2021年APU行业发展分析报告.pptx

2021年APU行业发展分析报告,核心观点,1、行业总览：物联网领域爆发+国产进程加速，国产APU厂商迎来历史发展机遇应用处理器APU主要运用于智能移动及物联网领域，作为电子产品核心芯片，市场空间广阔：1）在智能移动领域，手机作为最重要的智能终端，出货量及市场规模均居全球消费电子首位，2019年全球 智能手机出货量高达13.7亿部；2）在物联网领域，由于碎片化特征，下游应用超过300种。据麦肯锡 数据，在物联网的九大分类中，最大分类潜在价值的应用可高达11.1万亿美元，平均潜在价值7.4万亿 美元，预计2021年，全球物联网设备将超过150亿部。二者将给APU带来广阔市场需求。物联网领域高速发展，国产厂商迎历史发展机遇。我国在物联网领域拥有一定的技术优势，下游应用发展较快，渗透率高，部分领域位于世界领先水平，据艾瑞咨询，中国物联网连接量到2025年将增至198.8亿，目前正处于高速增长阶段。我们相信在半导体国产化进程加快背景下，国内APU厂商有望 畅享行业发展及国产替代双重红利。2、ARM：智能移动、嵌入式IoT时代的芯片IP霸主ARM是全球最具影响力的芯片IP厂商之一。ARM与Android建立的AA生态联盟战胜了Wintel联盟，成 为智能手机时代的霸主，目前全球90%以上的手机APU都是基于ARM授权；ARM使用精简指令集，功耗较小、价格便宜，且拥有高并发处理效率，升级速度快等特点，十分适合 物联网领域低功耗的要求，在IoT应用领域占据领先优势。2020年，ARM已成为全球算力输出的主力， 基于ARM指令的处理器总算力输出达到了全球的82%，成为半导体产业的主要驱动引擎；随着5G与AIoT等技术的发展，ARM加速发展，至2020年全球基于ARM架构的芯片出货量超1600亿颗，基于 ARM平台的软件越来越多，生态越来越丰富；据ARM统计，由于其成熟的生态体系，基于ARM架构 授权的芯片设计厂商能够大大缩短其SoC芯片的设计时间与成本。,核心观点,3、RISC-V：开源免费，先进指令集前景广阔物联网应用兴起推动RISC-V发展： RISC-V指令集是基于精简指令集原理建立的开放指令集架构（ISA），具有开源免费、精简、模块化等优点。1）RISC-V架构预留了大量编码空间及用户指令，能 够让用户自由修改、扩展以满足其不同应用需求；2）具有模块化指令集特点，开发者可以快速选择不 同组合来满足不同的应用，简洁、模块化、可扩展，能够满足 AIoT 万亿级市场的差异化需求，在万物 智联时代，前景极其广阔。国产半导体自主可控进程加速，RISC-V大有可为：在中美摩擦背景下，核心芯片国产化进程提速，RISC-V开源的特点有利于国产芯片实现自主可控。中国作为RISC-V阵营的中坚力量，一直致力于 RISC-V生态体系建设。近年来，国产厂商相继发布多款基于RISC-V指令集的产品，包括兆易创新、全 志科技、北京君正等企业。我们认为在ARM断供华为以及英伟达或将收购ARM等事件刺激下，国内 RISC-V将会迎来历史发展机遇。,投资建议,投资建议：关注国产AP厂商的投资机会我们认为，随着5G、AI、物联网等技术的发展，下游应用将会越来越场景化和多样化。2020年5G的商用将驱动物联网的应用与落地，AI的发展也将使智能技术渗透到人们的生活当中：智能家居、智能安防、智慧城市等 将全面兴起。据IDC预测全球将构建万亿规模计算产业空间。中国作为全球第二大经济体，近年来AI、物联网、5G、边缘计算等技术创新接近甚至领先全球。因此在行业飞速发展以及国产替代进程加速双重背景下，国产应 用处理器（APU）厂商将迎来历史发展机遇，建议关注晶晨股份（688099）、富瀚微（300613）、瑞芯微（603893）、全志科技（300458）、北京君正（300223）、国科微（300672）。晶晨股份：全球智能终端SoC芯片龙头，产品线丰富，覆盖智能机顶盒、智能电视及AI 音视频系统终端SoC芯片、Wi-Fi和蓝牙芯片以及汽车电子芯片。在智能机顶盒SoC芯片市场，公司2019年出货量超5000万 颗，超过海思成为国内第一；面向海外市场，公司推出业界领先的12nm制程芯片，获得谷歌认证，具有较 强的市场竞争力。随着超高清换机、AI终端等市场的渗透，公司业绩有望持续增长。富瀚微：公司专注于泛安防领域，拥有IPC芯片、ISP芯片两大产品线组合。公司ISP芯片在泛安防及车载应 用领域处于领先地位，并已经开始从车载后装市场向前装市场切入，车载市场有望为公司提供新的发展引擎。 在IPC芯片领域公司是仅次于海思的第二梯队厂商，具有极强的产品竞争力。瑞芯微：国内SoC芯片领跑者，应用处理器产品覆盖消费电子和智能物联网两大领域，应用场景众多，产品多点开花。凭借行业领先的研发和技术优势，公司不断拓展新兴应用领域，建立优质客户资源包括三星、华 为、海尔等。在快充芯片市场，公司与OPPO达成战略合作协议，随着手机快充成为市场主流趋势，公司未 来发展值得期待。,投资建议,全志科技：国内领先的应用处理器厂商、ARM架构设计龙头，产品覆盖智能终端、智能车载、OTT无线通 信等领域，打造多元化平台。公司已与平头哥达成战略合作，共同布局RISC-V架构生态，随着AIoT技术渗 透以及国产替代进程加速，公司业绩将持续增长。北京君正：公司拥有全球领先的32位嵌入式处理器技术和低功耗技术，产品线主要包括微处理器芯片、智 能视频芯片等，此外公司通过收购北京矽成布局进军存储行业，SRAM全球第二、DRAM全球第7。国科微：国内领先的IC设计企业，产品覆盖广播电视、智能监控、固态存储以及物联网等领域，是国内广播电视系列芯片和智能监控系列芯片的主流供应商之一。风险提示：（1）下游需求不及预期；（2）产品研发不及预期；（3）物联网技术发展不及预期；（4）RISC-V发展不及预期；表 ：重点公司盈利预测（百万元）,资料来源：总市值数据截止时间为2020年10月30日收盘价,目录一、APU市场概述二、APU王者，ARM生态圈剖析三、产业趋势一：物联网时代，APU应用多点开花 四、产业趋势二：5G赋能，APU迎接智能新时代 五、产业趋势三：中美贸易战加速RISC-V生态成熟 六、投资建议与风险提示,晶晨股份 富瀚微 瑞芯微 全志科技 北京君正 国科微,1,APU定义,1.1APU(应用处理器)概述,APU（Application Processor Unit），又名应用处理器芯片，是在低功耗中央处理器的基础上扩展音视 频功能和专用接口的超大规模集成电路，在智能设备在起着运算及调用其他功能构件的作用，集成了中央 处理器、图形处理器、视频编解码器、内存子系统等多个模块。上世纪70年代，Intel研发出第一款处理器芯片CPU并成为市场领导者。随后进入智能移动时代，智能手机、 智能可穿戴等设备开始兴起，CPU逐渐向移动端发展，从注重高算力、高功耗的CISC向低功耗RISC转变， 相应诞生出了APU，主要运用于智能手机、平板、智能手表等领域。ARM作为全球最大的APU IP厂商， 占据了APU市场90%以上的份额。图：处理器分类处理器,服务器领域,PC计算机领域,嵌入式领域,CISC架构,RISC架构,传统CPU,智能移动领域应用处理器APU,物联网嵌入式MCU,目前主要运用 于嵌入式领域,1.1APU(应用处理器)概述,应用处理器芯片,智能移动领域,平板电脑,智能手机,智能物联硬件,智能家居,汽车电子,智慧商显,智能音箱,智能安防,APU应用处理器的主要应用领域是智能移动领域与智能物联领域，包括智能手机、智能平板等。早期的应 用处理器以微缩版形式出现，随着对功耗要求的不断提高以及对小体积芯片的追求，应用处理器芯片逐渐 成为便携式消费电子的首选芯片。有更高图像处理能力的高端APU应用处理器芯片通常被使用在智能物联硬件中，包括汽车电子、智能显示屏等。由于智能物联硬件对图像处理器的要求更高，应用处理器芯片在图像方面的技术也随之快速发展。图：AP应用处理器主要应用场景,APU：应用领域,2,1,全球主要指令集介绍,指令集架构又称架构或处理器架构，可以使用不同的处理器硬件实现方案来设计不同性能的处理器。在不同 内核上，软件无须做任何修改便可以完全运行在任何一款遵循同一指令集架构实现的处理器上。因此指令集 可以当做在处理器底层硬件以及其上软件之间的桥梁和接口。处理器指令集架构一直是以x86与ARM双巨头垄断为格局，2010年后随着RISC-V架构的诞生，指令集架构 市场开始出现三足鼎立的发展势头。其中x86架构主要占据传统PC市场，善于处理大数据；ARM占据移动 市场，善于处理快数据；而RISC-V则依靠自己精简的优势在数据传输领域占据优势。除此之外，其他指令 集架构也占据部分市场如MIPS、Power等。,图：三种主流架构对比,图：三大指令集,1.2 指令集：APU生态底层核心,2,APU：指令集架构,处理器依靠指令来控制系统和完成数据运算，目前主要分为复杂指令集（CISC）及精简指令集（RISC）两种。复杂指令集（Complex Instruction Set Computing）早期计算机部件昂贵、速度慢，为了扩展硬件功能而 不得不将更多更复杂的指令加入操作系统以提高计算机的处理能力，程序的各条指令按顺序串执行，每条指 令中的各个操作也按顺序串执行，主要以Intel、AMD的x86架构为代表。精简指令集（Reduced Instruction Set Computing）随着半导体技术进步，80年代开始逐渐直接通过硬件方式，而非扩充指令来实现复杂功能，指令规模逐渐缩小，指令进一步简化，主要为ARM、MIPS以及RISC-V等架构。表：CISC与RISC对比,C IS C （ 复杂指令集计算机）R IS C （ 精简指令集计算机）,1.指令数量多，长度多变2.指令功能复杂、全面3.各指令使用频率差距大4.不同指令的执行时间差异大,1.指令数量少，长度一般固定2.精简、高效3.各指令均被高频率使用4.大部分的指令都可以在一个时钟周期内完成,存储结构,对CPU内寄存器数量要求少，需较频繁读写内存,对寄存器数量要求较多，大量指令只对CPU内部寄存器进行操作,1.单元电路多，结构复杂2.CPU面积和功耗大，性能强3.稳定性较差，对使用环境要求高,1.单元电路少2.功耗低，升温小，性能相比较弱3.电子元器件稳定性高,控制方式,微程序控制,硬布线控制,系统设计,设计时间和成本高，设计周期长,设计成本低，设计周期短,典型例子,x86架构,ARM、MIPS、RISC-V,终端产品,笔记本、服务器、超级计算机,主要为移动终端，如手机、电玩、PC周边,指令系统,CPU特点,1.2 指令集：APU生态底层核心,处理器,x86,ARM,RISC-V,IntelSunny Cove 微架构,小米 黄山系列,AMDZen2 微架构,指令集架构,微架构,CPU芯片,ARM授权IP,自主研 发架构,ARMCortex系列,十代酷睿,苹果Swift微架构,三代锐龙,麒麟920,苹果A7,高通Krait微架构,骁龙800,玄铁系列,MIPS,龙芯、君正,复杂 指令集,精简 指令集,主流分类,Power,IBM Power系列,1.2 指令集：APU生态底层核心,3,ARM指令集,目前APU处理器主要使用精简指令集（RISC），其中ARM占据了大部分市场。ARM体系架构具有RISC体 系架构的一般特点：指令格式长度固定；使用单周期指令流水线操作执行；使用大量寄存器，数据处理指 令只对寄存器进行操作；只有存储指令访问存储器等，提高指令的执行效率。早期ARM处理器所支持的指令集较简单，低功耗、低成本，适用于移动设备等，因此被广泛的应用于嵌入 式领域。在ARMv7之前，由于性能的局限性只能专注于功耗比较敏感的移动设备，而从ARMv7开始，在 Cortex-A9之后，ARM处理性能得到很大提升，逐渐进入企业设备、服务器等领域，目前最新ARMv8架构 在内存、虚拟化以及安全性方面均有突破。图：ARM架构发展情况图：处理器架构分类,处理器应用 领域,PC计算机领域,嵌入式领域,服务器领域CISC架构,RISC架构,1.2 指令集：APU生态底层核心,ARM指令集,4,架构名称技术特征应用场合处理器案例,单核设计Cortex-A8,从应用领域划分，ARM产品主要分为三个系列：Cortex-A、Cortex-R以及Cortex-M，分别针对应用操 作系统（Application）、实时（Real-Time）和嵌入式（Embedded）。Cortex-A系列，被广泛应用于 移动设备、网络基础设施、家庭和消费设备、车载信息娱乐和自动化系统，以及嵌入式设计等领域； Cortex-R系列具有高可靠性、高安全性等特点，主要应用于医疗及航空航天等领域；Cortex-M系列是为 物联网应用而开发的可扩展、高效率、易于使用的智能嵌入式应用处理器系列，可以帮助开发人员在短 时间内，以较低的成本，通过代码复用，标准安全机制和高效率的开放平台开发出各种满足市场要求的 产品。表 ： ARM架构处理器具体细分,1.2 指令集：APU生态底层核心,5,RISC-V指令集,在精简指令集中，除了ARM，RISC-V架构近年来也逐渐兴起。RISC-V架构是一个基于精简指令集的开 源指令集架构，具备开源、架构简单、易于移植、模块化设计易扩展以及完整工具链等特点。与其他指 令集相比，RISC-V可以自由地用于任何目的，允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片或软件，并且无 需支付任何专利费用。RISC-V最大的特性即在于“精简”，作为新兴架构，没有向后兼容的历史包袱，架构短小精悍，更加适 合现如今越加火热的IoT领域。面对IoT市场对AI芯片的高计算、低延迟性能要求，RISC-V架构的开源可 以有效降低开发成本，让用户自由修改、定制，满足市场“碎片化”需求。主要运用于智能手机、服务 器、存储市场。图：RISC-V发展史,1.2 指令集：APU生态底层核心,6,MIPS指令集,MIPS(Millions of Instructions Per Second) 是一种简洁、优化的RISC 架构， 出身名门由斯坦福Hennessy领导开发。自从1981年由MIPS科技公司开发并授权后，MIPS架构曾经作为最受欢迎的RISC架 构被广泛应用在许多电子产品、网络设备、个人娱乐装置与商业装置上。在嵌入式设备与消费领域占据很大份额，如SONY、Nintendo的游戏机、Cisco的路由器以及SGI的超级计算机等。错失智能手机领域，被ARM后来居上。由于MIPS早起在市场的成功，使得其主要深耕电视、机顶盒以及 游戏机等细分市场。在智能移动市场，由于重视程度不够，迟迟未能发布MIPS版Android，错失手机市场，2012年、2017年相继被迫卖出后，逐渐淡出市场。图：MIPS架构图：使用MIPS架构的游戏机与主机,1.2 指令集：APU生态底层核心,7,Power指令集,Power架构是IBM开发的一种RISC架构指令集。1980年IBM推出了全球第一台基于RISC架构的原型机， 证明RISC相比CISC在高性能领域的明显优势。1994年IBM基于此推出PowerPC604处理器，性能一度处 于世界领先水平。2013年IBM联合NVIDIA等公司成立OpenPower开放联盟，积极推动Power架构体系。IBM的Power架构一直是高性能的代言。基于Power架构的IBM Power服务器系统在可靠性、可用性和可 维护性等方面表现出色，使得IBM从芯片到系统所设计的整机方案有着独有的优势。Power架构的处理器 在超算、银行金融、大型企业的高端服务器等多个方面应用十分成功。IBM至今仍在不断开发新的Power 架构处理器如Power8、Power9等。图：IBM Power8架构图图：不完全统计的OpenPower基金会成员,1.2 指令集：APU生态底层核心,27%,31%,35%,36%,36%,42%,44%,45%,16%,16%,18%,17%,17%,17%,16%,16%,19%,14%,13%,18%,20%,19%,16%,17%,38%,39%,34%,29%,27%,22%,24%,21%,0%,20%,40%,60%,80%,100%,120%,2014,2015,1H16,2017,1Q18,2Q19,2019,1Q20,AppleQualcommIntelOthers,52%,42%,39%,42%,45%,40%,36%,40%,18%,21%,15%,22%,17%,20%,24%,15%,14%,19%,23%,15%,14%,13%,14%,20%,16%,18%,23%,21%,24%,27%,26%,25%,100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%,201420151H16,20171Q18,2Q19,20191Q20,QualcommAppleMediaTekSamsung LSIHiSilliconOthers,智能手机、平板APU市场：高通、华为海思、苹果三强鼎立，其中高通凭借基带芯片方面优势，占据绝 对优势，2020年一季度三家分别占据40%，20%、15%市场份额。而华为海思因受美国制裁等原因，预 计未来APU市场占比将会呈现较大下滑。智能平板领域同样呈现寡头垄断局面，苹果凭借IPad占据绝对 优势，2020年一季度占全球45%市场份额。IoT APU市场：物联网下游应用具有碎片化的特征，产品应用功能多样化，芯片更加注重低功耗，主要涉 及智能家居、智能音箱、智能可穿戴、智能安防等领域。国产厂商在此领域较早布局，凭借国内巨大市场 空间，在全球处于领先水平，如全志科技、瑞芯微、富瀚微等。图：2014-2019年智能手机应用处理器市场份额图：2014-2020全球平板APU市场份额占比,1,智能手机市场巨头垄断，IoT市场百花齐放,1.3 APU市场概况,1794,1576,1943,2026,2043,2139,2212,0,500,1000,1500,2000,2019,2020,2021,2022,2023,2024,2025,34,31,39,43,47,52,56,0,10,20,30,40,50,60,2019,2020,2021,2022,2023,2024,2025,随着PC出货量总体趋于稳定，以Intel、AMD为代表的x86 CPU市场增长放缓。而智能手机和平板电脑等 移动设备进入快速增长期，拉动APU迎来爆发式增长。据IDC数据显示，2019年全球移动APU市场规模 达340亿美金，全球移动端APU出货量接近18亿个，预计2025年全球移动端APU市场规模将会达到560 亿美元，出货量将突破22亿。IoT设备快速增长成为APU主要增长点。物联网、5G等新兴技术的发展积极推动IoT市场需求增长，2019 年全球物联网设备出货量约为83亿台，据IDC预测，物联网的全球市场规模将扩大近两倍，2020年物联 网全球规模将达到约1.7万亿美元。APU作为IoT领域主要处理器芯片，将畅享发展红利，市场前景广阔。图：全球智能移动（手机、平板等）APU市场规模（单位：十亿美元）图：全球智能移动端APU出货量（单位：百万,2500 台）,2,物联网下游放量，APU迎发展契机,1.3 APU市场概况,5G与物联网的发展不断推动应用处理器需求增长。应用处理器领域范围非常广泛，是处理器除了服务器 和PC领域之外的主要应用范围。随着技术发展，目前主要划分为移动手持设备（Mobile Device）、实时（Real Time）嵌入式领域以及深嵌入式领域（Deep Embedded）。移动手持设备主要分为智能手机与手持设备，随着技术发展，移动领域逐渐发展成为规模匹敌甚至超过PC领域的独立市场，其主要被ARM Cortex-A系列处理器架构所垄断。由于手机、平板领域的处理器需要加载Linux操作系统及复杂的软件生态，具有同PC领域相似的软件生态依懒性，因此ARM牢牢占据市场统 治地位，其他处理器架构难以进入。,图：ARM在智能移动等领域市占率,图：ARM物联网领域市占率,3,ARM统治智能移动APU市场,1.3 APU市场概况,4,嵌入式领域，ARM占据较大优势,领域主流架构,服务器（Server）领域桌面个人计算机（PC）领域嵌入式移动手持设备（Mobile）领域 嵌入式实时设备（Real Time）领域 深嵌入式（Deep Embedded）领域,Intel公司x86架构的高性能CPU占垄断地位Intel或者AMD公司x86架构的CPU占垄断地位 ARM Cortex-A架构占垄断地位ARM架构占最大份额，其他RISC架构的嵌入式CPU也有不错的表现ARM架构占最大份额，其他RISC架构的嵌入式CPU也有不错的表现,实时嵌入式领域主要包括工业控制、军事设备以及航空航天等领域，因下游应用对系统的响应时间要求苛刻，因此需要嵌入式实时系统（Embedded Real-time Operation System, RTOS）。在这一领域，ARM凭借IP授权模式的成功，也占据大部分市场份额。深嵌入式领域指传统嵌入式领域包括智能家居等领域，下游需求量巨大，但更加注重低功耗、低成本 以及高能效比，且无需加载如Linux类型的大型应用操作系统，软件大多采用定制裸机程序或者简单ROTS，软件生态依赖性相对较低，因此处理器架构很难形成绝对垄断。目前这一领域仍然以ARM的Cortex-M处理器占据绝大多数市场份额，但RISC-V凭借简单高效的架构，未来有望抢占市场空间。表 ： 处理器的应用领域及主流架构,1.3 APU市场概况,目录一、APU市场概述二、APU王者，ARM生态圈剖析三、产业趋势一：物联网时代，APU应用多点开花 四、产业趋势二：5G赋能，APU迎接智能新时代 五、产业趋势三：中美贸易战加速RISC-V生态成熟 六、投资建议与风险提示,晶晨股份 富瀚微 瑞芯微 全志科技 北京君正 国科微,1794,1576,1943,2026,2043,2139,2212,0,500,1000,1500,2000,2500,2019,2020,2021,2022,2023,2024,2025,1,ARM是智能移动领域的绝对霸主，构筑了城宽池阔的软件生态环境。智能移动领域APU有着高性能、 低能耗的要求。相较于x86，出身RISC的ARM能效比更高，通过授权IP的方式能够有效满足手机厂商 不同的功能需求且费用也更低。此外ARM是市场上唯一能够完全支持Android与iOS系统的APU架构， 在灵活性、能效比、低成本以及生态领域都占据了绝对优势。,至今为止，ARM架构已经应用到全球85%的智能移动设备中，其中有超过95%的智能手机都基于ARM设计。此外，ARM已与高通、谷歌和微软等国际厂商建立合作关系形成强大的生态联盟，已成为智能移动APU的不二选择。图：全球智能移动端APU出货量（百万）图：使用ARM架构企业APU销售额（亿美元）,41,58,83,120,160,210,280,370,470,580,700,820,9008007006005004003002001000,2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030,智能移动领域,2.1 ARM占据APU主要市场份额,2,ARM架构在物联网设备芯片中也占据主导地位。ARM架构芯片聚焦于最佳能效，目前Cortex-M处理器 系列已在物联网市场有广泛应用，可给物联网场景提供良好支撑，下游APU产品甚至将按照M0、M3以 及M4等ARM内核种类来划分。伴随边缘计算的发展，万物互联向万物智联的转变，IoT设备性能要求也 不断提高，如智能音箱、智能家居等均开始支持AI语音及人脸识别功能，国产厂商龙头如全志科技、瑞 芯微等均采用了ARM架构的APU。,图：ARM Cortex广泛应用于物联网终端,图：ARM微架构系列,物联网应用领域,2.1 ARM占据APU主要市场份额,1,ARM与APU厂商互惠互利，ARM能够为APU厂商提供IP。作为全球最具影响力的处理器IP厂商，ARM通过其 独特的授权模式，吸引了众多APU生产厂商如手机APU厂商苹果、高通，国内物联网应用APU龙头全志科技、 晶晨股份等。通过与ARM合作，APU厂商能够直接使用ARM架构或内核，并且在SoC开发阶段得到借鉴与指 导，降低芯片研发门槛与成本，同时减少芯片设计时间。APU厂商帮助ARM完善其生态体系。ARM本身不生产芯片，其生态体系建设大多依靠下游芯片厂商完成。APU厂商通过其产品不断渗透，建立软件生态，提高市场对ARM的黏性，从而绑定某一应用领域。如苹果新款MAC将使用ARM架构，会助力其PC生态体系建设；华为ARM架构服务器助力ARM完善服务器生态；物联 网领域，随着国产厂商的发展渗透，国产龙头如全志、晶晨有望助力ARM在未来完善IoT应用领域生态建设。图：全志推出ARM AI语音专用芯片助力生态建设图：苹果将推出ARM架构MAC,ARM与芯片厂商互惠互利,2.2 ARM生态产业链,2.2 ARM生态产业链,（2）内核授权,ARM,芯片厂商,（1）指令集授权,（3）芯片使用授权,苹果MAC等,华为鲲鹏等,苹果A14、 华为麒麟9000,国产厂商代表 全志科技瑞芯微,全志科技 富瀚微 瑞芯微 北京君正 晶晨股份,芯片授权费,ARM为厂商提供IP授权、厂商 基于ARM研发APU芯片,厂商通过直接出售芯片或出售 含有经过自身二次开发的ARM 架构芯片产品两种方式来盈利,使用ARM架构芯片的各类 终端市场,二次开发后，直接售卖APU芯片 给终端设备厂商，如高通。,将芯片运用到自身产品中，售卖 使用ARM架构芯片产品，如华 为、苹果。,芯片设计、制造,芯片出售,芯片版权费,0,5,10,15,20,25,ARM(Advanced RISC Machines)是一家诞生于英国的处理器设计与软件公司，总部位于英国剑桥，最早由Arcon、Apple和VLSI合资成立，主要出售芯片设计技术的授权。目前，ARM架构处理器已在高性能、低功 耗、低成本的嵌入式应用领域占据领先地位。自2000年以来，全球算力结构发生巨大变化，2020年ARM总算力输出已达到全球82%，成为世界最大算力架构。ARM是全球最大的IP厂商，未来10年ARM将会重写x86辉煌。2019年基于ARM授权的芯片出货量达228亿颗， 全球采用ARM授权IP开发的芯片出货量总计超1800亿颗。在智能手机市场，ARM占据绝对优势，与Android 联合形成软硬件生态体系，占全球智能手机市场90%以上份额。除此之外，ARM积极布局IoT、PC及服务器 领域，苹果日前于WWDC20会议上宣布将MAC产品线向ARM平台迁移，预计两年时间完成。,图：全球ARM架构芯片累计出货量,2.3 ARM主导APU行业生态,时间,事件,RISC Machine,1978年1990年1993年1997年1998年2004年2008年2011年2013年2015年2016年2018年,ARM前身Acorn RISC Machine在英国剑桥成立Acorn、Apple和VLSI共同出资建造了ARM，公司正式更名为正式更名为Advanced Cirrus Logic和德州仪器公司先后加入ARM，当年ARM7问世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ARM分别在英国伦敦证交所和美国纳斯达克上市Cortex系列处理器诞生，分别以A、R、M三类面向不同的市场ARM芯片的出货量正式突破100亿片ARM退出来旗下首款64位架构的ARMv8，将高性能与节能相结合ARM收购光引擎技术公司Geomerics，扩大在图形技术行业的领先地位推出基于ARMv8架构的面向企业级市场的全新平台标准，并开始在物联网领域发展 软银以243亿英镑的价格收购ARM，ARM成为软银子公司ARM正式进入中国市场，成立ARM中国,表 ： A R M 发展历程,ARM概述：处理器架构新王者,1,22.8Bn,ARM的成功一方面来自于处理器自身的优良性能，具有体积小、低功耗等特点，另一方面也得益于其独特 的公司运作模式。最初由于在处理器市场的劣势地位，ARM仅出售自身的知识产权（IP内核）给各大芯片 公司。目前全世界有几十家大型半导体公司都使用ARM公司的授权，从ARM公司购买其设计的ARM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处理器芯片进入市场。,2,ARM授权模式,ARM IP授权费用主要包括两部分：芯片公司每设计一款芯片都需要支付一笔前期授权费（Upfront LicenseFee）；之后芯片大规模生产销售后，则每卖出一片芯片均需要按其售价向ARM公司支付一定比例版税（Royalty Fee），由于ARM架构现已占据绝大多数的市场份额，形成完整软件生态环境，在移动和嵌入式 领域的芯片厂商，购买ARM处理器IP成为其首选。图：ARM授权模式示意图,2.3 ARM主导APU行业生态,ARM公司的授权方式主要有三种，按照自主程度以及费用越来越高分别为使用层级授权、内核架构授权以 及指令集架构授权。使用授权、内核授权：中小型公司大多购买使用层级或者内核架构授权，授权费用相 对较低，甚至ARM对Cortex-M3和M0还免除前期授权费，以鼓励更多小公司购买；,3,指令集架构授权：ARM架构授权价格极其昂贵（高达千万美元量级），远远高于直接购买“ARM IP”所 需的前期授权费，同时深度定制自研处理器需要解决极高的技术难度与投入高昂的研发成本。只有实力最 为雄厚的芯片公司才具备购买能力，目前仅有“苹果”“高通”“华为”等巨头。凭借独特授权模式，ARM已与众多合作伙伴一起构建出了强大的ARM阵营。图：三种主流架构对比,2.3 ARM主导APU行业生态,三类授权模式简介,独特商业模式使得ARM强者恒强。ARM从未自己生产商用芯片，只将处理器源代码的知识产权（IP） 授权给合作商，也正是因为这一独特的商业模式，使得ARM能够借鉴Intel的经验，构建出自身的软硬 件生态平台。从Nokia Symbian系统的ARM7TDMI，到MTK山寨机的ARM9，再到iPhone4的Cortex A8， 最终到现在统治苹果及Android手机市场的Cortex A系列，无论合作厂商成功与否，ARM始终是移动处 理器领域的霸主，相较于x86，ARM授权模式所建立的生态体系甚至更加全面。,积极布局物联网领域，抢先构建生态体系。2013年ARM收购芬兰物联网软件公司Sensinode，并积极 推广NanoStack等产品，目标将从硬件到软件完整的覆盖整个物联网领域。目前ARM的Cortex-A和 Cortex-M已分别成为移动与物联网领域的王者。,4,图：ARM内核性能图,表 ： ARM架构发展历史,2.3 ARM主导APU行业生态,独特授权模式构建ARM生态,5,Cortex-A是一组用于高性能低功耗应用处理器领域的32位和64位RISC处理器系列，其中Cortex-A9作为 首款支持ARMv7-A架构的多核处理器，成为当时智能手机市场标配。Cortex-A系列性能强大且更新迭代速 度快，年均一款新品的频率使其竞品还未推出便已过时，导致众多巨头纷纷放弃自研处理器业务。目前已 有超过95%的智能手机搭配ARM架构，强大的生态护城河使得其他架构处理器基本失去进入手机市场可能。Cortex-M是一组用于低功耗微处理器领域的32位RISC处理器系列，包括Cortex-M0、M7及M33等。其中M3是Cortex产品中应用最广泛的一款，体积小可广泛应用于各类嵌入式智能设备。Cortex-M3与 Cortex-M0的合计出货量己经超过200亿片，据称每 30 分钟的出货量就可以达到 25 万片，至今全球已有超过60家 公司获得Cortex-M授权，中国大陆厂商近10家。表 ： A R M C o rte x -M 系列各处理器发布时间和特点,2.3 ARM主导APU行业生态,ARM主流内核架构,1,复刻Wintel，构建完善生态体系,操作系统,ODM终端企业CPU芯片,应用程序,复刻Intel成功秘笈，构建嵌入式软硬件护城河。上世纪Intel在PC及服务器处理器市场大杀四方，取得 统治性的地位，除自身高超的CPU设计水平与工艺制造水平外，还要归功于与微软构建“Wintel”联盟 从而形成软硬件生态平台。在健全的CPU生态体系中，配套企业将适应关键软硬件的开发进度进行技术研发与适配：Intel的CPU 芯片革新拉动微软为X86芯片适配新一批的Windows系统以及应用程序等软件，而新的操作系统发布有 又将进一步带动PC需求，从而刺激更高技术CPU的研发与需求。软硬件相互协同，使得Wintel联盟垄 断桌面端长达20多年。不难看出，一款处理器能否成功不光取决于其性能，是否有软件生态支持以及ISA根基是关键。图：Wintel联盟软硬件构成图：个人PC操作系统市场份额,2.4 ARM生态圈：完善生态体系降低客户设计成本,软件联盟,IBM PC支持,2,同Intel与微软建立PC端软硬件生态系统类似，ARM在智能移动市场也建立了自己的生态体系。通过大量 的架构授权，ARM打通了客户间的软件生态体系。1993年ARM获得德州仪器订单从而进入诺基亚手机芯 片给ARM带来绝佳发展机遇，此次ARM获得极大成功并证明了其在手机市场极高的适用性，吸引了数百家 客户。在同时期Intel相继拒绝高通、苹果的合作邀请，MIPS还在专攻高清盒子、路由器等市场时，ARM 已在手机市场得到诺基亚以及苹果等公司支持，随着移动手机的井喷式爆发，ARM也进入高速发展轨道。苹果作为ARM早期股东之一，其产品一直使用ARM架构，随着iPhone开启智能手机时代，App Store的 崛起也让全球移动应用彻底绑定ARM架构，伴随Android也开始支持ARM，ARM智能移动霸主地位彻底 确立，其建立的ARM生态体系也让其他处理器架构难以进入智能移动市场。图：Wintel联盟图：“AA”联盟,