一、CPU产业概述
CPU是计算机的运算和控制核心，主要功能是解释计算机指令和处理数据。CPU主要用于个人电脑（PC）、服务器、智能手机等消费电子。笔记本和台式整体硬件组成基本一样，因为笔记本电脑需要追求轻薄属性，加之台式机存在DIY可能性，整体散热可通过加装机箱风扇或更换强劲风扇/水冷等提高散热能力，相同配置下台式机CPU整体性能和散热效果远高于笔记本。而服务器实际硬件与个人主机组成基本类似，全硬件相较个人主机要求更高，主要因为服务器需要保持高强度工作，在具备高性能和高速的情况下，具备最佳的稳定性，对CPU要求最高。
1、应用情况
PC机的硬件构成包括主板、CPU、内存、硬盘、电源、显卡等。CPU也就是中央处理器，是计算机的运算和控制的核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元，往往决定了一台设备的性能；主板是PC机的主要电路板，上面安装了一些电路系统，如BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口等；内存也称为主存储器，是外存与CPU进行沟通的桥梁，内存性能的强弱影响了PC机整体的水平。
资料来源：华经产业研究院整理
2、成本结构
以一台五千元左右的PC主机计算，CPU和独立显卡是主要成本组成，分别约占30%左右。实际主机电脑整体成本结构是处于变动且不确定的，当用户购买整机品牌或类型有所差距时，搭配的CPU和独立显卡成本将有所浮动，如多媒体渲染为主的办公用户在购买电脑会偏重CPU，而建模为主的用户购买时则会更偏向独立显卡。整体来看，CPU和独立显卡是PC主机中技术壁垒最后，工艺成本最高的两个部分，也是最直接影响用户体验的两大核心配件。
2021年中国PC主机主要硬件组成成本结构
资料来源：华经产业研究院整理
3、系统架构
CPU的内核由控制器和运算器组成，从存储器中提取数据，根据指令集将数据解码，再通过微架构运算得出结果，CPU内核的基础就是指令集架构和微架构。指令集架构ISA规定了CPU可执行的所有指令，微架构则是完成指令的电路设计，基于相同指令集架构的CPU可以有不同的微架构。
根据指令集架构，CPU包括CISC和RISC等类型，MIPS、Power PC等精简指令集性能较低非市场主流选择。CISC型（复杂指令集）CPU以Intel和AMD的X86架构为代表，追求高性能，占据95%以上的PC机和服务器市场。RISC型（精简指令集）的ARM架构则凭借低能耗的特点占据移动领域（平板电脑、智能手机等）95%以上的市场份额。
CPU主要指令集架构特征比较
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二、CPU发展关键影响因素分析
1、技术
CPU系统架构设计包括处理器功能逻辑设计和微结构设计，对处理器功能、性能和生态至关重要。电路设计是将处理器芯片各个功能模块用硬件语言设计出来，形成可供晶圆代工厂使用的电路版图。微码系统设计包括微码软件编程、微码执行硬件研发。
安全模块设计包括处理器安全架构、专用硬件、软件、密钥管理等， 贯穿处理器设计全过程，为可能出现的安全漏洞提供修复方案。仿真模拟是指利用专用软件、高性能仿真模拟器对处理器核心和电路设 计进行模拟验证。产品设计根据终端应用需求，规划公司具体产品配置及内部构成。处理器完成封装以后，需要进行大量的测试工作，统称为硅后验证。
CPU设计流程
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2、政策
政策东风阵阵吹来，为国产化芯片厂商成长保驾护航。集成电路作为信息产业的基础和核心，是国民经济和社会发展的战略性、基础性、先导性产业，国家给予了高度重视和大力支持。为推动我国集成电路产业的发展，增强信息产业创新能力和国际竞争力，国家出台了一系列鼓励、扶持政策，为集成电路产业建立了良好的政策环境。
近年来关于国产化芯片支持性政策梳理
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三、全球CPU发展现状趋势
1、技术现状
目前全球个人电脑（PC）CPU基本由Intel 和 AMD占据主要市场，整体来看，Intel 具备先发优势，为全球X86CPU架构龙头企业，AMD持续追赶，就技术而言，Intel 和 AMD 不断更新微架构，实现性能的不断迭代提升，早期AMD属于工艺技术追赶者，整体工艺在落后英特尔2-3年左右，随着研发投入持续提高，加之英特尔作为行业开拓者市场受到瓶颈，AMD的CPU工艺技术一度反超，在单核心性能超越英特尔，但目前在整体多核稳定性仍有差距，而国产CPU的微架构在乱序执行、高速缓存、多核互联等技术上，由于起步较晚，都与先进水平有一定差距。
2008-2023年Inter和AMD的CPU晶圆工艺迭代
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Intel微架构从P5到Intel Hybrid逐步演化，1993年Intel推出基于P5微架构的奔腾（Pentium）处理器，相对于i486增加了第二条独立的超标流水线，能够并行的运行一些比较简单的指令；在1995-2002年之间，乱序执行部件经过了数次重大改进，处理器中加入了更多寄存器并引入了单指令多数据，对整体性能的提升有着重要作用；2006年第一代酷睿（Core）微架构诞生，处理器被重新设计以适应双核和四核的共享缓存结构；Intel自酷睿处理器以来，奠定了超标量流水线架构的基本形态，并随着SandyBridge、Haswell、Skylake、IceLake、Hybrid微体系架构的迭代，处理器的性能也在不断发展。
英特尔（Intel）微架构迭代图
资料来源：公开资料整理
2、需求现状
CPU主要用于个人电脑（PC）和服务器等，整体PC出货量是CPU发展的基础。根据数据，2012-2017年随着全球发达国家整体个人电脑需求渐趋饱和，市场出货量保持逐年下降趋势，一度在2018年降至2.58亿台，随着东南亚、印度等发展中国家持续发展，个人电脑需求持续回升，2020-2021年疫情背景叠加全球线上办公需求上涨，个人电脑需求快速上涨，2021年达3.49亿台，同比2020年增长14.8%亿台。
2012-2021年全球PC出货量及增长率
资料来源：IDC，华经产业研究院整理
相关报告：华经产业研究院发布的《2022-2027年中国CPU行业市场全景评估及发展战略研究报告》；
四、国产CPU发展现状
1、整体差距
目前国产CPU与全球领先水平的差距主要分为性能差距和生态差距。性能上，国产 CPU 存在明显劣势。国产 CPU 的微架构在乱序执行、高速缓存、多核互联等技术上，由于起步较晚，都与先进水平有一定差距，加之整体晶圆工艺水平相差较多，设计能力存在差距，导致了整体性能差距，另外，生态差距主要体现在软硬件整体，由于国产CPU积累不够，即使技术部分产品性能已基本满足使用需求，但整体用户体验和稳定性仍有差距，加之前期巨额开发成本，但市场竞争力仍非常有限，而高新技术需要持续优化迭代，完全商业化更是难上加难。
国产主要PC芯片性能对比Inter差距
资料来源：公开资料整理
2、国产替代进度：海光芯片
借力AMD进军国产化x86芯片，实现产品自主研发，在服务器市场具备优势。2016年, AMD公司曾经与天津海光达成了合作, 双方成立合资公司进行处理器的开发。海光三号及海光四号研发计划分别于2018年2月和2019年7月启动，各项研发工作进展正常。海光三号成功流片、海光四号完成了电路设计和性能模拟，证明了企业全面掌握了高端处理器设计技术，具备了产品迭代研发能力。
海光芯片部分IP核已基本实现国产替代
资料来源：公开资料整理
考虑到芯片行业的特点并参照国 际同行业领先芯片企业的定价模式，CPU 行业主要采用阶梯价格策略，接受针对项目的单 独特价申请。阶梯价格主要适用于服务器厂商客户的日常采购（根据采购数量区间阶梯变 动），特价一般用于战略级竞争项目（最主要）、产品适配导入项目、产品促销等。 以海光芯片为例，CPU 价格已经逐渐市场化。出货量方面，海光信息三款产品出货量合计约20-50万片。
2018-2021年H1海光芯片市场价格变动情况
资料来源：公开资料整理
3、国产替代进度：龙芯中科
龙芯实现自主架构研发并重视生态建设，在PC及类PC市场具备竞争优势。中科龙芯的工控类和信息类芯片的均价约400-600元，产品出货量约100万片，信息类产品出货量约150万片。海光芯片主要定位于服务器应用市场，而龙芯主要定位于PC及类PC市场。相比之下，天津飞腾及华为鲲鹏CPU产品主要定位于服务器应用场景。
2021年龙芯中科营收结构占比情况
资料来源：公开资料整理
龙芯中科芯片产品依据应用领域的不同可分为工控类芯片和信息化类芯片。工控类芯片面向嵌入式专用设备、工业控制与终端等，系列产品在网安通信、能源、交通等行业领域已获得广泛应用；信息化类芯片面向桌面和服务器等，龙芯3号系列是目前最新产品，作为高性能通用处理器，通常集成4个及以上64位高性能处理器核，与桥片配套使用，应用场景面向桌面和服务器等信息化领域。
最新龙芯中科信息化类/工控类芯片产品
资料来源：：龙芯中科招股书，华经产业研究院整理
五、国内CPU市场规模
2021 年中国 PC 出货量超过 5000 万台（Canalys数据2021年出货量5700万台），又因为85%服务器为2路服务器（IDC数据），假设 PC CPU 价格为1000 元/颗，服务器 CPU 为 8000 元/颗，目前国内整体PC+服务器市场规模超千亿。
华经产业研究院通过对中国CPU行业海量数据的搜集、整理、加工，全面剖析行业总体市场容量、竞争格局、市场供需现状及行业重点企业的产销运营分析，并根据行业发展轨迹及影响因素，对行业未来的发展趋势进行预测。帮助企业了解行业当前发展动向，把握市场机会，做出正确投资决策。更多详细内容，请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国CPU行业市场运行态势及投资战略研究报告》。
