AI上游芯片GPU最大预期差- 景嘉微-韭研公社

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AI上游芯片GPU最大预期差- 景嘉微

预期差

2023-03-29 13:32:27

景嘉微研究报告：厚积薄发，国产GPU龙头冉冉升起
1. 景嘉微：冉冉升起的国产 GPU 芯片龙头
1.1. 国产图形显控和 GPU 芯片龙头
景嘉微于 2006 年由国防科技大学创业团队在长沙创立，目前公司主营业务分为图形显控、小型专用化雷达、GPU 芯片三类。景嘉微成立之初即参加了“神州八号”图形显控模块设计；2007 年公司研发成功 VWorks 嵌入式操作系统下 M9 芯片（ATI 公司 GPU 芯片）驱动程序；2009 年公司首款图显模块定型销售，此后公司又打造了基于 M72、M96 的系统开发平台和产品线，在国内机载图显领域占据大部分市场份额，并逐渐向船舶和车载领域渗透；2012 年公司防撞雷达核心组件、弹载雷达微波射频前端定型，主动防护雷达系统鉴定定型；2015 年公司研制成功国内首款高性能 GPU 芯片 JM5400，逐步应用于公司军用显控产品中；2018 年公司第二代 GPU 芯片 JM7200 成功流片，切入民用和信创市场；2021 年 9 月公司新一代 JM9 系列芯片成功流片并于 11 月完成性能测试，预计将进一步拓展公司 GPU 芯片应用场景。
公司主营业务分为图形显控、小型专用化雷达、芯片三类。其中图显、雷达产品主要面向军用领域，芯片产品以 GPU 芯片为主，包括 JM5 系列、JM7 系列，其中 JM5 系列主要应用于公司图显模块中，JM7 系列成功拓展了民用和信创市场。2021 年 9 月，公司第三代 GPU 芯片 JM9 系列成功流片，并于 2021 年 11 月完成性能测试，能够满足地理信息系统、媒体处理、CAD 辅助设计、游戏、虚拟化等高性能显示需求和人工智能计算需求。
小型专用化雷达领域产品：包括空中防撞系统核心组件、主动防护雷达系统、弹载雷达微波射频前端核心组件，应用于军用飞机、装甲车等领域。近年公司雷达业务逐步实现由模块级产品向系统级产品转变，持续提升公司的盈利能力与可持续发展能力。全资子公司北京麦克斯韦科技有限公司是公司雷达业务的重要主体。
图形显控领域产品：主要包括图形显控模块产品和加固类产品，主要应用于军用领域。图形显控模块是信息融合和显示处理的“大脑”，是公司最早最核心的产品，采用自主 GPU 的图形显控模块，显著提升了公司产品竞争力。公司图显产品在军用飞机领域具备领先优势，并积极向军用车辆、舰艇以及通用领域拓展。
芯片：包括图形处理芯片（GPU）、消费类芯片，其中 GPU 芯片公司已经完成 JM5、 JM7 两大系列的量产，JM9 系列 GPU 也于 2021 年 9 月流片成功并于 11 月完成性能测试，公司 GPU 芯片除应用于军用领域外，也应用于民用通用市场。消费类芯片产品包括 MCU 芯片、音频芯片等通用芯片。全资子公司长沙景美集成电路有限公司为芯片业务主体。
1.2. 研发驱动高成长，GPU 芯片放量带动 2021 年业绩高增
2021 年业绩加速增长，预计 2022 年持续高增。公司 2017-2020 年业绩稳定增长，2020 年营收 6.54 亿元，归母净利润 2.08 亿元，得益于信创推动下 GPU 芯片放量，2021 年公司业绩大幅增长。根据公司业绩预告，2021 年公司预计实现营收 10.8-12 亿元，同比增长 65.20%-83.55%，预计实现归母净利润 2.7-3.2 亿元，同比增长 30.27%-54.39%。我们认为，随着信创深化，JM9 系列芯片逐步放量，我们预计 2022 年公司业绩有望维持高增态势。
图显/雷达业务稳步增长，GPU 芯片开始放量。公司图显/雷达产品主要面向军用，近年稳步增长，2020 年公司图形显控产品营收 4.63 亿元，同比增长 20.95%；雷达产品营收 1.05 亿元，同比增长 10.71%。2021 年信创推动下公司 GPU 芯片规模化放量，2021H1 公司芯片产品营收 2.14 亿元，同比增长 1354.57%，占营收比例达到 45.1%，我们预计 2022 年公司芯片产品有望继续放量，占营收比例将进一步扩大。
芯片产品毛利率提升，芯片收入占比提升拉低整体毛利率。2020 年公司毛利率 71.15%，其中图显、雷达、芯片毛利率分别为 76.96%、72.99%、33.70%。随着 GPU 芯片规模化放量，公司 GPU 芯片毛利率提升，2021H1 达到 45.96%。
研发驱动，GPU 芯片高投入。公司费用结构中，研发费用占比较高，2020 年公司研发费用率 27.14%，同期销售费用率、管理费用率分别为 4.20%、11.92%。公司基于图形显控领域的核心技术，进一步开拓下一款图形处理芯片，以及系列 GPU 的预先研究、产品开发和技术攻关，同时围绕核心产品和市场需求拓展系统级产品，实现多层次、滚动式的产品发展。截至 2021 年 6 月 30 日，公司共申请 187 项专利（155 项国家发明专利、20 项实用新型专利、10 项国际专利、2 项外观专利），其中 68 项发明专利、17 项实用新型专利、2 项外观专利均已授权，登记了 74 项软件著作权。
1.3. 国家大基金战略入股，股权激励绑定员工利益
控制权稳定，国家集成电路产业基金战略入股。截至 2021 年 12 月 3 日，公司实控人为喻丽丽、曾万辉夫妇直接持股 35.48%，通过乌鲁木齐景嘉合创间接持股 3.32%。曾万辉、饶先宏、胡亚华为公司初创股东，曾万辉为公司现任董事长、总裁，胡亚华为公司现任副总裁，公司部分其他高管也持有公司股份。2018 年 12 月，国家集成电路产业投资基金通过定增入股景嘉微，认购并持有公司约 2754 万股，占公司总股份 9.14%，成为公司第二大股东，锁定期三年，目前已解锁。
股权激励绑定员工利益。2021 年 4 月，公司向包括公司（含子公司）核心技术人员和核心业务人员共计 263 名激励对象授予 749.76 万份股票期权，行权价 68.08 元/股，三期行权比例分别为 30%/30%/40%。业绩考核目标为，以 2020 年净利润为基数，2021-2023 年净利润增长不低于 30%/50%/100%。2022 年 2 月，公司向 142 名激励对象授予 133.30 万份预留股票期权，行权价为 122.69 元/股。
2022 年 1 月，公司公告股东国家集成电路基金减持计划，国家集成电路基金计划公告日期未来 6 个月内以集中竞价交易方式减持公司股份不超过公司总股本 2%股份。采取集中竞价交易方式进行交易的，在任意连续九十个自然日内，减持股份的总数不得超过公司股份总数的 1%。我们认为，国家集成电路基金减持是基于前期投资锁定期满后获取投资回报。（报告来源：未来智库）
2. GPU：计算机图显核心，全球市场高增
2.1. GPU 是计算机图像显示核心，拥有强大并行计算能力
图形处理器（graphics processing unit，缩写 GPU），又称显示核心、视觉处理器、显示芯片，是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上做图像和图形相关运算工作的微处理器。显卡全称显示适配卡，又称显示适配器，用于协助 CPU 进行图像处理，作用是将 CPU 送来的图像信号经过处理再输送到显示器上，由主板连接设备、监视器连接设备、处理器和内存组成，GPU 即是显卡处理器。
GPU 工作原理：GPU 的工作通俗的来说就是完成 3D 图形的生成，将图形映射到相应的像素点上，对每个像素进行计算确定最终颜色并完成输出，一般分为顶点处理、光栅化计算、纹理贴图、像素处理、输出五个步骤。GPU 采用流式并行计算模式，可对每个数据行独立的并行计算。
与 CPU 相比，GPU 更擅长大规模并发计算。CPU 基于低延时设计，由运算器（ALU）和控制器（CU），以及若干个寄存器和高速缓冲存储器组成，功能模块较多，擅长逻辑控制，串行运算。GPU 基于大吞吐量设计，拥有更多的 ALU 用于数据处理，适合对密集数据进行并行处理，擅长大规模并发计算，因此 GPU 也被应用于 AI 训练等需要大规模并发计算场景。
GPU 可以分为独立 GPU 和集成 GPU：独立 GPU 一般封装在独立的显卡电路板上，使用专用的显示存储器，独立显卡性能由 GPU 性能与显存带宽共同决定。一般来讲，独立 GPU 的性能更高，但因此系统功耗、发热量较大，Nvidia 和 AMD 是全球独立 GPU 巨头。集成 GPU 常和 CPU 共用一个 Die，共享系统内存。集成 GPU 的制作由 CPU 厂家完成，因此兼容性较强，并且功耗低、发热量小。但如果显卡运行需要占用大量内存，整个系统运行会受限，此外系统内存的频率通常比独立显卡的显存低很多，因此一般集成 GPU 的性能比独立 GPU 更低。
GPU 拥有单一的强大并行计算能力，所以用途往往是需要大规模并行计算的场景。早期 GPU 多被用于 2D 和 3D 图形的计算和处理，因为图形数据的处理往往涉及到大量的大型矩阵运算，计算量大但易于并行化。近年由于大数据、人工智能发展，GPU 也常常被用于需要大量重复计算的数据挖掘领域，如机器学习，深度学习等。目前 GPU 被广泛地运用于 PC、服务器、移动等领域。其中服务器 GPU 可做专业图形处理、计算加速、深度学习等应用，以独立 GPU 为主；移动端 GPU 主要采用集成 GPU；PC 根据使用用途不同，既可以搭载独立 GPU，也可以使用集成 GPU。
2.2. GPU 市场规模快速增长，寡头垄断独立GPU 市场
2020 年全球 GPU 市场规模达到 254.1 亿美元，测算 2020 年中国大陆 GPU 市场规模约 59.2 亿美元。3D 图像显示、人工智能深度学习的需求支撑 GPU 市场持续增长，根据 Verified Market Research 数据，2020 年全球 GPU 市场规模达到 254.1 亿美元，预计 2028 年达到 2465.1 亿美元，CAGR 为 32.82%。中国是全球 GPU 市场重要组成部分，2020 年 Nvidia 在中国大陆收入占比分别为 23.3%，我们以此假设中国大陆独立 GPU 市场占全球 23.3%，测算 2020 年中国大陆独立 GPU 市场规模约为 59.2 亿美元。
PC（个人电脑）是 GPU 重要应用场景，根据 Jon Peddie Research（JPR）数据，2021 年全球 PC GPU 出货 4.44 亿片，同比增长 12.8%。等加密货币的行情火爆带动矿卡 GPU 需求，2020Q4-2021Q4 全球 PC GPU 单季度出货量连续五个季度超过 1 亿片，2021Q4 达到 1.01 亿片， GPU 与 PC 配售比为 121%。JPR 预计 2020-2025 年全球 PC GPU 市场保有量将以 4.5%复合增速增长，到 2025 年达到 33.31 亿片，未来五年 PC 独立 GPU 渗透率将增长到 42%。
Intel 领导集成 GPU 市场，Nvidia 和 AMD 寡头垄断 GPU 市场。Intel（英特尔）是全球最大的 CPU 制造商，2021Q2 占据全球 77.5%的 x86 CPU 市场，集成 GPU 集成在 CPU 中，Intel 凭借 CPU 市场地位，占据全球 PC GPU 大部分市场。根据 Jon Peddie Research（JPR）数据，2021Q4 Intel 占据全球 62%的 PC GPU 市场份额，Nvidia 和 AMD 市场份额分别为 19%、 19%。在独立 GPU 领域，Nvidia 具备明显的份额领先，2021Q4 市占率达到 81%。2006 年 AMD 收购 ATI，2010 年放弃 ATI 品牌后推出 AMD Radeon（镭龙）独立显卡系列，2021Q4 AMD 独立 PC GPU 市场份额 19%。
服务器是 AI 核心基础设施，GPU 服务器是 AI 加速方案首选。根据 IDC 数据，2020 年中国 AI 基础设施市场规模为 39.3 亿美元，同比增长 26.8%，并将在 2024 年达到 78.0 亿美元，其中 2020 年服务器市场规模占 AI 基础设施的 87%以上，承担着最为重要的角色。AI 服务器通常搭载 GPU、FPGA、ASIC 等加速芯片，利用 CPU 与加速芯片的组合可以满足高吞吐量互联的需求，为自然语言处理、计算机视觉、机器学习等 AI 应用场景提供强大的算力支持，支撑 AI 算法训练和推理过程，三种 AI 加速芯片中，GPU 由于具备更高的浮点运算能力，在 AI 服务器中占据绝对优势地位。
2019 年平均每台服务器配置 8.02 个 GPU。一台 GPU 服务器通常搭载多个 GPU 加速芯片，根据 IDC 数据，2019 年中国 AI 服务器出货量为 79318 台，同比增长 46.7%，每个服务器配置 1-20 个 GPU，加权计算平均每台服务器配置 8.02 个 GPU 加速卡。随着 AI 对算力要求提升，我们预计服务器对 GPU 芯片需求将越来越多。（报告来源：未来智库）
3. 公司 GPU 信创市场批量落地，新芯片目标民用市场
3.1. 自主研发 GPU，完成信创市场批量落地
自主研发 GPU 并规模化商用。公司的主要产品为图形显控、小型专用化雷达领域的核心模块及系统级产品。公司产品中，图形显控模块、图形处理芯片、加固显示器、加固电子盘和加固计算机等应用于军事装备的显控系统；空中防撞雷达核心组件、主动防护雷达系统及弹载雷达微波射频前端核心组件等主要应用于军事装备的雷达系统。公司是国内显示控制市场主要参与者，自主研发 GPU 并规模化商用。
公司已完成两个系列、三款 GPU 芯片量产应用，第三代 JM9 系列芯片已成功流片并完成性能测试。公司第一代 GPU 产品 JM5400 于 2014 年 4 月研发成功，主要支撑军用装备，实现了军用领域的国产替代；第二代产品 JM7200于2018年8月流片成功，制程工艺 28nm，核心频率 1.2GHz，搭配 4GB DDR3 显存，性能与 Nvidia 的 GT640 显卡相近，相比上一代 JM5400 有较大幅度提升。在 JM7200 基础上，公司又推出能耗更低的 JM7201。2021 年 9 月，公司第三代 GPU 芯片 JM9 系列成功流片，并于 2021 年 11 月完成性能测试，能够满足地理信息系统、媒体处理、CAD 辅助设计、游戏、虚拟化等高性能显示需求和人工智能计算需求。
JM7200 已完成民用信创市场批量落地：
1) 产品方面，JM7200 对标 Nvidia GT640，可应用于 PC 和高可靠嵌入式显示系统。 JM7200 室公司推出的第二代具有完全自主知识产权的 GPU，于 2018 年 8 月流片成功，采用28nm CMOS工艺，能够高效的完成2D、3D 图形加速功能，支持Open GL1.5/2.0，支持 PCIE2.0 主机接口，支持 4K 超高清显示，支持四路图形独立显示，支持八屏同时输出（四路 HDMI 接口、两路 VGA 接口、两路 LVDS 接口），支持 VGA BIOS，支持高清解码功能（H.264、VC-1、VP8、MPEG2 和 MPEG4），支持四路多格式的外视频在图形上进行开窗、缩放、旋转以及叠加显示，最大可集成 4GB 的 DDR3 存储器，提供了多种丰富的外设接口。JM7201 是 JM7200 针对民用市场的升级，在保证性能基础上降低能耗。
2) 生态方面，JM7200 参与国产生态建设，已完成与国内主要的 CPU 和操作系统厂商的适配工作，支持银河麒麟、中标麒麟、Linux 等操作系统，可提供飞腾、龙芯、x86 版本，与长城、联想、同方等十余家国内主要计算机整机厂商建立合作关系并进行产品测试，与苍穹、超图、昆仑、中科方德、中科可控等多家软硬件厂商进行互相认证，共同构建国产化计算机应用生态，广泛应用于通用市场。
3) 订单方面，已公开订单&合作包括湖南长城/神州数码。2019 年 11 月，公司全资子公司长沙景美集成电路设计有限公司与湖南长城科技信息有限公司签署了《战略合作协议》，双方从产品整合、市场拓展、联合攻关进行合作，共同打造双赢、可持续发展的战略合作伙伴关系，为政企用户提供产品及解决方案，2020 年湖南长城拟采购 10 万套基于 JM7200 芯片的国产图形显卡。2020 年 3 月，景嘉微全资子公司长沙景美与北京神州数码有限公司签署《采购合作框架协议》，神州数码以景嘉微“大陆地区经销商”名义代理公司 GPU 及显卡产品。中国长城是国内信创市场的核心整机厂商，神州数码是国内重要的 IT 分销商和信创参与方，合作是景嘉微 GPU 产品在民用信创大批量落地的体现。
3.2. JM9 系列芯片性能优异，有望打开纯民用市场
JM9 系列芯片完成初步测试，能够支撑高性能显示需求和 AI 计算需求。2021 年 9 月，公司公告 JM9 系列 GPU 完成流片、封装工作；2021 年 11 月，公司公告 JM9 系列芯片完成初步测试公司，公布了 JM9 系列 GPU 的主要技术指标，其支持 OpenGL4.0、Vulkan1.1 等图形编程接口，支持 OpenCL3.0 计算编程接口，支持 4 路 4K@60fps HDMI2.0 外视频输入，表示产品能够满足地理信息系统、媒体处理、CAD 辅助设计、游戏、虚拟化等高性能显示需求和人工智能计算需求。同时，JM9 系列 GPU 支持 X86、ARM、MIPS 国产处理器和 Linux、中标麒麟、银河麒麟、统信软件等国产操作系统。
对标 Nvidia GTX 1050，景嘉微 JM9 技术指标优秀。GTX 1050 是 Nvidia 于 2016 年 10 月发布的产品，我们将景嘉微 JM9 系列 GPU 技术指标与其对比，发现 JM9 像素填充率、浮点性能略低于 GTX 1050，但显存带宽、显存容量上具备优势，尤其在功耗方面，JM9 优势明显。
JH920 产品发布，满足多种显示与计算需求。2021 年 12 月，公司举办了旗舰新品 JH920 的新品发布会，全方位展示了新品 JH920 的性能及应用场景。JH920 是公司第三代具有完全自主知识产权的高性能图形处理器芯片，对比前两代性能有了大幅度提升。
JH920 主要应用于中高端图形显示、通用计算、嵌入式等领域，全面支持国产 CPU、国产操作系统和国产固件，可广泛应用于 PC、服务器、图形工作站等设备，满足地理信息系统、图像匹配、信号处理、机载车载舰载显控等显示计算需求。同时，JH920 还可以支持多种游戏引擎，如 OGRE，UE4，Unity3D 等，可以流畅运行多款不同的大型单机游戏和网络游戏。
JM9 系列芯片有望打开纯民用市场。公司 JM7200 系列 GPU 已经应用于信创市场，成功与国产生态完成适配，并帮助公司与长城等整机厂商建立联系。JM9 系列 GPU 性能相比上一代芯片大幅提升，对标 Nvidia GTX 1050，除满足信创办公市场外，也满足游戏、GIS 等高性能显示需求，以及 AI 训练计算需求，我们认为 JM9 系列 GPU 有望帮助公司开拓更广泛的 GPU 民用市场。
公司 GPU 国产替代空间广阔。根据 JRP 数据，2021 年全球 PC GPU 出货 4.44 亿片，按 Nvidia、AMD 市占率测算独立 PC GPU 出货量约 9506 万片，假设中国大陆独立 PC GPU 出货占比等于 2020 年 Nvidia 在中国大陆收入占比，即 23.3%，测算 2021 年中国大陆独立 PC GPU 出货量约为 2215 万片。同样的，参照 Nvidia，我们认为服务器 GPU 市场空间不低于 PC GPU：2021 年 Nvidia 营收结构中，数据中心（基于 GPU 的计算平台和系统）营收已经达到 106.1 亿美元，占比达到 39.4%，我们认为未来服务器 GPU 市场空间不低于 PC GPU，再考虑汽车、机器人等面向未来的应用场景，景嘉微 GPU 芯片国产替代市场空间广阔。

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