2024半导体行业报告：AI芯片与CPU国产化浪潮
1. 国产x86 CPU龙头，DCU打开第二增长曲线
1.1. 基于AMD架构授权自研，产品持续迭代性能优越
海光信息是基于AMDX86技术授权自主研发，设计和销售CPU和DCU的芯片设计厂商。公司于2014年成立，2016年海光信息和AMD共同成立两家子公司——海光集成和海光微电子，海光获得AMD技术授权，并约定专利由子公司海光微电子持有，由海光微电子初步设计后向子公司海光集成销售。公司对已授权技术的消化、吸收、改进和提高，在此基础上，自主研发并推出了海光系列CPU产品和深算系列DCU产品。
公司的主营产品包括海光通用处理器（CPU）和海光协处理器（DCU）系列。公司CPU产品主要分为7000、5000和3000系列，主要应用于服务器和工作站。7000系列主要应用于高端服务器，主要面向数据中心、云计算等复杂应用领域。5000系列主要面向政务、企业和教育领域的信息化建设中的中低端服务器需求。3000系列主要应用于工作站和边缘计算服务器，面向入门级计算领域。海光DCU 属于GPGPU 的一种，主要为8000系列，主要部署在服务器集群或数据中心。
CPU更新至第四代，DCU更新至第二代。CPU方面，海光CPU 已经有海光一号、海光二号、海光三号实现商业化，海光四号于2023年10月底发布，海光五号处于研发阶段。公司目前在售的海光CPU 产品主要为海光三号产品。DCU方面，海光DCU 系列产品深算一号和深算二号已经实现商业化应用，深算三号处于研发阶段。
1.2. 信创、商业市场两开花，CPU、GPU双驱动
2018-2022年营业收入快速增长，2023年受下游景气度影响，增速有所放缓。2018-2022年，海光营收年增速超100%，主要系行业信创快速推进，公司产品获得市场认可。2023年前三季度，公司营收增速有所减缓，主要系信创市场招标节奏较缓。公司于2021年首次实现盈利，2022-2023年Q3，公司归母净利率不断提升，主要系公司销售规模增加规模效应显现和产品迭代，毛利率提升。
7000系列CPU为主要收入构成，DCU营收占比有望持续扩大。2019-2021年，公司营收60%以上是7000系列CPU。2021年，DCU8000系列产品推出后，获得了客户的认可，占据了当年10%的营收比例。我们预计，随着行业信创进程加快，7000系列CPU仍将是公司营收主要构成，但人工智能计算需求旺盛，DCU出货量快速增加，营收占比有望进一步提升。
公司是国内稀缺的信创、商业市场两开花的芯片公司。公司营收下游构成多元，2021年，公司营收构成中，不但有电信、金融、交通等行业信创客户，也有互联网等商业市场客户。海光已经在信创、商业市场同时得到客户认可，实现大规模出货，基于此，我们认为海光的市场空间天花板不仅仅只是信创市场，而是整个中国市场。
产品性能提升，新产品价格仍有提升空间。公司刚开始推出的海光一号产品性能较低，价格较低。随着公司对AMD授权逐步消化吸收，新推出的海光二号产品性能提升明显，定价更高。公司正在研发的海光三号、四号性能更为领先，定位更为高端的市场，产品定价有望进一步提升。
摊销比例下降和高毛利产品销量增长提升公司毛利率。一方面，规模效应使得自研无形资产摊销金额占营业收入的比例下降。另一方面，随着技术的日益成熟，毛利率较高的7000系列产品占销售收入比重不断增加，促进了公司主营业务毛利率的提升。2021年公司8100系列DCU产品毛利率较低，为34.84%，主要系该产品刚刚上市，销售收入较小，随着公司DCU出货量增加、规模效应显现，公司毛利率将逐步提升。
管理费用率和销售费用率逐步下降。选取国内芯片设计公司澜起科技、北京君正、龙芯中科为可比公司。2019年公司的管理和销售费用率处于可比公司中较高位置，主要系公司处于市场开拓期，营业收入较小导致管理和销售费用率较高。2020-2022年公司销售规模大幅增长，同时提高管理、销售效率，管理和销售费用率下降至可比公司较低水平。
前五大客户集中度较高。2022年公司前五大客户的销售收入占营业收入比例为97.36%，主要系服务器行业头部效应较明显，公司主要客户集中在国内几家主要服务器厂商中。公司积极与下游整机厂商合作，浪潮、同方、联想、新华三等公司已经搭载公司产品。
1.3. 股东背景雄厚，激励留住人才
中科曙光为第一大股东或带来业务支持。公司第一大股东为中科曙光，占公司总股本的27.96%。中科曙光是国内高性能计算龙头，2009-2019年十次获得HPCTOP100市场份额（按装机数量）第一。中科曙光背靠中科院计算所，2022年营收中约80%来自于高性能计算机和通用服务器，能够为海光的发展提供全产业链的支持。
海光通过子公司持有AMD永久授权。AMD和Intel之间存在X86架构交叉授权协议。AMD 与海光共成立了两家合资公司——一家是成都海光微电子公司，AMD 占股51％，中方占股49％，另外一家是成都海光集成电路设计公司，AMD 占股30％，中方占股70%。两家公司分工不同，海光微电子公司受让和使用X86 处理器核相关技术，负责海光处理器核相关技术的开发；海光集成负责海光处理器外围相关技术的开发，该部分技术不会涉及到Intel 和AMD 交叉授权协议。
股权激励范围广，锁住核心人才。截至2022年12月31日，公司研发技术人员共1283人，占员工总人数的90.42%，骨干研发人员多拥有国内外知名芯片公司的就职背景，拥有成功研发x86 处理器或ARM 处理器的经验。蓝海轻舟合伙为公司员工持股平台，持股6.09%，员工持股比例高达48%，锁住公司技术人才。
2. 国产X86CPU龙头，行业信创打开国产空间
2.1. X86占据国内服务器市场主要份额，国产化率较低
2020年全球服务器出货量为1213万台，几乎全部为X86 服务器。根据IDC数据，2020年全球服务器出货量为1213万台，其中X86服务器占比为97.3%，主要系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，X86架构生态最为完善，相比其他架构芯片优势显著。
2020年中国X86服务器出货量全球占比达29%，同比增速高于全球。根据IDC数据，2020年中国x86服务器出货量为344万台，占全球市场份额约29.14%。2016-2020年的中国x86服务器出货量的年复合增速为9.80%，高于全球同期5.59%的年复合增速。根据招股书和IDC数据，2020年，在中国销售的X86服务器中，2路服务器占比为88.8%，2020年中国X86服务器芯片出货量高达698万片，预计2025年出货量达1066万片。
X86 CPU市场被海外巨头垄断，国产化率较低。根据Mercury Research数据，2021年Q4，Intel占据全球X86总体市场的74%，AMD占比为26%，中国市场亦是如此。X86CPU芯片国产化率较低，2020 年公司CPU 产品销售量约占总体市场份额的3.75%。公司产品占据了国产x86 服务器处理器绝大部分市场份额。
2.2. 行业信创打开国产空间，服务器需求大增
行业信创替换比例不断加大。我们预计2021年金融行业试点单位信创支出占整个IT支出的比例不低于15%，2022年该比例超过30%，2023年达到50%。我们预计2022年运营商的PC服务器集采要求国产CPU占比达到30%，2023年该比例有望达到50%。金融和电信是行业信创最大的两个行业。我们预计2027年，党政和央国企行业有望实现全面国产化。
2022年行业服务器出货量超200万台。根据IDC和赛迪顾问数据，2022年中国服务器出货量约为448万台，其中政府和行业信创出货量分别为52/206万台。行业信创中金融和电信行业2022年出货量分别为42/52万台，占整个行业信创出货量的45%。
服务器招标国产化比例提升，海光市占率维持前二。2020年，已经有中国移动等央国企部分服务器招标国产化比例达到20%以上。2022年，部分央国企服务器招标国产化比例达到30%以上。2023年，银行、运营商等央国企放出纯国产服务器招标。其中海光和华为是行业信创服务器两大主要供应商。我们预计，在行业信创加快推进背景下，服务器国产化比例会越来越高。
2.3. 技术实现自主迭代，生态依托X86
已实现对授权技术的消化，并实现自主迭代。2016年3月公司基于AMD授权技术启动海光一号设计，2018年4月，海光一号实现量产。2020年1月，海光二号实现量产。2022年，海光三号发布并实现商业化销售。2023年，海光四号发布。预计2024年发布海光五号。公司已经完成了对AMD授权技术的消化吸收，并在此基础上实现了产品自主研发升级。
产品性能在国内处于领先地位，逐步缩小与国际领先水平差距。对比国内产品，海光CPU在超线程、内存、内存通道数、PCIe等指标上均优于或等于其余五家国内CPU厂商，总体性能在国内处于头部水平。对比海外产品，选取与海光7295同期发布的Intel在2020年的6款至强铂金系列产品，综合比较处理器市场定位、核心数量、产品售价等因素，海光比Intel的高端产品最高端的性能有所差距，但跟主流的产品基本上相当，（占据主要市场份额的金牌和银牌产品）。
海光CPU兼容X86架构，具有业界最好的产业生态支持。海光CPU系列产品兼容X86 指令集以及国际上主流操作系统和应用软件。微软公司和英特尔公司各自凭借自身规模效应和技术优势，使其产品Windows和Intel CPU占据了绝大部分市场份额，结成了“Wintel”技术联盟。Wintel 技术联盟基于X86架构优化各类软件应用，使得x86 架构具有显著的产业生态优势。在操作系统领域，Windows 和Linux 均兼容X86 架构；在应用软件方面，几乎所有应用软件兼容X86。国内机构原先大多采用X86架构产品，使用海光产品可以实现上层应用无缝切换，减少迁移成本，迁移风险较小。
积极构建生态，形成国产CPU最全生态体系。截至2022年7月，海光已有数千家合作伙伴。硬件厂商，技术软件，包括操作系统、数据库，中间件，软件厂商和集成商形成了一个完整的海光生态。在服务器领域，海光CPU已得到众多服务器厂商认可，中国服务器市场销售额排名前五的厂商中浪潮、新华三、联想等多家厂商的产品已经搭载了海光CPU芯片。
3. 国产AI芯片第一梯队，受益于AI变革和海外制裁
3.1. AI芯片需求旺盛，国产化机遇来临
根据新智元数据，训练GPT-4，用了大约25000块A100 GPU。而训练GPT-5，还需要5万张H100。
2023年Q4业绩会上，台积电管理层预计AI加速发展未来几年复合增长率50%以上，AI 芯片营收占比将在2027年提高至15%-20%。
2024年1月18日，扎克伯格表示，公司将购买超过35 万块英伟达H100 GPU，如果算上英伟达A100 和其他人工智能芯片，到2024 年底，Meta 的GPU 算力将达到等效近60万H100。
2024年1月22日，外媒曝出Sam Altman正计划筹集数十亿美元，为OpenAI建起全球性的半导体晶圆厂网络。
根据Bernstein Research资深分析师Stacy Rasgon分析，ChatGPT每次查询的成本约为0.04美元，如果ChatGPT查询量成长至谷歌搜索规模的十分之一，最初需要部署价值约481亿美元的AI芯片投入运算，每年还需要价值约160亿美元的芯片才能维持运作。
AI芯片需求可能远超市场预期。根据最新发布的《2023-2024年中国人工智能计算力发展评估报告》，全球人工智能硬件市场（服务器）规模将从2022年的195亿美元增长到2026年的347亿美元。
在中国，预计2023年中国人工智能服务器市场规模将达到91亿美元，同比增长82.5%，2027年将达到134 亿美元。IDC预计，2023年中国人工智能芯片出货量将达到133.5万片，同比增长22.5%。
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