1C0300B 为开发者提供了丰富的外设接口及片上模块,拥有足 够的计算能力和多应用的连接能力。1C0300B 作为主控芯片已批量应用在多款激光打印机中,在打印扫描、通信控制和协议解析方面发挥着重要的作用,通过对数据传输和处理的 管控,以及对一键清除内存的支持,可以充分保障数据的安全性。

    工控应用:产品在多个关键工业领域已规模化应用或开展应用验证

    龙芯提供各型号 CPU 的工控级芯片,可用于宽温、高可靠等设备,具有接口丰富、 功耗低、生态丰富的特点。龙芯 1/2/3 号芯片均可应用于工业控制,分别对应于低/中/高端 应用场景。受益于国产化推进,国内上百家主要工控和网络安全设备厂商推出了基于龙芯 CPU 的工控和网安产品,设备已经在发电、输变电、石油管道、轨道交通、高速公路 ETC 系统、船舶运输控制系统等领域规模化应用或开展应用验证。目前龙芯 CPU 在关键信息 基础设施领域应用还处于试点和应用验证的初步阶段。

    1)工控主板和工控主机:多家厂商推出龙芯 3A+7A 平台金融及电子政务终端工控 主机。采用龙芯三号系列四核处理器、搭配龙芯自主 7A1000 桥片。丰富的外设接口,满 足应用领域多 USB 口(12 路)、多网口(2 路)、多串口(6-14 路)外置连接的需求。 行业标准 3.5U 小尺寸系统,可灵活安装在各类自助终端设备中。龙芯工控主机适用领域 包括自动取款机、存取款一体机、电子政务便民服务终端、大额存款机、虚拟柜员机、多 媒体自助终端、电子回单柜、售票系统等。

    2)适用于工控行业的图形环境:龙芯嵌入式系统图形解决方案实现 2D/3D 硬件加速、 中文输入法、多屏扩展显示以及视频播放等核心功能的图形系统。其中 2K1000 片上 VPU 视频硬解码驱动首次引入“硬件单路复用”机制,可满足多路视频同时硬解码播放。

    3)工控设备:龙芯工业生态建设不断加强,在设备端、边缘端、控制端、应用端等 方面提供各种解决方案。龙芯处理器已应用于企业数字化转型当中,基于龙芯处理器的数 据采集设备、RTU、工业边缘网关、PLC、DCS 控制器、工业核心控制器、工业机器人、 数控机床等产品已经应用于工控、能源、轨交、水利等领域。

    解决方案:配合客户需求,提供硬件模块及开发服务

    公司根据实际应用场景需求研制基于龙芯芯片的软硬件模块与应用方案,最终协助客 户形成终端产品及服务。解决方案业务主要为公司根据信息化与工控客户的应用场景需求, 基于龙芯处理器,以开发板及配套软硬件模块的形式,为客户定制包括桌面、服务器、云 计算、网络通信安全产品、工控互联网、行业应用等多种类产品参考方案。 龙芯打造从端到云全产业链开放的解决方案生态体系,引导合作厂商、用户单位建立 应用适配中心。龙芯采用开放合作的合作模式,从芯片 IP、OS 内核、主板技术等基础核 心技术上提供广泛支持。合作厂商的产品在龙芯平台上适配,形成面向各个应用领域的解 决方案。龙芯中科适配中心提供龙芯电脑整机和操作系统、办公外设环境,以及各种基础 软件环境,例如数据库、中间件、云平台等,使得原来 X86 上的各类应用软件在龙芯平台 上完成适配、迁移、优化。截至 2021 年 11 月,龙芯产品认证证书总计已经发放超过 1200 份,适配硬件、软件、外设等产品数量总计上万款,其业务横跨大数据、云平台、安防、 安全、存储、办公等多个领域,自主生态已初具规模。

    研发实力:核心团队实力过硬,研发投入积极

    研发模式:核心团队技术能力过硬,与科研院所合作研发

    公司研发体系完善,核心技术人员均取得过重要科研成果和获得奖项。公司研发机构 主要由芯片研发部、系统研发部和龙芯实验室组成。芯片研发部主要从事高性能处理器、 SoC 芯片、模拟芯片(包括电源、时钟芯片)等芯片产品及其关键核心技术的研发。系统 研发部主要从事处理器相关的基础软件研发,包括内核、操作系统、应用编程框架等基础 软件技术研发。龙芯实验室负责与处理器相关的前瞻技术研发。公司核心技术人员为胡伟 武、范宝峡、高翔、张戈、杨旭、杨梁,均为工学硕/博士,且均取得过重要科研成果和获 得奖项。

    龙芯中科根据软硬件核心技术研发的规律,建立了围绕 CPU 研发及生态建设的研发 机制。研发机制分三种类型:前瞻研究、关键核心技术研发和产品开发。前瞻研究面向国 际信息技术前沿,为公司长远发展进行理论探索和技术储备。关键核心技术研发主要进行 与产品开发相关的技术攻关和平台建设,为产品开发奠定基础。产品开发根据市场需求, 在已有技术基础上进行芯片产品或软件开发,如龙芯 3A5000、龙芯 7A1000、龙芯 2K1000 等芯片的研发。 公司与中科院计算所开展合作研发,知识产权归双方共有。在处理器前瞻设计技术、 处理器性能分析优化、基于龙芯处理器的基础软件研发优化等方面开展联合研究工作。合 作双方因合作产生的研究开发成果及相关知识产权权利/收益,包括但不限于版权、专利权、 专利申请权、技术秘密、软件著作权,知识产权归属于合作双方共有。

    技术储备:全自主研发,掌握体系化关键核心技术

    公司前瞻研究面向国际信息技术前沿,为公司长远发展进行理论探索和技术储备。目 前公司具有多项核心技术储备,1)在先进制程芯片研发方面,公司将持续研发通用处理 器芯片。龙芯中科自创立以来一直结合市场需求研发通用处理器芯片,持续优化处理器的 架构达到世界先进水平,并在多个工艺平台及制程上形成了丰富的技术积累与人才储备。 2)在通用图形处理器及系统研发方面,公司将持续投入,掌握 GPU 关键技术。龙芯中科 于 2017 年开始研发 GPU,掌握了 GPU 研发的关键技术,第一款 GPU IP 核已经在龙芯 7A2000 桥片样片中流片成功。公司在面向 AI 领域的神经网络处理器方面也有一定的技术 积累,第一款神经网络处理器原型系统已研制成功。

    未来布局:完善基础软件平台,积极与供应商展开合作,开拓开放市场

    未来龙芯有望持续推出基于 LoongArch 的信息化和工控类产品,同时推出充分考虑 兼容需求的自主编程框架。

    ——在基础软件研发方面,不断完善面向信息系统和工控系统的两大基础软件平台, 使其在功能完整、架构稳定、问题收敛、性能优化等方面均得到大幅提高。1)推出充分 考虑兼容需求的自主编程框架并支持合作伙伴及开发者基于该编程框架开发大量应用。2) 在龙芯指令系统的基础上,通过二进制翻译等手段实现在 Loongnix 上运行 X86 的 Windows 应用和 ARM 的 Android 应用。3)研制更多的基础性应用软件,加强对龙芯 平台应用软件的管理。4)完善面向工控和终端类应用的平台型高可靠操作系统 LoongOS。

    ——在生产方面,坚持互惠互利的原则,加强与流片、封装、测试等关键环节供应商 的战略合作,保持稳定合作关系。持续完善内部筛选测试实验室,提高产品品质。建设公 司内部的封装实验室,使封装平台成为龙芯芯片创新的重要平台。加强生产管理和调度, 加强生产过程监测和分析,向生产要效益。

    ——在市场方面,重点沿工控和信息化两条战线实现从政策性市场到开放市场的转变。 在工控领域,充分发挥工业级 CPU、 GPU、桥片、电源/时钟芯片、存储类芯片等自我 配套的优势以及龙芯嵌入式软件生态的优势巩固已有应用市场,稳步推进轨交、电力等领 域的工控市场,积极开拓开放市场,形成公司发展的稳固根据地。在信息化领域,紧紧抓 住电子政务、金融、能源等领域的信息系统自主化市场机遇,团结 ODM 企业,与整机和 系统企业形成产业链主干,联合围绕主干的配套企业形成产业生态。

    盈利预测

    1、总体收入测算

    我们针对未来三年公司各类产品线芯片出货量和平均单价进行预测,汇总得到其营收 增速。根据下文假设分析,我们预计 2022~2024 年公司营业收入分别为 15.07/20.10/27.98 亿元。2022 年,公司第一季度营业收入为 1.81 亿元,同比下降 37.08%,公司于招股说 明书中预计 2022 年上半年营业收入约 4-5 亿元,同比减少约 28%~11%,主要由于受下 游客户分批次实施采购计划的影响。公司收入存在一定的季节波动性,具有上半年较低、 下半年尤其是第四季度较高的特点,2022 年上半年公司的信息化类客户正处于向最终用 户集中交货验收阶段,新批次的采购有所滞后,并且产品交付工作受到了疫情的影响。我 们认为考虑到 2022 年上半年疫情扰动因素和信创市场采购节奏,同时从宏观经济复苏和 政策推动力度来看,2022 年订单交付有望于下半年释放,我们预计 2022 年营收 15.07 亿 元,对应约 25.5%增长;2023/24 年,随着公司在工控领域的新产品持续推出,信息化产 品生态的不断完善,工业领域前期合作研发的新产品及解决方案进入收获期,公司有望继 续实现增长,我们预计营收达到 20.10/27.98 亿元,增速分别为 33.4%/39.2%。

    2、公司各业务出货量及单价关键假设

    1)信息化芯片业务:预计信息化芯片总体市场空间随信创政策的推进而持续扩大, 如由地市级推进至区县级,进而推进行业信创,我们预期公司有望在未来三年受益国产信 创 PC 和服务器市场成长,并获得市场份额提升。2021 年,公司的信息化芯片销售额为 6.57 亿元,销量合计为 142.38 万颗,其中 CPU 和配套桥片大致各半,产品在信创 PC 领 域份额达到 30%左右,在服务器领域份额尚低,未来随着 3C5000 和 3C5000L 服务器芯 片及配套桥片的推出,服务器芯片亦是重要增长点。我们按照 PC CPU、服务器 CPU、配 套桥片三类芯片进行拆分:

    ——PC 领域,从国内整体 PC 市场来看,中国市场 2021 年 PC 出货量约 5700 万台 (Canalys 数据),按照每台 1 颗 CPU 计算,对应约 5700 万颗需求,龙芯中科对应约 1.3% 市占率,份额尚低。我们参考国家统计局对政府机关、事业单位及各行业就业人员数量统 计数据,估计党政、教育、金融、电信、交通等机关及行业存量 PC 约 6000 万台,按照 5年更换周期计算对应每年约 1200 万台替换量,因为当前仅党政信创约 250 万台进行了替 换,其他行业的替换空间仍然较大。由于公司具有极高的技术自主性,具有持续研发迭代 能力,并持续推广完善生态,我们预计公司在信创 PC 市场份额有望保持甚至进一步提升。 销量方面,假设 2022 年信创 PC 总出货量达到 280 万台左右,公司信创 PC CPU 保持 30% 市占率,预计公司 PC CPU2022 年出货 83 万颗;2023 年假设信创 PC 出货量 300 万台 左右,按照 33%市占率,预计公司 PC CPU 出货 98 万颗;2024 年考虑到行业信创的铺 开,预计公司 PC CPU 出货 152 万颗。单价方面,考虑到 3A5000 及后续产品的销量占比 提高将提升平均单价,我们预计 2022~2024 年平均单价将稳定在 750 元左右。基于以上 分析,我们预计 2022~2024 年公司 PC 市场 CPU 的销售额分别为 6.04/7.50/11.53 亿元。

    ——服务器领域,公司产品 3C 系列刚刚进入市场,公司份额尚低,但随着产品线扩 张具有较大发展潜力。根据 IDC 数据,2021 年中国市场服务器销量约 380 万台,其中互 联网占比约 40%,对应约 150~160 万台,信创相关度较高的运营商和政府端分别为 40 多 万台、金融 30 多万台,按照 30%~40%国产化率假设,计算对应约 40 万台信创服务器需 求,按照每台服务器 2 颗 CPU 计算,对应每年约 80 万颗信创服务器 CPU 需求。公司 3C 系列服务器 CPU 已发布并与客户展开合作,我们预计产品的营收在 2022-24 年随 CPU 在 服务器领域份额增长而稳步增长。销量方面,假设 2022~2024 年公司 3C 系列服务器 CPU 出货量分别 2 万颗/4 万颗/6 万颗,占服务器信创市场市占率分别约 2.5%/5%/7.5%;单价 方面,根据市场价格信息,我们预计公司 CPU 单价约 2000 元左右,且随着产品销售规 模的提升而逐年下降约 5%。预计 2022~2024 年公司 3C 系列服务器 CPU 销售额分别为 0.42/0.80/1.14 亿元。

    ——信息化配套桥片,出货量方面 CPU 需要搭配桥片销售,参考历史数据,假设桥 片和龙芯 3 号系列处理器的销量比例为 1.05:1。单价方面,根据市场价格,平均单价约为 130 元左右。对应预计 2022~2024 年公司配套桥片销售额约为 1.20/1.37/2.02 亿元。

    2)工控芯片业务:工控类芯片产品在国产化需求下销量持续上升,龙芯是国内自主 化程度最高,也是国内少数同时布局低/中/高端工控芯片产品的国产 CPU 企业。2021 年, 公司的工控芯片销售额为 2.95 亿元,销量为 99.83 万颗,其中以龙芯 1 号为主,龙芯 2 号出货量其次。考虑到工控类产品客户验证周期较长,我们预计公司前期投入研发的工控 类新产品,会逐步迎来出货量的释放过程。

    3)解决方案业务:2018-2021 年,公司解决方案业务的销售收入稳步上升。2021 年 公司解决方案业务收入 2.48 亿元,随着公司的客户群体逐渐扩大,定制化需求逐渐增多, 解决方案业务 2022~2024 年有望形成持续销售规模增长。由于不同解决方案的差异较大, 其平均单价不具有可比性。我们认为公司的开发板、验证模块、技术服务三项业务将保持 稳定的年均增速,预计 2022-2024 年公司解决方案业务的收入分别 3.07/3.79/4.70 亿元。

    毛利率关键假设:我们预计随着先进工艺的导入、芯片设计优化、产能提升的规模效 应将带动芯片单位制造成本下降,但是考虑到部分新行业和新市场的拓展可能,保守假设 未来三年公司信息化产品毛利率稳定在 41%~43%左右;工控芯片方面考虑到后续产品类 别增加带来低毛利率产品出货量增加,假设毛利率从 75%小幅下降至 74%左右,解决方 案方面,假设毛利率维持在 50%左右。由此,公司综合毛利率基本稳定在 53%~54%左右。

    费用率关键假设:由于公司销售收入快速成长带来的规模效应,预计将在一定程度上 摊薄销售费用率、管理费用率,我们预计 2022~2024 年公司销售、管理费用率将逐年下 行;由于公司持续加大研发投入,采用新工艺以及持续扩招研发技术人员,预计研发费用 率在维持高位的同时随规模效应逐步回调,我们假设研发费用率在未来三年由 21%逐渐降 低到 18%左右。

    (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。)

    精选报告来源:【未来智库】。未来智库 - 官方网站



    上一篇:马上评丨电动汽车错峰充电,让节能成为生活常态
    下一篇:习近平在辽宁考察时强调 在新时代东北振兴上展现更大担当和作为 奋力开创辽宁振兴发展新局面