海光信息研究报告国产高端处理器希望之光

(报告出品方/作者:东北证券,黄净,李玖)

1.海光信息:自主先进微处理器产业的引领者

1.1.海光信息:国产高端处理器领军企业

海光信息,国产高端处理器希望之光。公司成立于年,主要从事高端处理器等计算芯片产品和系统的研究、开发。经过多年努力,公司先后设计并量产了多款兼容x86生态、性能达到国际同类型主流水平的高端处理器产品,能为云计算、大数据分析、分布式云存储等场景提供强劲计算能力。公司致力于成为中国最重要的计算机芯片设计企业,为中国信息产业的强盛提供核心计算引擎。年6月21日,公司上市申请获证监会批复,并于年8月3日进行申购,本次发行价格为36.00元/股。

公司集中科院和地方国资等各方优势,致力于成为中立的芯片公司。据公司招股说明书,公司暂无控股股东和实际控制人。年以来,公司前两大股东分别为中科曙光和成都国资(含成都产投有限、成都高投有限及成都集萃有限,系一致行动人),截至年7月26日,二者持股比例分别为32.10%和19.53%。公司共有4家参控股公司,分别为海光集成、海光微电子、海光杭州和致象尔微,直接持股比例分别为70%、49%、%和1.14%。

公司主要产品包括海光通用处理器(CPU)和海光协处理器(DCU)。公司通过与AMD合作,获得了x86处理器设计核心技术,并于年启动海光一号产品设计,正式进入x86处理器设计领域。秉承“销售一代、验证一代、研发一代”的产品研发策略,公司建立了完善的高端处理器的研发环节和流程,技术不断突破,CPU系列产品性能逐代提升。公司借助在CPU领域的深厚积累,于年10月切入DCU产品研发,形成了以CPU和DCU双系列为主的高端处理器产品布局。

海光CPU片上架构复杂,能够应用在多个场景。根据海光CPU不同的产品规格定义,需要在一块基板上封装1-4颗裸片,而裸片的内部结构非常复杂,不仅包括处理器核心、片上网络、各类接口控制器等硬件电路,还集成了复杂的程序代码(“微码系统”)。基于公司前沿技术,海光CPU系列产品可兼容国际主流x86处理器架构和技术路线,具有先进的工艺制程、优异的系统架构、丰富的软硬件生态等优势,广泛应用于服务器、工作站的应用场景,覆盖电信、金融、互联网、教育、交通等领域。

海光CPU现已形成了多系列多代际产品矩阵。随着技术不断升级,海光CPU产品不断迭代,产品系列不断扩充。从应用场景来看,海光CPU产品可规划为、和系列,分别应用于面向数据中心、云计算等复杂领域的高端服务器、面向政务、企业、教育领域的中低端服务器、和面向入门级计算领域的工作站和边缘计算服务器。从代际看,海光CPU产品可分为海光一号、二号、三号、四号等。截止年末,海光一号和海光二号已实现商业化应用,海光三号已完成实验室验证,于年6月正式发布量产,海光四号正处于研发阶段。

海光产品的命名采用数字和字母的混合形式。从产品类别来看,C86指CPU系列产品,C87指DCU系列产品;从产品型号来看,档位符7、5、3、8分别指代高端、中端、低端处理器和协处理器,代际符1、2、3分别指代一代、二代、三代产品,例如,海光一号是第一代CPU产品,具体型号包括31xx、51xx和71xx系列;而第二代CPU产品海光二号产品型号包括32xx、52xx和72xx系列。

海光DCU兼容“类CUDA”环境。海光DCU属于GPGPU的一种,可以全面兼容ROCm(“类CUDA”)GPU计算生态,能较好地适配、适应国际主流商业计算软件和人工智能软件,广泛应用于大数据处理、AI、商业计算等计算密集类应用领域,为应用程序提供高性能、高能效比的算力,支撑高复杂度和高吞吐量的数据处理任务。从产品结构来看,海光DCU的构成与CPU类似,结构逻辑较CPU简单,但计算单元数量较多。从产品种类来看,海光DCU产品规划为海光系列,目前该系列产品深算一号已实现商用,深算二号处于研发阶段。

1.2.财务分析:营收快速增长,开启业绩收获期

公司营收持续高增长。年以前,公司专注技术和产品研发,营收规模体量较小,年以来,随着海光一号、二号及深算一号的规模量产,公司营业收入快速增长,年公司实现营业收入23.10亿元,同比增长.07%,-年CAGR高达.40%。年上半年公司已实现营业收入25.30亿元,已超过年全年收入水平,随着未来海光三号的规模出货,公司营收有望保持稳健增长。

海光CPU系列贡献超六成营收,代际更换助力营收加速。从产品线看,-年,系列CPU产品贡献营收大头(年占比65%),并且保持高速增长,从年的3.25亿元增长至年的15.02亿元。系列、系列产品营收亦逐年增长,年分别为1.92亿元和3.78亿元。年,公司DCU产品(8系列)首次实现销售,实现收入2.39亿元,占公司营业收入10.3%。从代际看,年海光二号实现量产,在收入上与海光一号平分秋色;年海光二号成为公司收入主要抓手,当年实现收入17.80亿元,占比高达77.06%。

销量快速释放,弥补各代际单价逐年下降。从产品销量来看,系列和系列贡献主要销量,代际转换后海光二号快速放量,取代海光一号份额,总体销量呈现快速上升趋势。从产品单价来看,海光二号相比海光一号价格上涨明显,各子系列单价随着推出时间逐年递减。受益于公司产品的快速放量,总体营收迅速增长。

归母净利润扭亏为盈,开启业绩收获期。-年,公司归母净利润均为负值,主要因为公司尚处于初创期至快速发展期,研发投入高而营收规模相对较小,此外公司对骨干员工实施了多次股权激励也产生了较大股份支付支出。年公司归母净利润扭亏为盈,实现3.27亿元;年上半年公司归母净利润已超上年水平,达到4.76亿元。从盈利能力来看,公司净利率逐年上行,年达到18.94%,年上半年持续探寻净利率上行空间,实现27.04%。

规模效应抬升毛利率水平,控费能力持续增强。公司主营业务成本包括直接成本(直接材料采购费、封装测试费)和间接成本(自研无形资产摊销、知识产权费和其他制造费用)。年公司直接成本占主营业务成本64.19%(直接材料36.21%、封装测试费27.97%),间接成本占主营业务成本35.81%(自研无形资产摊销25.30%、知识产权费10.05%、其他制造费用0.46%)。

随着公司业务规模的增长,自研无形资产摊销金额占营业收入的比例持续下降,-年分别为32.86%、17.18%和11.14%。规模效应下综合及各业务毛利率相应提升,年公司综合毛利率达到55.95%,较上年提高6.04个百分点。公司控费能力持续增强,期间费用率逐年下降,从年的74.23%下降至年的37.88%,主要系公司销售规模大幅增加,各项费用增速低于营收增速所致。规模效应下,我们预计公司毛利率和期间费用率的有望进一步优化,将持续探寻盈利上行空间。

2.行业:CPU、GPGPU市场长坡厚雪

2.1.CPU:下游稳健增长,我国CPU市场空间广阔

2.1.1.CPU:计算机的核心组成部件,下游应用广泛

CPU是计算机的核心组成部件。CPU指中央处理器(CentralProcessingUnit),是计算机的运算和控制核心,是信息处理、程序运行的最终执行单元,是计算机的核心组成部件。CPU的本质是超大规模集成电路,用于解释计算机指令和处理计算机软件中的数据,负责控制、调配计算机的所有软硬件资源。按照采用的指令集,CPU可分为CISC(复杂指令集)和RISC(精简指令集)两大类,两种架构的特点各有不同,其中,x86架构是CISC的代表,ARM、MIPS、Alpha等是RISC的代表。

CPU的生产包括设计、制造、封测三个环节。作为最典型的集成电路产品之一,CPU的产业链结构与集成电路一致,其生产包括设计、制造、封测三个环节。其中,设计是指将系统、功能与性能的具体要求转化为物理版图;制造环节是指在准备好的晶圆材料上按照物理版图构建完整电路的过程;而封装测试是对合格晶圆进行切割、焊接、封装,使芯片电路与外部器件实现连接,并对封装完毕的芯片进行功能和性能测试。

CPU可应用在服务器、工作站、PC、移动终端和嵌入式设备等设备上。针对不同的设备类型,CPU的架构、功能、性能、可靠性、能效比等技术指标存在一定差异。海光CPU主要应用于服务器、工作站等计算、存储设备,其中,服务器的CPU芯片在性能、可靠性、可扩展性和可维护性等方面要求较为苛刻,是数据处理能力最强、设计工艺最复杂、可靠性最高的处理器,应用于各大行业的关键场景;而工作站是一种高端微型计算机,主要为单用户提供比个人计算机更强大的性能,主要应用在科学和工程计算、软件开发、计算机辅助设计等场景。

2.1.2.空间:服务器市场稳健增长,我国x86CPU市场空间广阔

全球服务器市场稳健增长。过去十多年,全球服务器市场总体保持了稳健的增长。据IDC数据,年全球服务器出货量为.9万台,销售额.2亿美元,同比分别增长3.26%和4.37%。未来仍将保持上升态势。无论在金额还是数量上,x86架构均占据服务器主要市场份额。由于x86处理器起步较早,生态环境较其他处理器具有明显优势,因此,应用x86处理器的服务器在市场上占据绝对大头。据IDC数据,-年,x86架构服务器销售额占比均值约为91%,出货量占比超过97%。

我国x86服务器市场规模增速高于全球水平,预计-年CAGR达到8.8%。据IDC数据,年,全球x86服务器市场销售额为.5亿美元,同比增长3.31%;销售量为.2万台,同比增长1.82%。同年,中国x86服务器市场规模为.7亿美元,同比增长16.5%;出货量为.9万台,同比增长8.1%。我国x86服务器市场规模及出货量增速显著高于全球。未来随着下游需求回暖以及国家将加快5G、工业互联网、大数据中心、人工智能等新型基础建设进度,预计我国x86服务器出货量将以8.8%的复合增速持续增长,到年达到.2万台。

我国x86服务器CPU市场空间广阔,预计年出货量将达千万颗。据IDC数据,我国x86服务器主要以双路服务器为主,-年,双路服务器占比保持在80%以上。根据年我国x86服务器出货量和路数分布情况进行推算,预计当年我国x86CPU芯片出货量为.1万颗。假设-年路数分布情况与年保持一致,结合IDC对于我国x86服务器的规模预测,预计年我国x86服务器的CPU出货量可达.2万颗,-年复合增长率达8.8%。

2.1.3.格局:海外巨头形成垄断,国内厂商持续蓄力

海外x86CPU市场双雄争霸。对于x86架构,英特尔、AMD双巨头垄断全球市场。其中,英特尔依靠其强大的x86生态体系,在通用CPU市场占据领先地位,市场份额常年保持在80%左右。AMD自年发布Zen系列CPU,市占率不断提升,追赶势头明显。据MercuryResearch,Q4,英特尔、AMD在全球x86CPU的市占率分别达到74.4%和25.6%,二者在服务器领域的市占率分别达89.3%和10.7%。

我国国产CPU形成了“四种技术路径、六大主要厂商”的市场格局。CPU作为芯片乃至信息产业最重要的核心部件,是我国长期扶持和发展的重点。目前,我国国产CPU逐渐形成了“四种技术路径、六大主要厂商”的市场格局,包括采用ARM架构的鲲鹏和飞腾,x86架构的海光和兆芯,Alpha架构的申威以及LoongArch/MIPS架构的龙芯。目前,国产六大CPU厂商绝大多数采用与国外合作的方式,包括购买指令集授权、技术合作等。

政策利好,国内CPU厂商有望受益。在科技领域竞争加剧的大背景下,我国政府对国产CPU的支持力度逐步加大,年8月,国务院发布《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》,指出中国芯片自给率要在年达到70%,为国内CPU厂商创造新机。随着国产CPU性能的不断提高和软件生态的不断完善,基于国产CPU的信息产品已经得到批量复用,随着未来信息化的加速,国产CPU的需求将持续增加,国内CPU厂商有望受益。

2.2.GPGPU:HPC、AI融合发展造就高成长市场

2.2.1.GPGPU:面向通用计算的GPU

GPU可分化为传统GPU和GPGPU两个分支。GPU(GraphicsProcessingUnit,图形处理器),又称显示核心、视觉处理器、显示芯片,是一种专门在PC、工作站、游戏机和一些移动设备上做图像和图形相关运算工作的微处理器。GPU的设计初衷是提升计算机对图像、视频等数据的处理性能。随着GPU在并行计算性能优势的显现和并行计算应用范围的拓展,GPU逐渐分化成两条分支:1)传统GPU:延续用于图形图像处理的用途,内置视频编解码、2D、3D加速引擎及图像渲染等专用运算模块;2)GPGPU(General-Purpose


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