芯片研发道阻且艰,海光信息如何打破枷锁?

 

芯片看起来可能离我们很遥远,但实际上小至你用的电脑、手机,大至数据中心等,都离不开它。随着智能化、数字化的发展,芯片的重要性也不言而喻,同时,芯片研发能力已经越来越成为体现国家综合实力的关键变量。然而,有时候一个事物的重要性和难度往往是成正比的。

 

大小近似人的指甲盖的芯片,往往需要承载数以亿计的晶体管。而芯片中以通用性能著称的CPU,则研发难度更高。从字面意思也可以看出,“通用”就是什么都能做,以人为例,就是成为全才,这也对芯片的性能提出了更高要求。

 

就在最近,国内芯片龙头之一海光信息成功登陆科创板,成为目前今年市值最大的芯片IPO,这家公司也成为了业界热议的焦点。

 

从产品落地进展来看,目前,海光CPU系列产品海光一号、海光二号已经实现商业化应用,海光DCU系列产品深算一号已经实现商业化应用。

 

那么,海光信息到底是如何冲破一道道枷锁,在半导体产业中打下自己的一片天地?通过复盘海光信息的技术路线与产品布局,我们试图找到答案。

 

01.跃升科创板总市值前五营收复合增长近150%

 

截至今日收盘,海光信息的市值为1366亿元,海光信息上市之后,成功跻身科创板股票总市值前五,同时也是目前半导体领域今年市值最高的IPO。

 

▲科创板股票市价总值排名第四(图源:科创板官网)

 

想要剖析海光信息的成功之道,我们要先从芯片研发的难度说起。

 

1957年仙童半导体公司成立,拉开了半导体产业野蛮生长的序幕。发展至今,半导体产业已经覆盖全球,成为各个国家的核心技术所在。而所有芯片中,CPU作为中央处理器,一直是驱动各行各业智能化升级的关键,其研发的难度也是我们无法想象的。

 

最直观的就是芯片研发投入的资金,从全球调研机构IC Insights的数据来看,英特尔、台积电、三星的研发投入,均在百亿美元水准,而如此高昂的投入,并不是每一个半导体玩家都承担得起。

 

从芯片本身来看,1965年,英特尔创始人之一戈登·摩尔提出摩尔定律,他认为,当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数量约每隔18至24个月就会增加一倍,性能也将提升一倍。这也对芯片性能、面积提出了更高的要求。

 

因此,芯片性能越来越强,芯片面积越来越小,成为了现如今半导体产业的两大发展趋势。这也对诞生时间较短,体量不如巨头玩家的企业提出了更严峻的挑战。

 

在这背后,2014年成立的海光信息却交出了一份不俗的答卷。招股书显示,2019年至2021年,该公司的营收分别为3.79亿元、10.22亿元、23.1亿元,年复合增长率达到146.85%。净利润也由亏转盈,从2019年的-1.37亿元、2020年的-0.83亿元,在2021年一跃增长至4.38亿元。

 

▲海光信息2019年至2021年营收及净利润变化(数据来源:海光信息招股书)

 

而净利润前两年的亏损,除了与公司刚刚成立,产品营收规模较小有关,还与其高昂的研发投入有关。

 

02.人才、资金为底座核心技术贡献100%

 

高昂的研发投入、对研发团队的重视以及核心自研技术的积累,构筑起了海光信息的护城河。

 

从研发投入来看,金额远不如半导体巨头玩家动辄上百、上千亿的巨额投入,再加上前两年净亏损的背景,这些都对海光信息提出了挑战。

 

然而,这都没有使其放弃研发投入的决心。招股书显示,该公司三年间的研发投入分别为1.75亿元、5.46亿元、7.45亿元,占各年营收比例分别为228.04%、106.60%、68.60%。

 

▲海光信息2019年至2021年研发投入变化(数据来源:海光信息招股书)

 

那么资金就绪,人才何时到位?半导体产业具有极高的研发和生产壁垒,具有知识密集型和技术密集型特征,对相关人才的要求也很高。因此,海光信息从成立之初就开始壮大人才队伍。截至2021年12月31日,该公司的研发技术人员共1031人,占员工总数的90.20%。目前,其已经组建起涉及CPU前端、DCU前端、后端、硅后、产品运营的五大核心研发团队,且多数核心研发人员具有二十年以上的高端处理器研发经验。在破釜沉舟般地研发投入和团队组建后,海光信息的发展路径逐渐清晰起来。

 

高端处理器在大规模数据处理、复杂任务调度和逻辑运算等方面有着举足轻重的作用,而云计算物联网等不同的应用场景也对高端处理器的计算性能、功耗、功能等提出了不同的要求。

 

因此,在技术路线上,海光信息选择了相对成熟的x86架构,同时,该公司也是国内少有兼容主流x86指令集的企业。

 

全球IT行业中,微软操作系统Windows和英特尔CPU组队占据了绝大部分市场份额,结成了“Wintel”技术联盟,该联盟的特点是基于x86架构优化各类软件应用,使得x86架构下的软硬件环境成熟度较高。

 

目前,海光信息在CPU和DCU芯片设计方面掌握了12项自主研发的核心技术,涉及处理器核心微结构设计、芯片安全、验证、封装等领域。

 

与此同时,这些核心技术也构成了海光信息主营业务收入的全部。

 

招股书显示,2019年至2021年,海光信息核心技术产品收入分别为3.79亿元、10.22亿元、23.1亿元,占主营业务收入的比例均为100%。可以看出,其核心技术已经为它堆砌起了坚实的技术壁垒。

 

▲海光信息核心技术产品收入占主营业务收入比例

 

值得一提的是,该公司已经获得发明专利136项、154项软件著作权和81项集成电路布图设计专有权等知识产权,承担的多项重大科研项目包括2项国家级科技攻关项目和3项省级重大科技项目。

 

03.服务器芯片市场有望迎高速增长

 

这些核心技术也正是海光信息产品布局、量产的基石。

 

目前,海光信息的产品包括海光通用处理器(CPU)和海光协处理器(DCU)。招股书显示,截至报告期末,海光CPU系列产品海光一号、海光二号已经实现商业化应用,海光三号已经完成实验室验证,海光四号处于研发阶段,海光DCU系列产品深算一号已经实现商业化应用,深算二号处于研发阶段。

 

此次上市后,海光信息实际募集资金108亿元,这一部分资金将用于新一代海光CPU、DCU的研发,这将有望加快其核心技术的突破,加速下一代芯片的落地应用。

 

除此以外,海光信息布局的这一市场,也在近几年来涌现出越来越多的发展机遇,CPU芯片在当下众多行业内都有可观的发展前景。

 

海光CPU系列产品的应用场景包括云计算、物联网、信息服务等,而CPU自身的通用性能,又为其拓展新的场景提供了助力。

 

目前,其CPU产品主要应用于服务器和工作站,如进行VR、AR图形渲染场景以及智能工厂数字孪生应用等。在元宇宙、智慧城市概念火爆的当下,海光信息找到了切入点。

 

海光DCU系列产品属于GPGPU的一种,其应用场景为大数据处理、人工智能、商业计算等。海光协处理器能较好地适配国际主流商业计算软件、人工智能软件,并主要部署在服务器集群或数据中心。

 

近几年来,人工智能、云计算等技术不断发展,半导体产业也在不断进步,使得新的应用成为可能,以云计算市场为例,市研机构Gartner的数据显示,2019年全球云计算市场规模达到1883亿美元,预计到2023年规模将达到3597亿美元,2019-2023年复合增速17.56%,这也将带动服务器芯片产业高速增长。

 

再加上中小企业正面临数字化转型的关键期,“上云”则承载了这些企业实现快速智能化升级的众多需求,与此同时,搭载高端处理器的服务器市场需求正在被激发。还有国家层面,今年2月又一大国家级超级大工程“东数西算”启动,进一步优化我国的数据中心建设布局。

 

长远来看,海光信息的CPU和DCU市场将迸发无穷大的发展潜力。

 

04.结语:海光信息的未来是“芯”辰大海

 

作为国内CPU芯片领域的头部玩家,海光信息的上市将对其下一代CPU、DCU产品的技术研发和商业化应用起到助推作用,帮助其进一步在半导体领域积累核心技术。纵观国内半导体产业,众多企业正在或已经完成从研发到量产落地的关键期。

 

现在来看,海光信息的成功上市也意味着其到了一个新的节点,随着人工智能、云计算领域的不断发展,这些新兴市场将催生更加旺盛的芯片需求。而不惜投入高额资金、组建核心技术团队、自研多项技术的海光信息,在构筑自己技术壁垒的同时,也瞄准了半导体产业更广阔的应用场景。

 

作者 |  程茜

编辑 |  漠影