片上系統(tǒng)SoC（System on Chip），即在一塊芯片上集成一整個(gè)信息處理系統(tǒng)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō) SoC芯片是在中央處理器CPU的基礎(chǔ)上擴(kuò)展音視頻功能和專(zhuān)用接口的超大規(guī)模集成電路，是智能設(shè)備的“大腦”。隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，傳統(tǒng)MCU已經(jīng)不能完全滿(mǎn)足智能終端的需求，SoC應(yīng)運(yùn)而生，憑借其性能強(qiáng)、功耗低、靈活度高的特點(diǎn)，使單芯片能夠完成完整的電子系統(tǒng)。SoC在移動(dòng)計(jì)算（例如智能手機(jī)和平板電腦）和邊緣計(jì)算市場(chǎng)中非常普遍。它們也常用于嵌入式系統(tǒng)，如WiFi路由器和物聯(lián)網(wǎng)。

本期的智能內(nèi)參，我們推薦海通國(guó)際的報(bào)告《SOC芯片研究框架》，詳解SOC技術(shù)細(xì)節(jié)、產(chǎn)業(yè)鏈和成長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力。

來(lái)源 海通國(guó)際

原標(biāo)題：

《SOC芯片研究框架》

作者：鄭宏達(dá) 華晉書(shū)

一、SOC：一塊芯片上集成的整個(gè)信息處理系統(tǒng)

片上系統(tǒng)SoC（System on Chip），即在一塊芯片上集成一整個(gè)信息處理系統(tǒng)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō) SoC芯片是在中央處理器CPU的基礎(chǔ)上擴(kuò)展音視頻功能和專(zhuān)用接口的超大規(guī)模集成電路，是智能設(shè)備的“大腦”。應(yīng)用處理器AP（Application Processor）是SoC中包含CPU在內(nèi)的所有計(jì)算芯片的集成物。智能手機(jī)SoC通常包含AP和基帶處理器BP等，AP負(fù)責(zé)應(yīng)用程序的運(yùn)行，BP負(fù)責(zé)收發(fā)無(wú)線(xiàn)信號(hào)。有時(shí)將AP和SoC混用。

隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，傳統(tǒng)MCU已經(jīng)不能完全滿(mǎn)足智能終端的需求，SoC應(yīng)運(yùn)而生，憑借其性能強(qiáng)、功耗低、靈活度高的特點(diǎn)，使單芯片能夠完成完整的電子系統(tǒng)。SoC在移動(dòng)計(jì)算（例如智能手機(jī)和平板電腦）和邊緣計(jì)算市場(chǎng)中非常普遍。它們也常用于嵌入式系統(tǒng)，如WiFi路由器和物聯(lián)網(wǎng)。

當(dāng)前 SoC已成為功能最豐富的硬件，集成了 CPU、GPU、RAM、ADC、DAC、Modem、高速DSP 等各個(gè)功能模塊，部分SoC還集成了電源管理模塊、各種外部設(shè)備的控制模塊，同時(shí)還需要考慮各總線(xiàn)的分布利用等。

IP 核（Intellectual Property Core），即知識(shí)產(chǎn)權(quán)核，在集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)中指已驗(yàn)證、可重復(fù)利用、具有某種確定功能的芯片設(shè)計(jì)模塊。SoC是以IP模塊為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)技術(shù)，IP是SoC應(yīng)用的基礎(chǔ)。 IP 核可以劃分為CPU、GPU、DSP、VPU、總線(xiàn)、接口等6個(gè)類(lèi)別，也可按軟核、固核、硬核分類(lèi)。

▲IP核分類(lèi)

SoC的概念和設(shè)計(jì)技術(shù)始于20世紀(jì)90年代中期。早期芯片設(shè)計(jì)難度較低，半導(dǎo)體公司多為集設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)為一體的IDM廠商。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和工藝的進(jìn)步，往后芯片隨著摩爾定律不斷更新迭代，晶片設(shè)計(jì)和制造的成本和難度均大幅上升，單一廠商難以承擔(dān)高額研發(fā)及制造費(fèi)用。20世紀(jì)80年代，臺(tái)積電的成立不斷引導(dǎo)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)朝“Fabless（設(shè)計(jì)） Foundry（制造） OSAT（封測(cè)）”分工方向發(fā)展。

1990年IP龍頭Arm誕生，開(kāi)創(chuàng)了IP核授權(quán)模式。Arm負(fù)責(zé)芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)，并將IP核授權(quán)給Fabless廠商。隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，集成電路（IC）逐漸向集成系統(tǒng)（IS）轉(zhuǎn)變，IC設(shè)計(jì)廠商趨向于將復(fù)雜功能集成到單硅片上，SoC的概念逐漸形成。例如，三星等廠商根據(jù)產(chǎn)品需求將基于ARM架構(gòu)的CPU處理器和各類(lèi)外圍IP組合得到包含許多組件的SoC，根據(jù)不同應(yīng)用需求，內(nèi)部組件封裝不盡相同。1994 年Motorola發(fā)布的Flex Core系統(tǒng)和1995年LSILogic公司為Sony公司設(shè)計(jì)的SoC, 是基于IP核完成SoC設(shè)計(jì)的最早報(bào)導(dǎo)。

▲半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)兩種運(yùn)作模式

一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)SoC芯片由設(shè)計(jì)廠商自主設(shè)計(jì)的電路和多個(gè)外購(gòu)IP核組成。IP核復(fù)用即向IP廠商購(gòu)買(mǎi)已有的IP核，并進(jìn)行布局、連接、檢查和驗(yàn)證。IP核授權(quán)模式能夠在SoC中調(diào)用已設(shè)計(jì)好的具有獨(dú)立功能的模塊，一方面能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程、加快了設(shè)計(jì)速度，降低設(shè)計(jì)難度，另一方面符合半導(dǎo)體分工發(fā)展的模式，使IC設(shè)計(jì)公司能擺脫IDM模式的束縛和壁壘，專(zhuān)注芯片設(shè)計(jì)，從而帶動(dòng)IC設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展。

典型的SoC包括以下部分：一個(gè)或多個(gè)處理器內(nèi)核，可以是MCU、MPU、數(shù)字信號(hào)處理器或?qū)Ｓ弥噶罴幚砥鲀?nèi)核;

存儲(chǔ)器：可以是RAM、ROM、EEPROM或閃存;

用于提供時(shí)間脈沖信號(hào)的振蕩器和鎖相環(huán)電路;

由計(jì)數(shù)器和計(jì)時(shí)器、電源電路組成的外設(shè);

不同標(biāo)準(zhǔn)的連線(xiàn)接口，如USB、火線(xiàn)、以太網(wǎng)、通用異步收發(fā);

用于在數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)之間轉(zhuǎn)換的ADC/DAC;

電壓調(diào)理電路及穩(wěn)壓器。

在外設(shè)內(nèi)部，各組件通過(guò)芯片上的互聯(lián)總線(xiàn)相互連接。ARM公司推出的AMBA片上總線(xiàn)主要包括高性能系統(tǒng)總線(xiàn)AHB、通用系統(tǒng)總線(xiàn)ASB、外圍互聯(lián)總線(xiàn)APB、可拓展接口AXI。AHB主要針對(duì)高效率、高頻寬及快速系統(tǒng)模塊；ASB可用于某些高速且不必要使用AHB 總線(xiàn)的場(chǎng)合作為系統(tǒng)總線(xiàn)；APB主要用于低速、低功率的外圍，AXI在AMBA3.0協(xié)議中增加，可以用于ARM和FPGA的高速數(shù)據(jù)交互。

MCU(Micro Control Unit)微控制器，芯片級(jí)的芯片。MCU將計(jì)算機(jī)的CPU、RAM、ROM、定時(shí)計(jì)數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，只提供最少的內(nèi)存、接口、處理能力等，專(zhuān)注于小型嵌入式控制系統(tǒng)或控制應(yīng)用程序。

SoC是系統(tǒng)級(jí)的芯片，可能包含許多MCU，適用于具有更多要求和更復(fù)雜的應(yīng)用程序。SoC是一個(gè)完整的單芯片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，能夠執(zhí)行具有更高資源需求的復(fù)雜任務(wù)。

▲MCU芯片示意圖

指令集是CPU的一種設(shè)計(jì)模式，分為精簡(jiǎn)指令集RISC和復(fù)雜指令集CISC兩種。其中，ARM、MIPS、Power、Alpha等均是基于RISC架構(gòu)，X86則是基于CISC的架構(gòu)。X86架構(gòu)占據(jù)了服務(wù)器和桌面領(lǐng)域的壟斷地位，ARM架構(gòu)占據(jù)了嵌入式領(lǐng)域的絕大部分市場(chǎng)，而MIPS、Power、RISC-V等也在相關(guān)特殊領(lǐng)域占有一定的市場(chǎng)份額。

SoC處理器內(nèi)核通常都使用ARM、RISC-V指令集架構(gòu)，因?yàn)樵谇度胧胶鸵苿?dòng)計(jì)算市場(chǎng)中面積和功率通常受?chē)?yán)格限制。

▲指令集

ARM開(kāi)發(fā)了ARM架構(gòu)并授權(quán)其他公司使用并自主開(kāi)發(fā)SoC，當(dāng)前ARM架構(gòu)在移動(dòng)端核心CPU占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)份額。從1985年ARMv1架構(gòu)誕生起到2021年，ARM架構(gòu)已發(fā)展到第九代。2021年正式推出的ARMv9指令集，在兼容ARMv8的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升處理器性能、安全性、矢量計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)字信號(hào)處理。基于ARMv9發(fā)開(kāi)的處理器將在2022年正式商用，可能應(yīng)用于下一代驍龍等SoC。

▲ARM架構(gòu)

ARMv7架構(gòu)開(kāi)始，ARM改以Cortex命名，并分為“應(yīng)用”配置Cortex-A系列，“嵌入式”配置Cortex-R系列、“微處理器”配置ARM Cortex-M系列。Cortex-A面向高性能應(yīng)用處理器內(nèi)核，如智能手機(jī)、平板電腦、機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器等。Cortex-R針對(duì)高性能實(shí)時(shí)應(yīng)用場(chǎng)景，如汽車(chē)應(yīng)用、消費(fèi)電子等。Cortex-M系列主要面向嵌入式設(shè)備和IoT設(shè)備，對(duì)功耗和尺寸要求較高，應(yīng)用于微控制器、傳感器、通信模組、智能家居等。

▲ARM架構(gòu)發(fā)展歷程

近20年，智能移動(dòng)設(shè)備興起，基于精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)的ARM內(nèi)核IP憑借著低成本、高性能、低功耗的特點(diǎn)和IP授權(quán)模式，在智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端SoC等下游領(lǐng)域取得成功，占據(jù)了絕大部分市場(chǎng)份額，有強(qiáng)勢(shì)定價(jià)權(quán)。國(guó)內(nèi)主要半導(dǎo)體廠商和用戶(hù)如華為、小米、中興、瑞芯微等設(shè)計(jì)的商用SoC和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備絕大多數(shù)使用ARM技術(shù)。

ARM核心收費(fèi)模式：授權(quán)費(fèi)（license fee）、版稅（royalty）。ARM授權(quán)技術(shù)給芯片設(shè)計(jì)公司，設(shè)計(jì)公司繳納授權(quán)費(fèi)，生產(chǎn)芯片后，發(fā)芯片給OEM終端客戶(hù)，并按芯片發(fā)貨量繳納版稅給ARM，終端廠商付費(fèi)給芯片代工廠；ARM也會(huì)為終端廠商提供技術(shù)和業(yè)務(wù)支持。

▲ARM主流授權(quán)模式

AI、5G、邊緣計(jì)算的發(fā)展對(duì)計(jì)算技術(shù)提出新的需求，但絕大多數(shù)指令集架構(gòu)都受到專(zhuān)利保護(hù)，如x86、MIPS、Alpha，遏制了創(chuàng)新發(fā)展。先前的指令集架構(gòu)較復(fù)雜，且應(yīng)用領(lǐng)域較單一，且不便于對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行自定義擴(kuò)展，缺乏適用于多個(gè)領(lǐng)域的統(tǒng)一架構(gòu)。為此，加州大學(xué)伯克利分校研究人員設(shè)計(jì)了新的指令集架構(gòu)RISC-V，并以BSD授權(quán)的方式開(kāi)源。近兩年RISC-V架構(gòu)大熱，生態(tài)也發(fā)展較快，比較適合低功耗的應(yīng)用場(chǎng)景，其開(kāi)源、精簡(jiǎn)、可修改等特點(diǎn)決定了RISC-V將在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代擁有巨大的發(fā)展前景，未來(lái)很可能發(fā)展成為世界主流指令結(jié)構(gòu)之一。

RISC-V已有多個(gè)版本的處理器內(nèi)核和SoC芯片，其中部分是開(kāi)源免費(fèi)，部分是商業(yè)公司開(kāi)發(fā)用于內(nèi)部項(xiàng)目。RISC-V發(fā)展已經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)許多商業(yè)化應(yīng)用驗(yàn)證，也是我國(guó)發(fā)展自主可控國(guó)產(chǎn)CPU的重要途徑，但軟件生態(tài)還需不斷完善。Semico Research研究結(jié)果顯示，未來(lái)RISC-V將被大量運(yùn)用于包括計(jì)算機(jī)、消費(fèi)、通訊、運(yùn)輸和工業(yè)市場(chǎng)在內(nèi)的細(xì)分市場(chǎng)，到2025年，采用RISC-V架構(gòu)的芯片數(shù)量將增至624億顆，復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)146%。

▲部分國(guó)內(nèi)外RISC-V處理器和SoC平臺(tái)

SoC的發(fā)展是性能、算力、功耗、工藝難度幾方面的平衡。當(dāng)前AI成為各大SoC廠商的必爭(zhēng)之地，同時(shí)對(duì)算法提出更高要求，在功耗受限的場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)AI算法成為關(guān)鍵，算力效率（單位算力的成本和功耗）極為重要。以蘋(píng)果A14SoC為例，A14使用5nm工藝，和A13相比CPU性能提升16%，GPU提升10%左右，AI加速器Neural Engine的性能提升則接近100%。未來(lái)應(yīng)用于手機(jī)、平板、服務(wù)器等高端SoC將繼續(xù)朝高性能發(fā)展。

SoC在追求高性能和低功耗的智能手機(jī)、平板電腦等芯片領(lǐng)域已占據(jù)主導(dǎo)地位，在自動(dòng)駕駛、AIoT等領(lǐng)域也已得到應(yīng)用，隨著AIoT、5G的不斷發(fā)展，未來(lái)還將向更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展。此外，數(shù)據(jù)大爆炸時(shí)代對(duì)邊緣計(jì)算算力提出更高要求，智能硬件需求量也將持續(xù)上漲。據(jù)Yole預(yù)計(jì)，2019年全球應(yīng)用處理器 AP市場(chǎng)規(guī)模為340億美元，2025年將增長(zhǎng)到560億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率8.7%，市場(chǎng)規(guī)模有望持續(xù)擴(kuò)大。

能夠抓住趨勢(shì)精準(zhǔn)布局的IC設(shè)計(jì)廠商將在市場(chǎng)大潮中快速占領(lǐng)市場(chǎng)份額。從國(guó)內(nèi)廠商來(lái)看，瑞芯微、全志科技等在平板電腦市場(chǎng)、晶晨股份等在機(jī)頂盒市場(chǎng)、國(guó)科微等在衛(wèi)星電視市場(chǎng)、富瀚微等在模擬監(jiān)控?cái)z像頭ISP芯片市場(chǎng)、博通集成等在2019年汽車(chē)ETC市場(chǎng)都抓住了機(jī)會(huì)。

▲2019-2025年全球AP市場(chǎng)收入（單位：億美元）

二、SoC產(chǎn)業(yè)鏈概況

▲SoC產(chǎn)業(yè)鏈概況

產(chǎn)業(yè)鏈上游概況：設(shè)計(jì)工具寡頭競(jìng)爭(zhēng)。設(shè)計(jì)工具寡頭競(jìng)爭(zhēng)，上游議價(jià)能力強(qiáng)。SoC產(chǎn)業(yè)鏈上游可分為知識(shí)產(chǎn)權(quán)核（IP核）和相關(guān)EDA工具；知識(shí)產(chǎn)權(quán)核主要公司有 ARM、Synopsys、Cadence等， EDA工具的核心企業(yè)有Cadence、Synopsys 和Mentor Graphics。

上游設(shè)計(jì)工具行業(yè)集中度較高，當(dāng)前全球核心IP 主要由 ARM、Synopsys、Cadence 提供，合計(jì)占比近 65% ，全球 EDA 產(chǎn)業(yè)主要由Cadence、Synopsys 和西門(mén)子旗下的 Mentor Graphics 壟斷，三大 EDA 企業(yè)占全球市場(chǎng)的份額超過(guò) 60%，上游廠商議價(jià)能力較強(qiáng)。

▲IP核2019年競(jìng)爭(zhēng)格局

行業(yè)集中度高，國(guó)內(nèi)廠商市占率較低。全球IP核供應(yīng)商以國(guó)外廠商為主，行業(yè)集中度相對(duì)較高：國(guó)內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)所需的IP核大多來(lái)自境外供應(yīng)商，每年進(jìn)口金額10億美元以上，占全球市場(chǎng)的1/3左右。中國(guó)大陸的IP核供應(yīng)商有50家左右，普遍實(shí)力較弱。國(guó)內(nèi)也有規(guī)模較大的企業(yè)，如總部在上海的芯原（ Verisilicon），市場(chǎng)占有率已躋身全球前十，但與歐美“三巨頭”相比還有很大差距。

IP 核本身是產(chǎn)業(yè)鏈不斷專(zhuān)業(yè)化的產(chǎn)物，是芯片設(shè)計(jì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要體現(xiàn)，也是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈下一步升級(jí)的重要方向。產(chǎn)業(yè)每一輪專(zhuān)業(yè)化升級(jí)都有其內(nèi)在的供需原因，且往往是追求規(guī)模成本效應(yīng)的結(jié)果。

EDA 公司提供給IC 公司的一般都是全套工具，因此EDA 集成度高的公司產(chǎn)品更有優(yōu)勢(shì)。EDA三巨頭基本都能提供全套的芯片設(shè)計(jì)EDA 解決方案。

Synopsys 行業(yè)領(lǐng)先的IC Compiler? II布局布線(xiàn)解決方案提供了單一供應(yīng)商所能提供的最全面設(shè)計(jì)平臺(tái)，加速大規(guī)模AI處理器的實(shí)現(xiàn)。

Cadence 的強(qiáng)項(xiàng)在于模擬或混合信號(hào)的定制化電路和版圖設(shè)計(jì)。數(shù)字后端工具Innovus可以在滿(mǎn)足功耗/面積預(yù)算要求下實(shí)現(xiàn)最佳的性能、或者在滿(mǎn)足頻率指標(biāo)的同時(shí)確保功耗/面積最小。

Mentor Graphic 同樣在后端布局布線(xiàn)比較強(qiáng)，在 PCB 上也很有優(yōu)勢(shì)，它的優(yōu)勢(shì)是Calibresignoff 和 DFT。2016年并入西門(mén)子。

▲EDA 工具軟件分類(lèi)

產(chǎn)業(yè)鏈中游情況：高端、次高端、專(zhuān)用型SoC特點(diǎn)。高端SoC芯片主要集中于手機(jī)、平板電腦、服務(wù)器市場(chǎng)等，次高端SoC芯片多應(yīng)用于安防、智能音頻、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，專(zhuān)用型SoC芯片多應(yīng)用于TWS耳機(jī)和智能手表等。

制程工藝的迭代更新導(dǎo)致SoC芯片的性能和價(jià)格分化。晶體管數(shù)量的提升導(dǎo)致CPU、GPU、NPU等IP核的升級(jí)。最新高端SoC芯片制程為5nm，專(zhuān)用SoC芯片如智能音頻芯片的制程普遍在16nm-55nm之間。

制程會(huì)影響芯片面積，并因此直接影響芯片價(jià)格，通過(guò)增大芯片面積，一個(gè)芯片中可以放下更多的晶體管。理論上，芯片面積越小的SoC成本越低，同等技術(shù)水平和制程下，晶體管/芯片面積的大小和性能輸出直接相關(guān)。

時(shí)鐘頻率是指同步電路中時(shí)鐘的基礎(chǔ)頻率，它是評(píng)定CPU性能的重要指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)主頻數(shù)字值越大越好。高端和次高端SoC芯片的時(shí)鐘頻率一般在以GHz計(jì)量，專(zhuān)用型SoC芯片的時(shí)鐘頻率多以MHz計(jì)量（1GHz=1000MHz）。

目前高端SoC芯片多以一個(gè)超大核心加多個(gè)中核心、小核心架構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)多年來(lái)迭代更新，基于ARM的CPU核心不斷升級(jí)，在制程工藝、主頻、性能上大幅度提升。同時(shí)高端SoC芯片尤其是移動(dòng)端芯片一般會(huì)添加集成式或外掛式基帶，以此實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接入、電話(huà)等傳統(tǒng)移動(dòng)終端功能。

高端SoC芯片如天璣1200采用A78構(gòu)架，1個(gè)A78主頻3.0GHz的大核心，3個(gè)A78主頻2.6GHz的中核心和4個(gè)A55主頻2.04GHz的小核心。驍龍865CPU采用Cortex A77主頻2.84GHz超級(jí)大核和三個(gè)Cortex A77 2.84GHz普通大核 四個(gè)Cortex A55 1.8GHz小核心架構(gòu)。麒麟9000 CPU架構(gòu)為一個(gè)3.13GHz A77大核心、三個(gè)2.54GHz A77中核心、四個(gè)2.04GHz A55小核心。

▲部分高端SoC芯片架構(gòu)對(duì)比

高通驍龍888 移動(dòng)平臺(tái)是行業(yè)首個(gè)采用ARM Cortex X1 架構(gòu)的移動(dòng)平臺(tái)，CPU 為 Kryo 680 CPU，其采用了全新 CPU 架構(gòu)。具體來(lái)說(shuō)，其包含一枚最高主頻2.84GHz 的 Cortex X1 核心，3 枚最高主頻 2.4GHz 的 Cortex A78 核心和 4 枚最高主頻 1.8GHz 的 Cortex A55 核心，延續(xù)一個(gè)超級(jí)核心 3 個(gè)高性能核心 4 個(gè)能效核心的三叢集架構(gòu)。

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。三個(gè)CPU核心均基于今年4月份發(fā)布的Armv9架構(gòu)指令集設(shè)計(jì)。高通新一款代號(hào)為SM8450的處理器，該芯片采用4nm工藝打造，CPU采用Kryo 780架構(gòu)，該架構(gòu)基于最新的Arm v9指令集。

次高端SoC芯片多應(yīng)用于安防、智能音頻、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，對(duì)算力要求相比智能手機(jī)、服務(wù)器等略低，近年來(lái)次高端SoC芯片架構(gòu)逐步從單核心到多核心、從大核心到大核心 小核心的架構(gòu)變化升級(jí)。

次高端SoC芯片目前制程以工藝成熟的28nm為主，部分公司先進(jìn)產(chǎn)品進(jìn)入12nm-14nm規(guī)格。CPU多以Cortex-A53、Cortex-A7架構(gòu)為核心，主頻普遍在1.2GHz以上。

專(zhuān)用SoC芯片應(yīng)用領(lǐng)域有TWS耳機(jī)、智能手表等，此類(lèi)SoC芯片開(kāi)發(fā)適用于特定應(yīng)用場(chǎng)景。專(zhuān)用SoC更接近MCU領(lǐng)域的應(yīng)用，如TWS 耳機(jī)的核心是智能藍(lán)牙音頻SoC 芯片，其承擔(dān)了無(wú)線(xiàn)連接、音頻處理和其他輔助功能。

產(chǎn)業(yè)鏈下游：芯片制造頭部效應(yīng)明顯。晶圓制造環(huán)節(jié)作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中至關(guān)重要的工序，制造工藝高低直接影響半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)先進(jìn)程度。Fabless Foundry OSAT的模式成為趨勢(shì)，F(xiàn)oundry在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中的重要程度也逐步提升。

同時(shí)半導(dǎo)體制造行業(yè)呈現(xiàn)非常明顯的頭部效應(yīng)，根據(jù)IC Insights的數(shù)據(jù)顯示，在全球前十大代工廠商中，臺(tái)積電一家占據(jù)了超過(guò)一半的市場(chǎng)份額，前八家市場(chǎng)份額接近90%。

▲SoC芯片設(shè)計(jì)廠商與部分晶圓代工廠合作關(guān)系

SoC芯片應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，消費(fèi)電子和智能物聯(lián)是SoC芯片需求的兩大領(lǐng)域。在消費(fèi)電子市場(chǎng)，智能手機(jī)、平板電腦等消費(fèi)類(lèi)電子的爆發(fā)式增長(zhǎng)，催生出大量芯片需求，推動(dòng)了芯片行業(yè)的巨大發(fā)展；智慧商顯、
智能零售、汽車(chē)電子等新的應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用領(lǐng)域不斷出現(xiàn)，為芯片設(shè)計(jì)廠商提供了良好的發(fā)展機(jī)遇；物聯(lián)網(wǎng)及人工智能時(shí)代，創(chuàng)新科技產(chǎn)品的誕生為集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)帶來(lái)了更為廣闊的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

三、行業(yè)成長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力

人工智能（AI）是計(jì)算機(jī)學(xué)科的重要分支，主要分為語(yǔ)音和視覺(jué)識(shí)別、自然語(yǔ)言處理以及深度學(xué)習(xí)等幾大研究方向。21世紀(jì)以來(lái)，AI的產(chǎn)業(yè)化被應(yīng)用于金融、教育、醫(yī)療、交通、汽車(chē)、制造、娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。AI芯片是智能終端的硬件基礎(chǔ)，各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景豐富多樣，在智能手機(jī)、智能音頻、電子汽車(chē)、智能安防等方面提供硬件支持，不同應(yīng)用市場(chǎng)下競(jìng)爭(zhēng)格局分散。根據(jù)德勤數(shù)據(jù)，全球人工智能將在未來(lái)幾年迅速增長(zhǎng)，2025年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到64000億美元，2017-2025復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)32%。

▲全球人工智能市場(chǎng)規(guī)模（單位：億美元）

AI芯片也稱(chēng)為AI加速器，負(fù)責(zé)運(yùn)行AI算法、處理AI應(yīng)用中的計(jì)算任務(wù)。AI芯片按照應(yīng)用端可分為云端（服務(wù)器端）芯片和終端（移動(dòng)端）芯片；按照功能可分為訓(xùn)練（Training）芯片和推斷（Inference）芯片；按照技術(shù)架構(gòu)可分為通用芯片（GPU）、半定制化芯片（FPGA）和全定制化芯片（ASIC）。

未來(lái)的AISoC將形成以CPU為控制中心，GPU、FPGA、ASIC作為專(zhuān)用AI加速模塊的格局。GPU、FPGA、ASIC在AI芯片中有不同的適用場(chǎng)景：GPU主要處理圖像領(lǐng)域運(yùn)算加速和復(fù)雜的通用性AI平臺(tái)；FPGA常用于深度學(xué)習(xí)算法中的推斷階段；ASIC滿(mǎn)足場(chǎng)景某一特殊場(chǎng)景的特殊定制，谷歌母公司Alphabet的 TPU、 寒武紀(jì)的NPU、地平線(xiàn)的 BPU、Movidius 的VPU等都屬于 ASIC芯片。

▲AI專(zhuān)用芯片研發(fā)情況一覽

隨著機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器視覺(jué)在AI領(lǐng)域的不斷發(fā)展，AI加速器對(duì)CPU的補(bǔ)充能夠處理海量數(shù)據(jù)，滿(mǎn)足目標(biāo)檢測(cè)、人臉識(shí)別、語(yǔ)音助手等AI應(yīng)用對(duì)高算力的需求，異構(gòu)計(jì)算變得愈發(fā)重要。

CPU更擅長(zhǎng)邏輯控制，算力較弱；相比之下，GPU計(jì)算單元（ALU）占比較大，算力遠(yuǎn)大于CPU；NPU是嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，擁有更強(qiáng)算力和更低功耗，當(dāng)前各類(lèi)AI算法主要利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法模擬人類(lèi)神經(jīng)元和突觸，作為AISoC中處理AI算法的核心，NPU應(yīng)用于智能識(shí)別、預(yù)測(cè)規(guī)劃、智能控制等功能領(lǐng)域。

▲AI加速器對(duì)CPU的補(bǔ)充提高了芯片算力水平

1、汽車(chē)：汽車(chē)平臺(tái)未來(lái)需要高算力

汽車(chē)半導(dǎo)體涵蓋了汽車(chē)芯片、功率器件、傳感器等重要電子零部件。汽車(chē)的計(jì)算芯片包括傳統(tǒng)的MCU芯片和SoC芯片。MCU芯片一般包含CPU一個(gè)處理器單元；而汽車(chē)SoC一般包含多個(gè)處理單元。

ECU（Electronic Control Unit）即電子控制單元，隨著汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，ECU需求迅速上升，帶動(dòng)MCU芯片需求持續(xù)增加。需求的推動(dòng)加上芯片產(chǎn)能不足導(dǎo)致近期汽車(chē)MCU芯片供不應(yīng)求。

隨著汽車(chē)算法算力和交互效率的不斷提升，汽車(chē)電子不斷發(fā)展，倒逼MCU芯片升級(jí)為SoC芯以承載大量非結(jié)構(gòu)化算力需求。汽車(chē)SoC一般應(yīng)用于高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)、自動(dòng)駕駛兩大領(lǐng)域。

▲汽車(chē) SoC在ADAS的應(yīng)用

在傳統(tǒng)汽車(chē)分布式E/E架構(gòu)（汽車(chē)電子電氣架構(gòu)）下，ECU相互孤立，車(chē)載功能的升級(jí)依賴(lài)ECU數(shù)量的增加。隨著汽車(chē)電子智能化、自動(dòng)化的發(fā)展，ECU在算法算力、數(shù)量、總線(xiàn)長(zhǎng)、軟件開(kāi)發(fā)模式、生產(chǎn)成本等方面受到阻礙。

隨著計(jì)算芯片的算力需求大幅提升，汽車(chē)E/E架構(gòu)向集中化趨勢(shì)發(fā)展，也對(duì)芯片提出了更高要求。特斯拉Model3中央集成化的發(fā)展將多個(gè)ECU功能整合在一起，逐步實(shí)現(xiàn)一臺(tái)嵌入式高性能計(jì)算機(jī)統(tǒng)一控制多項(xiàng)功能。在新架構(gòu)下，不同ECU對(duì)應(yīng)的算法可實(shí)現(xiàn)整合，開(kāi)發(fā)流程和成本可大幅縮短，高算力需求向中央集成化的“車(chē)-云計(jì)算”方向發(fā)展演變，快速反映仍需要分布式架構(gòu)輔助。

智能汽車(chē)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人駕駛等創(chuàng)新技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，我國(guó)汽車(chē)電子的市場(chǎng)規(guī)模及發(fā)展前景巨大。全球汽車(chē)電子市場(chǎng)規(guī)模2017-2022 CAGR為8%，到2022年將達(dá)到21399億元規(guī)模；中國(guó)汽車(chē)電子市場(chǎng)規(guī)模2017-2022 CAGR為12.6%，到2022年將達(dá)到9783億元規(guī)模，中國(guó)增速高于全球。

▲2019年全球汽車(chē)電子競(jìng)爭(zhēng)格局

汽車(chē)電子逐漸向自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展，拉動(dòng)汽車(chē)SOC市場(chǎng)需求。隨著汽車(chē)座艙技術(shù)不斷進(jìn)步，汽車(chē)電子人機(jī)交互、一芯多屏和平臺(tái)化發(fā)展成為重要技術(shù)趨勢(shì)。交互系統(tǒng)、操作系統(tǒng)及車(chē)載娛樂(lè)是汽車(chē)SoC的核心組成。

自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，車(chē)載AI芯片快速發(fā)展，算力、功耗、生態(tài)等成為各廠商競(jìng)爭(zhēng)車(chē)載AI領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力。NIVIDA具備完善的軟件工具和應(yīng)用生態(tài)，深入布局AI SoC；Mobileye（英特爾收購(gòu)）憑借一體式解決方案和自動(dòng)駕駛平臺(tái)在AI領(lǐng)域占有一定份額；國(guó)內(nèi)企業(yè)如地平線(xiàn)、黑芝麻、華為等發(fā)展迅猛，形成了自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力，有望逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。

▲車(chē)載AI SoC

2、智能手機(jī)：智能手機(jī)是SoC最大的終端應(yīng)用市場(chǎng)

智能手機(jī)是SoC最大的應(yīng)用市場(chǎng)。智能手機(jī)CPU都基于Arm架構(gòu)，通常以八核、六核的配置出現(xiàn)，其中大核具有強(qiáng)大性能，滿(mǎn)足多種應(yīng)用程序運(yùn)行需求，小核則平衡發(fā)熱和耗電問(wèn)題。目前，最常用的智能手機(jī)CPU有蘋(píng)果A系，驍龍系列，三星獵戶(hù)座，華為海思麒麟，聯(lián)發(fā)科以及小米的澎湃系列等。

智能手機(jī)SoC在工藝節(jié)點(diǎn)發(fā)展上將不斷向4/5nm甚至3nm邁進(jìn)。根據(jù)Counterpoint預(yù)測(cè)，到2025年全球60%的智能手機(jī)SoC將采用5nm及以下代工節(jié)點(diǎn)，N5節(jié)點(diǎn)將是代工廠路線(xiàn)圖上的長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)，這成為臺(tái)積電和三星擴(kuò)產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)力之一。

主流5G智能手機(jī)的主要代工節(jié)點(diǎn)為6/7nm，聯(lián)發(fā)科、高通和蘋(píng)果為主要廠商。蘋(píng)果的A系列和M系列芯片在5nm節(jié)點(diǎn)產(chǎn)能份額上處于絕對(duì)領(lǐng)先地位。

根據(jù)Statista數(shù)據(jù)顯示，2009-2016年，全球智能手機(jī)總出貨量迅速增長(zhǎng)，達(dá)到14.7億臺(tái)。此后2020年受疫情等多方面影響出貨量下降至12.8億部。隨著大數(shù)據(jù)、AI、IoT不斷發(fā)展，智能手機(jī)更新?lián)Q代有了新的需求。2020年是我國(guó)5G商用元年，根據(jù)Wind數(shù)據(jù)顯示，自2019 年第三季度推出第一款5G 智能手機(jī)以來(lái)，我國(guó)5G智能手機(jī)出貨量截止至2021Q1已累積達(dá)到24661.5萬(wàn)部，5G手機(jī)的商用和普及成為智能手機(jī)市場(chǎng)的重要推動(dòng)力。

智能手機(jī)中加入的專(zhuān)用AI模塊能夠在圖像處理、語(yǔ)音助手、電池管理等方面提供硬件加速支持。

華為和蘋(píng)果均搭載了嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元（NPU），專(zhuān)用于處理AI計(jì)算。華為最早在Mate10采用外掛的寒武紀(jì)NPU，后在990系列上采用自研的達(dá)芬奇NPU。蘋(píng)果從A11 SoC開(kāi)始加入Neural engine，最新公布的A14 SoC中，NPU算力已有巨大提升，Neural engine結(jié)合CPU上的機(jī)器學(xué)習(xí)加速器能夠大大提高AI應(yīng)用體驗(yàn)。

▲智能手機(jī)SoC構(gòu)成

3、平板、筆記本電腦：宅經(jīng)濟(jì) 疫情推動(dòng)平板電腦需求，ARM為主流架構(gòu)

2010年蘋(píng)果推出第一代ipad后，全球平板電腦市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。2015年開(kāi)始，智能手機(jī)逐漸擠占平板電腦的份額，出貨量逐年下降；2020年，受疫情影響，居家辦公和學(xué)習(xí)再次推動(dòng)平板電腦的需求。根據(jù)Wind數(shù)據(jù)顯示，2020年全球平板電腦出貨量1.641億臺(tái)，同比增長(zhǎng)13.6%。

根據(jù)Business wire數(shù)據(jù)顯示，2020Q2，蘋(píng)果在平板電腦處理器市場(chǎng)占據(jù)領(lǐng)先地位，占比高達(dá)43%，隨后分別為英特爾（18%）和高通（15%）。全球平板電腦CPU主要采用ARM架構(gòu)，僅有小部分追求高性能的Windows系統(tǒng)平板電腦采用英特爾X86架構(gòu)。

未來(lái)筆記本將不斷向智能化、便攜化和專(zhuān)業(yè)化趨勢(shì)發(fā)展，隨著5G時(shí)代的到來(lái)和二合一、可折疊屏等新興技術(shù)的推進(jìn)，筆記本電腦行業(yè)有望迎來(lái)新一輪的增長(zhǎng)。根據(jù)Statista預(yù)測(cè)，筆記本電腦市場(chǎng)2018年出貨量為162.3百萬(wàn)臺(tái)，2025年將達(dá)到272.4百萬(wàn)臺(tái)，復(fù)合增長(zhǎng)率為7.7%。2020Q3全球筆記本電腦市場(chǎng)出貨量前五名廠商分別為惠普、聯(lián)想、戴爾、Acer和華碩，其中惠普占據(jù)第一（26%）。

▲2018-2025年全球筆記本電腦出貨量（單位：百萬(wàn)臺(tái)）

在Arm、高通、蘋(píng)果及微軟等廠商的推動(dòng)下，基于Arm的SoC在筆記本電腦市場(chǎng)的空間進(jìn)一步打開(kāi)。蘋(píng)果于2020年11月推出的M1芯片是蘋(píng)果第一款基于ARM指令結(jié)構(gòu)的筆記本/臺(tái)式電腦SoC。M1SoC的中央處理器有四個(gè)高性能核心和四個(gè)低功耗核心，極大程度優(yōu)化了能效比，并采用蘋(píng)果16 核NPU，能大幅提升ML應(yīng)用的處理和計(jì)算速度。微軟2019年10月發(fā)布的Surface Pro X筆記本首次搭載ARM架構(gòu)高通定制版 Microsoft SQ 1 處理器。ARM架構(gòu)能夠進(jìn)一步滿(mǎn)足筆記本輕薄、高續(xù)航等方面需求，優(yōu)化手機(jī)、電腦的協(xié)同性，將是筆記本SoC未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)。

4、服務(wù)器：服務(wù)器市場(chǎng)規(guī)模呈上升趨勢(shì)

近年來(lái)，IoT、5G、大數(shù)據(jù)的發(fā)展推動(dòng)了服務(wù)器市場(chǎng)規(guī)模的增長(zhǎng)。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)顯示，2010-2020年全球服務(wù)器市場(chǎng)規(guī)模總體呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，雖然2019年受全球貿(mào)易摩擦的影響市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)小幅下降，但2020年市場(chǎng)規(guī)模保持穩(wěn)步上升，達(dá)到910.2億美元。

2020Q3，戴爾以16.65%占據(jù)服務(wù)器廠商最大的市場(chǎng)份額，隨后分別為惠普（15.94%）、浪潮（9.37%）、聯(lián)想（5.88%）和華為（4.87%）。隨著我國(guó)新基建的發(fā)展和對(duì)國(guó)產(chǎn)服務(wù)器的部署，中國(guó)廠商市場(chǎng)份額有望進(jìn)一步提升。

▲2010-2020年全球服務(wù)器市場(chǎng)規(guī)模（單位：億美元）

▲2020Q3全球服務(wù)器廠商市場(chǎng)份額

服務(wù)器根據(jù)體系結(jié)構(gòu)可分成IA架構(gòu)服務(wù)器和RISC架構(gòu)服務(wù)器。IA架構(gòu)采用CISC指令集架構(gòu)，RISC主要為ARM架構(gòu)，其他MIPS、ALPHA、POWER等架構(gòu)在服務(wù)器市場(chǎng)生態(tài)系統(tǒng)較孱弱。在后摩爾時(shí)代，AI、5G、大數(shù)據(jù)增加了云端計(jì)算的需求，X86架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)逐漸減少，ARM架構(gòu)的熱潮逐漸興起。

X86服務(wù)器主流微架構(gòu)包括英特爾的Sky Lake、Cascade Lake、Cooper Lake、Ice Lake，ARM服務(wù)器微架構(gòu)主要包括Neoverse N1、Neoverse V1（Zeus）。

▲服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)分類(lèi)

根據(jù)ITCandor數(shù)據(jù)，2019年H1全球X86架構(gòu)仍是服務(wù)器處理器架構(gòu)的主流，占比為87.1%。其中，英特爾占據(jù)X86架構(gòu)絕大部分市場(chǎng)份額，但隨著AMD服務(wù)器處理器EPYC的銷(xiāo)量逐漸擴(kuò)大，AMD的市場(chǎng)份額有望繼續(xù)上升。

近年來(lái)，Arm架構(gòu)服務(wù)器SoC迅速崛起：Ampere基于ARM v8.2架構(gòu)的Altra和AltraMax；亞馬遜基于Arm Neoverse的64核Graviton2比第一代基于X86架構(gòu)的服務(wù)器芯片性能提升40%；華為應(yīng)用于泰山服務(wù)器的64核鯤鵬920處理器能效比超出同類(lèi)產(chǎn)品30%；天津飛騰的S2500、FT-2000 /64、 FT-1500A/16等產(chǎn)品 。

5、AIoT：AI IoT成為大勢(shì)所趨，新應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展

AIoT在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上加入AI技術(shù)，近年來(lái)發(fā)展速度迅猛。物聯(lián)設(shè)備快速增長(zhǎng)，全球智能硬件廠商爭(zhēng)相布局，根據(jù)Transforma Insights數(shù)據(jù)，2030年全球物聯(lián)設(shè)備將超過(guò)254億臺(tái)。根據(jù)艾瑞咨詢(xún)數(shù)據(jù)，2018年中國(guó)AIoT市場(chǎng)規(guī)模達(dá)2590億元，2022年AIoT業(yè)務(wù)將超過(guò)7500億元。

在AIoT智能硬件端，MCU和SoC為主控芯片。其中，AIoTSoC通常集成多個(gè)AI模塊，能夠處理音視頻等數(shù)據(jù)，和MCU相比能夠更好地滿(mǎn)足AI對(duì)高算力、低功耗的需求，提升物聯(lián)設(shè)備交互體驗(yàn)和智能化水平，已占據(jù)智能終端芯片市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。智能音視頻、智能家居、智能安防及商辦等AIoT應(yīng)用將成為SoC重要的增量市場(chǎng)。

▲2019-2030年全球物聯(lián)設(shè)備數(shù)量（單位：百萬(wàn)臺(tái)）

AIoT技術(shù)的成熟催生了智能家電的需求和市場(chǎng)規(guī)模的進(jìn)一步增長(zhǎng)。根據(jù)Statista數(shù)據(jù)顯示，2017年全球智能家居市場(chǎng)收入為38794.42百萬(wàn)美元，2025年將達(dá)到182442.72百萬(wàn)美元。2020年全球智能家居滲透率僅為10.62%，到2025年這一比例將達(dá)到21.09%。

▲2017-2025年全球智能家居市場(chǎng)收入（單位：百萬(wàn)美元）

智能音箱是智能家居核心接入口，集成了AI處理功能，具有語(yǔ)音交互功能。根據(jù)Statista預(yù)測(cè)2021年全球智能音箱出貨量將達(dá)到152.5百萬(wàn)臺(tái)。洛圖科技數(shù)據(jù)表明，2019年我國(guó)智能音箱家庭普及率僅為13%，和西方國(guó)家相比有巨大上升空間，隨著智能家居不斷發(fā)展，智能音箱市場(chǎng)有望迎來(lái)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。智能音箱多采用SoC主控芯片，集成音頻、視頻相關(guān)IP，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音算法等AI功能。

根據(jù)IDC數(shù)據(jù)顯示，2020年我國(guó)帶屏智能音箱銷(xiāo)量占比35.5%，同比增長(zhǎng)了31%。帶屏音箱將朝AI智能交互方向不斷發(fā)展，為用戶(hù)提供了語(yǔ)音交互、人臉識(shí)別、手勢(shì)控制能功能，未來(lái)帶屏音箱市場(chǎng)有望繼續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)主控SoC的性能和集成度提出更高要求。

掃地機(jī)器人融合了處理器芯片、SLAM算法（同步定位與地圖構(gòu)建）、傳感器及激光雷達(dá)等技術(shù)，產(chǎn)品技術(shù)迭代較快，未來(lái)新購(gòu)需求強(qiáng)勁。根據(jù)LoupVentures，IFR數(shù)據(jù)顯示，2015年全球掃地機(jī)器人銷(xiāo)售收入僅為0.81億美元，2025年銷(xiāo)售收入將達(dá)4.98億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)20%。在我國(guó)，掃地機(jī)器人市場(chǎng)集中度高，CR3高達(dá)72.5%。在芯片端，瑞芯微（RK3326、RK1808、RK3308、RV1108 SoC）、全志科技（R系列SoC）為主要掃地機(jī)器人SoC廠商。

▲2015-2025年全球掃地機(jī)器人銷(xiāo)售收入（單位：億美元）

根據(jù)Statista預(yù)測(cè)，2017年全球智能家用安防市場(chǎng)收入為5770百萬(wàn)美元，2020年達(dá)到12095百萬(wàn)美元，收入在2025年將上升至27857百萬(wàn)美元，2017-2025年復(fù)合增長(zhǎng)率為21.75%。

2025年全球智能家用安防活躍用戶(hù)數(shù)將達(dá)從2017年的39.4百萬(wàn)上升至293.3百萬(wàn)，復(fù)合增長(zhǎng)率為28.52%。2017年全球智能家用安防滲透率僅為2%，2025年將上升至12.9%。

▲2017-2025年全球智能家用安防收入（單位：百萬(wàn)美元）

智能家用安防市場(chǎng)包括智能攝像頭、智能門(mén)鎖和可視門(mén)鈴。我國(guó)智能家用安防市場(chǎng)仍處于起步和快速發(fā)展階段，隨著5G、AI、WIFI-6技術(shù)的普及和產(chǎn)品成本進(jìn)一步降低，該市場(chǎng)應(yīng)用將加速落地，拉動(dòng)硬件層面嵌入式SoC芯片的需求和發(fā)展。根據(jù)艾瑞咨詢(xún)數(shù)據(jù)顯示，2019年我國(guó)智能攝像頭、智能門(mén)鎖、可視門(mén)鈴產(chǎn)品銷(xiāo)量分別為4881、1159.9、161.1萬(wàn)臺(tái)，2022年將分別達(dá)到8923、2202.8、515.7萬(wàn)臺(tái)，智能家用安防市場(chǎng)規(guī)模將從2016年的156.5億元增長(zhǎng)到2022年392.9億元。

隨著智慧城市建設(shè)的不斷推進(jìn)，智能商顯市場(chǎng)近年來(lái)快速發(fā)展。根據(jù)TCL數(shù)據(jù)顯示，2009年中國(guó)商顯市場(chǎng)規(guī)模為13億元，2019年達(dá)到92.1億元，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)21.6%。

商業(yè)顯示作為人機(jī)交互的重要切入口，廣泛應(yīng)用于娛樂(lè)、教育、交通、工業(yè)、商辦等場(chǎng)景，為SoC重要的增量市場(chǎng)。隨著商顯智能化發(fā)展，智能監(jiān)控、人臉識(shí)別等AI功能愈發(fā)重要，主控SoC需要集成AI處理模塊。我國(guó)主要商顯SoC廠商瑞芯微推出了RK3399、RK3288、RK3188、RK3128 SoC，可應(yīng)用于大型售貨機(jī)、快遞柜、數(shù)字標(biāo)牌、會(huì)議一體機(jī)等中高端設(shè)備；全志科技也陸續(xù)推出A20、A64、A83T等主控SoC，為商顯行業(yè)行業(yè)提供全方位芯片解決方案。

6、商用安防：正朝數(shù)字化、高清化和智能化方向發(fā)展

視頻監(jiān)控是安防行業(yè)最重要的業(yè)務(wù)之一。視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為模擬監(jiān)控系統(tǒng)分為模擬監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，其對(duì)應(yīng)的前端芯片分別為ISP芯片、IPC SoC芯片，后端芯片分別為DVR SoC芯片、NVR SoC芯片。前端設(shè)備負(fù)責(zé)采集圖像、語(yǔ)音等視頻信號(hào)，傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)中；后端設(shè)備負(fù)責(zé)控制視頻信號(hào)的顯示切換、對(duì)終端設(shè)備輸出顯示，以及存儲(chǔ)。

在計(jì)算機(jī)技術(shù)、編碼壓縮技術(shù)、IC工藝、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等信息與視頻監(jiān)控不斷發(fā)展的背景下，安防視頻監(jiān)控行業(yè)正朝數(shù)字化、高清化和智能化方向發(fā)展。

ISP芯片是視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)的重要處理模塊，ISP芯片包含了CFA 插值、白平衡校正、伽瑪校正、3D 降噪、邊緣增強(qiáng)、偽彩色抑制、寬動(dòng)態(tài)處理等功能模塊，其作用是采集前端原始圖像信號(hào)，并進(jìn)行圖像復(fù)原和增強(qiáng)處理，再將圖像在后端DVR壓縮和存儲(chǔ)。DVR SoC芯片可將處理過(guò)的音視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索回放。

IPC SoC是視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像機(jī)的核心，通常包含CPU、ISP、視頻編碼模塊等，經(jīng)采集過(guò)的視頻原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)ISP模塊處理后，進(jìn)行壓縮并傳輸?shù)胶蠖薔VR進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。隨著智能安防不斷發(fā)展，IPC SoC將集成AI模塊以實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別、智能偵測(cè)等智能應(yīng)用。

IoT、AI、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)在安防行業(yè)加速滲透，大量數(shù)據(jù)得到結(jié)構(gòu)化的處理，經(jīng)過(guò)智能分析后呈現(xiàn)給用戶(hù)，“云邊端”的智能安防體系不斷完善。此外，傳統(tǒng)監(jiān)控很大程度依靠云端分析和處理數(shù)據(jù)，造成很大的數(shù)據(jù)傳輸和云端運(yùn)輸、存儲(chǔ)壓力。越來(lái)越多的IPC廠商將視頻分析技術(shù)集成至前端，利用AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)分布式智能監(jiān)控、分析、處理和功能應(yīng)用。

目前，傳統(tǒng)視頻解碼芯片廠商海思、安霸、NVIDIA和Movidius（Intel旗下）已推出多款安防AI芯片，國(guó)內(nèi)其他企業(yè)包括富瀚微、北京君正、立訊微、國(guó)科微、瑞芯微、地平線(xiàn)等超過(guò)20家企業(yè)也正加速布局該領(lǐng)域。

▲“云邊端”的智能安防體系

IoT、AI、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)在安防行業(yè)加速滲透，大量數(shù)據(jù)得到結(jié)構(gòu)化的處理，經(jīng)過(guò)智能分析后呈現(xiàn)給用戶(hù)，“云邊端”的智能安防體系不斷完善。此外，傳統(tǒng)監(jiān)控很大程度依靠云端分析和處理數(shù)據(jù)，造成很大的數(shù)據(jù)傳輸和云端運(yùn)輸、存儲(chǔ)壓力。越來(lái)越多的IPC廠商將視頻分析技術(shù)集成至前端，利用AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)分布式智能監(jiān)控、分析、處理和功能應(yīng)用。

目前，傳統(tǒng)視頻解碼芯片廠商海思、安霸、NVIDIA和Movidius（Intel旗下）已推出多款安防AI芯片，國(guó)內(nèi)其他企業(yè)包括富瀚微、北京君正、立訊微、國(guó)科微、瑞芯微、地平線(xiàn)等超過(guò)20家企業(yè)也正加速布局該領(lǐng)域。

7、VR/AR：市場(chǎng)有望迎來(lái)新一輪增長(zhǎng)

5G、AI、超高清視頻、云計(jì)算的高速發(fā)展提升了VR/AR設(shè)備的體驗(yàn)感，隨著娛樂(lè)、醫(yī)療、教育培訓(xùn)等應(yīng)用需求不斷增長(zhǎng)，VR/AR產(chǎn)業(yè)有望迎來(lái)新一輪增長(zhǎng)。根據(jù)BCG、 MordorIntelligence數(shù)據(jù)顯示，2020年VR/AR產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為307億美元，2024年將達(dá)到2969億美元。VR/AR產(chǎn)品需要高集成化半導(dǎo)體元件支持，有望推動(dòng)主控SoC發(fā)展。

VR產(chǎn)業(yè)廣泛應(yīng)用于To B、To C端，F(xiàn)acebook為主要廠商，其產(chǎn)品Oculus Quest 2實(shí)現(xiàn)了VR一體機(jī)和分體機(jī)市場(chǎng)的統(tǒng)一。AR產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為緩慢，To B端涉及工業(yè)、醫(yī)療、安防、教育等領(lǐng)域，谷歌和微軟為主要廠商。

隨著AR辦公、AR購(gòu)物、VR直播等場(chǎng)景興起，硬件方面Facebook、谷歌、蘋(píng)果、三星等廠商紛紛推出應(yīng)用產(chǎn)品及平臺(tái)，5G時(shí)代的到來(lái)更是對(duì)AR/VR芯片算法、顯示和通訊等模塊提出了更高要求，全球各大芯片廠商積極布局AR/VR領(lǐng)域。高通2012年收購(gòu)AR公司Blippar，2014年推出AR引擎Vuforia，2016年推出VR頭顯一體機(jī)VR820，在芯片端，高通一家獨(dú)大，2018-2020年陸續(xù)推出針對(duì)AR/VR應(yīng)用的驍龍XR1平臺(tái)和XR2 5G平臺(tái)，占據(jù)大部分市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)廠商全志科技、炬芯、瑞芯微等均推出了用于AR/VR領(lǐng)域的SoC處理器。

芯東西認(rèn)為，SoC在追求高性能和低功耗的智能手機(jī)、平板電腦等芯片領(lǐng)域已占據(jù)主導(dǎo)地位，在自動(dòng)駕駛、AIoT等領(lǐng)域也已得到應(yīng)用， 隨著AIoT、5G的不斷發(fā)展，未來(lái)還將向更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展。