通信行业华为系列跟踪报告之四：华为事 件背后的CPU之战ARM-vs-Intel

1、事件：2019年5月15日，美国总统特朗普签署行政命令，要求美国进入“紧急状态” 。美国商务部工业和安全局 把华为列入出口管制实体清单。5月23日，处理器IP供应商ARM确认将中止与华为的业务合作。ARM创始人 HermannHauser表示：暂停与华为的合作将对ARM造成“难以置信的损害”。ARM是移动互联网时代的芯片IP霸主。ARM公司在全球数字IC设计领域具有举足轻重地位，其IP在智能手机、可 穿戴设备、网络基础设施等领域拥有极高的市场份额。在OS+CPU体系中，ARMdroid（ARM+Android）体系战 胜了PC时代wintel（Windows+Intel）体系，成为移动互联网时

2、代的霸主。手机芯片：ARM中止合作短期对华为影响可控。华为海思基于ARM授权研发了手机SoC芯片、基带芯片、服务器 芯片、AI芯片等。华为目前拥有最新的ARMv8的架构层级永久授权，可以保证华为在此基础上研发新产品，短期内 的影响可控。ARM的新架构从研发到商用需要约8年时间，下一代ARMv9架构仍需1-2年才能进入商用，华为的技 术授权在短期内不会落后。服务器芯片：ARM的野心，Intel的焦虑。 全球服务器年出货量超过1100万台，行业规模超过700亿美元，X86是 最主要是的服务器芯片类型，占比达到85%，Intel则占到X86服务器市场的98.7%的份额。华为正在研发基于ARM 架构的

3、服务器，是ARM在服务器市场的重要伙伴，这将严重威胁Intel在服务器市场的垄断地位。投资建议：把握自主可控产业链投资机会。建议关注半导体产业链各细分领域的龙头公司，包括设备领域北方华创； FPGA领域紫光国微；存储芯片领域长江存储、合肥长鑫、兆易创新、北京君正；模拟芯片领域圣邦股份；指纹摄像头芯片领域汇顶科技和韦尔股份等。风险分析：ARM短期内发布v9版本、ARM服务器芯片进展不及预期。核心观点请务必参阅正文之后的重要声明21、ARM是谁2、手机芯片：ARM暂停服务对华为影响短期可控3、服务器芯片：ARM的野心，Intel的焦虑4、投资建议：把握自主可控产业链投资机会5、风险分析ARM是谁4

4、请务必参阅正文之后的重要声明ARM公司的产品线不断扩大资料来源：ARM官网ARM公司是全球领先的数字IC设计公司，应用领域涉及无线、网络、影响、 汽车、安全等多个领域，可以提供16/32位RISC微处理器、数据引擎、图形处 理器等多种产品。ARM公司的产品在众多领域都处于主导地位。ARM公司：全球领先的数字IC设计公司请务必参阅正文之后的重要声明5ARM公司的发展历程请务必参阅正文之后的重要声明时间事件1978年ARM前身Acorn RISC Machine在英国剑桥成立1990年Acorn、Apple和VLSI共同出资创建了ARM，Acorn RISC Machine正式更名为Advance

5、d RISC Machine。1993年Cirrus Logic和德州仪器公司先后加入ARM阵营，当年ARM7问世1997年ARM里程碑产品ARM9发布，标志着ARM处理器正式进入微处理器领域1998年ARM在英国伦敦证交所和美国纳斯达克上市2004年Cortex系列处理器诞生，从此不再用数字为处理器命名，它分为A、R和M三 类，面向不同的市场。2008年ARM芯片的出货量正式突破100亿片2011年ARM推出了旗下首款64位架构ARMv8，高性能核心与节能核心相结合。2013年ARM收购著名光引擎技术公司Geomerics，扩大在图形技术行业的领先地位2015年ARM基于ARMv8架构推出了

6、面向企业级市场的新平台标准，此外还开始在物 联网领域发力2016年软银以240亿英镑的价格收购ARM，ARM成为软银的子公司2018年ARM中国成立，其中ARM持股49%，中资持股51%6。ARM公司的前身成立于1978年，并于1990年成立现在的ARM控股公司。随 后ARM在低功耗嵌入式处理器市场快速发展，并于2016年被软银收购。资料来源：ARM官网ARM公司在全球拥有数量众多的合作伙伴，2018年基于ARM公司授权的芯 片出货量达到229亿颗，基于ARM公司授权的芯片累计保有量达到1460亿颗， 2018年在全球市场的份额达到33%。ARM公司的授权芯片年出货量达到229亿颗请务必参阅正

7、文之后的重要声明基于ARM授权的芯片出货量快速增长资料来源：ARM官网7ARM公司在众多关键领域具有很高的市占率ARM公司在手机、基础设施、自动驾驶、嵌入式设备等多个领域均具有很高的 市占率。ARM公司在各个领域的市占率请务必参阅正文之后的重资料来源：要 声明ARM官网8ARM公司目前持有超过1650件专利，其中在20152018年新增获得的专利 数分别为180/113/141/125件。ARM公司持有的专利数快速增长请务必参阅正文之后的重要声明ARM公司目前持有超过1650件专利资料来源：ARM官网92018财年，ARM公司实现营业收入18.31亿美元，实现息税前利润1.94亿美 元。在20

8、16年被软银收购实现私有化之后，ARM持续加大投入。ARM公司在私有化之后加大投入力度请务必参阅正文之后的重要声明ARM公司的财务状况（收入、总成本、调整后EBITDA适用左轴，人数适用右轴）资料来源：ARM官网10ARM中国：ARM公司在2018年成立的中国子公司，由中资持股51%，ARM 公司持股49%，主要负责ARM公司产品在中国地区的销售、服务和研发。ARM中国：负责ARM公司在中国的销售、服务和研发请务必参阅正文之后的重要声明ARM中国与ARM母公司之间的关系资料来源：虎嗅网11商业模式：ARM公司不制造、不销售任何芯片，只是自己设计IP，包括指令 集架构、微处理器、图形核心、互连架

9、构，然后通过授权这些IP获取收入。费用包括两部分：针对IP授权的前期授权费(up front license fee)、根据每颗 芯片售价按比例抽取版税(royalty)。ARM公司的商业模式IP授权请务必参阅正文之后的重要声明ARM公司的商业模式资料来源：ARM官网12ARM公司的三种主要授权模式请务必参阅正文之后的重要声明架构/指令集授权可以对ARM架构进行大幅改造，甚至扩展/缩减指令集自行设计/开发房屋内核层级授权使用层级授权内核基础上修改缓存、频率、I/O等，形成自己的产品使用设计完成的芯片来嵌入 自己的产品，不能进行修改自行装修房屋13已装修完成的房屋ARM公司的授权模式共有三种：架

10、构/指令集授权、内核层级授权、使用层级 授权，不同授权层级对应不同的自行设计权限。授权层级具体含义类比处理器：主要是有内核、调试系统、外设、存储器等部件组成，其中内核是 处理器最重要的部分。工作流程：1）提取：内核从存储器提取数值；2）解码：内核根据指令集将 数值解译为指令；3）执行：内核硬件电路运算指令得到结果；4）写回：以某 种格式将执行结果写进暂存器。处理器最重要的部分是内核请务必参阅正文之后的重要声明内核是处理器中最重要的部件资料来源：电子发烧友网14指令集：指令规定了处理器可以执行的操作，指令集是所有指令的集合。如 加法指令即规定处理器进行加法操作、移位指令即规定处理器进行移位操作等

11、。 指令集是软硬件的接口，与上层操作系统、应用程序等紧密联系。微架构：处理器中用于完成指令操作的硬件电路设计，使得处理器在收到指 令后可以尽可能高效地完成运算。微架构的关键指标包括最高频率、给定频率 下的运算量、给定工艺水平下的功耗水平。两者之间的关系：指令集是规定内核可以完成的操作，微架构是实现这些操 作的硬件电路设计，两者是紧密联系在一起的，共同构成内核。基于相同的指 令集可以有不同的微架构，例如Intel和AMD的处理器均基于X86指令集，但两 者的微架构设计有很大差异。15内核的基础是指令集与微架构请务必参阅正文之后的重要声明学术授权：只向学校、科研机构等免费提供的授权。设计入门：方便

12、半导体企业低成本、低风险、快速了解ARM IP而采取的授权。单用途授权：授权仅在某一个特定领域使用ARM的技术，适合于创业公司。多用途授权：在一定期限内可以用于设计多种芯片及用在多种产品中。终身多用途授权：可以终身使用于多种芯片的设计。16ARM公司的其他授权模式请务必参阅正文之后的重要声明ARMv1-ARMv6：每个架构版本会衍生出多种内核，内核版本用数字标记。ARMv7-ARMv8：以Cortex命名，并分为是Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M三个系列，每个系列有不同的适用领域和性能区分。ARM公司的架构和内核产品家族17请务必参阅正文之后的重要声明时间架构版本内核家族1

13、985年ARMv1ARM11986年ARMv2ARM2、ARM31990年ARMv3ARM6、ARM600、ARM610、ARM7、ARM700、ARM7101993年ARMv4Strong ARM、ARM8、ARM810、ARM7-TDMI、ARM9-TDMI1998年ARMv5ARM7EJ、ARM9E、ARM10E、XScale2001年ARMv6ARM112004年ARMv7Cortex-A5/7/8/9/15/17、Cortex-R4/5/7/8、Cortex-M0/0+/3/4/72011年ARMv8Cortex-A32/35/53/57/72/73、Cortex-R52、Corte

14、x-M23/33资料来源：ARM官网该系列针对日益增长的消费娱乐和无线产品设计，用于具有高计算要求、运 行丰富操作系统及提供交互媒体和图形体验的应用领域，如智能手机、平板电 脑、汽车娱乐系统、数字电视等。Cortex-A系列（A：Application）请务必参阅正文之后的重要声明ARM公司的Cortex-A系列产品家族资料来源：电子发烧友网18ARM公司的Cortex-R系列产品家族资料来源：电子发烧友网该系列针对需要运行实时操作的系统应用，面向如汽车制动系统、动力传动 解决方案、大容量存储控制器等深层嵌入式实时应用。Cortex-R系列 （R：Real-Time）请务必参阅正文之后的重要声

15、明19ARM公司的Cortex-M系列产品家族资料来源：电子发烧友网该系列面向微控制器领域，主要针对成本和功耗敏感的应用，如智能测量、 人机接口设备、汽车和工业控制系统、家用电器、消费性产品和医疗器械等。Cortex-M系列（M：Microcontroller）请务必参阅正文之后的重要声明20手机芯片：ARM暂停服务对华为影响短期可控21请务必参阅正文之后的重要声明华为自研的系列芯片产品资料来源：华为官网华为自己设计的高端芯片主要包括手机SoC芯片麒麟系列、服务器芯片鲲鹏系 列、人工智能芯片昇腾系列、基带芯片天罡和巴龙系列等。这些芯片设计均需 要向ARM公司获取授权。华为可以自研众多芯片产品请

16、务必参阅正文之后的重要声明22华为海思成立于2004年，并在2009年发布第一款智能手机芯片K3V1，随后 于2014年推出麒麟系列芯片，用于华为旗舰智能手机中。华为海思与ARM深度合作铸就手机SoC芯片巨头请务必参阅正文之后的重要声明时间事件2004年海思半导体成立，前身为创立于1991年的华为集成电路设计中心2009年推出首款智能手机芯片K3V1，但未商用化2010年推出首款基带芯片巴龙7002012年推出首款40nm制程芯片K3V2，并首次将自家芯片用于华为智能手机中2014年推出28nm制程SoC麒麟910，搭载自研基带芯片巴龙710，用于华为智能手机中2015年推出16nm制程SoC

17、麒麟950和中低端SoC麒麟650，麒麟系列累计出货超1亿2016年推出麒麟9602017年推出麒麟970，是全球首款内置NPU的AI芯片2018年推出7nm制程SoC麒麟9802018年推出AI芯片昇腾910和昇腾3102019年推出全球首款单核心多模5G基带芯片巴龙50002019年预计将在2019年下半年推出首款5G SoC麒麟99023资料来源：Digitimes海思在2018年全球IC设计公司中排名第五（单位：亿美元资料来源：Digitimes华为海思2018年营收达到501.2亿元人民币，20142018年的复合增长率达 到36.12%，保持高速增长。华为海思2018年在全球IC设

18、计公司中排名第五位，也是大陆排名最高的IC设 计公司。华为海思与ARM深度合作铸就手机SoC芯片巨头请务必参阅正文之后的重要声明排名公司名称2018年营收2017年营收YoY1博通217.54188.2415.6%2高通164.50172.12-4.4%3英伟达117.1697.1420.6%4联发科78.9478.260.9%5海思75.7356.4534.2%6AMD64.7553.2921.5%7美满电子29.3124.0921.7%8赛灵思29.0424.7617.3%9联咏科技18.1815.4717.6%10瑞昱半导体15.1913.7010.9%海思历年营收保持快速增长资料来源：

19、Digitimes221.0303.0381.5501.2200146.0100030040050060020142015201620172018营收（人民币亿元）24华为已经获得最新ARMv8架构/指令集层级的永久授权，拥有在ARMv8架构 上独立开发32/64位处理器的基础条件。由于美国禁令仅仅禁止向华为提供新的产品和服务，所以华为还可以继续使 用ARMv8架构设计芯片，短期对华为的影响较为有限。华为已获ARMv8架构永久授权，短期影响可控请务必参阅正文之后的重要声明ARMv8架构的发展历程资料来源：ARM官网25根据ARM的估算，新一代架构从研发到普及需要大约8年时间。下一代ARMv9架

20、构的发布时间仍未公布，我们预计仍需至少1-2年时间才能进入商用。在此之前，华为基于ARMv8架构的芯片将保持较强的竞争力。ARMv9架构仍需较长时间才会发布，短期竞争力有保障请务必参阅正文之后的重要声明ARM新架构的开发流程和时长资料来源：ARM官网26华为最新的麒麟980芯片是全球首款7nm工艺制造的芯片，晶体管数量达到 69亿，整体性能相比麒麟970提升75%。麒麟980芯片采用2+2+4的三丛集核心设计，包括2个2.6GHz Cortex-A76大 核心，2个1.92GHz Cortex-A76中核心，以及4个1.8GHz Cortex-A55小核心。麒麟980芯片已在华为旗舰手机Mat

21、e20中使用。华为最新麒麟980芯片性能强劲，保证华为手机竞争力请务必参阅正文之后的重要声明华为麒麟980的三丛集核心设计资料来源：腾讯数码华为麒麟980的性能超过高通骁龙845资料来源：腾讯数码27服务器芯片：ARM的野心，Intel的焦虑28请务必参阅正文之后的重要声明云计算驱动服务器需求稳步增长请务必参阅正文之后的重要声明2019年全球服务器需求主要来自云计算厂商资料来源：Digitimes35030025020015010050016Q116Q216Q316Q417Q117Q217Q317Q418Q118Q218Q318Q4资料来源：Wind云计算需求强劲：根据Gartner数据，20

22、18年Q2云计算占服务器出货增量的 60%，占服务器出货金额增量的46%。服务器需求稳步增长：2018年全球服务器出货量约为1176.18万台，同比增 长15.44%，保持稳步增长趋势。全球服务器出货量保持稳步增长全球服务器出货量（万台）29ARM在服务器市场远落后于Intel请务必参阅正文之后的重要声明8007006005004003002001000 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018资料来源：Wind规模大：全球每年服务器出货量超过1000万台，年市场规模超过700亿美 金。占比高：处理器是服务器中成本占

23、比最高的部件，占比达到约40%。ARM在服务器的地位很弱小：X86是服务器处理器的主流架构，ARM等非全球服务X器8市6场处规理模器超过占7比00还亿美很金小。全球服务器市场规模（亿美元） X86是全球主流服务器类型X86服务器非X86服务器14.81%85.19%资料来源：TrendForce30服务器业务已是Intel核心增长引擎请务必参阅正文之后的重要声明4411512911096117114103962115010015020025002009201020112012201320142015201620172018资料来源：Intel年报Intel成立于1968年，是一家具有悠久历史的

24、半导体厂商，在19932017年间均排 名全球半导体行业第一名。数据中心业务占比半壁江山，2018年在营收中的占比达到48%。Intel数据中心业务主要为提供服务器芯片，其旗下的“至强”系列CPU是服务器中 的首选产品。Intel历年营收情况Intel净利润（亿美元）31Intel2014-2018年收入分拆（单位：十亿美元）资料来源：Intel年报Intel是服务器处理器市场的垄断者，其在X86服务器领域占据了98.7%的市场 份额。华为在全球服务器市场排名第四，ARM与华为在服务器领域紧密合作，希望 借此进入服务器处理器市场。华为与ARM在服务器处理器领域紧密合作请务必参阅正文之后的重要声明Intel几乎垄断X86服务器处理器市场（2018年）IntelAMD1.30%98.70%资料来源：TrendForce华为在服务器市场排名第四（2018年）16.7%戴尔 惠普48.3%15.