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国芯科技:嵌入式国产CPU(附深度)

2022-01-13 17:11:20 责任编辑:未填 易科物联

标题:国芯科技:嵌入式国产CPU(附深度)

本文来自方正证券研究所2022年1月07日发布的报告《嵌入式CPU国产化替代》,欲了解具体内容,请阅读报告原文

摘要:公司主要业务为IP授权、芯片定制服务和自主芯片及模组产品,持续专注于国产嵌入式CPU的研发与产业化。

投资要点:

1、实现嵌入式CPU技术的国产化替代

基于M*Core、PowerPC和RISC-V三大指令集,公司设计了8大系列40余款CPU核,量产数量上亿颗。公司目前的嵌入式CPU产业化应用聚焦于对国产化存在替代需求的国家重大需求与信息安全、汽车电子和工业控制、边缘计算和网络通信等市场需求领域客户。此外已成功研制了冗余磁盘阵列控制器(RAID)芯片和具备高性能运算、网络加速及网络交换的高性能SoC芯片。

2、多款产品通过车规级认证,发展空间巨大

CCM3310S-T系列已通过AEC-Q100车规级认证,性能指标达到国外龙头厂商的同类产品水平,目前已在多家知名汽车电子安全模组厂商进行测试与认证,是国内为数不多的符合车规级要求的安全芯片之一。在汽车电子和工业控制领域,汽车发动机控制芯片CCFC2003PT和车身控制芯片CCFC2002BC通过AEC-Q100 Grade1级测试认证,其中发动机控制芯片已在柴油重型发动机中获得实际应用,实现了自主可控和国产化替代。

3、应用场景广阔,聚集关键领域重点客户

已拥有14nmFinFET成功流片经验和40nm eFlash/ RRAM等工艺节点芯片的规模量产经验。信息安全芯片产品的工艺涵盖不同工艺节点的产线,且经过成功验证,能满足客户差异化需求。公司与国家电网、南方电网和中国电子等大型央企集团的下属单位,中国科学院、公安部、国家核心密码研究单位和清华大学等机构的下属研究院所,以及联想、比亚迪和潍柴动力等众多国内知名上市企业建立了良好的合作关系,技术实力与产品性能已获得较为广泛的认可。

风险提示:

(1)技术研发方向与未来行业需求不匹配的风险;

(2)研发失败的风险;

(3)人才流失的风险;

(4)国际贸易环境发生变化的风险;

(5)自主芯片及模组产品单价下滑的风险;

(6)POS机行业政策变化影响公司业务的风险。

报告正文

1 公司概况

公司聚焦于国产自主可控嵌入式CPU技术研发和产业化应用的芯片设计。致力于服务安全自主可控的国家战略,为国家重大需求和市场需求领域客户提供IP授权、芯片定制服务和自主芯片及模组产品,主要应用于信息安全、汽车电子和工业控制、边缘计算和网络通信三大关键领域。

1.1 发展历程:坚持“国际主流兼容和自主创新发展”相结合的原则

公司历来重视技术研发,并针对性地制定人力资源规划,引进和培养优秀人才,不断提升研发实力。历经近二十年的持续研发、创新与沉淀,公司已成功实现基于三种指令集的8大系列40余款CPU内核,形成了深厚的嵌入式CPU IP储备。

1.2 股权结构:无控股股东,大基金为第三大股东

公司无控股股东,麒越基金持有13.38%的股份为第一大股东,西藏泰达持有10.79%的股份为第二大股东,国家集成电路基金持股8.63%为第三大股东。

1.3 主营业务:以嵌入式CPU技术为基础,三大业务协同发展

公司主要产品与服务包括IP授权、芯片定制服务和自主芯片及模组产品等三大类业务,其中芯片定制服务包括定制芯片设计服务和定制芯片量产服务。公司的三大类业务以自主可控的嵌入式CPU技术为基础,相互之间的协同发展。

1.3.1 IP授权业务:嵌入式CPU内核+SoC芯片设计平台公司

基于摩托罗拉的“M*Core”、IBM的“PowerPC”和开源的“RISC-V”三大指令集,设计了具有自主知识产权的8大系列40余款CPU核,实现嵌入式CPU技术的国产化替代,并向客户提供CPU核的IP授权。

公司通过基于自主可控的嵌入式CPU核、自主研发的外围应用IP模块并结合外部采购的部分外围IP模块,建立了面向信息安全、汽车电子和工业控制、边缘计算和网络通信三大SoC芯片设计平台,可以帮助客户快速准确实现芯片设计,提升客户设计效率,有效减少客户产品进入市场的时间。

1.3.2 芯片定制服务:定制芯片设计服务+定制芯片量产服务

芯片定制服务主要指公司基于自主可控的嵌入式CPU内核和面向应用的SoC芯片设计平台,为客户提供定制芯片设计服务与定制芯片量产服务。

定制芯片设计服务:主要指公司基于自主可控的嵌入式CPU核与SoC芯片设计平台,根据客户在芯片功能、性能、功耗、成本等方面的定制化需求,进行芯片定义与芯片设计,形成版图后由公司或者客户委托晶圆厂、封装测试厂进行晶圆生产与封装测试,并最终向客户交付通过测试、验证的样片。

定制芯片量产服务:指公司根据客户的需求,依据公司为客户提供的定制芯片设计服务的版图数据或者客户设计提供的版图或者样片,为其提供量产服务,并向其交付合格的晶圆或者芯片产品。

1.3.3 自主芯片及模组产品:聚焦于“云”到“端”的安全应用

公司的自主芯片及模组产品以信息安全类产品为主,聚焦于“云”到“端”的安全应用,覆盖云计算、大数据、物联网、智能存储、工业控制和金融电子等关键领域,以及服务器、汽车和智能终端等重要产品。

1.4 募集情况:深化扩展信息安全芯片及模组产品和CPU IP业务

募集资金旨在进一步提升公司在信息安全芯片及模组产品、CPU IP储备及研发方面的技术实力,为公司现有业务的扩展和深化。公司的技术研发团队研发能力突出,承担“核高基”国家科技重大专项、国家863计划、国家高技术产业发展项目、国家技术创新项目、工信部工业转型升级项目和江苏省科技成果转化项目等。

1.5 核心竞争力分析

1.5.1 实现嵌入式CPU技术的国产化替代

基于M*Core、PowerPC和RISC-V三大指令集,公司设计了8大系列40余款CPU核。2021年6月末,客户数量超过90家,CPU IP授权次数超过130次,量产数量达到数亿颗。公司目前的嵌入式CPU产业化应用聚焦于对国产化存在替代需求的国家重大需求与信息安全、汽车电子和工业控制、边缘计算和网络通信等市场需求领域客户。已成功研制了冗余磁盘阵列控制器(RAID)芯片和具备高性能运算、网络加速及网络交换的高性能SoC芯片。

1.5.2 多款产品通过车规级认证,发展空间巨大

CCM3310S-T系列已通过AEC-Q100车规级认证,性能指标达到国外龙头厂商的同类产品水平,目前已在多家知名汽车电子安全模组厂商进行测试与认证,是国内为数不多的符合车规级要求的安全芯片之一。在汽车电子和工业控制领域,汽车发动机控制芯片CCFC2003PT和车身控制芯片CCFC2002BC通过AEC-Q100 Grade1级测试认证,其中发动机控制芯片已在柴油重型发动机中获得实际应用,实现了自主可控和国产化替代。

1.5.3 应用场景广阔,聚集关键领域重点客户

公司信息安全芯片产品的工艺涵盖14nm/ 40nm/ 65nm/ 90nm/ 130nm/ 180nm等不同规格的产线,且经过成功验证,能满足客户不同应用场景的差异化需求。公司与国家电网、南方电网和中国电子等大型央企集团的下属单位,中国科学院、公安部、国家核心密码研究单位和清华大学等机构的下属研究院所,以及联想、比亚迪和潍柴动力等众多国内知名上市企业建立了良好的合作关系,技术实力与产品性能已获得较为广泛的认可。

1.5.4 拥有先进工艺节点芯片的规模量产经验

端安全应用领域:已量产基于40nm的eFlash /RRAM工艺的产品,目前已启动基于22nm的MRAM工艺的芯片研发,预计2021年末投片。

云安全芯片应用领域:已量产65nm、28nm、14nm工艺产品,目前已启动基于7nm工艺的芯片研发,预计2022年投片。

汽车电子和工业控制芯片应用领域:已量产基于0.13um eFlash汽车电子工艺的发动机控制芯片和40nm eFlash汽车电子工艺的车规级安全芯片的产品,目前已启动基于40nm eFlash汽车电子工艺的发动机控制芯片研发和基于22nm RRAM工艺的工业控制芯片研发,预计2022年投片。

边缘计算和网络通信芯片应用领域:已量产28nm工艺和14nm工艺的产品,目前已启动基于7nm工艺的芯片研发,预计2022年投片。

2 财务情况:营收快速增长,毛利率有所下滑

受益于行业景气度上升和新冠疫情情况缓解,营收增长较快。2018年度至2021年9月营业收入分别为1.95亿元、2.32亿元、2.59亿元和2.65亿元;归母净利润0.03亿元、0.31亿元、0.46亿元和0.37亿元;

预计2021年度实现营收为4.00-4.30亿元,同期增长54.15-65.73%;归母净利润0.65-0.80亿元,同期增长42.09-74.88%;扣非净利润在0.45-0.60亿元,同期增长87.12-149.49%。

各项业务营收均快速增长,毛利率有所下滑。2018年-2020年公司毛利率分别为57.88%、58.49%、66.24%。2021年1-9月,由于毛利率较低的自主芯片及模组产品的收入占比提升,同时定制芯片量产服务毛利率较低,毛利率为47.87%,明显下降趋势。

3 行业情况:市场空间巨大,本土厂商迎来发展机遇

3.1 嵌入式CPU需求旺盛,本土厂商迎来发展机遇

随着消费电子产品的技术迭代优化、工业自动化与智能化程度的提升、5G商用化进程的推进将带动物联网等新兴领域的爆发,SoC芯片应用前景可期。作为SoC芯片的核心与基础,嵌入式CPU具有广阔的市场空间与长期向好的市场前景。同时由于场景碎片化、多样化、个性化等特点,芯片厂商需要针对不同的场景使用专用的定制化芯片,同时还需要满足低功耗、低成本的要求。在此情形下,国际主流嵌入式CPU厂商无法通过某几款竞争力强的产品满足丰富的目标场景需求,而具备较强微架构定制化设计技术实力的本土厂商将迎来极大的发展机遇。

3.2 IC设计企业数量快速上升,打开芯片定制服务市场

我国集成电路设计企业数于2020年达到2,200余家,较2015年的736家提升超过两倍,年均复合增长率高达24.69%。面对高速成长与快速迭代的市场需求,越来越多的集成电路设计企业和整机系统厂商出于提高设计效率、提升产品竞争力的目的,选择中高端SoC芯片的定制服务,从而带动芯片定制服务的需求不断提升。

3.3 数字化转型和物联网发展,带动信息安全芯片及模组市场增长

随着全社会的数字化转型,云计算的渗透率大幅提升,市场规模持续扩张,我国云计算产业呈现稳健发展的良好态势。根据中国信通院统计,2019年我国云计算整体市场规模达1,334亿元,增速38.6%;预计到2023年市场规模将接近3,800亿元。随着云计算逐渐在国民经济各领域发挥重要作用,其所面临的安全问题日益凸显,云计算面临着不同应用场景带来的新的安全挑战。

相比传统通信终端,物联网终端安全能力普遍较弱,已成为物联网整体安全的薄弱环节。伴随着5G技术的推广和普及,通信以及工业控制等领域对软硬件实现的安全要求也愈发突出,信息技术领域可信安全关键技术的自主可控的需求也随之提升。根据GSMA预测,2025年全球物联网终端连接数量将达到250亿台,未来年均复合增长率将达到15.66%。未来随着物联网产业的爆发,“端”安全芯片市场将迎来重要发展契机,有望实现跨越式增长。

3.4 嵌入式CPU壁垒较高,国外巨头长期垄断

在嵌入式CPU IP授权领域,ARM占据绝对领先地位。根据英伟达公告,基于ARM架构的芯片已累计出货1,800亿颗。截至2018年末,ARM架构的芯片在全球手机市场上的份额超过90%。由于嵌入式CPU微架构设计具有较高的技术门槛和生态系统要求,目前全球仅有ARM、SiFive等少数巨头具备长期投入嵌入式CPU的设计研发能力,并对外开展授权业务。国内能兼容主流指令集、具有自主知识产权嵌入式CPU微架构设计能力的研发单位除国芯科技外,主要为龙芯中科和平头哥。

在信息安全领域,由于下游客户对自主可控的需求,国产的嵌入式CPU IP技术占据了一定市场地位;在汽车电子领域,ARM架构处理器在车载娱乐和ADAS系统领域占据全球75%市场份额,但在车身和发动机控制领域中占比尚小,市场主要被PowerPC架构和Tricore架构占据;在汽车T-BOX安全单元应用领域,国芯科技芯片的关键技术指标已达到国内外一流厂商高水平芯片的同等技术水平。相对于采用ARM CPU的芯片,国芯科技芯片采用的CS0 CPU具有更高的自主可控性。

4 风险提示

(1)技术研发方向与未来行业需求不匹配的风险;

(2)研发失败的风险;

(3)人才流失的风险;

(4)国际贸易环境发生变化的风险;

(5)自主芯片及模组产品单价下滑的风险;

(6)POS机行业政策变化影响公司业务的风险。

CPU是IT系统最基础的核心硬件,又是最复杂的芯片。CPU因研发门槛高、生态构建难,被称作IC的“珠穆朗玛峰”。

中美贸易战大背景下,国产化替代已经形成共识,CPU作为自主可控的核心要件,国产CPU登“科”在即。

我们主要从以下四个方面建立国产CPU的投资逻辑框架:

1、从指令集架构看CPU市场格局:以复杂指令集为代表的英特尔凭借着与微软的Wintel体系,在通用CPU领域占据了绝大多数份额,至今仍牢不可破。精简指令集ARM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,CPU国产化率极低。

2、CPU产业链:先进制程数字芯片产业链:CPU产业链的巨头大多集中在海外,它们位居产业链各个环节核心,对全球CPU行业起着决定性的作用。当前国产CPU产业链进口替代:设计环节,华为鲲鹏,飞腾等龙头已经跻身世界一流水平,封测环节,通富承接AMD7nmCPU封测,14nm及以下结点的先进制程,设备、材料、EDA/IP、制造等环节与国外领先龙头差距较大,目前仍采用“外循环为主+内循环为辅”的模式。

3、当前国产CPU发展的三大路线:对于X86内核授权的厂商:生态最为完善,但发展存在安全可控和技术授权两大壁垒。对于Arm指令集授权厂商:生态体系与安全可控最为平衡,且通过架构授权把握主动权,随着Arm生态愈发繁荣,若不考虑美国实体清单的负面影响,前景最为光明。对于自研架构厂商:完全自主可控的引领者,厚积而薄发,其最大的瓶颈在于生态壁垒。

4、我们如何看待国产CPU未来格局:目前国产CPU主要需求来自服务器、政企、工业等市场,鲜少出现在消费级市场。我们认为基于安全的自主可控是推动国产CPU成长的主要力量,且基于架构的差异性带来的应用不同,我们认为指令集架构不会直接消亡,不同架构都会衍生出行业龙头,考虑通用CPU等格局极为稳固,可关注物联网以及汽车等新兴领域。

以下为报告部分内容,完整报告请查看《CPU研究框架-行业深度报告》

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