什(shén)麽是邏輯芯片
世界半導體貿易統計(jì)組織（WSTS）将所有半導體按照結構功能(néng)劃分爲集成電路、分立器件、光電子器件與傳感器四大(dà)類。
集成電路簡稱IC（Integrated Circuit），是采用(yòng)一定的工(gōng)藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容等元件集成在半導體晶圓上(shàng)，成爲具有所需電路功能(néng)的微型結構，占全球半導體市場份額的83%。
集成電路可進一步細分爲承擔計(jì)算(suàn)功能(néng)的邏輯芯片、承擔存儲功能(néng)的存儲芯片，承擔傳輸與能(néng)源供給功能(néng)的模拟芯片以及将運算(suàn)、存儲等功能(néng)集成于一個芯片之上(shàng)的微控制單元（MCU），它們的市場份額分别占到(dào)半導體總體市場份額的22.41%、22.41%、10.79%、13.28%，邏輯芯片與存儲芯片占比較高(gāo)。
非集成電路半導體元件（分立器件、光電子器件、傳感器）的市場份額占半導體總體市場份額的17%，我們将在系列後續文(wén)章中詳細介紹。
數據來(lái)源：WSTS、大(dà)象研究院整理(lǐ)
邏輯芯片指包含邏輯關系，以二進制爲原理(lǐ)，實現(xiàn)運算(suàn)與邏輯判斷功能(néng)的集成電路。常見的邏輯芯片有CPU（中央處理(lǐ)器）、GPU（圖像處理(lǐ)器）、ASIC（專用(yòng)處理(lǐ)器）與FGPA（現(xiàn)場可編程門(mén)陣列）。
CPU：計(jì)算(suàn)機的大(dà)腦(nǎo)
CPU是大(dà)家最爲熟悉的邏輯器件，由運算(suàn)、控制、存儲三個單元組成，是計(jì)算(suàn)機操作(zuò)與控制的核心，最早出現(xiàn)于1971年，是爲最廣泛使用(yòng)的計(jì)算(suàn)機系統主控芯片，應用(yòng)于個人PC機與數據終端服務器。
全球CPU行業由英特爾與AMD壟斷，國有芯片市占率在個人PC領域約爲1%，服務器領域約爲2%，國内CPU領域代表企業爲龍芯中科、海光信息與兆芯科技。
GPU：遊戲愛好(hǎo)者的福音(yīn)
随着個人PC機數據運算(suàn)量的猛增，CPU的數據處理(lǐ)逐漸變得吃力，圖形處理(lǐ)器GPU作(zuò)爲CPU的輔助應運而生。
GPU是專門(mén)在個人電腦(nǎo)、工(gōng)作(zuò)站(zhàn)、遊戲機、如平闆電腦(nǎo)、智能(néng)手機上(shàng)執行繪圖運算(suàn)工(gōng)作(zuò)的處理(lǐ)器。
相對(duì)CPU，GPU舍棄了(le)部分控制單元，擁有更多的計(jì)算(suàn)單元（即運算(suàn)器），因此可以高(gāo)密度執行大(dà)量同質化數據運算(suàn)，如圖形渲染等，對(duì)玩(wán)遊戲較爲感興趣的讀者知(zhī)道(dào)顯卡功能(néng)較爲強大(dà)的電腦(nǎo)玩(wán)起3D遊戲畫(huà)面會(huì)更爲流暢，顯卡的處理(lǐ)器就是GPU。GPU擅長的是大(dà)規模并發計(jì)算(suàn)，這(zhè)也(yě)正是密碼破解等所需要的。所以，除了(le)圖像處理(lǐ)，GPU也(yě)越來(lái)越多的參與到(dào)計(jì)算(suàn)當中來(lái)。
而CPU由于具備更多的存儲單元和(hé)控制單元，因此更适合進行複雜(zá)運算(suàn)。在功能(néng)上(shàng)，GPU可以視(shì)爲CPU的巨大(dà)補充。
CPU和(hé)GPU擔任的使命不同，在設計(jì)上(shàng)會(huì)有不小(xiǎo)差别。
借用(yòng)英偉達架構師Stephen Jones關于GPU工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)的演講中的比喻：“GPU是一台吞吐機，它設計(jì)的工(gōng)作(zuò)量遠遠超過了(le)它的運行時(shí)間，就像火車沒有滿載的時(shí)候；而CPU就像一台延遲機，切換線程的代價很(hěn)大(dà)，所以希望一個線程盡可能(néng)快(kuài)地運行。”
當前全球GPU市場由英偉達、英特爾與AMD壟斷，三者市場份額接近100%。
國内有望實現(xiàn)突圍的GPU相關企業爲景嘉微，公司的JM9系列GPU于202年9月流片成功并于11月完成性能(néng)測試，有助于公司産品向民用(yòng)市場的拓展。 ASIC：實現(xiàn)專門(mén)目的的集成電路
随着智能(néng)手機、可穿戴設備等體積更小(xiǎo)的智能(néng)設備的問世，芯片的集成度也(yě)越來(lái)越高(gāo)，出現(xiàn)了(le)以用(yòng)戶參加設計(jì)爲特征的專用(yòng)集成電路(ASIC)，專用(yòng)集成電路往往跟據用(yòng)戶的具體需求将CPU、GPU、存儲器乃至藍牙、WIFI等數十個小(xiǎo)規模集成電路模塊集成在一塊芯片上(shàng)，實現(xiàn)系統級設計(jì)需要，這(zhè)樣的做法也(yě)被稱爲SOC（片上(shàng)系統）。它使整機電路優化，元件數減少，布線縮短，體積和(hé)重量減小(xiǎo)，提高(gāo)系統可靠性。
智能(néng)手機是ASIC的主要應用(yòng)場景，大(dà)家所熟知(zhī)的麒麟芯片便屬于ASIC，華爲1991年便成立ASIC設計(jì)中心進行相關研究，ASIC設計(jì)中心是2004年成立的海思半導體的前身。經曆了(le)一年的制裁，華爲海思麒麟在1月1日官宣：2022，向“芯”而行。裂縫是光照進來(lái)的地方，2022年，華爲麒麟的首要目标就是沖破限制，恢複麒麟芯片的正常供應。FGPA：架構靈活的可編程芯片
ASIC雖然優化了(le)整機電路，有效縮減了(le)智能(néng)設備的體積，然而這(zhè)也(yě)意味着芯片設計(jì)的複雜(zá)度大(dà)大(dà)提升，流片（打樣）失敗的風(fēng)險增大(dà)。
在此背景下(xià)現(xiàn)場可編程門(mén)陣列（FGPA）應運而生。
FGPA最大(dà)的特點在于它名稱中的現(xiàn)場可編程，無論是CPU、GPU還是ASIC，在芯片制造完成後，芯片的功能(néng)即被固定，用(yòng)戶無法對(duì)硬件功能(néng)做出更改，而FPGA在制造完成後功能(néng)未被固定，使用(yòng)者可使用(yòng)FGPA芯片提供商的軟件對(duì)芯片進行功能(néng)配置，将芯片上(shàng)空(kōng)白(bái)的模塊轉化爲自(zì)身所需的具備特定功能(néng)的模塊。
FGPA具有強大(dà)的靈活性，使用(yòng)者隻需幾分鐘(zhōng)便能(néng)改變芯片的邏輯功能(néng)，使之在不同的業務需求之間靈活調配，且相比于ASIC方案，FGPA方案能(néng)夠降低(dī)流片失敗的風(fēng)險。當前中國FGPA市場由賽靈思與英特爾壟斷，據兩者市占率約90%。
國内FGPA領域龍頭企業爲安路科技，公司于2021年11月12日科創闆上(shàng)市，當前市占率接近1%。相關領域龍頭企業
龍芯中科爲我國CPU領域龍頭企業，2010年由北京市政府與中國科學院出資改建。公司主營處理(lǐ)器及配套芯片的研制生産，旗下(xià)産品包含龍芯1号、2号、3号三大(dà)系列處理(lǐ)器，分别對(duì)應物聯終端、工(gōng)業控制與服務器三大(dà)應用(yòng)場景。
在國内CPU設計(jì)企業中公司是唯一一家推出自(zì)主指令集的企業，于2021年推出完全自(zì)主知(zhī)識産權的LoongArch自(zì)主指令集，公司在2021年12月17日過會(huì)，預計(jì)2022年登陸科創闆。
GPU領域龍頭企業爲A股上(shàng)市公司景嘉微，公司産品目前主要面向軍用(yòng)領域，曾參與神舟八号圖形顯控模塊的設計(jì)。公司産品開(kāi)始切入民用(yòng)領域是在2018年，這(zhè)一年公司GPU芯片JM7200成功流片，JM7200采用(yòng)28nm工(gōng)藝制造，可用(yòng)于台式計(jì)算(suàn)機與筆(bǐ)記本電腦(nǎo)。
2021年9月公司的第三代GPU芯片JM9成功流片，JM9将進一步拓寬公司産品的應用(yòng)場景，可用(yòng)于地理(lǐ)信息系統、CAD輔助設計(jì)與高(gāo)性能(néng)遊戲等顯示需求較高(gāo)領域。
安路科技主營FGPA芯片和(hé)相關EDA軟件的研發與設計(jì)，出貨量在國産FGPA芯片供應商中排名第一，于2021年12月30日登陸科創闆。
公司的産品矩陣覆蓋全面，旗下(xià)的鳳凰、獵鷹、精靈三大(dà)産品系列分别覆蓋高(gāo)端産品、高(gāo)性價比産品與低(dī)功耗産品三大(dà)細分市場，鳳凰系列于2020年推出。在生産工(gōng)藝方面，公司已經掌握55nm、28nm工(gōng)藝平台上(shàng)的電路設計(jì)。主要财務數據
2018年-2020年三家龍頭企業營收與淨利潤（億元）
數據來(lái)源：招股說明(míng)書、年報(bào)
從(cóng)三者的營收與淨利看(kàn)，營收最大(dà)的是龍芯中科，2020年達到(dào)10.82億。安路科技與龍芯中科營收增長較快(kuài)，2020年同比增長122%與130%，然而相比景嘉微二者的盈利能(néng)力較差，2020年龍芯中科淨利潤下(xià)降，安路科技未能(néng)實現(xiàn)盈利。龍芯中科增收不增利的主要原因在于毛利率的不斷下(xià)降，景嘉微與安路科技近年來(lái)毛利率保持平穩而龍芯中科的毛利率于62.65%下(xià)降至48.73%。原因在于2018年公司産品以工(gōng)控類龍芯2号芯片爲主，龍芯2号毛利率較高(gāo)，而近年來(lái)公司應用(yòng)于加密卡、智能(néng)門(mén)鎖、打印機等物聯終端的龍芯1号芯片增長較快(kuài)，由2018年的5千萬元營收增長至2020年的8億元營收，占比提升至70%，毛利率較低(dī)的龍芯1号占比提高(gāo)造成了(le)公司整體毛利率的下(xià)降。我們認爲毛利率的下(xià)降僅反映公司較低(dī)毛利産品的快(kuài)速擴張，不宜簡單解讀爲公司核心競争力的喪失，公司的資産負債率過高(gāo)與較爲依賴政府補助反而是更需要關注的問題。
數據來(lái)源：招股說明(míng)書、年報(bào)
2018年-2020年三家龍頭企業政府補助（億元）龍芯中科與安路科技均有較大(dà)規模的政府補助，安路科技對(duì)政府補助的依賴暫時(shí)較高(gāo)，2020年計(jì)入當期損益的政府補助占總營收的占比約23.84%，這(zhè)從(cóng)另一個側面說明(míng)了(le)邏輯芯片自(zì)主可控在經濟效益層面以外(wài)的重要意義。
2018年-2020年三家龍頭企業研發支出（億元）三者研發支出的增長均極爲猛烈，2020年研發支出同比增長均超過50%，龍芯中科研發支出同比增長達到(dào)166%。從(cóng)研發支出占營收比例看(kàn)，景嘉微約爲20%，并每年小(xiǎo)幅上(shàng)漲，龍芯中科由于2020年營收增長較快(kuài)研發支出占收入比例攤薄至19.22%，安路科技的研發支出占收入比例最高(gāo)，近年來(lái)由于營收的增長才緩慢下(xià)降，2020年仍高(gāo)達44.67%。
2018年-2020年三家龍頭企業研發支出占收入比重（%）