智通财經APP獲悉，中信建投釋出研究報告稱，AIGC引發内容生成範式革命，ChatGPT引領人工智能應用照進現實，GPT架構快速疊代，雲端大模型多模态成為發展趨勢，帶來算力資源消耗快速上升。硬體基礎設施成為發展基石，要求算力、運力、存力、散熱等領域配套更新，算力晶片等環節核心受益。
算力晶片系列之一 FPGA：新領域打開新空間，産品力提升加速國産化
FPGA晶片可程式設計特性具備更強靈活性，技術疊代帶來容量和性能提升。FPGA晶片在制造完成後功能并未固定，使用者可以根據需要将設計的電路通過專用EDA軟體對FPGA晶片進行功能配置，轉化為具有特定功能的晶片，且可以多次配置。FPGA較其他晶片靈活性更強，擅長大規模并行計算且能耗較低。FPGA晶片的并行計算的性能由其容量來提供，高容量的FPGA允許部署更多的處理電路，因而帶來了更高的處理性能。技術疊代比如先進工藝、先進封裝、基本組成單元LUT的電路優化等帶來容量和性能提升。FPGA晶片以自身靈活性在各行業裡擷取市場佔有率，對産品定義和産品線豐富程度提出高要求。
FPGA晶片下遊應用廣泛，行業保持快速增長。随着資料中心建設，人工智能和自動駕駛等新興市場的加速發展，FPGA需求将持續增長。根據Gartner預測，2020-2026年全球FPGA市場規模從55.85億美元增至96.9億美元，CAGR為9.6%。中國FPGA市場增速領先全球，根據Frost&Sullivan預測，2021-2025年中國FPGA市場規模将從176.8億元增至332.2億元，CAGR為17.1%。從下遊應用領域來看，通信和工業是FPGA晶片前兩大市場，通信市場占比受新技術驅動有望持續提升，汽車為增長最快速的下遊市場。
行業集中度高，中低容量和成熟制程FPGA滿足目前市場主流需求。FPGA晶片行業集中度高，頭部企業占據絕大多數市場佔有率。根據Gartner資料，2021年AMD、Intel、Lattice和Microchip的市占率分别達51%、29%、7%和6%，前四家美國公司占據全球93%的FPGA市場。國内廠商有望從中低容量和成熟制程起步不斷突破，目前國内主要的FPGA廠商有紫光國微(含紫光同創)、複旦微電、安路科技等，2021年占據國内市場16%的份額。
算力晶片系列：Chatgpt 帶來算力晶片投資機會展望
AIGC引發内容生成範式革命，ChatGPT引領人工智能應用照進現實，GPT架構快速疊代，雲端大模型多模态成為發展趨勢，帶來算力資源消耗快速上升。硬體基礎設施成為發展基石，要求算力、運力、存力、散熱等領域配套更新，算力晶片等環節核心受益。加之海外對華供應高端GPU晶片受限，國内相關廠商迎來替代視窗期，各環節龍頭有望進入高速發展階段。
AIGC引發内容生成範式革命，雲端算法向大模型多模态演進。雲端部署算力中推理占比逐漸提升，說明AI落地應用數量在不斷增加，ChatGPT釋出引發多家科技巨頭開展AI軍備競賽，或成為人工智能成熟度的分水嶺。GPT架構快速疊代，參數越來越多帶動訓練精度越來越高，雲端大模型多模态成為發展趨勢，帶來算力資源消耗快速上升。
硬體基礎設施成為發展基石，算力晶片等環節核心受益。
算力需求，模型訓練需要規模化的算力晶片部署于智能伺服器，CPU不可或缺，但性能提升遭遇瓶頸，CPU+xPU異構方案成為大算力場景标配。其中GPU并行計算優勢明顯，CPU+GPU成為目前最流行的異構計算系統，而NPU在特定場景下的性能、效率優勢明顯，推理端應用潛力巨大，随着大模型多模态發展，硬體需求有望從GPU擴充至周邊編解碼硬體。此外，後摩爾時代Chiplet封裝為先進制程的高成本效益替代方案，成為半導體行業發展趨勢。
存力需求，龐大訓練通用資料集要求相應存儲硬體設施，如溫冷存儲，資料通路加速，資料湖以及大容量存儲，還需要專門面向AI定制的存儲協定、通路協定，支援伺服器與SSD通信的NVMe-oF 協定也有望受益搭載使用。
運力需求，外部通路、内部資料翻譯需要高速的網絡連接配接線路或交換機系統，帶動光通信技術更新。
散熱需求，AI伺服器功耗相對更高，目前主流散熱方案正朝晶片級不斷演進，晶片液冷市場發展潛力巨大。
國産廠商迎來發展視窗期，建議關注各環節龍頭廠商。英偉達、AMD對華供應高端GPU晶片受限。國産算力晶片迎來國産替代視窗期；突破4800TOPS、降低部署成本是國内算力晶片主要發力點。目前已經湧現出一大批國産算力晶片廠商。Chiplet産業鍊布局正當時，重點關注各環節龍頭廠商。PCIe、CXL等高速接口，電源晶片廠商間接受益。
附：1、值得關注的AIGC落地應用：ChatGPT可替代智能音箱現有語音互動模型；2、其他AI發展方向：Nvidia DLSS、TinyML、存内計算、基于先進封裝的方案整合。
算力晶片系列(三)：大算力時代的先進封裝投資機遇
1、應用：大算力應用如高性能伺服器(HPC)和自動駕駛(ADAS)取代手機/PC成為新一輪半導體周期驅動力，後摩爾定律時代高端封裝工藝疊代成為新的發展趨勢。以台積電下遊應用來看，HPC的收入增速從2020年Q3超過手機後保持持續領先，對應的營收占比在在2022年Q1首次超過手機成為台積電下遊第一大應用，相比之下封測廠商在高價值量的運算類電子占比僅為16%。中信建投認為随着大算力需求提升，先進封裝替代先進制程成為降低機關算力成本的最佳方案，進而拉高運算電子在封測廠商的價值量。
2、工藝：以Chiplet為代表的2.5D/3D封裝形式成為大晶片标配，TSV/RDL/Fan-out等高端封裝技術帶來封裝環節價值占比提升。半導體價值量的增長下遊從手機/PC向高算力的HPC和ADAS轉移，封裝工藝開始向Chiplet為代表的2.5D/3D封裝轉移，從封裝工藝流程來看，晶圓代工廠基于制造環節的的優勢擴充至TSV工藝，封測廠參與較多的是RDL和Fan-out等封裝工藝，随着高算力晶片整體封測市場擴容，封測廠商逐漸擴大2.5D和3D封測布局。
3、市場：全球晶圓代工龍頭台積電打造全球2.5D/3D先進封裝工藝标杆，未來幾年封裝市場增長主要受益于先進封裝的擴大。目前先進封裝營收規模最大是晶圓代工龍頭台積電，預計2022年先進封裝貢獻了53億美元，全球封測龍頭日月光和安靠都推出了3D封測工藝平台，積極搶占先進封裝的份額。預計2027年先進封裝市場規模增至651億美元，2021-2027年CAGR達到9.6%，先進封裝成為大算力時代封裝廠商新的增長動能。
GPU行業深度研究：AI大模型浪潮風起，GPU晶片再立潮頭
GPU具備圖形渲染和并行計算兩大核心功能。GPU具有數量衆多的運算單元，适合計算密集、易于并行的程式，一般作為協處理器負責圖形渲染和并行計算。GPU微架構由流處理器、紋理映射單元、光栅化處理單元、光線追蹤核心、張量核心、緩存等部件共同組成，微架構的設計對GPU性能的提升發揮着至關重要的作用，也是GPU研發過程中最關鍵的技術壁壘。GPU應用程式接口(API)幫助GPU高效實作渲染功能，在并行計算方面，CUDA(統一計算裝置架構)的誕生大幅降低GPGPU并行計算的程式設計難度，實作GPU的通用化，“個人計算機”變成可以實作并行運算的“超級計算機”。
全球GPU市場保持良好成長性，AI伺服器成為市場增長的核心支撐。2023年GPU全球市場規模預計為595億美元，行業保持高速增長，CAGR為32.9%。GPU的市場主體可以分為個人電腦GPU、伺服器GPU、自動駕駛GPU、移動端GPU。過去的幾個季度裡，個人電腦GPU市場遭受巨大沖擊，出貨量顯著下滑。核心原因有三點：
一、個人電腦市場處于下行周期；
二、虛拟貨币挖礦退潮對獨立GPU出貨造成巨大沖擊；
三、下遊闆卡廠商開啟降庫存周期。近期，各類不利因素正在逐漸消融，個人電腦GPU市場迎來曙光。伺服器GPU主要用于AI和高性能計算，人工智能行業的高速發展帶來了旺盛的AI算力需求，AI伺服器成為GPU市場增長的核心支撐。以ChatGPT為代表的自然語言大模型展現出高度智能，生成式AI能力不斷突破進入到輔助生産力階段，AI模型算力需求邁上新台階，對伺服器GPU市場帶來顯著拉動效應。自動駕駛GPU在高等級自動駕駛中具備顯著技術優勢，随着高等級自動駕駛滲透率逐漸提升，自動駕駛GPU市場也進入高速成長階段。
英偉達憑借其資料中心GPU的核心技術優勢，成為全球人工智能晶片的上司者。英偉達過去專注于GPU晶片設計，目前已經轉型成為計算平台企業，成為人工智能晶片的上司者。其主營業務包含遊戲&娛樂、資料中心、專業可視化、汽車業務。過去的兩個季度中，伴随着個人電腦GPU整體市場需求疲軟，英偉達遊戲&娛樂業務營收大幅下滑。
随着虛拟貨币挖礦退潮對GPU獨立顯示卡帶來的沖擊逐漸下降，公司22Q4遊戲&娛樂業務再次環比提升，中信建投認為公司個人電腦GPU業務正逐漸恢複到正常成長階段。2022年英偉達資料中心業務營收超過遊戲&娛樂業務，成為第一大收入來源，公司GPGPU具備核心技術優勢，在AI晶片市場中占據主導地位，其資料中心業務将為公司的高品質成長貢獻長期動力。在自動駕駛業務方面，英偉達提供全棧式的自動駕駛解決方案，硬體層面上，其Orin和Thor自動駕駛晶片提供大幅算力，同時DLA子產品和PVA子產品實作AI算法加速；在軟體層面上提供完整的開發者套件，其自動駕駛業務的平台化優勢保證了英偉達在高等級自動駕駛中的領先地位。
AMD作為全球領先的晶片設計廠商，在GPU市場中與英偉達互相角逐。AMD的資料中心業務和嵌入式業務展現良好的增長趨勢，公司同時提供個人電腦GPU和資料中心GPU。公司的內建GPU主要被運用在桌上型電腦和筆記本的APU産品，相比獨立GPU更具成本效益優勢。Radeon系列獨立GPU建構于RDNA 3架構之上，采用5nm工藝和chiplet設計，實作了性能的整體提升。AMD推出用于資料中心的Radeon Instinct GPU加速晶片，Instinct系列基于CDNA架構。最新的CDNA 2架構實作計算能力和互聯能力的顯著提升，采用CDNA 2架構的計算晶片MI250X與英偉達的先進計算晶片性能名額不分伯仲。AMD ROCm對标英偉達CUDA，其計算生态也在不斷的豐富過程當中。
移動端的主要玩家包括高通、ARM、Imagination。移動端GPU在設計過程中受到能耗和體積方面的限制，都是以內建的SOC晶片的形式出現在移動端。高通在旗艦Android智能手機SoC市場中保持領先地位，ARM是領先的GPU IP公司，Imagination的PowerVR架構在移動晶片領域得到市場的廣泛認可，随後陸續提出PowerVR的更新版本IMG系列架構。
國内GPU市場空間廣闊，湧現出一批優秀的GPU設計和制造廠商。根據Verified Market Research資料，2020年中國大陸GPU市場規模為47.39億美元，預計2023年中國GPU市場規模将達到111億美元。伴随着近期宏觀經濟回暖以及國内網際網路企業紛紛加大AI算力布局，PC和伺服器的需求上升有望為國内GPU市場帶來整體拉動效應。國内湧現出一批優秀的GPU設計和制造廠商，諸如海光資訊和景嘉微。海光資訊DCU的産品性能均達到了國際上同類型主流高端處理器水準，在國内處于領先地位，同時海光資訊DCU協處理器全面相容ROCm GPU計算生态。景嘉微GPU研發曆史悠久，技術積澱深厚，其GPU性能優越，晶片業務整體展現良好增長勢頭。
全球功率晶片龍頭動态追蹤(一)：碳化矽業務進入爆發期
從海外功率晶片龍頭2022年中報看産業發展趨勢
1、海外功率龍頭廠商紛紛上修2022年營收指引，Q3展望平均成長33%從英飛淩、安森美和意法半導體三大功率龍頭中報業績來看，Q2營收同比分别成長33%，25%，28%，其中英飛淩将2022年營收目标從135億歐元上調至140億歐元，安森美Q2單季度營收超出Q1指引區間的上限，意法半導體将全年營收指引從148-153億上調至159-162億美元。展望三季度，車規半導體領域景氣度持續，環比增長分别為8%，2%和11%，同比增速平均為33%。
2、電動車滲透率持續提升引領車用半導體需求增長，碳化矽MOSFET上車進度加快進入爆發增長期按照下遊應用領域拆分，英飛淩、安森美和意法半導體車用半導體營收占比分别為47%，38%和38%，Q2單季度該業務同比增長分别為41%，41%和35%，遠超公司總體營收增長。而且三大龍頭廠商在手訂單都在持續增長，以英飛淩為例，新增50億歐元訂單中50%來自汽車客戶。車用半導體領域中碳化矽晶片景氣度更高，安森美上調公司2022年全年碳化矽營收目标為2021年的三倍，同時指引2023年公司碳化矽營收将突破10億美元大關，反映了行業正處于爆發增長期。
3、海外功率IDM大廠積極布局12英寸産線，看好産線更新帶來的成本優勢除了需求端汽車和工業的需求持續增長以外，供給端也在發生明顯的變化，相對于邏輯晶片代工廠回報開始進入去庫存階段，功率IDM廠商在今年下半年年産能供應還是比較緊張，另一個供給端很重要的趨勢就是功率IDM公司産線進行從8寸向12寸更新。
模拟晶片長坡厚雪，本土廠商加速成長
1、模拟晶片空間廣闊，通信、工控和汽車需求驅動行業增長。
根據IC Insights資料，2021年模拟IC市場銷售額為741億美元，同比增長30%，預計2022年模拟晶片銷售額将增長12%至832億美元。從市場空間來看，通用型晶片占模拟晶片市場約為40%，專用型晶片占比約為60%。通信、工控和汽車為模拟IC下遊主要需求來源，預計2022年合計占比達81.7%。通信(含手機)仍是模拟IC最大市場，增量主要來自5G基礎設施和終端，衛星需求逐漸顯現。汽車電動化和智能化推動需求增長，動力域帶來更多增量市場。工業市場模拟IC需求分散，工控、機器人和電力等應用驅動增長。消費類電器中家電晶片國産率有較大提升空間，可穿戴裝置未來市場空間廣闊。
2、模拟晶片國産化率低，行業集中度低帶給國産廠商機會。根據IC Insights資料，2021年中國市場294億美金，預計中國模拟IC市場2021-2026年複合增速為7.85%。2021年中國大陸Top10模拟IC廠商收入合計約為22.86億美元，占中國模拟IC市場佔有率比例為7.78%，國産化率仍處于較低水準。由于模拟IC産品類型多樣，行業龍頭TI的市占率為19%，遠低于數字晶片龍頭廠商市占率，給予國産廠商更大市場機會。國産替代正當其時，并購整合、轉型IDM大勢所趨，本土廠商聚焦細分領域形成優勢，有望成長為平台級廠商。
3、行業由供給驅動轉向需求驅動，國産化程序持續推進。2021年是全球半導體元件嚴重短缺的一年，産能決定業績。由于模拟IC普遍采用成熟制程，行業擴産進度較為緩慢，随着TI新增産能在2022年下半年和2023年初的逐漸釋放，行業産能将結構性緩解，未來需求決定增長。中長期來看，模拟IC行業仍将保持較快增速，且國産化率将保持快速提升勢頭，頭部集中效應将更加明顯。
存儲晶片：長期高成長賽道，本土廠商有望崛起
1、半導體最大細分，5G、AI、智能車驅動成長。存儲晶片為半導體的重要分支，産值占其30%，全球市場規模于波動中保持上升趨勢，從2005年的546億美元增至2020年的1229億美元，近15年複合增速達5.6%。複盤曆史，存儲晶片市場出現過多輪新終端或應用驅動的成長周期，如90年代PC的滲透，2000年功能機的滲透及iPod等推出，2010年代智能機的滲透及雲計算的爆發，未來存儲晶片需求将在5G、AI以及智能車的驅動下步入下一輪成長周期。預計2021年市場規模将同比增長22%，2023年将超過2000億美元。
2、短期強周期，長期高成長。受益于伺服器、手機、PC等下遊需求驅動，存儲晶片市場規模快速擴張。中信建投判斷，未來數年，伺服器、手機、PC仍是存儲晶片的核心應用，其中伺服器需求增長明顯，将成為主要驅動力，而手機和PC的需求增長主要來自存量更新。此外，受益于汽車智能化，汽車存儲需求将持續高增，遠期市場有望比肩PC。從結構上看，DRAM和NAND為存儲晶片的核心品類，兩者2020年份額合計達96%，其中DRAM技術疊代以制程演進為主，NAND技術疊代以3D堆疊為主。存儲晶片市場格局趨向寡頭壟斷，是以大廠供給和下遊需求的錯配導緻了存儲周期，短時間次元看，存儲晶片價格周期性波動，長時間次元看，存儲晶片機關容量價格成下降趨勢。
3、中國存儲晶片自給不足，本土廠商有望崛起。目前，DRAM市場前三大廠商市占率合計大于95%，格局由三星電子、美光、SK海力士高度壟斷，馬太效應顯著，而NAND相對分散，中信建投判斷其格局未來将向DRAM演變。國記憶體儲晶片需求龐大，市場規模在430億美元以上，超全球的1/3，且增速高于全球平均水準，但自給率不足5%，龐大内需、新興應用及政策推動助力國産存儲晶片快速發展。從下遊看，政府、電信、金融等關鍵領域将成為存儲晶片國産化的中堅力量，潛在需求超百億美元。
4、投資建議：存儲為長期高成長賽道，國内需求龐大，國産化需求迫切，大宗市場和利基市場已有優秀廠商湧現，中信建投長期看好本土廠商的崛起。