龙芯中科研究报告：龙芯指令集，世界第三极

（报告出品方/作者：浙商证券，蒋高振，褚旭）

1、推出LoongArch自主指令系统，打造自主生态体系

1.1、坚守初心致力创新，打造国内CPU领先企业

国内唯一坚持基于自主指令系统构建独立于 WIntel 体系和 AA 体系的开放性信息技术 体系和产业生态的 CPU 企业。公司 2008 年成立，于 2022 年在上交所上市。面向国家信 息化建设需求，面向国际信息技术前沿，以创新发展为主题、以产业发展为主线、以体系 建设为目标，坚持自主创新，全面掌握 CPU 指令系统、处理器 IP 核、操作系统等计算机 核心技术，打造自主开放的软硬件生态和信息产业体系，为国家战略需求提供自主、安全、 可靠的处理器，为信息产业创新发展提供高性能、低成本的处理器和基础软硬件解决方案。

聚焦并深耕 CPU 业务，持续推进自主创新，加速产品迭代。公司以创新发展为主题， 研制了龙芯 1 号、龙芯 2 号、龙芯 3 号三大系列处理器芯片及桥片等配套芯片；为支持芯 片销售及应用，开发了基础版操作系统及浏览器、Java 虚拟机、基础库等重要基础软件； 基于开放的龙芯生态体系，与板卡、整机厂商及基础软件、应用解决方案开发商建立紧密 的合作关系，为下游企业提供基于龙芯处理器的各类开发板及软硬件模块，并提供完善的 技术支持与服务。其中，龙芯 1 号和龙芯 2 号主要面向工控类应用，应用场景为嵌入式专 用设备、工业控制与终端等。龙芯 3 号系列为高性能通用处理器，主要面向信息化应用， 应用场景为桌面与服务器类应用。基于信息系统和工控系统两条主线开展产业生态建设， 面向网络安全、办公与业务信息化、工控及物联网等领域与合作伙伴保持全面的市场合作， 系列产品在电子政务、能源、交通、金融、电信、教育等行业领域已获得广泛应用。

充分积累自主 CPU 研发和软件生态建设的体系化关键核心技术。公司推出 Loongarch 自主指令系统，掌握 CPUIP 核的所有源代码，拥有操作系统和基础软件的核心能力。通过 长期积累，公司已拥有一系列自主专利和知识产权，技术优势突出，产品竞争力较强，处 于国内通用处理器行业的领先地位。不仅是关键信息基础设施自主化领域的有力竞争者之 一，在工控系统自主化市场和信息系统自主化市场也均处于市场前列。

1.2、营收规模持续增长，不断加大研发投入

营业收入持续向好。2018-2021 年，公司营业收入增长迅速，从 1.93 亿元增长至 12.01 亿元，CAGR 为 83.93%；归母净利润从 0.08 亿元增长至 2.37 亿元，CAGR 为 209.42%。 2022Q3，营业收入为 4.84 亿元，同比下降 37.6%；归母净利润为 0.73 亿元，同比下降 38.60%。

信息化类芯片为公司主要收入来源。2021 年，信息化类芯片营收占比为 54.71%，毛 利率为 44.61%，实现营业收入 6.57 亿元，同比下降 16.94%，主要系 2020 年信息化类芯片 销售实现了爆发式增长。2021H2 信息化类芯片向 3A5000 系列切换，由于 3A5000 系列使 用 LoongArch 指令系统，整机厂商和操作系统厂商需要时间磨合，形成规模增长预计需要 一定时间。同期，工控类芯片和解决方案分别实现营业收入 2.95 亿元、2.48 亿元，毛利率 分别为 76.08%、51.45%。

持续加大研发投入，强化技术创新优势。2018-2021 年，毛利率先下降后上升，存在 一定的波动性。2020 年毛利率相对较低，主要原因为随着公司对信息化类市场的不断开拓， 龙芯 3 号系列芯片销售占比大幅提高，由于该领域产品毛利率相对较低，使得整体毛利率 下降。2022Q3，销售、管理、财务和研发费用率分别为 13.6%、15.2%、-1.6%、43.8%。 其中，2022Q1-Q3 研发投入为 2.63 亿元，营收占比 54.44%，同比增长 21.39%，为不断深 化技术创新优势提供了重要保障。

1.3、控股结构清楚明晰，研发团队专业稳定

控股股东为天童芯源，实际控制人胡伟武和晋红夫妇。胡伟武为天童芯源第一大股东， 天童芯源为公司股东芯源投资、天童芯正、天童芯国的执行事务合伙人。同时，胡伟武长 期担任公司董事和总经理，晋红长期担任公司投资总监。公司总部设在北京，并在南京、 合肥、金华、山西、广州、西安、武汉、成都、辽宁、鹤壁等地设有分支机构。高管及核心技术人员背景专业，研发经验丰富。董事长胡伟武是“龙芯”处理器的主 要设计人员，与公司董事范宝峡、高翔、张戈均为团队核心技术人员，均具备中科院计算 所工作经历和成熟的处理器及芯片研发经验，参与多项重点项目，科研成果丰硕。截至 2021 年，公司共有研发技术人员 539 人，其中核心研发人员共 6 人，在公司任职十余年， 长期合作，稳定高效。

2、紧抓信创浪潮机遇，国产CPU自主化任重道远

2.1、CPU：信息产业核心赛道，行业集中度高

中央处理器（CentralProcessingUnit，简称 CPU）本质是负责计算机运算和控制的超 大规模集成电路。CPU 承担耦合系统软硬件资源的中枢作用：1）计算机系统中所有软件 层的操作，最终都将通过指令系统映射为 CPU 的操作；2）CPU 控制、调配所有硬件资源 （如存储器、输入输出单元），由控制单元实现指令读取、指令译码，并通过运算单元执 行数据加载、计算和回存任务。

CPU是信息产业算力底座，生态体系上下游高度协同。CPU生态体系是硬件和软件 的结合，是产业上下游交互的产物。从底层指令系统出发，硬件上通过IP核形成芯片物理 电路，并最终用于板卡、整机厂商等不同领域的整机设备；软件上包括Linux内核、编译 器、Java、.NET等基础开发软件，以及与指令系统高度适配的操作系统，为搭建完全基于 指令系统的应用软件生态提供平台支撑，最终形成应用于政企、教育、电信等行业的成熟 软硬件体系。

指令系统是生态底层逻辑，可分为复杂指令集和精简指令集。指令系统（ISA）属于 计算机中硬件与软件的接口，可实现高级程序语言、汇编语言和机器语言的连接，最终编 译为 CPU 可执行的简单指令，按照指令复杂程度可分为复杂指令集（CISC）和精简指令 集（RISC）。Intel 在 1978 年推出的 X86 架构是目前唯一的 CISC，其指令复杂、性能卓越、 功耗较大，产业生态庞大且完善；以 ARM、MIPS、RISC-V、LoongArch 架构为代表的 RISC 对指令集进行了高度优化，具备结构简单、功耗低、体积小、多核并行运算等优势， 已全面覆盖移动设备和嵌入式终端等应用场景。

微架构是执行指令集的物理电路设计，决定了芯片性能和自主创新程度。主流 ARM 架构授权模式分为三类：1）使用层级授权，仅限 IP 核嵌入终端；2）IP 核授权，以内核为 基础延展外设；3）架构层级授权，可对指令集进行扩展或缩减，并形成专向化的各类 IP 核。X86 架构相对封闭，目前架构层级授权仅对 Intel 和 AMD 开放，目前国产厂商龙芯和 申威分别基于 MIPS 和 Alpha 架构开发出了完全自主创新的 LoongArch 和 SW 架构。

CPU 行业由两大生态体系主导：一是基于 X86 指令系统和 Windows 操作系统的 Wintel 体系；二是基于 ARM 指令系统和 Android 操作系统的 AA 体系。PC 时代，以 IBM 代表的软硬一体化模式被英特尔和微软所打破，二者在软硬耦合的前提下，遵循“摩 尔定律”和“安迪-比尔定律”滚动迭代，即计算芯片和存储器每 18-24 个月实现硬件性能 的翻倍，同时 Windows 操作系统凝聚海量开发者，软件不断升级支撑应用创新，最终构成 稳固的生态壁垒。移动互联网时代终端设备延续了 PC 发展规律，ARM 凭借其指令系统开 源、异构运算、可定制化等一系列优势，成功立足于低功耗的移动市场。

CPU 呈双巨头格局，国产 CPU 市场份额较低。国际市场上主流的 CPU 公司都经历了 长期的技术和市场积累，Intel 和 AMD 几乎形成垄断，国内同行业的厂商仍处于成长阶段， 与国际主流厂商依旧存在技术差距。据PASSMARKSOFTWARE 统计，截至2022Q4，以出 货量计算的整个 X86CPU 市场中，Intel的市场份额为62.8%，AMD的市场份额为35.2%。

2.2、自主可控迫在眉睫，国产替代蓄力发展

后摩尔定律时期先进制程、线程/核数等技术维度演进趋缓，微架构设计或成性能优化 首选。根据 Intel 提出的 CPU 性能公式，提升主频和 IPC（时钟周期内指令数）是处理器 迭代的主要提升目标，但需要兼顾能耗上限。性能主要优化方向包括制程、核数/线程、微 架构等，其中制程很大程度上决定 CPU 主频。根据 Jones 数据，当前先进制程迭代的高额 成本已打破摩尔定律“工艺迭代-降本-工艺继续迭代”的旧有逻辑，制程自 28nm 以后，该 趋势已不复存在。根据 ACM 通讯刊载数据，多线程并行计算（ILP）和多内核设计能有效 拉动处理器算力提升，但并不能解决登纳德缩放定律终结带来的能耗问题，处理器运算能 力提升速率持续放缓。相比之下，基于指令逻辑、算法和硬件结构层面的微架构升级能够 充分调动软硬件资源，兼顾效率和能耗优化。

新技术和新架构为国产 CPU 发展带来良好契机，自主研发更有潜力。1）处理器性能 升级趋势放缓，国产 CPU 来自制程、工艺方面的技术差距将逐步弥合，自研的微架构层级 和软件生态上的创新或能成为国产 CPU 性能实现弯道超车的关键变量。2）5G、云计算、 人工智能等新一代信息技术加快落地，“万物智联”时代智能设备应用场景更趋于碎片化， 对处理器产生专用定制化需求，结构简单的自主化开源指令系统（LoongArch、RISC-V） 未来也将成为中小企业开发的重要选项，摆脱 Wintel 和 AA 生态的历史包袱。

中美信息科技领域博弈持续升级，倒逼国产 CPU 底层技术自主化发展。随着国际竞 争加剧，我国高端芯片内核、指令集、微架构等核心底层技术长期受制于人的症结愈发明 显。中美贸易摩擦以来，美国不断掣肘我国信息产业发展，将我国相关实体列入出口管制 清单、限制中国企业技术性的并购行为等制裁措施。为保证国家信息安全，我国目前亟需 实现党政系统、电信、金融、能源等重点行业中 CPU、操作系统、服务器等 IT 应用设备 自主化。

国产 CPU 发展基于两条主流路线：一是自主研发指令系统并构建相应生态体系；二 是经已有 X86/AMD 架构授权，加入相应主流体系。国产 CPU 企业目前主要有 6 家，分别 是龙芯中科、电科申泰、华为海思、飞腾信息、海光信息、上海兆芯。按采用的指令系统 类型可大致分为三类：第一类包括龙芯中科和电科申泰，早期曾分别采用 MIPS 兼容的指 令系统和类 Alpha 指令系统，现已分别自主研发指令系统。第二类包括华为海思和飞腾信 息，采用 ARM 架构层级授权，自主性较强。第三类包括海光信息和上海兆芯，采用 X86 指令系统。目前国产 CPU 企业在指令系统、微架构和基础生态上实现了不同层次的自主创 新，其中龙芯中科和电科申泰自主性最高。

国产 CPU 厂商业务集中在党政和重点行业市场。国内 CPU 市场主要分为三类：政务 及重点行业市场、企业级市场以及消费级市场。政务及重点行业市场对安全性和定制化的 要求最高，对产业生态的要求较低，与国产 CPU 当前的发展现状契合，是近期国产 CPU 的核心市场。企业级市场对产业生态的要求高于政务但低于消费级市场，是国产 CPU 未来 重要的增量市场。消费级市场对产业生态的要求最高，对性价比较为敏感，迭代周期短， 是国产 CPU 长期需突破的目标市场。

2.3、中国市场空间广阔，信创政策催化成长

中国仍将长期是全球最大的 CPU 消费市场，PC 市场稳扎稳打。据 Canalys 数据， 2022H1 受制于疫情反复和供应链短缺，中国 PC 市场结束连续七个季度的增长态势。从细 分市场看，消费级领域景气度下滑明显，政务和教育板块表现相对亮眼，22Q2 出货量分别 同比增长 38%和 10%，国内 PC 整机和部件供应商将从中受益。长期看，由于国内 PC 端 用户基数十分庞大，设备迭代更新仍将支撑起较大的 CPU 需求。

云和数据中心扩容刺激服务器放量，非 X86 架构服务器份额有望抬升。新冠疫情加速 全球实体经济数字化转型，互联网、金融、制造业企业将持续加大云计算、边缘计算、人 工智能领域投入。同时，随着我国“东数西算”工程全面启动，提出全国一体化大数据中 心体系布局，有效推动了数据中心服务器需求增长。据 IDC 测算，2021 年中国服务器出货 量为 391.1 万台，同比增长 11.7%。其中 X86 架构服务器起步较早，生态优势明显，已占 据市场 97%以上份额；RISC 服务器体量相对较小，处于渗透率稳步提升阶段。

嵌入式设备微处理器市场加速渗透，工业控制领域智能设备需求广阔。根据 ICInsights 测算，微处理器（MPU）细分领域可分为计算机 CPU、移动端处理器、嵌入式设备（包括 工业、通信、汽车和物联网）控制器，2021 年全球市场规模分别为 482/350/197 亿美元。 5G、云计算、IoT 技术发展，嵌入式设备应用前景广阔，嵌入式控制器市场增长最快， 2016-2021 年 CAGR 达到 7.2%。中国正向制造业强国稳步迈进，制造业信息化、智能化改 造进程持续加速，从国内工控用控制器市场看，根据《2021年中国自动化市场白皮书》统 计，2016-2020 年中国自动化工控市场规模CAGR 为 9.63%，2022 年可规模达到 2360 亿元。 目前中国工控领域尤其是PLC、DCS、工业机器人等关键设备市场长期被日美德企业占据， CPU作为工控系统智能化的核心部件，需求有望进一步攀升，国产替代空间巨大。

行业信创已成为中国解决信息安全问题和推动 IT 全产业链升级的重要抓手。“信创”即 信息技术应用创新，是保障国家信息安全和 IT 产业长期发展的顶层设计。从供给侧看，信 创建设将从基础软硬件环节出发，推进 CPU、操作系统等核心部件的自主创新进程，逐步 建立底层 IT 架构和标准。从需求侧看，2020 年国内信创进入“2+8+N”体系大规模落地应用 阶段，其中党政领域 2013 年率先实现办公信息化国产替代落地，电子公文解决方案已相对 成熟，未来将继续向区县乡各级政府渗透，推行电子政务。

八大重点行业中金融领域数字 化系统应用广泛，信创改造首当其冲，电力、电信、航天航空、交通、石油等产业信创试 点接续发力，为信创后续推进积累经验和能力，形成自主开放生态。长期看，随着国内信 息产品技术实力追赶和生态体系完善，信创产业有望逐步从政策级市场转向空间更大的消 费级市场。

推进产业升级和信创政策推动采购量上行双管齐下，国产替代初显成效。信创政策目 标加持下，近年国家和地方密集出台覆盖集成电路、整机设备、数据库云以及信息安全等 领域的相关政策，通过税收补贴、园区支持等形式，重点打造信创产业集群、培养龙头企 业。同时政府积极引导党政机关、重点行业国资企业，加大对国产信创产品的采购、招标 力度。据贝哲斯咨询，2021 年金融领域新设立近百个新创试点，信创案例落地实践率已达到 29.55%。2022 年 5 月深圳发改委新规《关于促进消费持续恢复的若干措施》要求党政 和八大支柱性行业信创产品采购比例分别不低于 40%和 20%，预计各地信创相关推进政策 将持续出台。据艾瑞咨询数据，自 2018 年以来，我国信创产业规模连续四年上涨，在 2020 年已突破 1 万亿元，2022 年产业规模达 16689.4 亿元。

3、龙芯之火，可以燎原

3.1、自主建设生态体系，产业生态优势渐显

勇立潮头敢于开拓，不断深化推进国产自主生态体系建设。公司基于推出的自主指令 集 LoongArch 迁移或研发操作系统的核心模块，包括内核、三大编译器（GCC、LLVM、 GoLang）、三大虚拟机（Java、JavaScript、.NET）、浏览器、媒体播放器、KVM 虚拟机 等，形成了自主 CPU 研发和软件生态建设的体系化关键核心技术积累。坚持自主研发核心 IP，形成了包括系列化 CPUIP 核、GPUIP 核、内存控制器及 PHY、高速总线控制器及 PHY 等上百种 IP 核，取得 400 余项专利，是国内 CPU 企业中极个别可进行指令系统架构 及 CPUIP 核授权的企业。通过设计优化和先进工艺提升性能，摆脱对最先进工艺的依赖， 通过自主设计 IP 核，克服境内工艺 IP 核不足的短板。目前与公司开展合作的厂商达到数 千家，下游开发人员达到数十万人，基于龙芯处理器的自主信息产业生态体系正在逐步形 成。

积极开拓新市场及客户群体，满足客户定制化需求。公司产品主要面向网络安全、办 公与业务信息化、工控及物联网等领域，下游客户主要是大型国企、科研院所及大中型集 成电路企业。其中，工控类市场相对分散，进入壁垒较高，客户对供应商具有较高的黏性。 针对工控类市场，公司持续加强投入，不断推出工控领域专用芯片，提高产品竞争力，并 组织专门队伍负责工控市场推广。信息化类市场产品迭代频繁，客户对新产品接受速度很 快。

针对信息化市场，为更直接获取客户需求、获悉行业动态、并近距离服务客户，公司 结合不同省份地域特点，在目标客户集中区域设置全资子公司或销售与技术支持中心，以 便及时了解市场动向与客户需求。此外，公司销售部门、技术支持部门及研发团队之间保 持紧密沟通协作，有效提高客户服务的响应速度与满意度。通过数年的积累与开拓，客户 对龙芯产品的接受度逐步提升，龙芯生态圈逐步扩大，工控类芯片和信息化类芯片分别在 网安通信、能源、交通和电子政务、金融、电信、教育等行业领域获得广泛应用。

3.2、技术领先产品力强，研发投入完善布局

国内自主 CPU 的引领者、自主生态的构建者。“龙芯”系列是我国最早研制的通用 处理器系列之一，于 2001 年在中科院计算所开始研发，得到了中科院、国家自然科学基金、 863、973、核高基等项目的大力支持。通过长期积累，公司已拥有一系列自主专利和知识 产权、技术优势突出、产品竞争力较强，处于国内通用处理器行业的领先地位。

研发投入不断增长，核心技术国内领先。2018-2021 年研发投入从 5200 万增长至 2.81 亿，CAGR 为 75.21%。随着研发投入的不断提高，形成了充分的技术储备。截至 2021 年 12 月 31 日，研发人员合计共 539 人，占员工总数的 65.57%。拥有荣获中国科学院杰出成 就奖和中国计算机学会科技进步一等奖的核心技术人员；同时，在我国境内共拥有 388 项 已授权发明专利，境外发明专利 21 项，构建了具备自主知识产权，具备国内领先地位，符 合本土化需求的核心技术能力。科研实力和成果获得中国计算机学会 CCF 科学技术进步一 等奖、北京市专利示范单位、国家知识产权优势企业等重要荣誉和奖项。

基于 LoongArch 指令系统的 CPU 产品性能有效突破。根据工业和信息化部下属测试 机构提供的说明，公司的 3A5000 芯片在国产同类桌面 CPU 中处于性能领先水平。与采用 相同工艺节点的同类产品相比，3A5000 在 SPECCPU 整型/浮点单核性能、Unixbench 单线 程测试分值等各项性能参数方面占优，与采用领先 3A5000 两个工艺代制程的 ARM 架构桌 面产品性能相当。作为一款四核 CPU，3A5000 的 Unixbench 多线程测试分值甚至超过采用 X86 和 ARM 架构的相同工艺节点的可比公司八核桌面产品。

持续布局新型技术研发，在研项目助力领先地位。自成立以来公司共承担国家级项目 9 项，地方级项目 6 项，在研项目以国家战略和市场需求为牵引，以核心技术为基础巩固 产品和技术的持续领先力。主要技术储备涉及面向国际信息技术的前瞻研究和与产品开发 相关的关键技术研发，助力高水平交流合作和创新机制安排。

4、盈利预测

工控类芯片：公司工控类芯片产品主要应用于关键信息基础设施领域的控制和通讯系 统，近年来客户需求稳定增长，同时公司积极拓展新市场，加上政策推动相关产业环境持 续向好，销售收入稳步增长。后续随着公司推出的工控类芯片产品的拓展性、应用领域细 分市 场的 丰富 性增 加 ，我 们预 计公 司 2022-2024 年工控 类芯 片 业务 的收 入分 别为 4.21/8.00/12.16 亿元。考虑到工控类芯片的应用行业领域较为丰富，公司销售结构随相关应 用行业的发展而优化，同时销量提升带来规模效应，预计 2022-2024 年工控类芯片毛利率 分别为 69%/73%/75%。

信息化类芯片：公司信息化类芯片主要应用于关键信息基础设施领域的桌面和服务器， 公司陆续推出 3A3000、3A4000、3A5000 系列芯片产品，性能成倍提升，对虚拟化、安全 机制等方面的支持加强，愈加符合目前已进入快速增长阶段的关键信息基础设施领域的应 用需求。2022 年疫情对市场需求影响较大，政策性信息化市场 23 年有望开启；同时公司 服务器芯片 3D5000 初样验证成功，后续有望贡献营收，我们预计公司 2022-2024 年信息化 类芯片的收入分别为 1.23/3.23/6.11 亿元。考虑到信息化类芯片技术壁垒较高，公司产品性 能不断提升，随着信创市场将至，产品盈利能力有望持续改善，2022-2024 年毛利率预计 分别为 30%/38%/44%。

解决方案：公司解决方案主要包含硬件模块产品和技术服务，随着客户基础扩大、关 系加深，销售收入持续上升。公司集中力量结合特定应用需求形成解决方案能力，通过软 硬件定制和产业链重构，形成龙芯模块或整机的开放市场性价比优势，积累开放市场竞争 优势，带动解决方案类产品收入不断增加。2023 年 3 月，公司宣布基于龙芯 3C5000L 平台 的服务器相继落地嘉实基金和申万宏源证券，各系统均已交付上线并平稳运行， LoongArch 平台技术先进、生态友好、安全可靠在金融行业得到验证。公司以自主可控的 芯片底座为基础，注重科技创新驱动和数据赋能，在行业数字化转型和国产化替代有机结 合中，有望带动解决方案价值量上行。我们预计公司 2022-2024 年解决方案的收入分别 1.94/3.03/4.14 亿元，毛利率分别为 35%/43%/48%。

综上我们预计公司 2022-2024 年实现营收分别为 7.39/14.27/22.41 亿元，综合毛利率分 别为 53.5%/58.7%/61.5%。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】「链接」