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30家国产数字芯片(CPU/FPGA/存储)厂商调研报告

时间:2021-02-22 12:25:39 作者:顾正书 阅读:
在中高端CPU、GPU、DSP和FPGA等复杂的高性能数字芯片领域,中国本土IC设计厂商还刚刚起步,在技术实力和行业应用方面离国际巨头还相距甚远。本文我们将从核心技术、主要产品、目标市场和应用方案等方面对30家本土IC设计公司逐一展示。
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依照集成电路的属性,芯片可分为模拟、数字和混合信号集成电路。其中数字集成电路使用二进制,处理1和0离散数字信号,可以包含从几千到百万的逻辑门、触发器和其他计算单元。数字芯片主要包括高性能微处理器(MPU或CPU)、微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、图形处理器(GPU),以及FPGA、存储器和其它数字逻辑IC。

在中低端MCU市场,中国IC设计企业已经占据一定的份额和地位,并借助“国产替代”的东风获得了快速发展。而在新兴的AI芯片市场,中国本土厂商在融资和技术发展方面与美国的同类厂商差距也不太大。但是,在中高端CPU、GPU、DSP和FPGA等复杂的高性能数字芯片领域,中国本土IC设计厂商还刚刚起步,在技术实力和行业应用方面离国际巨头还相距甚远。

国产CPU的发展现状

中国自2000年开始启动CPU设计项目,至今已有20年发展历史,催生了以中科龙芯、天津飞腾、 海光信息、申威、上海兆芯和华为海思(鲲鹏)等为代表的国产 CPU。国产CPU产品的性能逐年提高,应用领域不断扩展,使中国长期以来无“芯”可用的局面得到了极大扭转,为构建安全、自主、可控的国产化计算平台奠定了基础。当前, 国产CPU厂家主要有以下六家。

表一:国产六大CPU厂商及其架构和技术对比(来源:国金证券)

从处理器架构来看,国产CPU架构大体分为三类:

1.以龙芯为代表的MIPS 指令集架构和以申威为代表的 Alpha 架构。申威已基本实现完全自主可控(申威64已经完全形成了自己的架构),龙芯部分关键技术需付专利费。

2.以天津飞腾和华为鲲鹏为代表的ARM 指令集授权架构。ARM主要有三种授权等级:使用层级授权、内核层级授权和架构指令集层级授权,其中指令集层级授权等级最高,企业可以对ARM 指令集进行改造以实现自行设计处理器。已经获得ARM V8永久授权的海思、飞腾等厂家凭借自身的研发能力, 亦有可能发展出一套自己的指令集架构。

3.以海光、兆芯为代表的X86授权架构(仅内核层级的授权),未来扩充指令集形成自主可控指令集难度较大。因此,在自主可控程度上,申威和龙芯相对较强,而海光和兆芯则相对较弱。如果鲲鹏和飞腾基于ARM V8发展出自己的指令集,创新可信程度则可以显著提升 。同时,在未来ARM V9、V10 等新架构拿不到授权的情况下,依然可以维持先进性。

30家国产数字芯片厂商调研

Aspencore《电子工程专辑》分析师团队对中国本土的数字芯片设计公司进行了第一手调查和网络汇编整理,从众多公司中挑选30家(已经在MCU和AI芯片报告中收录的不包括在内),分别从核心技术、主要产品、应用方案和目标市场等多个维度进行了分析。

这是China Fabless系列调研分析报告的一部分,感兴趣的朋友可以查阅其它类别的调研报告,或直接与我们联系。已经发布的调研报告包括:

  1. 中国IC设计行业30家上市公司综合实力排名
  2. 30家国产MCU厂商综合实力对比
  3. 30家国产电源管理芯片和功率半导体厂商调研分析报告
  4. 30家国产AI芯片厂商调研报告
  5. 50家中国IC设计初创公司调查统计
  6. 20家模拟/混合信号芯片厂商调研报告

在即将到来的2021中国IC领袖峰会上,我们将从每个类别中挑选Top 10组成中国IC设计100家(China Fabless 100)排行榜。在这30家国产数字芯片厂商中,哪10家将会榜上有名?

30家国产数字芯片厂商基本信息统计

本报告对如下类别的数字芯片及国产厂商进行了调研分析。

●国产CPU厂商:龙芯、飞腾、兆芯、海光、申威、华为鲲鹏

●手机/平板应用处理器:华为麒麟、紫光展锐、瑞芯微、全志科技、北京君正

●国产GPU/DSP厂商:景嘉微、天数智芯、芯动科技

●国产逻辑/FPGA厂商:高云、上海安路、紫光国微、京微齐力、智多晶微电子、成都华微电子、遨格芯微电子(AGM)

●国产音视频处理器厂商:晶晨半导体、国科微、中星微电子

●国产存储控制芯片厂商:澜起科技,得一微电子

●国产Fabless存储厂商:兆易创新、东芯、芯天下、聚辰、恒烁半导体

注:本报告不包含国产存储器IDM厂商,比如合肥长鑫、长江存储、武汉新芯、西安紫光国芯半导体等。

表二:国产数字芯片厂商基本信息一览表。

国产数字芯片厂商详细信息

下面我们将从核心技术、主要产品、目标市场和应用方案等方面对这30家公司逐一展示。

中科龙芯

核心技术:MIPS授权架构的CPU及生态圈、跨指令兼容的二进制翻译技术。

主要产品:面向行业应用的“龙芯1号”小CPU;面向工控和终端类应用的“龙芯2号”中CPU;以及面向桌面与服务器类应用的“龙芯3号”大CPU。

应用领域:网络安全、办公与信息化、工控及物联网等领域,并在政府、能源、金融、交通、教育等行业领域取得了广泛应用。

天津飞腾

核心技术:自研ARMv8架构处理器、片上并行系统(PSoC)体系结构。

主要产品:高性能服务器CPU(腾云S系列);高效能桌面CPU(腾锐D系列);高端嵌入式CPU(腾珑E系列)三大系列。

应用领域:国内政务办公、装备制造、云计算、大数据以及金融、能源和轨道交通等行业信息系统领域。

海光信息

核心技术:AMD授权X86指令集架构、“禅定”x86 CPU

主要产品:7000系列、5000系列和3000系列处理器。

应用领域:政府机构和商业服务器应用。

兆芯

核心技术: CPU、GPU、芯片组核心技术。

主要产品:“开先”、“开胜”两大CPU系列。

应用领域: 党政办公、金融、教育、医疗、交通、网络安全、能源等行业。

申威

核心技术:申威64自主可控架构

主要产品:SW1600/SW1610 CPU。

应用领域: 党政、军事、超算、服务器和桌面电脑。

华为海思

核心技术:ARM v8架构授权、达芬奇架构NPU

主要产品:鲲鹏920、麒麟系列应用处理器、昇腾AI芯片。

应用领域:服务器、手机、智能终端。

紫光展锐

核心技术:5G通信、AI平台

主要产品:虎贲T7520/T7510/T710系列手机应用处理器、W517/307系列智能可穿戴处理器、春藤系列物联网芯片。

应用方案:5G、AIoT、智能语音、智能穿戴、平板电脑、工业互联网

目标市场:手机、可穿戴设备、工业物联网、汽车电子、功率电子。

瑞芯微

核心技术:ARM内核高性能应用处理器、智能语音

主要产品:RK35系列、RK33系列、RK32系列、RK31系列RK30系列、RK18系列、RK MCU系列、RK Power系列、RV11系列。

应用方案:平板电脑、流媒体应用、商业及工业应用、家居应用、智联网应用、视觉应用、车载应用。

目标市场:智能硬件、手机周边、平板电脑、电视机顶盒、工控等多个领域。

北京君正

核心技术:XBurst 系列 CPU Core (基于MIPS 指令集)、Helix/ Radix系列 VPU、Tiziano图像处理器、君正AIE 算力引擎、ISSI存储技术

主要产品:X2000、X1000/E、X1520、X1500、X1021系列微处理器;T40、T31、T21、T30、T20系列智能视频处理器;ISSI/Lumissil存储器。

应用方案:智能音频、图像识别、智能家电、智能家居、智能办公、智能视频。

目标市场:生物识别、教育电子、多媒体播放器、电子书、平板电脑、AIoT等领域,以及计算和通信存储市场。

全志科技

核心技术:智能应用处理器SoC、超高清视频编解码、高性能CPU/GPU/AI多核整合;

主要产品:A系列平板电脑应用处理器、F系列多媒体处理器、H系列机顶盒OTT处理器、R系列智能语音芯片、T系列车规级驾舱信息娱乐处理器、V系列视频编解码处理器、MR系列处理器。

应用方案:智能硬件、消费电子、工业控制、家庭娱乐、车联网方案;

目标市场:智能硬件、平板电脑、智能家电、车联网、机器人、虚拟现实、网络机顶盒,以及电源、无线通信模组、智能物联网等多个产品领域。

景嘉微

核心技术:支持国产CPU和国产操作系统的GPU

主要产品:JM5400、JM7200/7201 图形处理器

应用市场:笔记本电脑、一体机、移动工作站、刀片式主板等桌面办公和工业控制领域。

天数智芯

核心技术:全自研通用计算GPGPU

主要产品:7纳米GPGPU高端自研云端训练芯片

目标市场:计算机视觉、智能语音、智能推荐等AI领域;HPC通用计算。

芯动科技

核心技术:GDDR6高带宽显存技术、4K/8K显示的HDMI2.1技术、国产自主标准的INNOLINK Chiplet和HBM2E高性能计算平台技术

主要产品:智能渲染GPU图形处理器;高速32Gbps SerDes Memory ;高性能计算/高带宽储存/加密计算/AI云计算/低功耗IoT等芯片。

应用市场:高性能计算/多媒体&汽车电子/IoT物联网等领域;信创桌面渲染、5G数据中心、云游戏、云办公、云教育等主流新基建领域。

高云半导体

核心技术:GoAI机器学习平台、蓝牙FPGA系统级芯片

主要产品:晨熙家族GW2A系列 FPGA、小蜜蜂家族GW1N系列SoC

应用市场:通讯、工业控制、LED显示、汽车电子、消费电子、AI、数据中心。

上海安路

核心技术:全流程TD软件系统

主要产品:高端PHOENIX(凤凰)、中端EAGLE(猎鹰)、低端ELF(精灵)系列FPGA。

应用方案:LED显示屏、工业自动化、通信控制、MIPI和TCON显示等。

紫光国微

核心技术:Pango Design Suite FPGA开发软件技术、嵌入式FLASH、高安全加密、内嵌ECC。

主要产品:Titan系列FPGA、Logos系列FPGA、Compact系列CPLD;智能卡和智能终端安全芯片;半导体功率器件;超稳晶体频率器件;5G超级SIM卡。

应用方案:移动通信、金融支付、数字政务、公共事业、物联网与智慧生活、智能汽车、电子设备、电力与电源管理、人工智能。

目标市场:金融、电信、政务、汽车、工业互联、物联网等领域。

京微齐力

核心技术:AiPGA芯片(AI in FPGA)、异构计算HPA芯片(Heterogeneous Programmable Accelerator)、嵌入式可编程eFPGA IP核、FX伏羲EDA软件

主要产品:HME-R、HME-M、HME-P、HME-H系列FPGA

应用方案:工业控制、医疗电子、消费类电子、广播&通信、汽车电子、计算机与存储、嵌入式应用、人工智能。

目标市场:云端服务器、消费类智能终端以及国家通信/工业/医疗等核心基础设施。

智多晶

核心技术:FPGA开发软件“HqFpga”、 自主研发的FPGA架构

主要产品:Seagull 1000系列 CPLD、Sealion 2000 系列FPGA、Seal 5000 系列 FPGA

目标市场:LED驱动、视频监控、图像处理、工业控制、4G/5G通信网络、数据中心等。

成都华微电子

核心技术:可编程逻辑器件CPLD、FPGA硬件设计平台、可编程逻辑器件综合、映射及编程算法软件技术。

主要产品:数字模拟混合信号芯片、可编程逻辑器件、ADC/DAC、模拟电路及接口电路系列产品

应用市场:工业控制、通信和安防等。

遨格芯

核心技术:可编程SoC、异构(MCU)边缘计算

主要产品:CPLD、FPGA、MCU-SoC、AI ASIC、MCU。

目标市场:消费电子、工业和AIoT。

晶晨半导体

核心技术:超高清多媒体编解码和显示处理、人工智能、内容安全保护、系统IP等核心软硬件技术

主要产品:多媒体SoC芯片

应用方案:IP/OTT/DVB机顶盒方案、智能电视、智能影像、智能家居、智能商显。

目标市场:智能机顶盒、智能电视和AI音视频系统终端等,以及IPC等消费类安防市场、车载娱乐、辅助驾驶等汽车电子市场。

国科微

核心技术:全自主固态硬盘控制芯片、无线数据通信核心技术、AVS2超高清智能4K解码芯片

主要产品:直播卫星高清芯片、智能4K解码芯片、H.264/H.265高清安防芯片、高端固态存储主控芯片、北斗导航定位芯片。

应用方案:智能机顶盒、智能监控、存储控制、物联网

目标市场:卫星广播、无线通信、存储和信息安全、物联网应用领域。

中星微电子

核心技术: 组织制定安全防范视频安全数字音视频编解码(SVAC)国家标准、结构化的视频码流、“数据驱动并行计算”架构

主要产品:“星光”数字多媒体芯片、 集成神经网络处理器(NPU)的SVAC视频编解码SoC、SVAC视频安全摄像头芯片、H.264 解压缩芯片、PC摄像头芯片

目标市场:信息安全、图像编码视频安全领域。

澜起科技

核心技术:高性能DDR内存缓冲控制器、动态安全监控技术(DSC)、异构计算与互联技术

主要产品:DDR2-DDR5系列内存接口芯片、PCIe Retimer芯片、服务器CPU

目标市场:云计算、服务器、存储设备及硬件加速器等应用领域。

兆易创新

核心技术:国产SPI NAND Flash工艺技术、基于Armv8-M架构的Cortex-M33内核高性能微处理器

主要产品:NOR Flash、NAND Flash、GD32系列MCU

应用方案:GD25/GD55 B/T/X系列大容量高性能SPI NOR Flash、车载数字组合仪表解决方案、GSL7001光学指纹识别方案

目标市场:工业、汽车、计算、消费类电子、物联网、移动应用以及网络和电信行业。

东芯半导体

核心技术:NAND/NOR/DRAM/MCP设计工艺技术

主要产品:中小容量NAND Flash、NOR Flash、DRAM芯片

目标市场:工业控制、通讯网络、消费电子、移动设备、物联网。

芯天下

核心技术:成熟闪存及新型存储技术

主要产品:SPI NOR Flash, NOR MCP, SPI NAND Flash, SD NAND Flash, NAND MCP等。

目标市场:物联网,显示与触控,通信,消费电子,工业等领域。

聚辰半导体

核心技术:串行EEPROM、逻辑加密卡、零漂移轨到轨输入输出运放

主要产品:EEPROM、智能卡芯片

目标市场:智能手机、液晶面板、蓝牙模块、通讯、计算机及周边、医疗仪器、白色家电、汽车电子、工业控制等众多领域。

恒烁半导体

核心技术:基于NOR Flash的存算一体架构;50nm制程的NOR Flash存储

主要产品:SPI NOR flash存储器;基于NOR flash的存算一体CIM AI加速芯片; 基于ARM Cortex的32位MCU

目标市场:可穿戴设备、智能音响、安防监控、物联网IoT、泛在电力物联网、汽车电子、消费电子及工业等领域。

得一微电子

核心技术:固态存储控制芯片

主要产品:PCIe SSD主控芯片、SATA SSD主控芯片、eMMC 5.1主控芯片、SPI NAND主控芯片、USB主控芯片

目标市场:通用计算和存储市场,覆盖消费级、企业级、工业级、汽车级应用。

结语

随着国家对网络信息安全和特定领域计算的国产化要求加强,对自主可控的计算需求提高,国产CPU和视频处理器厂商将迎来快速增长的大好机遇;面向消费电子、智能家居、商业和工业控制领域的应用处理器和通用微处理器将面临更加激烈的竞争;以中低端FPGA为主要目标市场的国产FPGA厂商也必须在各自的细分领域找到立足和发展之路;对国产FLASH存储器厂商来说,以成熟产品和工艺技术在广泛的细分市场精耕细作,也将有不错的发展机会。

责编:Amy Guan

  • 芯动科技提供全球6大主流代工厂从130nm到5nm工艺全套高速接口IP和芯片定制解决方案,并且连续10年成为中国半导体产业链核心IP技术工艺授权最多、量产最多、产值最大、市场占有率第一的国产先进芯片生态赋能性设计公司。并且已支持多家国内外知名企业对DDR、MIPI、PCIe、USB等IP核产品进行授权并成功实现SOC量产,如海思、中兴、君正、瑞芯微等,量产wafer已达几十万片。研发资源可直接对接客户,减少中间环节,具备快速响应支持、快速定位问题、确保项目进度的能力和条件。http://www.innosilicon.com.cn/
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顾正书
ASPENCORE资深产业分析师。以深圳为坐标原点,扫描全球电子和半导体行业。专注于China Fabless和SoC设计细分市场的分析和学习,欢迎交流。
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