SOC芯片研究框架

1 . Equity – Asia Research SOC芯片研究框架 Research Framework Of SOC field 郑宏达 Nathan Zheng, hongda.zheng@htisec.com 华晋书 Jinshu Hua, js.hua@htisec.com 2022年9月9日 本研究报告由海通国际分销，海通国际是由海通国际研究有限公司，海通证券印度私人有限公司，海通国际株式会社和海通国际证券集团其他各成员单位的证券 研究团队所组成的全球品牌，海通国际证券集团各成员分别在其许可的司法管辖区内从事证券活动。关于海通国际的分析师证明，重要披露声明和免责声明，请 1 参阅附录。(Please see appendix for Englishtranslation of the disclaimer) 

2 . 框架总览 高端SoC AIoT SoC/AP ARVR 下 游 安防 服务器 智能 市 汽车 560亿 次高端SoC 场 手机 增 美元 速 平板 电子 笔电 2025年 下游市场规模 314亿 美元 专用型SoC 2019年 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：wind，HTI 2 2 

3 . SOC芯片研究框架 1. SoC概 况 3. 成 长驱动力 1.1 SoC简 介 3.1 前 述：AI 1.2 SoC发 展历程及未来发展趋势 3.2 汽 车 1.3 SoC市 场概况 3.3 智 能手机 3.4 平 板与笔记本电脑 3.5 服 务器 2. SoC产 业链 3.6 AIoT 2.1 SoC产 业链概况 3.7 安 防 2.2 产 业链上游情况 3.8 AR/VR 2.3 产 业链中游情况 2.4 产 业链下游及终端应用 4. 总 结 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 3 

4 .1.1 SoC简介：SoC在一块芯片上集成整个信息处理系统  片 上系统SoC（System on Chip） ，即在一块芯片上集成一整个信息处理系统，简单来说 SoC 芯片是在中央处理器CPU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，是智能设备的“大脑”。  应 用处理器AP（Application Processor） 是SoC中包含CPU在内的所有计算芯片的集成物。智能手机SoC通常包含AP和基带 处理器BP等，AP负责应用程序的运行，BP负责收发无线信号。有时将AP和SoC混用。  随着半导体工艺的发展，传统MCU已经不能完全满足智能终端的需求，SoC应运而生，凭借其性能强、功耗低、灵活度 高的特点，使单芯片能够完成完整的电子系统。 SoC在移动计算（例如智能手机和平板电脑）和边缘计算市场中非常普 遍。它们也常用于嵌入式系统，如WiFi路由器和物联网。  当前 SoC已成为功能最丰富的硬件，集成了 CPU、GPU、RAM、ADC、DAC、Modem、高速 DSP 等各个功能模块，部分 SoC还集成了电源管理模块、各种外部设备的控制模块，同时还需要考虑各总线的分布利用等。 SoC类型 1 围绕微控制器(MCU)构建的 SoC 2 围绕微处理器(MPU)构建的SoC，常见于手机中 3 针对特定应用构建的SoC 可编程SoC (PSoC)，其中大多数功能是固定的，但某些功 4 能可以以类似于现场可编程门阵列的方式重新编程 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：HTI 4 

5 .1.1 SoC简介：IP核是构成SoC的基本单元  IP 核 （Intellectual Property Core） ，即知识产权核，在集成电路设计行业中指已验证、可重复利用、具有某种确定功 能的芯片设计模块。SoC是以IP模块为基础的设计技术，IP是SoC应用的基础。  IP 核可以划分为CPU、GPU、DSP、VPU、总线、接口等6个类别，也可按软核、固核、硬核分类。 IP核 分类 类别 主要功能 CPU 中央处理单元，基于该 CPU 运行系统软件/应用软件，配合芯片 用硬件描述语 内部的其他硬件模块，实现产品的各种功能。 言描述的可综 灵活性好， 软核 GPU 图形处理单元，基于该 GPU 实现可运行于各种游戏、图形 UI界面 合电路功能模 集成时间少 的渲染和特效、高性能计算等。 块 DSP 用于运行运算量较大的算法软件或应用软件，比如视频编解码、 图形图像处理、视觉影像处理、语音处理等。 基于特定工艺 灵活性介于 VPU 视频/图像编码、解码单元，用硬件加速引擎分别实现视频/图像 固核 库综合的网表 两者之间 数据的编码、压缩和终端产品上各种格式视频的解码、播放。 总线 用于 SoC 芯片内部主设备和从设备之间的数据访问和互联互通， 高性能的实现各种主设备同时访问多个从设备。 依赖特定工 基于特定工艺 接口 实现 SoC 芯片和其他芯片或外设的连接，用于 SoC 芯片外接存储 艺，性能较 硬核 的版图库生成 器、摄像头、各种显示屏（包括电视）、USB设备等或用于实现 好，灵活性 的物理版图 各种高速数据传输。 较差 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：瑞芯微招股说明书，HTI 5 

6 .1.1 SoC简介：IP核授权技术的诞生和发展为SoC奠定了基础  SoC的概念和设计技术始于20世纪90年代中期。早期芯片设计难度较低，半导体公司多为集设计、制造、封测为一体的 IDM厂商。随着半导体产业和工艺的进步，往后芯片随着摩尔定律不断更新迭代，晶片设计和制造的成本和难度均大幅 上升，单一厂商难以承担高额研发及制造费用。20世纪80年代，台积电的成立不断引导半导体产业朝“Fabless（设计） +Foundry（制造）+OSAT（封测）”分工方向发展。  1990年 IP龙 头 Arm诞生，开创了IP核授权模式。Arm负责芯片 半导体产业两种运作模式 架构设计，并将IP核授权给Fabless厂商。随着超大规模集成 Fabless 电路的发展，集成电路（IC）逐渐向集成系统（IS）转变，IC IDM 设计厂商趋向于将复杂功能集成到单硅片上，SoC的概念逐 渐形成。例如，三星等厂商根据产品需求将基于ARM架构的 Foundry CPU处理器和各类外围IP组合得到包含许多组件的SoC，根据 不同应用需求，内部组件封装不尽相同。1994 年Motorola发 布的Flex Core系统和1995年LSILogic公司为Sony公司设计的 SoC, 是基于IP核完成SoC设计的最早报导。 OSAT For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：HTI 6 

7 .1.1 SoC简介：IP核复用技术利于IC设计行业发展  一般来说，一个SoC芯片由设计厂商自主设计的电路和多个外购IP核组成。IP核复用即向IP厂商购买已有的IP核，并进行 布局、连接、检查和验证。  IP核授权模式能够在SoC中调用已设计好的具有独立功能的模块，一方面能够简化设计流程、加快了设计速度，降低设 计难度，另一方面符合半导体分工发展的模式，使IC设计公司能摆脱IDM模式的束缚和壁垒，专注芯片设计，从而带动 IC设计行业的发展。 IP复 用类似于“拼图” For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：芯论语，HTI 7 

8 .1.1 SoC简介：SoC结构  典型的SoC包括以下部分： 基 于ARM的SoC • 一个或多个处理器内核，可以是MCU、MPU、数字信号处理器或专用指 令集处理器内核; • 存储器：可以是RAM、ROM、EEPROM或闪存; • 用于提供时间脉冲信号的振荡器和锁相环电路; • 由计数器和计时器、电源电路组成的外设; • 不同标准的连线接口，如USB、火线、以太网、通用异步收发; • 用于在数字信号和模拟信号之间转换的ADC/DAC; • 电压调理电路及稳压器。  在外设内部，各组件通过芯片上的互联总线相互连接。ARM公司推出的 AMBA片上总线主要包括高性能系统总线AHB、通用系统总线ASB、外围互 联总线APB、可拓展接口AXI。AHB主要针对高效率、高频宽及快速系统模 块；ASB可用于某些高速且不必要使用AHB 总线的场合作为系统总线；APB 主要用于低速、低功率的外围，AXI在AMBA3.0协议中增加，可以用于ARM 和FPGA的高速数据交互。 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：维基百科，HTI 8 

9 .1.1 SoC简介：SoC vs. MCU  MCU(Micro Control Unit)微控制器，芯片级的芯片。MCU将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成 在一片芯片上，只提供最少的内存、接口、处理能力等，专注于小型嵌入式控制系统或控制应用程序。  SoC是系统级的芯片，可能包含许多MCU，适用于具有更多要求和更复杂的应用程序。SoC是一个完整的单芯片计算机 系统，能够执行具有更高资源需求的复杂任务。 MCU SoC MCU芯 片示意图 包含具有较少特定外设的芯片 包含具有更多特定外设的芯片 CPU ROM RAM 适用于复杂性较低的小型控制应用 用于具有更多要求和更复杂的应用程序 成本较低 成本较高 计时器 串行接口 I/O 集成度较低 集成功能丰富 …… 没有操作系统 可以基于 MPU 或 MCU SoC芯 片示意图 功耗低 功耗取决于应用 内存通常以KB 或更少为单位，有时为 MB 内存通常从MB 到 GB 不等 CPU GPU 典型的外部存储从 KB 到 MB 不等，包括 典型的外部存储从 MB 到 TB 不等，包括闪 Flash、EEPROM 存、SSD、HDD DSP ASIC 4位、8位、16位、32位 16 位、32 位、64 位 ROM RAM I/O 时钟频率：通常工作频率在1MHz~200 MHz， 时钟频率：高端、次高端SoC通常在1.5GHz 典型的8位通常以8 MHz运行，而32位微控制 计时器 串行接口 …… 以上，专用型SoC通常为数百MHz 器的时钟频率可达数百MHz For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：Geeksforgeeks，HTI 9 

10 .1.1 SoC简介：指令集  指令集是CPU的一种设计模式，分为精简指令集RISC和复杂指令 CPU指令结构 授权主体 授权厂商 应用领域 集CISC两种。其中，ARM、MIPS、Power、Alpha等均是基于RISC 高通、三星、 架构，X86则是基于CISC的架构。 嵌入式、 ARM（被 苹果、AMD、 ARM 桌面、服  X86架构占据了服务器和桌面领域的垄断地位，ARM架构占据了 软银收购） TI、飞腾、华 务器 嵌入式领域的绝大部分市场，而MIPS、Power、RISC-V等也在相 为、华芯通 关特殊领域占有一定的市场份额。 MIPS（被 服务器、 MIPS 龙芯、君正 收购） 桌面  SoC处 理器内核通常都使用ARM、RISC-V指令集架构，因为在嵌 RISC Power PC IBM 浪潮 服务器 入式和移动计算市场中面积和功率通常受严格限制。 主流指令结构 优势 劣势 Microsemi、晶 IoT、智能 RISC-V 无 心科技、平头 X86 • 高性能 • 高功耗 手机 哥、华米 • 桌面市场规模大 • 不对外授权 服务器、 ARM • 低功耗、小体积、高性 • 单核性能弱于X86 Alpha DEC 申威 能 • 高额授权费及版税 桌面 • 指令执行速度快 Xtensa Cadence Tensilica 嵌入式 • 研发成本低、研发速快 Intel、 嵌入式、 RISC-V • 开源，无授权费 • 开发生态、支持和 CISC X86 兆芯、海光 服务器、 • 功耗更低，体积更小， 工具弱 AMD 桌面 开发周期更短 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：维基百科， HTI 10 

11 .1.1 SoC简介：ARM指令结构已发展到第九代  ARM开发了ARM架构并授权其他公司使用并自主开发SoC，当前ARM架构在移动端核心CPU占据绝对主导份额。从1985 年ARMv1架构诞生起到2021年，ARM架构已发展到第九代。2021年正式推出的ARMv9指令集，在兼容ARMv8的基础上 进一步提升处理器性能、安全性、矢量计算、机器学习和数字信号处理。基于ARMv9发开的处理器将在2022年正式商 用，可能应用于下一代骁龙等SoC。 架构 内核微架构 ARMv1 ARM1 ARMv2 ARM2, ARM250, ARM3 ARMv3 ARM6、ARM7 ARMv4 ARM8、ARM7TDMI, ARM9TDMI, SecurCore SC100 ARMv5 ARM7EJ、ARM9E、ARM10E ARMv6 ARM11、ARM Cortex-M0, ARM Cortex-M0+, ARM Cortex-M1, SecurCore SC000 ARMv7 ARM Cortex-M3, SecurCore SC300,ARM Cortex-M4, ARM Cortex-M7, ARM Cortex-R4, ARM Cortex-R5, ARM Cortex-R7, ARM Cortex-R8, ARM Cortex-A5, ARM Cortex-A7, ARM Cortex-A8, ARM Cortex-A9, ARM Cortex-A12, ARM Cortex-A15, ARM Cortex-A17… ARMv8 ARM Cortex-M23,ARM Cortex-M33, ARM Cortex-M35P, ARM Cortex-M55, ARM Cortex-R52, ARM Cortex-R82, ARM Cortex-A32, ARM Cortex-A35,ARM Cortex-A53, ARM Cortex-A57,ARM Cortex-A72, ARM Cortex-A73, ARM Cortex-A34, ARM Cortex-A55, ARM Cortex-A75, ARM Cortex-A76,ARM Cortex-A77, ARM Cortex-A78, ARM Cortex-X1, ARM Neoverse N1, ARM Cortex-A65, ARM Neoverse E1… ARMv9 Cortex-X2、Cortex-A710、Cortex-A510… For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：维基百科，HTI 11 

12 .1.1 SoC简介：ARM Cortex系列针对不同应用领域  ARMv7架构开始，ARM改以Cortex命名，并分为“应用”配置Cortex-A Cortex系 列应用领域 系列，“嵌入式”配置Cortex-R系列、“微处理器”配置ARM Cortex-M Cortex-A 系列。Cortex-A面向高性能应用处理器内核，如智能手机、平板电脑、 机顶盒、网络设备、服务器等。Cortex-R针对高性能实时应用场景，如 Cortex Cortex-R 汽车应用、消费电子等。Cortex-M系列主要面向嵌入式设备和IoT设备， 系列 对功耗和尺寸要求较高，应用于微控制器、传感器、通信模组、智能 Cortex-M 家居等。 ARM架 构发展历程 Cortex系 列发展历程 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：ARM，HTI 12 

13 .1.1 SoC简介：ARM两类核心收费模式  近20年，智能移动设备兴起，基于精简指令集架构的ARM内核IP凭借着低成本、高性能、低功耗的特点和IP授权模式，在 智能手机、平板电脑等移动终端SoC等下游领域取得成功，占据了绝大部分市场份额，有强势定价权。国内主要半导体厂 商和用户如华为、小米、中兴、瑞芯微等设计的商用SoC和物联网设备绝大多数使用ARM技术。  ARM核心收费模式：授权费（license fee）、版税（royalty）。ARM授权技术给芯片设计公司，设计公司缴纳授权费，生 产芯片后，发芯片给OEM终端客户，并按芯片发货量缴纳版税给ARM，终端厂商付费给芯片代工厂；ARM也会为终端厂 商提供技术和业务支持。 ARM主 流授权模式 ARM商 业模式 可以对ARM架构大幅度 苹果、三星、 架构授权 改造，甚至可以对ARM 微软、海思 指令集扩展或缩减 等 半导体 可以以一个内核为基础 厂商 内核授权 在加上自己的外设，形 三星、TI等 成自己的内核 OEM终 只能使用IP嵌入原本的设 其余主流设 端客户 使用授权 计中，不能更改和创造自 己的封装产品 计厂商 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：anandtech、HTI 13 

14 .1.1 SoC简介：RISC-V指令结构  AI、5G、边缘计算的发展对计算技术提出新的需求，但绝大多数指令集架构都受到专利保护，如x86、MIPS、Alpha，遏制 了创新发展。先前的指令集架构较复杂，且应用领域较单一，且不便于对特定应用进行自定义扩展，缺乏适用于多个领域 的统一架构。为此，加州大学伯克利分校研究人员设计了新的指令集架构RISC-V，并以BSD授权的方式开源。近两年RISC-V 架构大热，生态也发展较快，比较适合低功耗的应用场景，其开源、精简、可修改等特点决定了RISC-V将在物联网时代拥 有巨大的发展前景，未来很可能发展成为世界主流指令结构之一。 名称 指令数 说明 基 RV32I 47 整数指令，32位寻址空间，32个32位寄存器 主要指令集产品可选的设计 本 RV32E 47 指令与RV32I一样，大寄存器数量为16个 指 令 RV64I 59 整数指令，64位寻址空间，32个64位寄存器 集 RV128I 71 整数指令，128位寻址空间，32个128位寄存器 M 8 4条乘法，2条除法，4条余数操作指令 扩 A 11 包含原子操作指令 展 F 26 包含单精度浮点指令 指 令 D 26 包含双精度浮点指令 集 Q 26 包含四倍精度浮点指令 C 46 压缩指令集 指令长度16位 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：EETOP，中国科学院计算技术研究所，HTI 14 

15 .1.1 SoC简介：国内许多企业已成为RISC-V基金会会员 RISC-V基金会会员 简介 (部分) 阿里云创立于2009年，是全球领先的云计算及人工智能科技公司，为200多个国家和地区的企业、开发者和政府机构提供服务。阿 里云致力于以在线公共服务的方式，提供安全、可靠的计算和数据处理能力，让计算和人工智能成为普惠科技。 华为创立于1987年，是全球领先的ICT（信息与通信）基础设施和智能终端提供商。华为引领5G、全光网络、智能IP、ADN等未来 网络技术创新，与产业伙伴开放合作，打造全场景智能联接解决方案。 中兴通讯是全球领先的综合通信信息解决方案提供商，为全球电信运营商、政企客户和消费者提供创新的技术与产品解决方案。 中兴致力于构建5G时代自主创新核心竞争力，将凭借领先的5G端到端全系列产品与解决方案，加速推进全球5G商用规模部署。 成为资本成立于1999年，是中国最早的独立风险投资机构之一。成为资本已投资的企业涉及通讯软件，企业软件，品牌消费品， 生产制造，芯片设计，医疗和媒体行业。投资规模有从低于一百万美元的初创期投资到一两千万美元的发展期投资。 RISC-V 国际开源实验室（RIOS Lab）为RISC-V 基金会的首要成员，于2019年11月正式揭牌。RIOS 实验室将在RISC-V 硬件和软件技术 方面进行前沿研究，聚焦RISC-V开源指令集CPU研究领域，培养处理器和开放领域高端人才。源硬件设计。 紫光锐展是全球全面掌握2G/3G/4G/5G、Wi-Fi、蓝牙、电视调频、卫星通信等全场景通信技术的企业之一，并具备缺乏的大型芯片 及套装片能力。包括移动中央处理器、基带芯片、人工智能芯片、通信尖端通信芯片、射频芯片等、计算及控制芯片。 希姆计算成立于2019年，致力于研发以RISC-V指令集架构为基础的人工智能领域专用架构处理器以及相应的软硬件一体化解决方案。 赛 昉科技成立于2018年，是中国RISC-V技术和生态的领导者，拥有完整的、经过硅验证的RISC-V CPU IP产品线和平台化的软硬件全 栈式芯片解决方案。产品广泛应用于智能家电、智能监控、工业机器人、智能物流、穿戴设备、边缘计算等领域。 中国科学院软件研究所（ISCAS）成立于1985年，是一个专注于计算机科学理论和软件前沿技术研究与开发的研究基地，其研究领 域集中在计算机科学、计算机软件和计算机应用技术等领域。 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：维基百科，HTI 15 

16 .1.1 SoC简介：我们预计未来采用RISC-V结构的芯片将持续增加  RISC-V已有多个版本的处理器内核和SoC芯片，其中部分是开源免费，部分是商业公司开发用于内部项目。RISC-V发展已 经过国内许多商业化应用验证，也是我国发展自主可控国产CPU的重要途径，但软件生态还需不断完善。  Semico Research研究结果显示，未来RISC-V将被大量运用于包括计算机、消费、通讯、运输和工业市场在内的细分市场， 到2025年，采用RISC-V架构的芯片数量将增至624亿颗，复合增长率高达146%。 部 分国内外RISC-V处理器和SoC平台 RISC-V内 核需求数量构成（单位：百万颗） For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：Semico research，《基于RISC-V的SoC设计及其RTOS移植》，HTI 16 

17 .1.1 SoC简介：香山开源RISC-V处理器  香山是RISC-V联盟联合业界企业开发的开源高性能RISC-V处理器，基于硬件设计语言Chisel，支持RV64GC指令集，运用支 持敏捷设计的流程工具，开源协议选择木兰宽松版许可证（MulanPSLv2），于2020年6月11日在GitHub上建立代码仓库， 其理念为代码开源、流程开放、文档公开，满足了业界对高性能处理区的需求。香山第一版架构“雁栖湖”于2021年4 月完成代码，计划7月基于28nm流片，未来目标性能和ARM Cortex-A76齐平。第二版架构“南湖”计划2021年年底基于 14nm流片。 香山两款微架构介绍 雁栖湖架构图 第一版：雁栖湖架构 第二版：南湖架构 2020/6：代码仓库建立 2021/3：开始设计讨论 进程 进程 2021/5：开始RTL工作 2021/4：RTL完成 2021年底：计划完成 频率 1.3GHz 频率 2GHz 制程 制程 TSMC 28nm SMIC 14nm 工艺 工艺 预估SPEC CPU2006 6-7分 性能 性能 预估SPEC CPU2006 10分/GHz /GHz For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：中国科学院计算技术研究所，HTI 17 

18 .1.2 SoC发展历程及未来发展趋势  分 工细化：部分IC设计厂商专注于IP核设计，部分厂商将不同功能的 IP 核集成，设计出符合市场需求的 SoC 芯片。  制 程迭代：SoC一直遵循摩尔所指示的规律推进，如今硅芯片已逼近物理和经济成本上的极限，半导体发展制程迭代放缓 ，进入后摩尔时代。  高 端SoC不断追求算力提升：SoC的发展是性能、算力、功耗、工艺难度几方面的平衡。当前AI成为各大SoC厂商的必争之 地，同时对算法提出更高要求，在功耗受限的场景下实现AI算法成为关键，算力效率（单位算力的成本和功耗）极为重要 。以苹果A14SoC为例，A14使用5nm工艺，和A13相比CPU性能提升16%，GPU提升10%左右，AI加速器Neural Engine的性能 提升则接近100%。未来应用于手机、平板、服务器等高端SoC将继续朝高性能发展。 苹 果M1SoC CPU性能vs功耗 CPU 性能 功耗 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：苹果，半导体行业观察，HTI 18 

19 .1.3 未来全球处理器市场规模将持续扩大  SoC在追求高性能和低功耗的智能手机、平板电脑等芯片领域已占据主导地位，在自动驾驶、AIoT等领域也已得到应用， 随着AIoT、5G的不断发展，未来还将向更为广阔的应用领域扩展。此外，数据大爆炸时代对边缘计算算力提出更高要求， 智能硬件需求量也将持续上涨。据 Yole预计，2019年全球应用处理器 AP市场规模为340亿美元，2025年将增长到560亿美 元，复合增长率 8.7%，市场规模有望持续扩大。  能够抓住趋势精准布局的IC设计厂商将在市场大潮中快速占领市场份额。从国内厂商来看，瑞芯微、全志科技等在平板 电脑市场、晶晨股份等在机顶盒市场、国科微等在卫星电视市场、富瀚微等在模拟监控摄像头ISP芯片市场、博通集成等 在2019年汽车ETC市场都抓住了机会。 2019-2025年 全 球 AP市场收入（单位：亿美元） 600 500 400 300 200 100 0 2019 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：Yole，HTI 19 

20 .2.1 SoC产业链概况 知识产权 全球企业 智能 设 汽车 计 手机 工 具 EDA工具 终 平板 芯 AIoT 端 电脑 片 设 应 计 大陆企业 用 服务 安防 器 制 AR …… 造 VR 封 测 上游 中游 下游 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：HTI 20 

21 .2.2 产业链上游概况：设计工具寡头竞争  设计工具寡头竞争，上游议价能力强。  SoC产业链上游可分为知识产权核（IP核）和相关EDA工具；知识产权核主要公司有 ARM、Synopsys、Cadence 等， EDA工具的核心企业有Cadence、Synopsys 和Mentor Graphics。  上游设计工具行业集中度较高，当前全球核心 IP 主要由 ARM、Synopsys、Cadence 提供，合计占比近 65% ，全 球 EDA 产业主要由 Cadence、Synopsys 和西门子旗下的 Mentor Graphics 垄断，三大 EDA 企业占全球市场的份额 超过 60%，上游厂商议价能力较强。 IP核 2019年 竞争格局 EDA软 件 2018年竞争格局 ARM Synopsys Cadence Synopsys Cadence Mentor Graphics 其他 SST Imagination CEVA 芯原 其他 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：IPnest ，前瞻产业研究院，HTI 21 

22 .2.2 产业链上游概况：IP核行业行业集中度高  行业集中度高，国内厂商市占率较低。 2020年 全 球前十大半导体IP公司营收排名（百万美  全球IP核供应商以国外厂商为主，行业集中度相对 元） 排名 公司 2019营收 2020营收 同比 2020市场份额 较高：国内集成电路设计企业所需的IP核大多来自 1 ARM 1608 1887.1 17.4% 41% 境外供应商，每年进口金额10亿美元以上，占全 2 Synopsys 716.9 884.3 23.4% 19.2% 球市场的1/3左右。 3 Cadence 233 277.3 19% 6%  中国大陆的IP核供应商有50家左右，普遍实力较 4 Imagination 87 125 43.7% 2.7% 弱。国内也有规模较大的企业，如总部在上海的 5 Ceva 87 100.3 15.3% 2.2% 芯原（ Verisilicon），市场占有率已跻身全球前 6 SST 132.4 96.9 -26.8% 2.1% 十，但与欧美“三巨头”相比还有很大差距。 7 Verisilicon 70 91.5 30.7% 2.0%  IP 核本身是产业链不断专业化的产物，是芯片设 8 Alphawave 25.2 75.1 198% 1.6% 计知识产权的重要体现，也是半导体产业链下一 9 eMemory 47.9 63.7 33% 1.4% 步升级的重要方向。产业每一轮专业化升级都有 10 Rambus 57.4 48.8 -15% 1.1% 其内在的供需原因，且往往是追求规模成本效应 前10合计 3064.8 3650 19.1% 79.3% 的结果。 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：上观新闻，IPnest，HTI 22 

23 .2.2 产业链上游概况： EDA巨头产品集成度高  EDA 公司提供给 IC 公司的一般都是全套工 EDA 工 具软件分类 具，因此 EDA 集成度高的公司产品更有优 分类 特点 主要工具 势。EDA三巨头基本都能提供全套的芯片设计 对设计好的电路图通过仿真软件进行实时 EDA 解决方案。 电子电路设计与仿真 模拟，模拟出实际功能，然后通过其分析 SPICE/PSPICE, EWB, Matlab, SystemView, MMICAD等 改进，从而实现电路的优化设计  Synopsys 行业领先的IC Compiler™ II布局布线 画班级电路图，以及布局布线和仿真的工 Protel, Cadence allegro, 解决方案提供了单一供应商所能提供的最全 PCB设计软件 具，就是用来摆放元器件，然后再把元器 Viewlogic, PowerPCB, Cadence 件的线连接起来 PSD, ExpediTIon PCB 面设计平台，加速大规模AI处理器的实现。 Composer, Viewdraw, 硬件描述 设计输入工具 任何一种EDA软件必备的基本功能  Cadence 的强项在于模拟或混合信号的定制化 语言VHDL、Verilog HDL 电路和版图设计。数字后端工具Innovus可以 设计仿真工具 验证设计是否正确 NC-Verilog, VCS-verilog仿真器, Leapfrog，Analog Artist， 在满足功耗/面积预算要求下实现最佳的性 viewsim Design Compile，Behavior 能、或者在满足频率指标的同时确保功耗/面 逻辑综合工具 把HDL变成门级网表 Compiler，FPGA Express， IC设计软件 Synplity，Leonardo 积最小。 IC Compiler™ II, Cadence  Mentor Graphic 同样在后端布局布线比较强， 布局和布线 用于标准单元、门阵列已可实现交互布线 Innovus 在 PCB 上也很有优势，它的优势是 Calibre 物理验证工具 版图设计工具、版图验证工具、版图提取 Mentor calibre, Virtuso, 工具 Vampire signoff 和 DFT。2016年并入西门子。 模拟电路仿真器 针对模拟电路的仿真工具 PSPICE，HSPICE …… For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：Synopsys官网，Cadence官网，CSDN，HTI 23 

24 .2.2 产业链上游概况：国内 EDA 企业在部分细分领域具有优势  经过三十余年长足发展，目前三大 EDA 企业占全球市场的份额超过 60%。在中国市场，EDA 销售额的 70%以 上由大 EDA 企业瓜分，还有部分被 Ansys 等其它外国公司占据，但国内 EDA 企业在部分细分领域具有优势， 个别点工具功能强大。 2018-2020年 我 国 EDA工具市场竞争格局 国 内部分EDA 企业 100% 公司名称 主要产品 公司特点 布局领域 90% 华大九天 Standard Cell/IP 设计-Aether Standard 规模最大，世界唯一 IC设计 Cell/IP 仿真-ALPS-AS/iWave Standard 提供全流程FPD设计解 IP产品 80% Cell/IP验证-Argus/FlashLVL/PVE IP 决方案的供应商，具 平板显示电路设计 70% Merge-Skipper 有较强市场竞争力 60% 广立微电子 SmtCell：参数化单元创建工具 在良率分析和工艺检 包含高效测试芯片自 50% TCMagic：测试芯片设计平台 测的测试机方面产品 动设计、高速光学测 40% ATCompiler：可寻址测试芯片设计平 具有明显优势 试和智能数据分析的 台 全流程平台 30% 概伦电子 SPICE建模工具BSIMProPlus和低频噪 在SPICE建模工具及噪 高端集成电路设计先 20% 声测试系统千兆级SPICE仿真器 声测试系统方面技术 进半导体工艺开发 10% NanoSpice Giga 处于领先地位，业内 电路与工艺互动设计平台MEPro 称“黄金标准” 0% 2018 2019 2020 芯禾科技 高速仿真解决方案SnpExpert Xpeedic 专注仿真工具、集成 设计仿真工具 标准IPD元件库IRIS芯片仿真解决方案 无源器件IPD和系统级 集成无源器件 METIS三位封装和芯片联合仿真软件 封装SiP微系统的研发 Synopsys Cadence Siemens EDA Ansys Keysight Eesof 其他 …… For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：华大九天招股说明书，赛迪智库，华经产业研究院，HTI 24 

25 .2.3 产业链中游情况：高端、次高端、专用型SoC特点  高端SoC芯片主要集中于手机、平板电脑、服务器市场等，次高端SoC芯片多应用于安防、智能音频、物联网等领域，专 用型SoC芯片多应用于TWS耳机和智能手表等。  制程工艺的迭代更新导致SoC芯片的性能和价格分化。晶体管数量的提升导致CPU、GPU、NPU等IP核的升级。最新高端 SoC芯片制程为5nm，专用SoC芯片如智能音频芯片的制程普遍在16nm-55nm之间。  制程会影响芯片面积，并因此直接影响芯片价格，通过增大芯片面积，一个芯片中可以放下更多的晶体管。理论上，芯 片面积越小的SoC成本越低，同等技术水平和制程下，晶体管/芯片面积的大小和性能输出直接相关。  时钟频率是指同步电路中时钟的基础频率，它是评定CPU性能的重要指标。一般来说主频数字值越大越好。高端和次高 端SoC芯片的时钟频率一般在以GHz计量，专用型SoC芯片的时钟频率多以MHz计量（1GHz=1000MHz）。 代表厂商 应用 制程 芯片面积 时钟频率 架构 高端SoC 高通、联发科等 手机、平板电 最先进 大（晶体管十亿以上级别） GHz ARM A系列 脑、服务器等 安防、智能音 次高端SoC 全志科技、瑞芯微、 频、智能电视、 先进 大（晶体管千万到十亿级） GHz ARM A系列 晶晨半导体等 OTT盒子、物联 网等 专用型SoC 恒玄科技、中科蓝 TWS耳机、智 先进 小（晶体管百万级别左右） MHz ARM M系列 讯等 能手表等 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：IDC，Statista， Tractica ，CSDN，HTI 25 

26 .2.3 产业链中游情况：高端SoC芯片架构核心最先进  目前高端SoC芯片多以一个超大核心加多个中核心、小核心架构设计，经过多年来迭代更新，基于ARM的CPU 核心不断升级，在制程工艺、主频、性能上大幅度提升。同时高端SoC芯片尤其是移动端芯片一般会添加集成 式或外挂式基带，以此实现移动接入、电话等传统移动终端功能。  高端SoC芯片如天玑1200采用A78构架，1个A78主频3.0GHz的大核心，3个A78主频2.6GHz的中核心和4个A55主 频2.04GHz的小核心。骁龙865CPU采用Cortex A77主频2.84GHz超级大核和三个Cortex A77 2.84GHz普通大核+四 个Cortex A55 1.8GHz小核心架构。麒麟9000 CPU架构为一个3.13GHz A77大核心、三个2.54GHz A77中核心、四个 2.04GHz A55小核心。 ARM CPU核 心发展历程 部 分高端SoC芯片架构对比 芯片型号 天玑1200 骁龙865 麒麟9000 制作工艺 6纳米 7纳米 5纳米 CPU架构 1*Cortex-A78 3.0GHz， 1*Cortex A77 1*Cortex A77 3.13GHz， 3* Cortex-A78 2.6GHz， 2.84GHz，3*Cortex 3*Cortex A77 2.54GHz， 4* Cortex-A55 2.0GHz A77 2.84GHz， 4*Cortex A55 2.04GHz 4*Cortex A55 1.8GHz GPU架构 Mali-G77 Adreno 650 24核Mali-G78 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：cnx-software，风子玩机，HTI 26 

27 .2.3 产业链中游情况：高端SoC芯片架构不断升级  高通骁龙 888 移动平台是行业首个采用 ARM Cortex X1 架构的移动平台，CPU 为 Kryo 680 CPU，其采用了全新 CPU 架 构。具体来说，其包含一枚最高主频 2.84GHz 的 Cortex X1 核心，3 枚最高主频 2.4GHz 的 Cortex A78 核心和 4 枚最高主 频 1.8GHz 的 Cortex A55 核心，延续一个超级核心 + 3 个高性能核心 + 4 个能效核心的三丛集架构。  5月25日，Arm正式推出了新一代的CPU和GPU核心，包括全新的Cortex-X2、Cortex-A710、Cortex-A510等三款CPU核心以 及Mali-G710 GPU。三个CPU核心均基于今年4月份发布的Armv9架构指令集设计。高通新一款代号为SM8450的处理器， 该芯片采用4nm工艺打造，CPU采用Kryo 780架构，该架构基于最新的Arm v9指令集。 骁 龙888架构 基 于Armv9架构的新核心 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：砍柴网，anandtech，HTI 27 

28 .2.3 产业链中游情况：次高端SoC芯片从单核心到多核心  次高端SoC芯片多应用于安防、智能音频、物联网等领域，对算力要求相比智能手机、服务器等略低，近年来次高 端SoC芯片架构逐步从单核心到多核心、从大核心到大核心+小核心的架构变化升级。  次高端SoC芯片目前制程以工艺成熟的28nm为主，部分公司先进产品进入12nm-14nm规格。CPU多以Cortex-A53、 Cortex-A7架构为核心，主频普遍在1.2GHz以上。  全志科技早期产品智能视觉芯片V3采用ARM Cortex™-A7单核心架构；语音识别芯片R11同样采用Cortex™-A7 @1.2GHz单核心架构。全志科技新智能视觉芯片V316和V5采用双核心和四核心Cortex™-A7架构；新语音识别芯片 R818和R16采用四核Cortex™-A53和Cortex™-A7 架构。 全 志科技V3到V5架构变化 Cortex™-A7 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：全志科技官网，HTI 28 

29 .2.3 产业链中游情况：次高端SoC芯片从大核心到大核心+小核心  RK3328是基于Cortex-A53架构的低功耗高性能处理器，包含4核Cortex-A53，64-bitCPU，内置Mali450GPU和百兆以太 网PHY和千兆网MAC，主要应用于OTTBOX及IPTV数字多媒体设备。  RK3399是瑞芯微推出的一款低功耗、高性能的应用处理器芯片，该芯片具有独立的NEON协同处理器双核Cortex-A72 及四核Cortex-A53的大小核组合架构，主频高达2.0GHZ，集成Mali-T864GPU,支持4K VP9 and 4K 10bits H265/H264视频 解码，主要应用于计算机、个人互联网移动设备、VR、广告机等智能终端设备。 瑞 芯微RK3328和 RK3399 部 分架构图对比 For full disclosure of risks, valuation methodologies and target price formation on all HTI rated stocks, please refer to the latest full report on our website at equities.htisec.com 资料来源：CSDN，360doc，HTI 29