2024年1月23日

国产CPU生态建设者龙芯中科厚积薄发工控通用领域两开花

作者 admin

(报告制作人/分析师:东兴证券 刘萌 张永嘉)

01 国内领先的CPU企业,深耕行业

1.1 公司领先国产CPU

龙芯中科是国内自主CPU龙头。 主营业务为处理器及配套芯片的研发、销售和服务。 主要产品和服务包括处理器及配套芯片和基础软硬件解决方案。

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公司围绕信息系统和工业控制系统两条主线开展产业生态建设,在网络安全、办公及商务信息化、工业控制、物联网等领域与合作伙伴保持全面的市场合作。 已广泛应用于金融、电信、教育等行业。

1.2 募资落地科创板,新起点

以中科院计算所为依托,致力于自主研发CPU芯片指令系统。

2001年5月,在中国科学院计算所知识创新工程下,龙芯课题组正式成立,进入研发阶段。

公司前身龙芯服务于2008年3月5日由换乘中心1和中科苏园2共同出资设立,注册资本500万元。 2010年在中科院联合资助和支持下研发实现产业化。

2020年11月8日,公司召开2020年第六次股东大会,同意龙芯中科科技股份有限公司整体变更为股份有限公司。 推出自主指挥系统LoongArch(龙芯架构),为构建自主生态系统奠定基础。

从2021年开始,致力于打造独立的生态系统。 公司将继续保持对自主创新的高投入,增强研发自主权,推出系列产品和解决方案。 2022年,成功登陆科创板,成为国产CPU第一股。

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1.3 股权结构稳定,国资实力显现

公司股权结构较为稳定。 实际控制人为胡伟武、金红。 胡伟武为公司董事长兼总经理,金红为投资总监。

天通鑫源持股21.53%,胡伟武持股47.67%,为第一大股东。 国有股合计25.76%,中科院计算所通过中科院持股19.32%,北京市政府通过北工投持股6.44%。

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02 CPU独立生态建设者,双线拓展,产品矩阵不断丰富

公司走完全自主的国产化道路,致力于CPU产品和生态建设。 CPU是算力基础的核心部件,自主可控安全的重要性不言而喻。

CPU是我国被欧美国家“卡住”的产业之一。 核心技术领域面临海外制裁。 一方面会影响我国科技领域的发展,另一方面对信息产业也是安全隐患。

为了将核心和关键领域牢牢掌握在自己手中,国产CPU企业经过20到30年的产业积累,终于生产出了好用好用的国产CPU产品。

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目前国内CPU公司主要有6家,根据技术路径的不同和自主可控性大致可以分为三类,分别是X86架构授权的海光和兆芯,以及X86架构授权的海思和飞腾。 ARM架构,以及自主研发的CPU厂商。 研发指令集架构的龙芯和电科神泰。

整体来看,龙芯采用自主研发的指令集架构,但CPU的易用性一方面取决于产品自身的性能,另一方面也取决于产品生态。 作为自研指令集架构,龙芯生态能力略显薄弱,公司坚持自研指令集架构国产化路径。 为弥补生态短板,深耕行业多年,形成了涵盖IP核、操作系统等完整基础软硬件技术生态的产品体系。 等领域与合作伙伴保持市场合作,致力于打造能够走出完全自主可控生态的国内航线。

2.1 自主研发独立指令集系统,形成软硬件产品体系

坚持构建基于独立指令集系统的生态系统。 在芯片研发方面,CPU龙芯坚持核心IP的自主研发。 龙芯发布了自主研发的指令集系统LoongArch,可以在MIPS、X86、ARM平台上运行二进制应用,形成系列化的CPU IP核、GPU IP核、内存。 控制器和PHY、高速总线控制器、PHY等IP核数以百计。 基于这些IP核,面向桌面和服务器应用的龙芯3系列、面向终端和工控应用的龙芯2系列、面向特定应用的龙芯2系列龙芯1系列等三大系列数十款处理器产品。

在基础软件方面,基于独立的指令系统LoongArch,构建了完整的基础软件技术生态,在操作系统内核、编译器、编程语言虚拟机等基础软件领域开展研发工作机、云计算,形成信息化应用基础版操作系统Loongnix和面向工控应用的基础版操作系统LoongOS,是全球为数不多的建立了完整的基础软件技术生态系统的CPU企业之一。

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2.2 产品矩阵双线发展,业绩持续优化

公司围绕两大信息系统和工控系统两条主线进行生态建设。

龙芯中科的主要产品和服务包括处理器及配套芯片产品和基础软硬件解决方案。 公司产品按应用领域不同可分为信息技术类和工业控制类两大类。

1)信息化芯片主要是龙芯3系列产品,面向台式机和服务器,广泛应用于电子政务、金融、电信、教育等行业。 目前,该系列产品满足了关键信息基础设施领域的市场需求。 随着信创市场的不断拓展,有望继续向党政、金融等领域渗透。

2)工控芯片主要是龙芯1、龙芯2系列产品,以及部分龙芯3高端芯片,面向嵌入式专用设备、工业控制和终端,如物联网终端、仪器设备、数据采集、网络设备、行业终端、智能制造等,系列产品已广泛应用于网络安全通信、能源、交通等行业领域。

在工控领域,龙芯CPU已成为国内数百家厂商的产品基础,应用领域不断拓展。 有望继续扩大应用范围,持续创收。

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按产品系列可分为龙芯1、龙芯2、龙芯3等处理器芯片及配套芯片三大系列。

1)龙芯1系列是一款低功耗、低成本的专用嵌入式SoC或MCU处理器,通常集成32位低功耗处理器内核,主要面向嵌入式特殊应用,属于工业控制应用。

2)龙芯2系列是低功耗通用处理器,采用单芯片SoC设计,通常集成1-4个64位低功耗处理器内核。 应用场景也面向工控和终端领域。

3)龙芯3号是一款高性能通用处理器,通常集成4个或更多64位高性能处理器内核,区别于1号和2号,主要面向信息领域例如台式机和服务器,其中一些也面向高端工控应用。

4)配套芯片包括桥接芯片和正在开发中的电源芯片和时钟芯片,尚未销售。 其中,桥接芯片主要与龙芯3系列处理器配套销售,电源芯片和时钟芯片主要与龙芯2、龙芯3、1号系列处理器配套使用。

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03 工控领域优势显着,通用领域迎头赶上

3.1 工控领域优势显着,龙芯工业应用案例众多

工控市场方兴未艾,自动化发展是大势所趋。 工业自动化是在工业生产中广泛采用自动控制和自动调节装置来代替人工操纵机器和机器系统进行加工和生产的趋势。

一方面,由于劳动力成本增加、节能减排要求更高,以及行业自身产业升级向自动化、智能化发展的发展趋势,制造业对工控市场的需求增加; 该行业发展迅速。

2015年发布《中国制造2025》,2016年发布《智能制造发展规划(2016-2020年)》,2021年发布《智能制造发展“十四五”规划》,“十四” 《数字经济发展五年规划》得到国家层面出台政策支持,“十四五”期间制造强国战略将助力工业自动化发展,预计规模2025年中国工业自动化市场规模将超过2800亿元。

国家政策的战略支持为该行业提供了良好的外部发展环境,将充分带动工业自动化控制行业的快速发展,实现工业企业逐步向智能制造转型。

2022年我国工业自动化市场规模有望达到3500亿元。

工业机器人和数控机床是工业自动化的两大主要产品。 根据中国电子学会编制的《中国机器人产业发展报告(2022)》,预计2022年全球机器人市场规模将达到513亿美元。 中国机器人市场规模将达到174亿美元,五年平均年增长率将达到22%。

据商智网数据显示,预计2022年我国数控机床市场规模将达到2957亿元。也就是说,2022年工业自动化市场规模有望达到3500亿元。

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国内工业自动化水平有待提升,国产替代空间巨大。

我国工业自动化行业起步较晚,早期在产品可靠性方面与国外企业存在较大差距。 据国际机器人联合会预测,2020年我国每万人拥有工业机器人246台,普及率约为2.46%。 ,低于韩国、新加坡、日本、德国、瑞典、美国等国家。

根据纽威数控的招股书,日本机床数控化率超过90%,德国机床数控化率超过75%,美国机床数控化率超过80%。 转化率只有45%。

《中国制造2025》战略纲要明确提出:“2025年,我国关键工序数控化率将由目前的33%提高到64%”,数控化水平仍有广阔提升空间我国机床的使用率。 此外,在工业机器人和数控机床领域,海外企业仍占据主要市场。

德国和日本牢牢占据着工业机器人的主要市场份额。 赛迪顾问数据显示,2021年全球前十的精密机床企业均为海外企业。 研发具有很强的技术壁垒。 德国工业机器人在原材料、车身零部件和系统集成方面具有一定优势。

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工控芯片广泛应用于工业控制领域。

工业控制主要是通过电力电子、仪器仪表测量、信息通讯等技术手段,对工业生产过程及其机电设备和过程设备进行检测和控制,以提高生产效率和精度一致性。

工控领域的集成电路主要包括MCU、MOSFET、NOR Flash、PWM等芯片。 集成电路在工业控制设备领域的应用主要包括仪器仪表、系统控制、电机控制和工业计算机,包括工业机器人和变频器。 、传感器、工业计算机等,其中工业集成电路产品包括MCU、嵌入式存储芯片、MOS逻辑器件和电源电路等。

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工控芯片性能要求高,生态壁垒低,龙芯优势明显。

芯片一般按温度适应性和可靠性要求分为四类:商业级(0°C-70°C)、工业级(-40°C-85°C)、汽车级(-40°C-120°C) C)、军工级(-55℃-150℃)。 由于应用领域的特殊性,工业芯片具有要求高、定制化要求高、特殊工艺多等特点。

在高要求方面,工业产品长期处于极高/低温、高湿、强盐雾、电磁辐射等恶劣环境中,使用环境较为恶劣。 因此,工业级芯片必须具备稳定性、高可靠性和高安全性,并且具有长期运行场景的特殊性,工业级芯片对温度、安全等性能条件要求很高。 在定制化要求高的情况下,工业芯片往往品类多元化。 单一品类规模小但附加值高,需要研发与应用的紧密结合,针对应用场景研发,与应用方一起提供解决方案。 因此,应用创新与技术创新同等重要。

特殊工艺较多,工业芯片性能差异较大。

很多特殊工艺都用到了,比如BCD(Biploar,CMOS,DMOS),以及高频领域的SiGe(硅锗)和GaAs(砷化镓)。 很多性能在自建生产线上更能体现出来,所以往往需要定制工艺和封装,将设计和工艺深度融合,以满足特殊行业应用场景的需求。

而工控芯片一般应用于垂直领域或细分领域。 与一般市场相比,生态壁垒相对较小,而龙芯几乎可以独立开发所有IP,并基于自己的指挥系统构建生态。 它具有自定义的能力,可以针对特定领域做更多的事情。 一体化专用芯片,为行业输出解决方案,产品具有市场竞争力,生态劣势也可淡化,在工控领域优势突出。

工控芯片国产化率低,国产替代空间广阔。

据QYResearch数据显示,目前国内工业芯片中高端市场仍被欧美日等国际巨头长期占据,关键工业领域芯片自主率等电力能源和轨道交通仍不足10%。

FPGA、高精度数据转换器ADC、多相高效电源管理芯片、通信射频等高端工业计算芯片国产化率不足1%。 国内工业芯片市场仍处于高速增长阶段。 据QYR统计预测,2021年全球工业芯片市场销售额将达到566.5亿美元,预计2028年将达到902亿美元,复合年增长率(CAGR)为7.1。 % (2022-2028)。

在区域层面,中国市场在过去几年变化很快。 2020年市场规模为113.69亿美元,约占全球市场的22.72%。 预计2027年将达到206.2亿美元,全球份额将达到8.46%。 .

可以看出,一方面,工控芯片市场增长迅速,市场空间较大。 另一方面,国产化率仍处于较低水平。 产业本身叠加国产替代机会,国产工控芯片潜力巨大。

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龙芯产业生态建设不断加强,提供设备、边缘、控制、应用等多方面的解决方案。

龙芯多款CPU提供工业级芯片,可应用于宽温、高可靠设备等,具有接口丰富、低功耗、生态丰富等特点。

龙芯处理器已应用于企业数字化转型。 基于龙芯处理器的数据采集设备、RTU、工业边缘网关、PLC、DCS控制器、工业核心控制器、工业机器人、数控机床等产品已应用于工控、能源、轨道交通、水利等领域.

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3.2 在通用领域迎头赶上,致力于打造完全独立的生态系统

总的来说,自主控制程度达到了国内领先水平。 目前国产CPU架构大致可以分为三类:第一类是以飞腾、华为鲲鹏为代表的基于ARM指令集授权的国产芯片。

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ARM 主要分为三个授权级别:

使用级授权、内核级授权和架构/指令集级授权,其中指令集级授权级别最高,企业可以修改ARM指令集实现自主设计的处理器。 目前,海思、飞腾已获得ARMV8永久授权;

第二类是以龙芯为代表的LA指令集架构和以申威为代表的Alpha架构。 神威基本实现了完全自主可控(神威64已经完全形成了自己的架构)。

2018-2020年,龙芯主要销售基于MIPS指令集系统的产品。 2020年后,龙芯推出了自己的指令集系统LoongArch(龙芯架构)。 知识产权评估,确定龙芯指令系统与Alpha、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86为不同的指令系统,目前龙芯LA可以自主研发几乎所有的IP; 第三类是以海光和兆芯为代表获得x86授权(只在内核层面授权),未来指令集扩展难度更大,形成自主可控的指令集。

自主可控方面,申威、龙芯>飞腾、鲲鹏>海光、兆芯。 虽然目前支持龙芯架构的CPU市场份额较低,龙芯自主指令集处于起步阶段,面临极高的生态壁垒,但公司在操作系统和基础架构等核心技术领域实现了高度的自主创新。软件,从自身做起。 提升产品性能和生态有望成为新的强大竞争力。

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兼容不同指令集系统,积极培育独立生态。

目前通用市场主流指令集架构仍然是X86和ARM架构,所以兼容主流指令集架构的应用是龙芯在完善生态之前必须做的工作。 目前,公司正按照“3+10+X”的节奏稳步推进。

其中,“3”代表了Windows打印机驱动、兼容IE的龙芯浏览器、.NET虚拟机等X86平台上最常用的“三件套”。 公司已基本满足市场对“三件套”的需求; “10”代表X86/Linux平台的5个重点应用和X86/Windows平台的5个重点应用(即时通讯应用、办公软件等),在完善功能的基础上,进行一轮的表现优化以达到易用性水平; “X”代表更广泛的X86平台应用。

为了解决兼容性问题,公司开发了龙芯应用框架,包括基础框架LBF、兼容框架LCF、开发框架LDF、龙芯X86架构翻译系统LATX、龙芯ARM架构翻译系统LATA。

其中,基本框架LBF规范了硬件兼容性,通过统一的系统架构实现了操作系统的跨硬件兼容性; 兼容性框架LCF克服了Linux平台软件差异化的缺点,实现了Linux系统不同分支和版本的应用兼容; LATX通过高效的二进制翻译,在龙芯平台上运行X86/Linux和X86/Windows应用(不运行Windows); LATA通过高效的二进制翻译在龙芯平台上运行ARM/Android; 最后,开发框架LDF形成了一个独立的编程语言和框架,供用户在这个平台上开发应用程序; 同时,龙芯还开发了独立的基础应用供用户使用,包括IE兼容浏览器、龙芯打印驱动引擎、龙芯版.NET环境、龙芯版Java环境、龙芯音视频库、龙芯显示控制中间件等。 等待。

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国内CPU市场过度依赖进口,国产替代空间巨大。

2020年中国处理器和控制器进口量将达到1400亿颗,价值1706亿美元,与前五年相比保持增长态势。 我国台式机和服务器领域CPU市场需求量大,但国产化率相对较小,未来替代空间大。 底层过度依赖进口已经成为我国信息产业发展的软肋。 政府也对此有所关注,加大了研发投入和政策扶持力度,国产CPU在政务等重点领域逐步铺开。

2020年国务院印发的《新时代促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》中提到,到2025年我国芯片自给率要达到70%。目前国内CPU企业主要有6家,分别是龙芯中科、申威、华为海思、飞腾信息、海光信息、上海兆芯。

以龙芯中科为例,推出独立指挥系统LoongArch,致力于打造完整的独立生态系统,为进一步国产化奠定基础。

国内CPU厂商面临双重机遇。 一方面,国内替代进程正在从党政行业向空间更大的重点行业拓展。 另一方面,智能化和数字化的需求将增加对CPU的整体需求。

从应用领域来看,CPU的重要应用领域包括台式机和服务器,这两个领域的CPU市场主要被海外厂商占据。 新创制程虽然近年来推动了国内CPU产业的发展,但整体市场占有率仍偏低,未来仍有广阔的替代空间。

此外,按照客户类别,CPU下游领域包括党政军、重点行业和消费市场。 目前,2022年党政信创进入收尾阶段,初步验证国产CPU的可用性。 政府市场占有率约30%,认可度较高。

现在新创已经逐步向重点行业拓展。 与党政市场相比,重点行业的市场需求更大、价值更高,整体市场空间也更为广阔。

此外,智能化和数字化趋势增加了对计算能力的需求,未来CPU市场有望扩大。 2022年,《数字经济发展“十四五”规划》顶层设计出炉,首次将数字经济的地位提升到国家战略层面。 重要文章《不断做强做优做大我国数字经济》进一步强调加快新型基础设施建设。

数字经济主要分为产业数字化和数字产业化两个层次。 从当前发展阶段和数字经济对生产力的直接影响来看,传统产业数字化转型将是“十四五”期间的发展主线。 所代表的底层 IT 基础设施是核心之一。

据IDC统计,在云平台建设的硬件成本中,服务器占比最大,达到75%左右。 随着5G的逐步商用和物联网、智能汽车等新场景的加速落地,对海量数据计算和存储的需求将快速增长。 随着数据中心等新基础设施建设需求的增加,相关单位有望开展新一轮设备采购计划。 中国整体服务器空间扩张趋势明显。

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04 业绩稳步增长,适时放量

4.1 收入高增长,盈利能力提升

近年来,公司营业收入和归属于母公司的净利润实现快速增长。 2021年,公司实现营业收入12.01亿元,归属于母公司净利润2.37亿元,创四年新高,同比分别增长10.99%和229.82%。

与前几年相比,2021年营业收入增速放缓,主要受2021年指令集系统生态化改造的影响,增速下降至11%左右。 2022Q3,公司实现营业收入4.84亿元,因倒闭减少37.55%; 实现归属于母公司净利润0.73亿元,同比下降38.60%。

公司营收和净利润同比下降的主要原因是,一方面党政新创基本完成,行业新创刚刚起步。 impact, resulting in a year-on-year decrease in the first three quarters of 2022. However, the impact of the epidemic is gradually weakening, and the industry’s innovation is steadily advancing. It is expected that the company’s revenue and net profit will return to positive growth in 2023.

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4.2 Continuous iteration of products and continuous growth in sales

The sales volume of the company’s industrial control chips continued to rise, and the average unit price decreased year by year with changes in product structure.

The early industrial control chips are mainly Loongson-2 series chips. Some products in the Loongson-2 series have higher environmental requirements for their application scenarios, require a certain level of technology and higher testing requirements, so their sales unit price is relatively high. The average price of industrial control chips in 2018-2019 is higher. At the same time, due to the high requirements for its application scenarios, the scope of application is also limited, resulting in low sales in the early stage.

From 2020 to 2021, the application of Loongson 1 series chips in industrial control chips will gradually increase, and they will be widely used in encryption cards, remote data collection, smart door locks, printers and other terminal equipment. The ratio also increased at the same time, which lowered the average sales price of industrial control chips.

The sales volume and unit price changes of the company’s informatization chips are mainly related to product iterations.

The sales volume showed a trend of rising first and then falling, and the unit price was relatively stable, showing a downward trend overall.

In 2017-2018, Loongson 3A3000 and 3B3000 series chip products were launched, with high unit prices, a large gap with the mainstream market, and low sales volume.

In 2019, with the launch of 3A4000 series chip products, product performance has been further improved, and the price of 3A3000 series products has dropped. The average price of chips has also dropped.

In 2020, the company will vigorously expand office and business information applications, and the sales of information chips will increase significantly.

In 2021, the company will launch the 3A5000 series products using the LoongArch command system. It will take time for complete machine manufacturers and operating system manufacturers to adapt, resulting in a decline in sales compared to 2020. At the same time, the proportion of supporting chips such as bridge chips, which are significantly lower than the Loongson 3 series products, accounted for an increase in sales, resulting in a continued decline in the average price of information technology chips.

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05 Performance Forecast and Valuation Analysis

Industrial control market:

The industrial control market has high requirements for chip performance, slow product iteration, small ecological barriers, and high customization requirements. Some key industries (such as energy, transportation, telecommunications, etc.) have high requirements for independent controllability. On the one hand, the company has a completely independent instruction set. Architecture LA architecture, which can independently develop almost all IPs, with a high degree of independent control; on the other hand, the company has strong customization capabilities and ecological construction capabilities, and although the ecology is weak in the general field, due to the small ecological barriers in the industrial control market, Therefore, the company can basically meet the needs of the industrial control market.

Superimposed on the intelligent trend of the future industrial control market, the company faces great opportunities, and related businesses are expected to develop rapidly. However, considering that the repeated impact of the epidemic in 2022 will be greater, but it is expected to return to normal after the epidemic is released, it is estimated that the sales revenue of industrial control chips will grow by 10%, 50%, and 40% respectively from 2022 to 2024.

Information market:

From the perspective of the company’s business layout, the company was committed to improving single-core performance before, and improved performance through design optimization rather than relying on overseas technology. 3A5000 marks the completion of the single-core performance “remedial lesson”. Six-core processor Loongson 3C5000 and Loongson 3 supporting chip 7A2000.

Previously, the company’s layout in the information market was mainly concentrated in the desktop field. In 2022, the 16-core 3C5000 has also started mass production, and it is expected to be reflected next year.

From the perspective of the company’s business expansion, the current Xinchuang project in the party and government field has been basically completed, and has gradually expanded to the industry Xinchuang. The company’s previous products were mainly used in desktop servers. With the launch of new product server chips, it is expected to expand to the server market in the future. .

Based on the above, the company’s business expansion is expected to expand from the party and government field to the industry credit innovation, and the product dimension will also expand from the desktop field to the server field. However, considering that the two phases of the project are in the transition period in 2022, related revenue and profits have declined. With the development of industry innovation and new products in 2023, the company will perform better in the information market. It is estimated that the revenue growth rate of informatization chips from 2022 to 204 will be -15%, 15%, and 15%, respectively.

Solution market: The company’s solution market is highly related to the needs of downstream customers for informatization construction and domestic alternatives, and the solutions cover a wide range of fields, which is basically consistent with the average growth rate of the industry. The growth rates of category revenue are 10%, 30% and 30% respectively.

Profit forecast of the company: As a leader in domestic CPUs, the company is committed to the ecological construction of domestic CPUs. Net profits were 1.98, 345, and 501 million yuan, respectively, and the corresponding EPS were 0.55, 0.96, and 1.39 yuan. The current stock price corresponds to 2022-2024 PE values of 156.93, 89.96 and 62.02 times respectively.

06 Risk warning

Product R&D and expansion are not as expected, ecological construction is not as expected, and industry credit innovation is not as expected.

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