CPU生态价值与机遇研究

1、目录国内外CPU发展回顾技术及生态是CPU发展的关键因素X86架构生态优势显著，非86架构生态不断完善国产CPU再度起航，走出三条独立自主道路CPU市场规模及竞争格局CPU市场国内增速高于全球，海外巨头占据主要市场份额X86架构呈现双巨头格局，非X86架构多点开花国产替代蓄力CPU发展，新兴领域引领CPU腾飞国产CPU公司简介ARM架构：鲲鹏、飞腾X86架构：海光、兆芯Alpha架构：申威MIPS架构：龙芯东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告CPU系计算机运算及控制核心资料来源：CSDN，东兴证券研究所资料来源：CSDN，东兴证券研究所中央处理器（CPU，Central Proc

2、essing Unit）是一台计算机的运算和控制核心，其功能主要是完成对计算机指令的执行和对数据的处理，CPU与内部存储器、输入/输出设备被认为是电子计算机三大核心部件。目前几乎所有冯诺伊曼型计算机的CPU的工作流程可以分为：提取指令、指令编译、指令执行、访问主存并读取操作数、写回等五个阶段。CPU的几大主要结构在过程中的作用如下：控制单元（Control Unit）作为CPU的控制中心，负责将存储器中的数据发送至运算单元并将运算 后的结果存回到存储器中，其一切行为均来自于指令。运算单元（Arithmetic/Logic Unit）可以执行算术运算和逻辑运算。它执行来自于控制 单元的命令。存储

3、单元（Registers、Cache）是CPU中数据暂时存储的位置，其中寄存有待处理或者处理完的数据。寄存器（Registers）较内 存相比，可以减少CPU访问数据的时间，也可以减少CPU访问内存的次数，有助于提高CPU的工作速度。图：世界首款商用CPU-Intel4004图： CPU工作原理东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告CPU指令集架构分为CISC和RISC两大类目前CPU架构主要分为CISC(复杂指令集)和 RISC(精简指令集) 。 表：CISC与RISC特点对比CPU类型优势劣势架构介绍CISCX86高性能早早占领个人计算机市场，产业 高功耗 化规模大Intel和

4、AMD在提升芯片性能上做出了持续得努力，此类CPU在性能方面占据优势。1992年，此时Intel旗下的80386和80486占据了大部分PC市场。次年，Intel赫赫有名的奔腾系列发布并主力Intel占领了绝大部分PC市场，这是第五代基于CISC的X86架构微处理器，Intel将其命名为“Pentium”。随着Wintel联盟垄断，X86拥有了庞大固化的用户群，因此兼容性方面也占据绝对优势RISC低功耗、低费用、 小体积，高性能聚焦移动端市场 授权模式早，配 套IP完备ARM定位准确，早早 早期芯片性能无法与X86抗衡1984年，在英国80%的学校中都配置了应用ARM处理器的电脑，风靡一时；1

5、985年，Intel 80836发布，ARM1的性能已然无法与其争锋；此后ARM专注于研发以低功耗为前提的高性能芯片。MIPS功耗低于ARM生态开放对标Intel,但其性能和功耗并无明早期，MIPS芯片 显优势授权方式单一，且费用高性能超过ARM，且于ARM，也导致其软件生态较差业化较晚，且由于商业嗅觉不敏锐失去爆发的智能手机市场1986年，MIPS推出64位处理器R2000，是MIPS架构的第一个商业实现，也是所有公司都可以使用的第一个RISC处理器。商 1991年MIPS计算机系统的R4000微处理器发布，但由于商业与公司内部等多种原因在个人计算机市场几乎没有成功，但被广泛用于工作站和服务

6、器计算机。MIPS的授权模式为开放的芯片设计方案授权，其它厂商可以对方案进行修改，MIPS在整个20世纪末都聚焦于中高端高端盒子、打印机、路由器等市场。在中高端市场，其架构的功耗优势并不明显。Power PC可伸缩性好，使 用灵活 早期性 能优于X86芯片能耗和散热较X86软件生态较X86差 高端服务器价格低 高端服务器 昂贵领域，可靠性、 可用性、可维护 性强于X861992年，Power PC架构推出，最初其是为个人计算机产品而设计。尽管在整个1990年代中期， Power PC处理器均达到或超过了最快的X86 CPU的基准测试成绩，但由于Power PC面向Windows、OS/2 和S

7、un的客户都存在应用软件极度缺乏的问题，所以最终并未在PC市场溅起水花。Apple因为Power PC处理器的更高性能，在Macintosh个人电脑系列使用了Power PC处理器。2005年， 处于软件生态和能耗的综合考虑，Apple宣布不再在其Apple Macintosh计算机中使用Power PC处理器， 转而支持Intel生产的处理器。此后，Power PC芯片主要用于交换机、网络处理器、游戏机、高性能服务器等应用。资料来源：各公司官网，东兴证券研究所东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告CISC-X86架构由Intel破局资料来源：电子发烧网，东兴证券研究所资料来源：电

8、子发烧友网，东兴证券研究所1971年11月15日，美国英特尔公司推出世界第一款商用计算机微处理器Intel 4004，被认为是CPU发展史的开端。作为4位处理器，Intel 4004由10um制程工艺在2英寸晶圆上打造，集成了2300个晶体管，主频为740kHz。到了2020年，第十一代酷睿处理器芯片基于英特尔10nm工艺打造，将集成超过百亿个晶体管，最高主频可高达4.8Ghz。这颗CPU芯片不再是单一的 CPU，而是集成了全新架构的Willow Cove内核、Iris X图形处理器、内存控制器、图像处理器、媒体解码器、电源管理、神经 元加速器和各类高速接口控制器等各种组件。其中Willow

9、Cove内核正是这颗CPU芯片集成的传统意义上的CPU。图：世界首款商用CPU-Intel4004图： Intel第十一代酷睿处理器芯片东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告Intel在CPU发展史中长时间处于领先地位CPU的发展史，按照其处理信息的字长，可以分为：四位微处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理 器以及六十四位微处理器等等。表 ：CPU产品发展史奔腾 奔腾2 奔腾3 奔腾4CortexA532位CPU（1985-2014）酷睿Power2 Power3CortexA8CortexA7 CortexA12 CortexA12CortexA12 Cortex

10、A9Power4 Power5CortexA34CortexA55CortexA3564位CPU（1998至今）奔腾4 酷睿2 酷睿i系列Power6 Power7CortexA75CortexA53CortexA76Power8 Power9CortexA57CortexA77CortexA72CortexA78CortexA73CortexX1资料来源：电子发烧网，东兴证券研究所东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告史前时代（1971年以前）ARM(ARM)4位CPU（1971-1972）1904年电子管被发现1946年人类第一台计算机“ENIAV”1947晶体管被发明英特尔（

11、X86）IBM（Power PC)Intel 4004 Intel 40408位CPU（1972-1978）Intel 8008 Intel 8080Intel 808516位CPU（1978-1994）Intel 80386 Intel 80486Intel指令集不断优化拓展图：1997-2015Intel指令集进化图：Intel和ARM两家公司垄断CPU指令集和微架构市场英特尔X86指令集中的单指令多数据流指令集可以划分为MMX、SSE、AVX。英特尔的指令集采用叠加的方式向前发展， 从奔腾的MMX到Skylake的AVX512，指令集的位数从64位升级至了512位。单次指令的负载能力提升

12、了8倍。MMX指令集是多媒体拓展指令集的简称。初代的MMX仅提供整数运算，而不兼容浮点运算，且当年MMX的软件支持 进展缓慢；SSE是流式单指令多数据流的简称，该指令集创建了新的128位宽的寄存器文件（XMM0XMM7）和新的单 指令多数据流指令，解决了MMX的核心缺点；AVX是高级矢量拓展指令集的简称，该指令集使用16个YMM寄存器对多 条数据执行单个指令。资料来源：公司官网，东兴证券研究所资料来源：objectcomputing，东兴证券研究所东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告公司IntelARM 指令集X86ARM 核心/微架构Haswell系列Cortex系列嵌入式领域

13、：智能手机、物联 应用场景PC和服务器网等 市占率接近100%智能手机95%；物联网MCU50%苹果、高通、三星、华为海思、 紫光展悦、瑞芯微、全志科技 授权使用AMD和VIA等X86架构Intel和AMD两家独大X86架构目前占据服务器、桌面及移动PC的主要市场份额。从历史发展来看，CISC诞生于1960年代，而RISC思想成立于1970年代，成熟于1980 年代，CISC发展要早于RISC；从性能来看，CISC凭借其较强的单核性能领先于RISC，能够更好的满足服务器、桌面、移动PC的运算需求；从生 态来看，上世纪80年代后期Intel和Windows组成的“Wintel”联盟成立，打败了苹

14、果、IBM、摩托罗拉的Power联盟，自此Wintel垄断桌面市场长达 20多年。截止目前，服务器、桌面及移动PC市场主要使用X86架构处理器，其中Intel更是凭借先发优势及生态优势占据市场大多数份额。后来随 着AMD第二代Epyc处理器“罗马”问世，AMD的服务器CPU市占率在短短两年内从1%增长到了8%；接着AMD发布第三代Epyc处理器“米兰”，其服务器市场份额有望达到15%。由于AMD服务器芯片的较高性价比及台积电7纳米制程技术的加成，越来越多的数据中心开始采购AMD的产品。 因此，X86市场目前整体呈现Intel及AMD两家独大的竞争格局。图：CPU各技术路径市场占比资料来源：ID

15、C，东兴证券研究所东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告领域公司20182019全部X86Intel85%84%AMD14%15%服务器Intel98.20%96.10%AMD1.80%3.90%笔记本电脑Intel90.00%85.40%AMD10.00%14.60%Intel86.40%82.30%桌上型电脑AMD13.40%17.60%兆芯0.20%0.10%RISC在移动时代迎来发展机遇，移动设备领域超车CISC架构资料来源：CSDN等，东兴证券研究所RISC具备高度优化的指令集、大量的寄存器、高度规则的指令流水线以及读取/存储体系结构，使得RISC在执行指令时速度较快且性

16、能稳定，从而适宜流水线方式运作，并在并行处理方面具备明显优势。RISC概念是由Berkeley的David Patterson正式提出，1980年David Patterson 和CarloH. Sequin两位教授领导了Berkeley RISC项目，该项目最终产生了RISC设计，生成了RISC-I的处理器；RISC成熟于20世纪80年代中后期，越来越多的商业RISC芯片开始广泛应用；20世纪90年代后期，凭借开源、异构运算、可定制化等优势，ARM开始大面积应用到低能耗的移动设备，伴 随着iPhone的问世以及谷歌推出基于ARM指令集的Android系统（AA体系），以ARM架构为代表的RI

17、SC在移动设备领域大幅领先以X86为代表 的CISC架构。截止目前，RISC架构仍占据移动设备领域主要市场份额，并随着性能不断提升及生态不断完善，RISC架构也在逐步进军CISC为 主的PC、桌面及服务器领域。图：RISC发展历程东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告RISC性能不断提升，生态逐步丰富完善东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告处理器分类代表性企业应用领域ARMARM智能手机、嵌入式、桌面、服务器Power PCIBM服务器、嵌入式、超算MIPSMIPS TECHNOLOGIES嵌入式、服务器、桌面、超算AlphaDEC超算、服务器、桌面、嵌入式RISC-

18、VBerkeley服务器、IoT资料来源：各公司官网，东兴证券研究所服务器、桌面和PC端长期被X86架构占据，目前RISC架构主要应用在移动终端、嵌入式、超算等其他领域，如超90%的智能手机采用ARM架 构，MIPS在嵌入式设备中有着广泛应用，搭载了40960颗申威SW26010以及运行国产操作系统神威睿思的神威太湖之光获得全球超级计算机第 一名，并持续4年等等。虽然X86架构长期占据服务器、桌面、PC主要市场份额，但是近期RISC架构也不断向X86优势领域进攻，主要体现在两个方面：一是技术层面 走向融合，逐步适应X86架构生态，例如苹果在软件生态上通过Rosetta 2和Universal

19、2使原先基于X86的软件可以无缝地运行在M1芯片中；二是 性能不断提升、生态不断完善，与X86架构正面竞争，例如苹果A13在晶体管密度与1165g7相近，线程数少于对方1/4，主频低于对方1/2的情况 下，在性能方面领先英特尔1年；在服务器领域，ARM的新星架构“Neoverse”，在单核心方面追平AMD和Intel的服务器CPU的同时，凭借 ARM并行计算、能耗控制、易拓展性的优势，在多核性能方面超过对手60%以上，ARM的性能已经不再成为短板。图：RISC架构主要企业及应用领域目录国内外CPU发展回顾技术及生态是CPU发展的关键因素X86架构生态优势显著，非86架构生态不断完善国产CPU再

20、度起航，走出三条独立自主道路CPU市场规模及竞争格局CPU市场国内增速高于全球，海外巨头占据主要市场份额X86架构呈现双巨头格局，非X86架构多点开花国产替代蓄力CPU发展，新兴领域引领CPU腾飞国产CPU公司简介ARM架构：鲲鹏、飞腾X86架构：海光、兆芯Alpha架构：申威MIPS架构：龙芯东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告X86架构：占据主要服务器及桌面端资料来源：Intel官网，东兴证券研究所X86架构（The X86 architecture）是微处理器执行的计算机语言指令集，指一个intel通用计算机系列的标准编号缩写，也标识一套通用的计算机指令集合。X86指令集是

21、美国Intel公司为其第一块16位CPU(i8086)专门开发的，美国IBM公司1981年推出的世界第一台PC机中的 CPUi8088(i8086简化版)使用的也是X86指令，同时电脑中为提高浮点数据处理能力而增加的X87芯片系列数学协处理 器则另外使用X87指令，以后就将X86指令集和X87指令集统称为X86指令集。虽然随着CPU技术的不断发展，Intel陆续 研制出更新型的i80386、i80486直到今天的Pentium 4(以下简为P4)系列，但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应 用程序以保护和继承丰富的软件资源，所以Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用X86指令集，所以它

22、的CPU仍属于 X86系列。图：X86架构发展历程4位CPU（1971-1972）8位CPU（1972-1978）16位CPU（1978-1994）32位CPU（1985-2014）64位CPU（1998至今）东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告Intel4004 Intel4040Intel8008Intel 8080Intel 8085Intel 80386Intel 80486奔腾 奔腾2 奔腾3 奔腾4 酷睿奔腾4酷睿2 酷睿i系列X86架构具有性能高、速度快、兼容性好的特点。适用高主频、高功耗，覆盖高性能和通用计算场景。X86架构主要是PC和自动化设备，也有应用手机和平

23、板电脑上。 X86运行的主要为DOS，非ARM版Windows，旧版MacOS等 操作系统，起步早，基于Wintel联盟，生态完善。全世界有65%以上的软件开发商都为X86提供生态服务2019全年，中国X86服务器市场出货量为3,177,540台，同比下滑3.8%;市场规模为176.84亿美元，同比增长2.9%。2019年第二季度，中国X86服务器市场出货量为715,054台，同比下滑14.6%;市场规模为38.01亿美元，同比下滑9.4%。2019年上半年，中 国X86服务器市场出货量为1,377,558台，同比下滑8.4%;市场规模为73.90亿美元，同比增长0.5%。图：X86领域市场份

24、额资料来源：IDC，东兴证券研究所资料来源：RISC-V基金会，东兴证券研究所图：Intel X86 Core i7-8086K处理器处理器85%84%14%15%0%10%30%20%40%50%70%60%80%90%20182019Intel AMD东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告X86架构：占据主要服务器及桌面端资料来源：公司官网，东兴证券研究所表：国内外部分X86芯片商东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告公司名称基本情况国 外Intel英特尔是半导体行业和计算创新领域的全球领先厂商 ，创始于1968年。如今，英特尔正转型为一家以数据 为中心的公司 。英

25、特尔与合作伙伴一起，推动人工智能、5G、智能边缘等转折性技术的创新和应用突破 ， 驱动智能互联世界。X86泛指一系列基于Intel 8086且向后兼容的中央处理器指令集架构。最早的8086处理 器于1978年由Intel推出，为16位微处理器。AMD美国AMD半导体公司专门为计算机、通信和消费电子行业设计和制造各种创新的微处理器（CPU、GPU、主板 芯片组、电视卡芯片等)，以及提供闪存和低功率处理器解决方案，公司成立于1969年。AMD致力为技术用 户从企业、政府机构到个人消费者提供基于标准的、以客户为中心的解决方案。国 内兆芯兆芯同时掌握中央处理器、图形处理器、芯片组三大核心技术，具备相关

26、IP自主设计研发的能力，致力于 通过自主创新与兼容主流的发展路线，推动信息产业的整体发展。海光海光信息是一家高性能处理器生产商，业务涵盖芯片领域的设计、制造和生产等环节，自主设计了“禅 定”x86中央处理器（CPU），这种处理器以超威半导体公司（AMD）的Zen微体系结构为基础。MPRC北京大学微处理器研究开发中心（MPRC：Micro Processor Research and Development Center of Peking University ）是北京大学重点支持的研究中心之一，成立于2001年2月。MPRC充分利用北京大学在计算机 科学技术与微电子学方面的优势，以发展中国自

27、主的微处理器事业为己任，在现代微处理器结构、优化编 译、操作系统、计算机模拟和性能评测、软硬件协同设计、系统芯片（System-on-a-Chip）设计等方向开 展科研和教学工作。X86架构：占据主要服务器及桌面端ARM架构：移动设备之王，逐步向服务器及桌面拓展ARM架构，曾称进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine)更早称作Acorn RISC Machine，是一个32位精简指令集(RISC)处 理器架构。还有基于ARM设计的派生产品，重要产品包括Marvell的XScale架构和德州仪器的OMAP系列。ARM架构具有成本低、低费用、低功耗、小体积、高性能的特点。适用

28、众核架构，适合高并发、高带宽的计算场景。ARM与合作伙伴的商业模式主要有：1. PoP IP；2. IP Core；3. BoC（例如高通）；4. Architectural（例如苹果）四种模式。ARM处理器广泛使用在嵌入式系统设计，低耗电节能，非常适用移动通讯领域。消费性电子产品，例如可携式装置(PDA、移 动电话、多媒体播放器、掌上型电子游戏，和计算机)，电脑外设(硬盘、桌上型路由器)，甚至导弹的弹载计算机等军用设施。图： 鲲鹏920ARM处理器业内最强性能图：飞腾ARM S2500处理器资料来源：鲲鹏官网，东兴证券研究所资料来源：飞腾官网，东兴证券研究所东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限

29、公司证券研究报告ARM体系结构是业界领先的微处理器体系结构，为系统和软件工程师提供了开发低耗能、高性能消费类和工业产品的硅验证解决方案。这些终端产品涵盖了从汽车和工业监视器到家庭娱乐和移动设备的各个领域。ARM完整产品线包括微控制器、微处理器、圆形处理器、实现软件、单元库、嵌入式内存、高速连接产品、外设以及开发工 具。借助于完善的设计服务、培训、支持和维护以及公司的庞大合作伙伴社区，我们提供了一个全面的系统解决方案，为主要 电子设备公司提供一条快速可靠的途径将产品推向市场。图：ARM生态示意图图：搭载M1芯片的MacBook Air示意图ARM架构：移动设备之王，逐步向服务器及桌面拓展资料来源

30、：苹果发布会，东兴证券研究所资料来源：公司官网，东兴证券研究所东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形 成自己的ARM微处理器芯片进入市场。到目前为止，ARM处理器及技术的应用已经广泛深入到国民经济的各个领域。图：ARM应用领域类别领域应用资料来源：CSDN，东兴证券研究所东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告嵌入式家用电器、HVAC系统、 智能测量平台、触摸屏 控制器、远程医疗、安 全/监视、航空电子ARM将嵌入式归类为利用微控制器作为主处理器的所有应用程序，

31、以及其他领域未明确涵盖的基于处理器的任何应用程序。在家用 电器、HVAC系统、智能测量平台、触摸屏控制器等应用程序中，ARM Cortex-M系列处理器是理想解决方案的核心。ARM Cortex-A 系列处理器在远程医疗、安全/监视、航空电子领域的应用同样属于类别。企业ARM将企业应用程序定义为提供网络连接和/或存储功能的完整系统或子系统。这包括家庭和公司网关、企业路由器、以太网交换机、无线访问点、基站、多服务配置平台、硬盘驱动器、网络连接存储和固态磁盘。在过去5年中，上述许多应用领域的系统设计闪存卡和UFD、家庭网络 人员已开始考虑这些系统完成其任务时的能效，而不是考虑绝对性能。随着更高性能

32、的多核处理器核心和经过优化的性能改进物理逻辑IP（包括ARM物理IP部门提供的标准单元库）的问世，可通过ARM技术满足需求的上述应用领域得到了拓展。此外，在研发 预算匮乏的环境下，具有受到强力支持的软件和工具生态系统的行业标准ISA使产品精力能够缩短产品的上市时间，并节省研发成 本以用于开发增值功能和不同的应用程序特定功能。家庭蓝光和DVD、计算数字机 顶盒、静态数码相机、 数字电视、游戏ARM为用户在所有屏幕类型上随时随地地访问和享受媒体内容，并与这些内容交互提供了技术平台。移动智能手机、功能手机 连接和调制解调器 Trustzone和移动支付ARM在提供支持一系列移动设备的处理器和其他关键

33、模块方面占据着市场领先地位，这些设备可在提供卓越性能的同时延长电池寿命。将PC性能、优异的多媒体性能和卓越连接融入到移动设备的功率范围中耗费了ARM和芯片合作伙伴的大量设计精力。ARM架构：移动设备之王，逐步向服务器及桌面拓展表：国内外部分ARM芯片商资料来源：公司官网，东兴证券研究所东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告公司名称基本情况国 外ARM英国ARM公司是全球领先的半导体知识产权提供商。全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构 。ARM设计了大量高性 价比、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。2014年基于ARM技术的全年全球出货量120亿颗，从诞生到现在

34、为止基于ARM技术 的芯片600亿颗 。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。Qualcomm高通（Qualcomm）1985年创立于美国加利福尼亚，从一家研发卡车定位的公司成长为移动设备和无线设备通信技术的全球龙头。 高通凭借整合基带功能的AP芯片成长为全球第一大IC设计公司。苹果2021年苹果发布了 M1 芯片，与以往的 x86 芯片不同，该芯片采用基于 Arm-ISA 的内部处理器和 CPU 微体系结构，是苹果首 款针对 Mac 设计的 SoC，根据苹果的 PPT 显示，在 10W 的功耗限制下，M1 芯片可提供传统 X86 笔记本处理器 2 倍以上的 CPU 性能。三星2020年11月

35、，三星在上海发布了最新的5nm手机处理器Exynos 1080，兼容毫米波和Sub-6GHz两种类型的5G网络,将最高频率为2.8 GHz的ARM最新Cortex-A78内核和高效能的Cortex-A55内核（4+4）集成到CPU中，对比上一代产品单核性能提升1.5倍，多核性能 提升两倍。国 内飞腾飞腾公司主要致力于高性能、低功耗集成电路芯片的设计、生产、销售与服务,为用户提供安全可靠、高性能、低功耗的CPU、 ASIC、SoC等芯片产品、IP产品以及基于这些产品的系统级解决方案。始终为用户提供满意的产品是飞腾发展的动力和目标。华为华为已成功构建国内 ARM 生态。华为在国内积极布局鲲鹏计算产

36、业，扮演着国内 ARM 生态引领者的角色。生态方面对于华为是 具有先天优势的，无论从服务器整机硬件，云操作系统，还是云服务和大数据等应用系统，华为都具备强劲的技术力量和全产业 链的整合能力。SPREAD TRUM展讯公司立足于自主技术创新，采用独特的设计理念和方法，研制成功多款业界领先的GSM/GPRS终端通信-多媒体一体化核心芯 片，和TD-SCDMA/GSM双模终端核心芯片，并同时开发出相应的软件系统和终端参考设计方案，已经为多家主流终端开发商所采用 在产品取得良好市场表现的同时，展讯对无线通信技术、多媒体终端技术和集成电路设计技术的发展，作出了贡献。ARM架构：移动设备之王，逐步向服务器

37、及桌面拓展MIPS架构：高效低耗的闪耀明星MIPS架构20多年前由斯坦福大学开发，是一种简洁、优化、具有高度扩展性的RISC架构。它的基本特点是:包含大量的寄存器、 指令数和字符、可视的管道延时时隙，这些特性使MIPS架构能够提供最高的每平方毫米性能和当今SoC设计中最低的能耗。MIPS公司的R系列就是在此基础上开发的RISC工业产品的微处理器。这些系列产品为很多计算机公司采用构成各种工作站和计算机系统。图：北京君正X2000处理器内核资料来源：北京君正，东兴证券研究所资料来源：Ikanos官网，东兴证券研究所图：Ikanos Fusiv Vx575处理器采用双核多线程 MIPS interA

38、ptiv CPU东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告资料来源：CSDN，东兴证券研究所分类特点东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告MIPS32位架构MIPS32架构基于一种固定长度的定期编码指令集，并采用导入/存储(load/store)数据模型。经 改进，这种架构可支持高级语言的优化执行。其算术和逻辑运算采用三个操作数的形式，允许编 译器优化复杂的表达式。此外，它还带有32个通用寄存器，让编译器能够通过保持对寄存器内数 据的频繁存取进一步优化代码的生成性能。MIPS64位架构MIPS64架构基于一种固定长度的定期编码指令集，并采用导入/存储(load/store)

39、数据模型。经 改进，这种架构可支持高级语言的优化执行。其算术和逻辑运算采用三个操作数的形式，允许编 译器优化复杂的表达式。此外，它还带有32个通用寄存器，让编译器能够通过保持对寄存器内数 据的频繁存取进一步优化代码的生成性能。micorMIPS架构microMIPS是一个完整的ISA，既能单独工作，也能与原有的MIPS32兼容指令解码器共同工作，允 许程序混合16位和32位代码，无需模式切换。microMIPS的程序代码量较小，因此可获得更好的 缓存利用率和更小的取指带宽(fetch bandwidth)，从而有助于提升性能，降低功耗。MIPS是高效率、低功耗CPU设计原则中的闪耀明星，已经在

40、移动和嵌入式工业领域销售了近三十年。MIPS公司今年第二季度的净销售额为1.42亿瑞典克朗(1640万美元)，去年第二季度为6600万瑞典克朗。净收入从去年同期的1600万瑞典克朗增长了246%，达到5500万瑞典克朗。每股收益也跃升了246%，从0.61瑞典克朗升至2.10瑞典克朗。图：MIPS体系分类MIPS架构：高效低耗的闪耀明星领域应用东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告联网Ikanos Fusiv Vx575Ikanos（现已被高通收购）的多模网关处理器系列，用于智能家庭网关。Altair FourGee-3802Altair（现已被索尼收购）的LTE-Advanced

41、基带处理器，符合3GPPP Release 10。基于MIPS的FourGee-3100芯片组还用于多款Chromebook笔记本电脑，例如惠普Chromebook 11和华硕Chromebook 13.3。雷凌科技（Ralink Technology）（2011年被联发科收购），以Wi-Fi芯片组而闻名，且采用了34K和1004K多线程产品。基于MIPS 34K多线程CPU的RT6856被广泛用于众多知名品牌的家用无线路由器中，例如华硕、友讯（D-Link）、领势（Linksys）和合勤（ZyXEL）消费类多媒体松下、LG等品牌的数字电视搭载了晨星半导体（MStar）的SoC，而34K MI

42、PS CPU则广泛用于这些SoC中企业存储博安思通信（PMC-Sierra）利用多线程功能为其企业服务器专用maxRAID架构提供极具竞争力的性能。汽车Valens发布了面向数字媒体传输的HDBaseT技术标准，并采用了MIPS多线程CPU。HDBaseT可通过以太网实现高带宽数字通信，减少了对造价更昂贵的HDMI的需求。该技术已普遍用于联网家庭。MIPS因受到Mobileye的青睐而在汽车行业占据了举足轻重的地位。Mobileye是ADAS（高级驾驶辅助系统）领域的全球领导者，目前大部分ADAS 都采用了Mobileye的技术。电装（Denso）是日本最知名的汽车零部件制造企业之一。电装正在

43、研究如何利用MIPS的多线程功能来提升需要在超低包络功率下具有超强计 算能力的嵌入式应用的性能。物联网Creator Ci40物联网中心开发板使用了运行频率为550MHz的多线程MIPS interAptiv CPU。资料来源：CSDN，东兴证券研究所MIPS多线程CPU已广泛应用于不同领域、不同类型的产品之中，并且这一势头仍将延续。随着从LTE转向下一代技术，即 在MIPS I6400和I6500内核中支持同步多线程技术，多线程也会成为5G高速增强移动宽带等众多新一代应用程序的理想选 择。此外，MIPS多线程CPU还可以用于许多移动设备的LTE调制解调器中。凭借独特的多线程功能，尤其是在联网

44、和汽车 等领域，MIPS CPU将继续提供极具吸引力的性能和功效，并为电子行业提供广泛的生态系统支持。图：MIPS应用领域MIPS架构：高效低耗的闪耀明星资料来源：公司官网，东兴证券研究所表：国内外部分MIPS芯片商东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告公司名称基本情况国 外MIPSMIPS技术公司是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式32位和64位处理器的厂商，在RISC处理器方面占有重要地位。1984年，MIPS计算机公司成立。1992年，SGI收购了MIPS计算机公司。1998年，MIPS脱离SGI，成为 MIPS公司。IkanosIkanos Communications,

45、Inc. (Ikanos)是一家为数字家庭提供先进的宽带半导体和集成固件产品的公司。该公司是宽带数字用户线路(DSL)，通信处理器等产品电源接入基础设施和客户端设备(CPE)的许多网络设备 制造商和电信服务提供商。该公司的产品是在数字用户线接入复用器(DSLAM)，光网络终端(ONT)，集线器，调制解调器，互联网语音协议(VoIP)的终端适配器，集成接入设备(IAD)和住宅网关(RGS)的核心。该公司产品已通过服务提供商部署在亚洲，欧洲和美国北部和南部。国 内龙芯龙芯中科公司致力于龙芯系列CPU设计、生产、销售和服务。主要产品包括面向行业应用的专用小CPU,面向工控和终端类应用的中CPU,以及

46、面向桌面与服务器类应用的大CPU。龙芯CPU采用MIPS指令集，主要产品包括面 向行业应用的“龙芯1号”小CPU、面向工控和终端类应用的“龙芯2号”中CPU、以及面向桌面与服务器类应用的“龙芯3号”大CPU，此外还包括龙芯7A1000桥片。君正公司是一家集成电路设计企业，拥有全球领先的32位嵌入式CPU技术和低功耗技术。公司主营业务为微处理器芯片、智能视频芯片等ASIC芯片产品及整体解决方案的研发和销售。公司拥有较强的自主创新能力，多年来在自主创新CPU技术、视频编解码技术、图像和声音信号处理技术、SoC芯片技术、软件平台技术等多个领域形成多项核心技术。北京君正是最早推出国产CPU 的技术公司

47、之一，其 CPU 内核基于 MIPS 架构，已经迭代了三代。XBurst 2 是君正 CPU 的最新版本，X2000 的 CPU 内 核采用“双 XBurst 2+ XBurst 0”的三核布局。MIPS架构：高效低耗的闪耀明星RISC-V架构：完全开源的新晋明星，物联网时代迎来发展机遇资料来源：RISC-V基金会，东兴证券研究所资料来源：RISC-V基金会，东兴证券研究所RISC-V是一个基于精简指令集（RISC）原则的第五代开源指令集架构（ISA），于2010年由加州大学伯克利分校的研究团队 开发，具有完全开源、架构简单、易于移植适用于各种设备、完整工具链等特点，运行效率高，目前接受度逐渐

48、提高，有望 成为继X86和ARM架构之后第三大主流指令集架构。RISC-V基金会为非盈利会员制组织，旨在通过采用和实施免费和开放的 RISC-V 指令集架构 (ISA) 来推动处理器创新的新时代，自 RISC-V 基金会于 2015 年成立以来，RISC-V 生态系统经历了爆炸式增长，2020年成员增长率达到133%。图：RISC-V基金会成员图： RISC-V基金会成员增长东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告物联网兴起为RISC-V带来发展机遇。移动终端和开源Android系统作为下游终端的兴起必然带动上游产业链拓展增长空间，物联网应用的兴起为包 括RISC-V在内的指令集架构

49、的上游产业链提供新的成长潜力。从市场潜力来看，全球物联网市场规模查过20万亿美元，预计在2025年将达到1567万亿美元；中国物联网市场蓬勃发展，2020年市场规模1.66万亿美元。同时从技术上看，RISC-V开源等特性与物联网要求更灵活和多样的特性吻合。外国技术限制与半导体国产化进程加快。自中美贸易战以来，中国企业受制于美国不能升级架构的风险并且这种风险长期存在，RISC-V开源及逐渐被广泛接受为我国芯片厂商通过RISC-V架构实现自主性提供可行性。图：中国物联网市场规模及增速（亿元）图： 全球物联网市场规模及增速（千亿美元）1101512124185948001079156740.40%3

50、7.27%248 16.98%68.55%42.11%34.68% 34.88%0.00%10.00%20.00%30.00%50.00%45.23%40.00%60.00%70.00%80.00%201720182019202020212022202320242025020040060080010001200140016001800市场规模增速258136506000489675009300133001500016600184002120041.42%34.14%22.55%25.00%2141.0500%023.66%15.65%12.78%10.67%10.84%0.00%5.00%10

51、.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%40.00%45.00%050001000015.22%1500020000250002011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022市场规模增速资料来源：statista，东兴证券研究所资料来源：中国产业发展研究院，东兴证券研究所东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告RISC-V架构：完全开源的新晋明星，物联网时代迎来发展机遇资料来源：Semico Research ，东兴证券研究所不同工业类别的下的RISC-V均快速增长。Semico Res

52、earch 预测，到 2025 年，市场将消耗 624 亿个 RISC-V CPU 内核，2018-2025 年复合年增长率为 146.2%。 工业领域将以使用超过167亿个内核遥遥领先。市场研究公司Tractica也预测，RISC-V的IP和软件工具市场在2018年为5200万美元，到2025年时将增长至 11亿美元。图：不同工业主导的RISC-V快速增长RISC-V架构：完全开源的新晋明星，物联网时代迎来发展机遇东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告资料来源：搜狐新闻，东兴证券研究所RISC-V的优点包括：（1）发展时间短，架构设计上没有历史包袱，采用的理念和方法较为先进；（2

53、）开源的机制降低了进入门槛，使技术触及更多 企业和开发者；（3）尚未一家独大，发展模式不受限。短期内ARM架构依然会占据中高端市场，RISC-V主要在一些碎片化的新兴市场展开应用，比 如物联网领域的轻终端场景，这些场景有低功耗低成本的需求，但是往往程序不用大改、对软件生态的依赖性不高、出货量又很大，符合RISC-V阶段 性的发展目标。RISC-V的主要缺点是发展时间短，生态不完整，碎片化程度高，但是随着入场玩家增加，这一问题有望得到解决。RISC-V诞生时间太短，相关的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE）以及其它生态要素还在发展。RISC-V必须依靠强有力的商业玩家来长期支持和推进，方能得

54、到持续发展。开源特性吸引大批科技公司入场RISC-V领域，未来RISC-V架构芯片数量将逐步放量。RISC-V允许任何厂商设计、制造和销售RISC-V芯片和软件，其 开源特性吸引IBM、NXP、西部数据、英伟达、高通、三星、谷歌、华为、阿里、Red Hat 与特斯拉等100 多家科技公司加入其阵营，国内也成立了 RISC-V 中国联盟拓展相关领域发展。据Semico Research，预计到2025 年，采用RISC-V 架构的芯片数量将增至624 亿颗，2018 年至 2025 年复合增长 率高达 146%。表：部分RISC-V厂商芯片出货量统计东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究

55、报告公司名称出货量阿里平头哥授权客户数量超过100家，授权数量超过300个，累计出货超过10亿颗，2020年全志科技宣布与平头哥达成合作，预计在未来3年的 出货量将达到5000万颗以上。西部数据2017年表示，将以每年10亿到20亿颗的出货预期，逐步完成全线产品（包括机械硬盘和固态硬盘）迁移到RISC-V定制架构晶心科技目前已有超过150家公司获得了AndesCore处理器IP的授权，采用晶芯架构芯片全球累计出货量达到数十亿颗RISC-V架构：完全开源的新晋明星，物联网时代迎来发展机遇资料来源：公司官网，东兴证券研究所公司名称基本情况国 外GreenWaves成立于2014年，是一家fable

56、ss半导体初创公司，公司致力于通过超低能耗和低成本解决方案彻底改变智能传感器和设备 市场，其产品主要包括用于传感设备中的图片、声音和振动的 AI 运算。同时，GreenWaves也是RISC-V开源生态中最早的 芯片供应商之一。西部数据2017年，宣布公司计划一年出货10亿以上RISC-V核心。2018年12月，公布了基于RISC-V指令集的自研通用架构SweRV和开源的SweRV指令集模拟器（ISS），以及基于以太网OmniXtend的缓存一致性技术。国内晶心科技公司全力投入创新架构高效能/低功耗的32/64位嵌入式处理器及相对应系统芯片发展平台的设计与发展，以便对全球快速 成长的嵌入式系统

57、应用提供服务。目前公司主要围绕低功耗高性能的CPU进行开发，除了CPU IP之外，还提供平台外围IP、 软硬件开发工具、生态系统等一整套方案。2016年，晶心科技作为创始会员之一加入了RISC-V基金会。芯源股份全球第七、国内第一的IP设计供应商，依托自主半导体IP，为客户提供平台化、全方位、一站式芯片定制服务和半导体IP 授权服务。芯来科技芯来科技是一家商用RISC-V处理器核IP研发商，专注于为用户提拥有自主知识产权的Nuclei N200系列RISC-V商用低功耗 处理器内核IP，以及二级管线超低功耗处理器核等产品，致力于推动RISC-V的传播和推广。同时，芯来科技也是RISC-V基 金

58、会银级会员、中国RISC-V产业联盟副理事长单位以及中国开放指令集生态（RISC-V）联盟会员单位。平头哥阿里巴巴集团的全资半导体芯片业务主体，拥有端云一体全栈产品系列，涵盖数据中心人工智能芯片、处理器IP授权等， 实现芯片端到端设计链路全覆盖。中天微是一家从事32位高性能低功耗嵌入式CPU研发与产业化的集成电路设计公司，是中国内地基于自主指令架构研发嵌入式CPU 并实现大规模量产的CPU供应商。2018年9月，杭州中天微系统有限公司宣布正式推出支持RISC-V第三代指令系统架构处理 器CK902，可灵活配置TEE引擎，支持物联网安全功能。睿思芯科AI芯片公司，创始团队来自于 UC Berke

59、ley RISC-V原创项目组。目前，公司主要开发基于RISC-V技术的SoC，应用于IoT、 传感器融合和AI加速领域。东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告表：国内外部分RISC-V芯片商RISC-V架构：完全开源的新晋明星，物联网时代迎来发展机遇目录国内外CPU发展回顾技术及生态是CPU发展的关键因素X86架构生态优势显著，非86架构生态不断完善国产CPU再度起航，走出三条独立自主道路CPU市场规模及竞争格局CPU市场国内增速高于全球，海外巨头占据主要市场份额X86架构呈现双巨头格局，非X86架构多点开花国产替代蓄力CPU发展，新兴领域引领CPU腾飞国产CPU公司简介ARM架

60、构：鲲鹏、飞腾X86架构：海光、兆芯Alpha架构：申威MIPS架构：龙芯东方财智 兴盛之源东兴证券股份有限公司证券研究报告资料来源：半导体行业观察，东兴证券研究所国产CPU成立之初虽然与国际水平相差不大，但随着英特尔4004问世， CPU进入商用阶段，第四代计算机系统正式拉开了中国 与国际先进水平的差距，且由于政策支持力度有所减弱等原因，国产CPU自主研发进入停滞状态。国产CPU的飞腾之路：十五期间，国家启动发展国产CPU的泰山计划，863计划也提出自主研发CPU。2006年核高基专项启动，国产CPU领域迎来了新一轮的国家支持。诞生出了鲲鹏、飞腾、龙芯、兆芯、海光、申威等一批优质企业，国产C