新三板TMT专题报告：云端AI芯片乘风而起，从英伟达看国内AI芯片路在何方？

证券研究报告 新三板TMT专题报告 云端AI芯片乘风而起，从英伟达看国内AI芯片路在何方？ 2019.08.20 魏也娜(分析师) 电话： 020-88836105 邮箱： weiyn@gzgzhs.com.cn 执业编号： A1310518090001  AI芯片相比通用芯片在执行AI算法时效率更高、成本和功耗更低 AI芯片近年来持续火热，新入局者越来越多，根据Gartner的预测，全球AI芯片市场规模将在未来五年内飙升，从2018年的42.7亿美元增长至343亿美元。 AI芯片按技术路线可分为GPU、FPGA和ASIC，按功能可分为云端训练芯片、云端推断芯片和终端推断芯片。相比CPU，AI芯片在执行深度学习算法时效率更高、成本和功耗更低，但其通用性相对较差。 我们长期看好深度学习专用芯片ASIC的发展，随着人工智能逐渐普及，出货量的提升可以大幅摊薄ASIC前期投入成本，使之成为效率最高、功耗和成本最低、最适合于人工智能的芯片。 一级市场上，中国AI芯片融资总金额超过30亿美元。2015年前后涌现出一批AI芯片创业企业，同时有许多算法公司向上游拓展开发AI芯片。  人工智能时代开启，多重因素共同推动对云端AI芯片的需求 摩尔定律逐渐失效，通用处理器CPU的算力无法持续提升，未来进一步提高算力只能牺牲芯片通用性。我们认为，一款AI芯片成功市场化必须具备两大条件：（1）足够广的应用空间；（2）相比CPU具备足够大的性能提升。 算力是人工智能三大驱动力之一，人工智能市场发展不断拉动上游AI芯片的需求。预计中国2020年人工智能市场规模达710亿元，5年复合平均增长率达44.5%。 中兴事件及中美贸易战以来，国内对芯片自主可控的紧迫性提高，人工智能作为未来国家发展的战略高地，政策利好云AI芯片的发展。  云端AI芯片：英伟达遥遥领先，看好国内具备人才、资本和云巨头或国企背景的AI芯片厂商 全球云端AI芯片市场规模快速增长，预计在2020年将接近140亿美元。GPU因其通用性和高性能称霸云端训练市场，在云端训练市场上占比90%，云端推断市场上占比60%。 在竞争格局上，英伟达在数据中心GPU市场占比超过80%，是当之无愧的领导者。高性能和良好的软件生态使其成为目前最成熟的AI芯片。 行业趋势：AI芯片走向专用化，云巨头跨界造“芯”抢占战略高地。由于GPU并不是为深度学习算法专门设计，在性能和功耗上仍有较大的提升空间。国内外云巨头纷纷研发AI芯片，争取占据人工智能时代的战略高点，其中谷歌的TPU为典型代表。  从AI芯片巨头英伟达崛起之路看国内企业破局之道 （1）英伟达独具战略眼光，持续十几年挖掘GPU高性能计算潜力，使GPU从游戏显卡转变为计算加速器是其抓住人工智能风口的最大原因；（2）以高附加值。覆盖面广吸引开发者共建CUDA软件生态成为英伟达GPU核心竞争力，同时资助高校、研究所等科研机构利用CUDA从事研究工作；（3）基于同一GPU架构实现多产品范围经济，并利用不同市场取得的收益持续提高架构性能形成良性循环。 从英伟达的发展史我们看好具备下列特征的企业：（1）优秀的芯片开发技术和一以贯之的战略执行力；（2）软件开发及生态构建能力；（3）具备客户资源，如具有云巨头或国资背景的企业。  优秀企业推荐 我们认为深度学习专用芯片ASIC是国内企业的机会，看好具备技术及生态构建能力的优质企业，重点推荐寒武纪、华为海思和比特大陆。新三板企业中重点关注为智能硬件全面提供高品质数模混合IC的艾为电子（833221.OC）。  风险提示 人工智能发展不及预期；AI芯片发展不及预期。 相关报告 1、【行业专题报告】边缘AI芯片蓝海启航 ，关注企业、人才、资本、场景三要素 广证恒生 做中国新三板研究极客 敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 2 页 共 27 页 新三板TMT专题报告 目录 目录 ............................................................................................................................................................................................. 2 图表目录 .................................................................................................................................................................................... 3 1. AI芯片：人工智能发展的引擎 .............................................................................................................................................. 4 1.1云端和终端对AI芯片的需求不同 ............................................................................................................................. 4 1.2 AI芯片百花齐放，目前主要有三种技术路线 ....................................................................................................... 5 1.3 AI芯片玩家众多，一级市场融资火热 ..................................................................................................................... 7 2. 人工智能大厦的根基，云端AI芯片需求大爆发 ............................................................................................................ 8 2.1深度学习网络的兴起和摩尔定律的失效促发了对云AI芯片的需求 ............................................................. 8 2.2人工智能进一步发展离不开算力做支撑 ................................................................................................................ 10 2.3受益于自主可控，政策利好AI芯片 ...................................................................................................................... 11 3. 云端AI芯片：英伟达GPU一家独大，市场期待新的解决方案 ............................................................................ 12 3.1 GPU因其通用性和高性能称霸云端训练市场 ..................................................................................................... 12 3.2竞争格局：英伟达在数据中心GPU市场占有率超过80% ............................................................................. 13 3.3行业趋势：AI芯片专用化发展，云巨头跨界造“芯” ................................................................................... 14 4. 从AI芯片巨头英伟达崛起之路看国内企业破局之道 ................................................................................................. 17 4.1战略眼光：押注GPU高性能计算潜力，多次革命性架构创新 .................................................................... 19 4.2高附加值、覆盖面广吸引开发者共建CUDA软件生态 ................................................................................... 21 4.3基于同一个GPU架构实现多产品范围经济 ......................................................................................................... 22 4.4从英伟达看中国AI芯片企业路在何方？ ............................................................................................................. 23 5. 优秀企业推荐 ............................................................................................................................................................................. 24 5.1寒武纪科技：中科院孵化，全球首个AI芯片独角兽 ...................................................................................... 24 5.2华为海思：进军云端AI芯片，具备世界一流的IC设计能力 ...................................................................... 24 5.3比特大陆：区块链矿机龙头转型，商业化能力强 ............................................................................................. 25 5.4艾为电子（833221.OC）：专注于为智能硬件全面提供高品质数模混合IC .............................................. 25 6. 风险提示