（报告出品方/作者：海通国际，郑宏达、华晋书）
1. SoC概况SoC简介：SoC在一块芯片上集成整个信息处理系统
片上系统SoC（System on Chip），即在一块芯片上集成一整个信息处理系统，简单来说 SoC芯片是在中央处理器CPU的 基础上扩展音视频功能和专用接口的超大规模集成电路，是智能设备的“大脑”。
应用处理器AP（Application Processor）是SoC中包含CPU在内的所有计算芯片的集成物。智能手机SoC通常包含AP和基带 处理器BP等，AP负责应用程序的运行，BP负责收发无线信号。有时将AP和SoC混用。
随着半导体工艺的发展，传统MCU已经不能完全满足智能终端的需求，SoC应运而生，凭借其性能强、功耗低、灵活度 高的特点，使单芯片能够完成完整的电子系统。SoC在移动计算（例如智能手机和平板电脑）和边缘计算市场中非常普 遍。它们也常用于嵌入式系统，如WiFi路由器和物联网。
当前 SoC已成为功能最丰富的硬件，集成了 CPU、GPU、RAM、ADC、DAC、Modem、高速DSP 等各个功能模块，部分 SoC还集成了电源管理模块、各种外部设备的控制模块，同时还需要考虑各总线的分布利用等。
SoC简介：Arm指令结构已发展到第九代
ARM开发了ARM架构并授权其他公司使用并自主开发SoC，当前ARM架构在移动端核心CPU占据绝对主导份额。从1985 年ARMv1架构诞生起到2021年，ARM架构已发展到第九代。2021年正式推出的ARMv9指令集，在兼容ARMv8的基础上 进一步提升处理器性能、安全性、矢量计算、机器学习和数字信号处理。基于ARMv9发开的处理器将在2022年正式商 用，可能应用于下一代骁龙等SoC。
SoC简介：RISC-V指令结构
AI、5G、边缘计算的发展对计算技术提出新的需求，但绝大多数指令集架构都受到专利保护，如x86、MIPS、Alpha，遏制 了创新发展。先前的指令集架构较复杂，且应用领域较单一，且不便于对特定应用进行自定义扩展，缺乏适用于多个领域 的统一架构。为此，加州大学伯克利分校研究人员设计了新的指令集架构RISC-V，并以BSD授权的方式开源。近两年RISC-V 架构大热，生态也发展较快，比较适合低功耗的应用场景，其开源、精简、可修改等特点决定了RISC-V将在物联网时代拥 有巨大的发展前景，未来很可能发展成为世界主流指令结构之一。
SoC发展历程及未来发展趋势
分工细化：部分IC设计厂商专注于IP核设计，部分厂商将不同功能的 IP 核集成，设计出符合市场需求的SoC芯片。
制程迭代：SoC一直遵循摩尔所指示的规律推进，如今硅芯片已逼近物理和经济成本上的极限，半导体发展制程迭代放缓 ，进入后摩尔时代。
高端SoC不断追求算力提升：SoC的发展是性能、算力、功耗、工艺难度几方面的平衡。当前AI成为各大SoC厂商的必争之 地，同时对算法提出更高要求，在功耗受限的场景下实现AI算法成为关键，算力效率（单位算力的成本和功耗）极为重要 。以苹果A14SoC为例，A14使用5nm工艺，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 提升则接近100%。未来应用于手机、平板、服务器等高端SoC将继续朝高性能发展。
未来全球处理器市场规模将持续扩大
SoC在追求高性能和低功耗的智能手机、平板电脑等芯片领域已占据主导地位，在自动驾驶、AIoT等领域也已得到应用， 随着AIoT、5G的不断发展，未来还将向更为广阔的应用领域扩展。此外，数据大爆炸时代对边缘计算算力提出更高要求， 智能硬件需求量也将持续上涨。据Yole预计，2019年全球应用处理器 AP市场规模为340亿美元，2025年将增长到560亿美 元，复合增长率8.7%，市场规模有望持续扩大。
能够抓住趋势精准布局的IC设计厂商将在市场大潮中快速占领市场份额。从国内厂商来看，瑞芯微、全志科技等在平板 电脑市场、晶晨股份等在机顶盒市场、国科微等在卫星电视市场、富瀚微等在模拟监控摄像头ISP芯片市场、博通集成等 在2019年汽车ETC市场都抓住了机会。
2. SoC产业链产业链上游概况：设计工具寡头竞争
设计工具寡头竞争，上游议价能力强。 SoC产业链上游可分为知识产权核（IP核）和相关EDA工具；知识产权核主要公司有 ARM、Synopsys、Cadence 等， EDA工具的核心企业有Cadence、Synopsys 和Mentor Graphics。 上游设计工具行业集中度较高，当前全球核心IP 主要由 ARM、Synopsys、Cadence 提供，合计占比近 65% ，全 球 EDA 产业主要由Cadence、Synopsys 和西门子旗下的 Mentor Graphics 垄断，三大 EDA 企业占全球市场的份额 超过 60%，上游厂商议价能力较强。
产业链上游概况：IP核行业行业集中度高
行业集中度高，国内厂商市占率较低。 全球IP核供应商以国外厂商为主，行业集中度相对 较高：国内集成电路设计企业所需的IP核大多来自 境外供应商，每年进口金额10亿美元以上，占全 球市场的1/3左右。 中国大陆的IP核供应商有50家左右，普遍实力较 弱。国内也有规模较大的企业，如总部在上海的 芯原（ Verisilicon），市场占有率已跻身全球前 十，但与欧美“三巨头”相比还有很大差距。IP 核本身是产业链不断专业化的产物，是芯片设 计知识产权的重要体现，也是半导体产业链下一 步升级的重要方向。产业每一轮专业化升级都有 其内在的供需原因，且往往是追求规模成本效应 的结果。
产业链上游概况：国内EDA 企业在部分细分领域具有优势
经过三十余年长足发展，目前三大EDA 企业占全球市场的份额超过60%。在中国市场，EDA 销售额的70%以 上由大 EDA 企业瓜分，还有部分被Ansys 等其它外国公司占据，但国内EDA 企业在部分细分领域具有优势， 个别点工具功能强大。
产业链中游情况：高端SoC芯片架构核心最先进
目前高端SoC芯片多以一个超大核心加多个中核心、小核心架构设计，经过多年来迭代更新，基于ARM的CPU 核心不断升级，在制程工艺、主频、性能上大幅度提升。同时高端SoC芯片尤其是移动端芯片一般会添加集成 式或外挂式基带，以此实现移动接入、电话等传统移动终端功能。
高端SoC芯片如天玑1200采用A78构架，1个A78主频3.0GHz的大核心，3个A78主频2.6GHz的中核心和4个A55主 频2.04GHz的小核心。骁龙865CPU采用Cortex A77主频2.84GHz超级大核和三个Cortex A77 2.84GHz普通大核 四 个Cortex A55 1.8GHz小核心架构。麒麟9000 CPU架构为一个3.13GHz A77大核心、三个2.54GHz A77中核心、四个 2.04GHz A55小核心。
产业链下游：芯片制造头部效应明显
晶圆制造环节作为半导体产业链中至关重要的工序，制造工艺高低直接影响半导体产业先进程度。 Fabless Foundry OSAT的模式成为趋势，Foundry在整个产业链中的重要程度也逐步提升。
同时半导体制造行业呈现非常明显的头部效应，根据IC Insights的数据显示，在全球前十大代工厂商中，台积电 一家占据了超过一半的市场份额，前八家市场份额接近90%。
产业链终端应用：下游需求决定市场规模
SoC芯片应用领域广泛，消费电子和 智能物联是SoC芯片需求的两大领 域。在消费电子市场，智能手机、 平板电脑等消费类电子的爆发式增 长，催生出大量芯片需求，推动了 芯片行业的巨大发展；智慧商显、 智能零售、汽车电子等新的应用场 景和应用领域不断出现，为芯片设 计厂商提供了良好的发展机遇；物 联网及人工智能时代，创新科技产 品的诞生为集成电路设计行业带来 了更为广阔的市场机会。
3. 成长驱动力汽车：汽车平台未来需要高算力
汽车半导体涵盖了汽车芯片、功率器件、传感器等重要电子零部件。汽车的计算芯片包括传统的MCU芯片和SoC芯片。 MCU芯片一般包含CPU一个处理器单元；而汽车SoC一般包含多个处理单元。 ECU（Electronic Control Unit）即电子控制单元，随着汽车市场规模的逐渐扩大，ECU需求迅速上升，带动MCU芯片需求 持续增加。需求的推动加上芯片产能不足导致近期汽车MCU芯片供不应求。 随着汽车算法算力和交互效率的不断提升，汽车电子不断发展，倒逼MCU芯片升级为SoC芯以承载大量非结构化算力需 求。汽车SoC一般应用于高级驾驶辅助系统(ADAS)、自动驾驶两大领域。
汽车：未来汽车电子市场规模将持续扩大
自动驾驶技术、IoT的发展促使汽车电子渗透率不断提高。根据中国产业信息网数据，2020年汽车电子占整车比重将 达到50%，目前汽车电子在纯电动汽车中国占比最高（65%），随着未来新能源汽车的成熟和普及，汽车电子渗透率 有望继续提高。 智能汽车、车联网、无人驾驶等创新技术不断发展的背景下，我国汽车电子的市场规模及发展前景巨大。全球汽车 电子市场规模2017-2022 CAGR为8%，到2022年将达到21399亿元规模；中国汽车电子市场规模2017-2022 CAGR为 12.6%，到2022年将达到9783亿元规模，中国增速高于全球。
智能手机：智能手机是SoC最大的终端应用市场
智能手机是SoC最大的应用市场。智能手机CPU都基于Arm架构，通常以八核、六核的配置出现，其中大核具有强大性 能，满足多种应用程序运行需求，小核则平衡发热和耗电问题。目前，最常用的智能手机CPU有苹果A系，骁龙系列， 三星猎户座，华为海思麒麟，联发科以及小米的澎湃系列等。 手机SoC领域中主要GPU为Arm的Mali，高通Adreno，以及苹果GPU。
平板、笔记本电脑：宅经济 疫情推动平板电脑需求，ARM为主流架构
2010年苹果推出第一代ipad后，全球平板电脑市场快速增长。2015年开始，智能手机逐渐挤占平板电脑的份额，出货 量逐年下降；2020年，受疫情影响，居家办公和学习再次推动平板电脑的需求。根据Wind数据显示，2020年全球平板 电脑出货量1.641亿台，同比增长13.6%。 根据Business wire数据显示，2020Q2，苹果在平板电脑处理器市场占据领先地位，占比高达43%，随后分别为英特尔 （18%）和高通（15%）。全球平板电脑CPU主要采用ARM架构，仅有小部分追求高性能的Windows系统平板电脑采用 英特尔X86架构。
服务器：服务器市场规模呈上升趋势
近年来，IoT、5G、大数据的发展推动了服务器市场规模的增长。根据IDC数据显示，2010-2020年全球服务器市场规模总 体呈增长态势，虽然2019年受全球贸易摩擦的影响市场规模呈现小幅下降，但2020年市场规模保持稳步上升，达到910.2 亿美元。 2020Q3，戴尔以16.65%占据服务器厂商最大的市场份额，随后分别为惠普（15.94%）、浪潮（9.37%）、联想（5.88%） 和华为（4.87%）。随着我国新基建的发展和对国产服务器的部署，中国厂商市场份额有望进一步提升。
AIoT：AI IoT成为大势所趋，新应用领域不断拓展
AIoT在物联网的基础上加入AI技术，近年来发展速度迅猛。物联设备快速增长，全球智能硬件厂商争相布局，根据 Transforma Insights数据，2030年全球物联设备将超过254亿台。根据艾瑞咨询数据，2018年中国AIoT市场规模达2590亿 元，2022年AIoT业务将超过7500亿元。
商用安防：正朝数字化、高清化和智能化方向发展
视频监控是安防行业最重要的业务之 一。视频监控系统分为模拟监控系统 分为模拟监控和网络监控，其对应的 前端芯片分别为ISP芯片、IPC SoC芯 片，后端芯片分别为DVR SoC芯片、 NVR SoC芯片。前端设备负责采集图 像、语音等视频信号，传输到监控系 统中；后端设备负责控制视频信号的 显示切换、对终端设备输出显示，以 及存储。
VR/AR：市场有望迎来新一轮增长
5G、AI、超高清视频、云计算的高速发展提升了VR/AR设备的体验感，随着娱乐、医疗、教育培训等应用需求不断增长， VR/AR产业有望迎来新一轮增长。根据BCG、 MordorIntelligence数据显示，2020年VR/AR产业市场规模为307亿美元，2024 年将达到2969亿美元。VR/AR产品需要高集成化半导体元件支持，有望推动主控SoC发展。
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