2022年紫光国微研究报告 国内智能安全与特种IC龙头-特种IC业务快速增长VIP

2022年紫光国微研究报告国内智能安全与特种IC龙头_特种IC业务快速增长一、国内智能安全与特种IC龙头，特种IC业务快速增长1、聚焦智能安全芯片与特种IC，内生增长与外延并购不断完善产品矩阵紫光国微聚焦智能安全芯片和特种集成电路两大主业，是国内综合性智慧芯片龙头。公司以智能安全芯片、特种IC为两大主业，同时布局半导体功率器件和石英晶体频率器件领域，聚焦数字安全、智能计算、功率与电源管理、高可靠集成电路等业务，产品广泛用于金融、电信、政务、汽车、工业互连、物联网等领域。公司同时面向国内外市场，智能安全芯片与中国移动、联通、电信三大运营商合作，国内份额领先，海外SIM卡份额不断提升；特种集成电路用于军用领域，布局特种微处理器、可编程器件、存储、网络及接口芯片、模拟器件、ASIC、SoPC共7大产品线共500多种品类，在国内份额领先；另外，公司逐步拓展民用可重构芯片如FPGA、晶振及功率器件、车规安全芯片、车规MCU等产品。公司内生增长结合外延并购，产品品类不断拓展。紫光国微成立于2001年，2010年之前主营业务是压电石英晶体元器件，2011年开始建设LED蓝宝石衬底生产线并进入LED领域；2012年公司收购深圳国微电子和北京同方微电子（后更名为紫光同芯微电子），开始布局智能安全芯片和特种芯片领域；2013年子公司深圳国微电子成立全资子公司深圳同创国芯电子（后更名为紫光同创电子），开始布局民用FGPA领域；2015和2017年，深圳国微分别将持有的紫光同创27%和73%的股权转让给紫光国微的全资子公司西藏茂业创芯投资；2015年公司收购西安紫光同芯半导体并进入存储器芯片领域，2019年因存储业务经营压力加大，资产负债率提高，公司将西安紫光同芯转让；2016年紫光集团成为公司控股股东，公司更名为紫光同芯股份有限公司，公司于2018年更名为紫光国芯微电子股份有限公司；2021年紫光集团被重整，重整结束后，智路资本旗下的智广芯将取得紫光集团100%股权，成为公司控股股东。公司重组前背靠清华大学，重组完成后由国资控股公司变为民资企业。紫光国微前身是唐山晶源裕丰电子，2010年同方股份有限公司换股收购公司25%股权，成为公司第一大股东，晶源丰裕电子更名为“同方国芯”；2016年紫光集团成为公司控股股东，公司更名为“紫光国芯”。紫光集团实际控制人为清华大学的全资子公司清华控股；2021年紫光集团因债务问题被重整，2022年7月重整计划执行完毕，智路资本和建广资产等战略投资者组成的联合体（智路建广联合体）通过战略收购平台北京智广芯控股有限公司（智广芯）承接重整后紫光集团100%股权。智路资本是一家专注于半导体及其他新兴高新企业投资的专业股权投资机构，目前已经投资69家半导体及其他高新企业；重组完成后，公司从原来的教育部实际控制的国资企业变成了无实际控制人的民资企业。公司拥有多家子公司，主要业务通过全资子公司和联营企业开展。目前紫光国微拥有20家子公司，通过子公司开展了智能安全芯片、特种芯片、功率器件、晶振频率器件等业务。公司主要的控股子公司如下：①深圳国微电子：成立于1993年，是国家“909”工程首家启动的IC设计公司，主要从事特种集成电路，产品覆盖微处理器、可编程器件、存储器、网络总线及接口、模拟器件、SoPC系统器件和定制芯片等七大系列。2012年底，国微电子完成重组后上市；②紫光同芯微：于2001年由清华大学微电子所国家第二代居民身份证芯片研发团队“带土移植”成立，承担了包括二代证芯片、2008年奥运会电子门票芯片、大容量高安全双界面金融芯片等多项国家重大产业化项目。公司部分SIM芯片及少量银行卡IC出口国外，eSIM芯片全球份额领先，中国二代身份证芯片市占率为25%，同时在国内交通卡、身份证读头芯片、POS机芯片、银行卡芯片、居民健康卡芯片等领域市场份额领先。紫光同芯微控股子公司无锡紫光微积极布局三代半导体，GaNMOSFET主要围绕D-mode、E-mode进行开发迭代，主要面向消费电子客户；SiC产品主要围绕SiCSBD和MOSFET等产品，面向工业电源、光伏等行业；③唐山国芯晶源电子：成立于1990年，专业从事石英晶体谐振器、石英晶体振荡器等产品，覆盖石英晶体频率器件所有品类。公司产品用于网络通信、车载电子、工控、人工智能、医疗器械、物联网等领域，65%以上出口到美国、韩国、德国、港台等地，是国际知名企业直接配套供应商，在国内市场主要面向通讯设备等中高端市场；④紫光同创：于2013年成立，专业从事可编程系统平台芯片及配套EDA开发工具。紫光同创在2015年11月发布了国内第一款自主知识产权的300万门级FPGA产品Titan系列PGT30G；⑤成都国微科技：在成都建设了“紫光芯云中心”，组织了数百人规模的芯片设计团队，为公司西南地区的重要基地。2、特种集成电路快速放量，公司盈利能力持续提升公司整体营收稳健增长，特种IC芯片快速放量。公司营收从2016年的14.2亿元增长至2021年的53.4亿元，CAGR为34.3%，其中2020年收入下降，主要系公司于2019年将西安紫光同芯的76%股权转让于北京紫光存储科技，因此存储器芯片业务2020出表；扣除存储器芯片业务出表的影响（2019年收入8.4亿元），2020年公司收入同比增长26%；2021年，受益于下游特种IC芯片需求的爆发，带动整体营收达到53.4亿元，同比+63%；2022前三季度公司收入49.4亿元，同比+30.3%。分业务来看：智能安全芯片：公司最主要业务之一，历年收入平稳增长，海外份额不断扩大。公司智能安全芯片历年收入占比为30-40%左右，营收呈平稳增长态势，从2016年的5.7亿元增长至2021年的16.6亿元，CAGR为24%。22H1智能安全芯片营收为8.03亿元，同比+4.1%。随着全球SIM卡市场格局的变化，主要竞争对手收缩退出，公司在海外中高端市场份额逐步加大，国内目前也正值SIM卡市场的5G换发期，同时公司在IoT、数字支付等领域逐渐布局，新业务有望快速增长。2022上半年，公司SIM卡需求端订单饱和，仍然面临一定产能压力，但海外SIM卡芯片业务市场份额进一步扩大，海外SIM卡收入增长迅速；特种集成电路芯片：需求持续旺盛，新品不断拓展，呈现快速放量态势。特种集成电路业务是公司最主要的营收来源，收入从2016年的5.1亿元增长至2021年的33.6亿元，CAGR为45.7%。由于在2022上半年下游需求持续增长，公司特种IC业务收入19.5亿元，同比+67.2%。目前公司特种存储器产品领先优势继续扩大；网络总线、接口产品市占率保持领先，同时将推出新的总线产品；以特种SoPC平台产品为代表的系统级芯片已得到用户认可，并全面推广应用，成为公司的一个重要收入来源；单片电源、电源模组及配套的模拟电源类产品市场份额迅速扩大；石英晶体：营收规模较小，不断进行产品结构升级。公司晶体元器件业务历年营收1.4-3亿元之间，营收规模较小，22H1该业务营收1.36亿元，同比+4.8%。公司晶体业务大力拓展网络通信、物联网、汽车电子等高端市场，提升高基频、小型化元器件产品的市场供应规模，22H1营业收入平稳；功率器件：逐步实现业务转型。扩大工业控制、光伏逆变等新能源应用的收入规模，并且进入充电桩、车载OBC等应用领域，工业级以上客户的业绩贡献快速提升。特种IC业务贡献主要毛利，智能安全芯片毛利率快速增长。整体来看，2016-2018年公司毛利率较低，位于30-40%区间，主要受智能安全芯片和存储芯片业务拖累；在2019和2020年，受益于特种集成电路收入快速增长，同时2020年低毛利率的存储芯片业务出表，公司毛利率快速提升；2021年至今，由于下游需求旺盛，特种IC占比提升，而特种IC业务毛利率远高于其他产品线，因此公司2021全年毛利率达59.5%，同比+7.2ppts；22H1，由于SIM卡在海外份额快速提升，智能安全芯片毛利率同比+12ppts，同时特种IC业务毛利率也小幅提升1.9ppts，公司整体毛利率高达65.8%，同比+8.7ppts；2022前三季度，公司毛利率为65.73%，同比增长接近6ppts。分产品来看，公司特种FPGA产品产业化成效显著，在国内市占率较高，因此特种IC历年毛利率高达75-80%，贡献公司最主要毛利；智能安全芯片毛利率在2021年之前较低，主要受低毛利率的传统SIM卡业务拖累，但由于海外厂商逐步退出SIM卡业务，公司SIM卡在海外市场份额快速提升，相较传统SIM卡，海外市场的SIM卡毛利率较高，因此智能安全芯片毛利率自2021年以来快速提升。公司期间费用率整体平稳，研发投入逐年增加。由于公司规模化效应不断体现，2016年以来销售和管理费用率整体呈下降态势，但公司研发投入不断增加，历年研发投入占收入比例均为15%以上，其中22H1研发投入4.66亿元，同比+37.7%，占收入比例为16%；公司预计2022全年研发投入将超10亿元，其中费用化比例大约80%左右。整体来看，公司2020年至今期间费用率较为平稳，均为20%左右。产品结构不断优化同时各产品线盈利能力增强，公司整体净利润快速提升。2016-2019年，公司净利润水平并未出现明显上升，扣非净利率除了在2016年达到16%之外，均大约10%左右；自2020年以来，由于毛利率和净利率相对较低的存储业务出表，叠加高毛利率的特种IC业务占比迅速提升，公司盈利能力大幅提升，2021年实现扣非归母净利润17.96亿元，同比+158%，扣非净利率达到33.6%；22H1，由于特种IC收入占比进一步提高，同时智能卡IC业务毛利率同比大幅提升，公司盈利能力进一步增强，2022前三季度公司扣非归母净利润达19.6亿元，同比+44%。公司增大特种IC备货力度，同时智能安全芯片新产能预计在22H2逐步释放。22H1受到影响，公司订单交付周期很长；相较22H1，公司目前订单交付周期已经变短，恢复到正常交付周期，大约3-6个月。从产品线情况来看，智能安全芯片产能预计22H2逐步释放，收入和盈利能力有望进一步提高；公司加大特种IC业务备货力度，长期特种IC业务仍将是公司主要成长动力。2022上半年，公司智能安全芯片产能受限，另外，22Q2上海导致公司下游模组厂停工，影响公司产品出货进度。公司预计22H2代工厂会有新产能释放，模组厂目前也已经恢复正常，因此智能安全芯片全年营收预计稳健增长；同时由于公司海外SIM卡占比提高，因此公司智能安全芯片整体盈利情况持续改善。截至2022上半年底，公司存货规模为16.6亿元，较2022年初增加4.3亿元，其中特种IC业务存货占比超60%，主要系下游订单旺盛，供货紧张，公司从2021年以来持续加大存货的战略性备货力度。二、特种IC是推动军事信息化的基石，国内特种IC市场有望持续快速增长1、特种IC具备小批量、多品类特点，对可靠性、稳定性要求较高特种IC区别于民用IC的特点在于可靠性和稳定性程度更高。特种集成电路产品主要是指应用在各类工业及军事设备上的集成电路，需要满足高低温、腐蚀、机械冲击等多种恶劣环境下安全性、可靠性、环境适应性、稳定性的高要求，可靠性及稳定性要求远高于通用IC；特种IC研发及认证周期长，研发周期一般需要5年及以上，但其技术迭代能力和制程等要求不如通用IC。从下游来看，特种IC主要用于军事雷达、导弹制导与控制、军事通信、无人机、人造卫星、航空飞行控制等。一般来说，民用IC主要以ASSP、CPU、Memory三大类别为主，通用型较强；特种IC以ASIC、FPGA/CPLD、Memory为主，并且具备多品种、小批量的特点，特种IC的定制化程度较高。中国国防开支中用于装备的比例不断增长，信息化趋势带动行业规模持续增长。根据中国国防部数据，国内军费预算支出从2008年的4099亿元增长至2022年的14504亿元，CAGR为9.4%，与同期国内GDP复合增速大致相同；根据中国国防部，国防支出用于装备的比例逐渐上升，占比从2010年的33.2%上升至2017年的41%。展望未来，特种装备信息化、网络化、智能化的发展趋势，将推动特种IC的需求激增，为提高特种装备的安全保障能力，特种装备生产企业掀起了对国产特种IC的新一轮采购浪潮，国内特种IC市场规模有望持续快速增长。种IC国产化率相对较高，相关产业链相对自主可控。国内主要特种IC包括紫光国微、复旦微、臻镭科技、振华风光、国博电子、铖昌科技等上市公司，也包括58所、772所、24所、13所、771所等科研院所和机构，整体来看，由于国防产业链自主可控要求，特种IC国产化率相对较高，整体可能达到50-60%。（1）军用雷达军用雷达由阵面控制、波束控制与电源分配网络、阵列处理、信号处理、数据处理、显示调度等模块组成，主要使用功率、射频、数字、光电芯片。军用雷达由发射机发射出一串短促脉冲式的电磁波照射目标，并利用雷达接收机接收从目标反射回来的电磁波，根据雷达发射电磁波和接收回波的时间差以及电磁波在空间的传播速度，计算出雷达到目标的距离，目标的方向由雷达接收回波的天线指向角测出。军用雷达主要应用特种功率、射频、数字、光电等芯片，①功率芯片：主要为微波固态功率器件，用于发射通道；②射频芯片：主要用于雷达接收系统的上下行通道，包括低噪声放大器（LNA）、混频器和增益控制器等器件。目前，ADC、DAC、数字频率合成器（DDS）等芯片在数字接收机中大量使用。将射频前端和数字基带部分集成起来的射频系统芯片（RFSoC）在相控阵雷达中也得到广泛应用；③数字芯片：雷达阵列处理、信号处理、数据处理、显示与控制等系统中大量使用FPGA、MCU、ASIC、Flash、DDR、DC/DC等芯片；④光电芯片：目前上行的控制数据与定时信号、下行的成千上万路组件的通道数据、以及各数字处理平台之间的数据都采用光纤进行数据传输和交换。（2）导弹制导与控制系统导弹制导与控制系统是综合应用各种方法引导导弹飞向预定目标的系统，由导弹制导和导弹姿态控制两部分组成。导弹制导系统包括测量装置和计算装置，功能是测量导弹与目标的相对位置或速度，按预定的导引规律进行计算处理并形成制导指令信号，引导导弹飞达目标；导弹姿态控制系统包括敏感装置、计算装置和执行机构，主要功能是保证导弹稳定飞行，并接受制导系统传递的制导指令，控制导弹飞行姿态角，调整其运动方向，保证导弹准确命中目标。导弹制导和控制系统主要使用CPU、DSP、射频微波器件、存储芯片、IMU（惯性测量单元）、FPGA、DAC、ADC等。例如，根据RUSI的拆解，某款巡弋导弹中采用了多款美国生产的特种IC，包括微芯的TMS320C30GEL-JG和TMS320C25GBA型号的DSP、ADIAD9218BSTZ-105型号的转换器、Marvell88E1111-BAB2型号的接收器、赛普拉斯CY7C1381KV33-133AXI型号的静态存储器等。（3）军事通信军事通信主要使用CPU、DSP、FPGA、大容量存储器、高速接口电路、高速高精度转换器等。军事通信系统区别于民用通信的要求是迅捷、保密、可靠和连续性，采用的核心特种IC与导弹及雷达系统所用的大致相同，在当前军事通信系统中，基于可编程系统芯片（PSoC或称SoPC）已经成为主流，SoPC在芯片上同时集成存储、转换和接口等电路，以形成单片基带处理能力；将射频分立器件和连接部件进行高度集成，实现一体化射频芯片，以形成信号的频率转换能力；第三代半导体帮助实现高功率密度的功率器件和单片电路，形成了更优的信号发射能力。（4）航空飞行控制：核心是对质心运动和角运动进行控制，主要使用电源供给组件、内部存储器、I/O接口、中断控制器等航空飞行控制（AviationFlightControl，AFC）系统和航空器通过反馈控制原理组成闭环回路，对航空器的质心运动（升降、前进和左右）以及角运动（俯仰、偏航和滚转）进行稳定和控制。AFC系统主要使用的IC和组件包括电源供给组件、惯导组件、内部存储器、I/O接口、时钟电路和中断控制器等。（5）无人机系统无人机必要组件包括机架构件、飞控系统及传感器设备、数据通信系统、电源系统、发射回收系统等。无人机飞行控制器主要包括无人机姿态测量、稳定控制、机载任务管理和容错计算等模块。①飞控系统硬件：包含全球定位系统、惯性测量单元、气压计和超声波测量模块、嵌入式CPU、电动机驱动调节器、通信设备等；②数据通信装置：负责完成对无人机进行远程操控及机载传感器设备数据的信息传输功能，主要包括数传电台、图传电台、遥控器与接收器、地面站系统等；③动力驱动装置：包括电动机和电子调速器，电子调速器控制无人机的电动机或发动机的转速与功率，目前电子调速器还具备启动保护、电池保护、辅助刹车等功能；④传感器设备：主要包括视觉、红外、超声波传感器、毫米波雷达、气压计、GPS等定位传感器，帮助无人机在飞行时获取实时图像、深度、定位等信息，构建飞行器周围的3D地图，并确定自己的位置；⑤电池管理系统：是优化无人机续航时间的核心之一，主要包括指令控制芯片、MOS管、电源管理芯片等器件，最主要的芯片为PMIC以及集成电源管理单元（PMU）。特种IC是决定特种装备信息化性能的最关键因素，国防安全需求推动市场高速增长。特种IC能够满足安全性、可靠性、环境适应性及稳定性的高要求，而特种装备信息化、网络化、智能化的发展趋势，推动特种IC的需求激增，行业呈爆发式增长态势。特种IC已成为制约装备发展的瓶颈，为提高特种装备的安全保障能力，特种装备生产企业掀起了对国产特种IC的新一轮采购浪潮。2、FPGA：民用产品受益于5G及AI发展，特种产品满足小批量多品种需求FPGA芯片属于逻辑芯片，最大的特点是现场可编程性。FPGA即FieldProgrammableGateArray，是现场可编程门阵列，属于逻辑电路的一种，是指在硅片上预先设计实现的具有可编程特性的集成电路，用户可根据各自的需求将其拼搭成不同的功能、特性的电路结构，以满足不同场景的应用需求，广泛应用在通信、汽车电子、工业控制、航空航天、数据中心等领域。与通用处理器芯片（CPU、GPU、DSP）、存储器芯片、专用集成电路芯片（ASIC）相比，FPGA最大的特点是现场可编程性。其他的逻辑芯片在被制造完成之后，芯片的功能就被固定，用户无法对其硬件功能进行任何修改；但FPGA芯片在制造完成后，其功能并未被固定，用户可以根据实际功能需要，将自己设计的电路通过FPGA芯片公司提供的专用EDA软件对FPGA芯片进行功能配置，从而将空白的FPGA芯片转化为具有特定功能的IC芯片。FPGA芯片由可编程的逻辑单元（LC）、输入输出单元（IO）和开关连线阵列（SB）三个部分构成，FPGA逻辑容量由输入端信号数量决定。逻辑单元通过数据查找表（look-uptable，LUT）中存放的二进制数据来实现不同的电路功能，LUT本质是一种静态随机存取存储器，其大小是由输入端的信号数量决定的，输入端越多，可以实现的逻辑电路越复杂，因此逻辑容量越大，但同时输入端数量每增加1个，SRAM存储电路面积就会增加约1倍。通常的输入端为4/5/6个，对应LUT4/5/6，FPGA芯片的逻辑容量由逻辑阵列的大小决定，通常以等效成LUT4的逻辑单元数进行统计。工艺制程、门级规模及SerDes速率是衡量FPGA产品性能的重要指标。FPGA芯片的技术水平主要体现在容量和性能两个方面。在容量方面，LUT数量是衡量FPGA芯片的容量的重要指标，据赛灵思，一个LUT6等效1.6个LC，一个LC对应几十到上百“门”，1000万门约等于10万LC，所以也常用门级规模来描述容量大小；在性能方面，制造工艺制程和SerDes速率是FPGA芯片性能的重要指标，其中SerDes是Serializer/Deserializer，即串行器和解串器的缩写。1）工艺制程直接影响着芯片的功耗和性能。随着工艺制程的进步，半导体工艺特征尺寸减小，首先，有利于大幅降低耗电量，降低功耗；其次，可以降低晶体管的寄生效应，提升整体工作速度；此外，还可以增加单位面积里晶体管的数量，降低芯片的成本。当前赛灵思是国际FPGA产业的龙头，技术上具有领先地位，其主流制程正在从28nm工艺制程的7系列转向16nm的Ultrascale+系列，并实现了7nm的Versal系列量产。2）门级规模直接影响FPGA可开发的潜力。FPGA是由一个个门电路组成的,门级规模直接影响着FPGA可实现的功能数量，门级规模的增加，意味用户在使用FPGA时，可以开发更多的功能。赛灵思的FPGA门级规模最高能达十亿，国内最高能达亿门级规模。3）SerDes速率直接反映了FPGA与外界联通和数据传输的能力。SerDes速率是高速串并转换数据的传输速率，该速率越高，FPGA的数据传输量越大，国内最高的SerDes速率能达13.1Gbps（Gbps，即交换带宽，是衡量交换机总的数据交换能力的单位），国际巨头赛灵思SerDes速率最高达到58Gbps。FPGA市场集中度高，赛灵思和英特尔占据主要市场。2018年赛灵思和英特尔合计市场占有率高达87%左右，Lattice和MicroChip合计占比5.6%，CR4均为美国公司，共占据了全世界92%以上的FPGA供应市场，国内FPGA厂商主要为复旦微、紫光同创、安路科技等。国产化率较低主要系国内FPGA芯片起步较晚，国产厂商于2000年左右起步，而美国头部厂商从1980s便开始推出FPGA产品；另外，FPGA芯片需要EDA软件的协同，而国内EDA软件发展尚不完备。2022年FPGA全球市场空间大约80亿美元，网络通信和工业是最大的下游领域。FPGA下游应用非常广泛，涵盖网络通信、工业、数据中心、消费电子、汽车电子、人工智能等领域，根据Frost&Sullivan预测，2022年全球FPGA市场空间大约80亿美元，预计到2025年增加至126亿美元，2022-2025年CAGR为16%；2022年国内空间大约30亿美元左右，预计到2025年增加至接近50亿美元。从下游应用来看，网络通信和工业是最大的下游市场，但汽车电子领域预计增速最快；民用FPGA占据大部分市场。网络通信：是FPGA芯片最大的下游市场，实现接口扩展、逻辑控制、数据处理、单芯片系统等功能。FPGA芯片依靠其运算速度可以满足通信领域高速的通信协议需求，又可以依靠灵活性适应通信协议持续迭代的特点。另外，FPGA芯片对于复杂信号、多维信号的处理能力较强，能够较好适应复杂的网络环境。①在有线通信领域，FPGA芯片主要用于数据接入、传送、路由器、交换机的多种电路板中，以实现信号控制、传输加速等功能；②在无线通信领域，FPGA芯片被应用于无线通信基站和射频处理单元的多种电路板中，以实现通信协议的各种功能和未来升级需求，集成CPU的FPGA芯片被应用在室内外微基站等无线网络通信中，以单芯片完成商业、住宅、工厂区域的多模覆盖、网络容量增加、人工智能计算等多功能需求。在无线通信中，许多功能模块都需要大量的滤波运算，这些滤波函数往往需要大量的乘和累加操作，FPGA芯片内的分布式逻辑和运算单元结构可以容易实现这些操作，进而实现通信过程中大量的高速信号处理功能。工业：FPGA芯片大量用于视频处理、图像处理、数控机床等领域，实现信号控制和运算加速功能。FPGA的高效能、实时性、高灵活性等特点使其在工业领域广泛应用。例如，在数控机床的伺服系统中，相较传统的只能控制单一马达的专用芯片，FPGA芯片可以做到多通道的马达控制；在LED显示屏领域，FPGA芯片的现场可编程特性可满足大型LED显示屏系统显示数据格式转换的需求，以满足各种形状和规格显示屏的定制，可实现灵活调节亮度、对比度、灰度级等参数，使LED屏幕显示画面更加细腻。数据中心：FPGA芯片用于硬件加速，实现逻辑控制、数据转化、功能扩展、系统升级等功能。相较CPU，FPGA芯片由于其无指令、无需共享内存的体系结构，能够同时提供强大的计算能力和足够的灵活性；相较GPU，FPGA芯片在数据中心具有低延迟和高吞吐的优势；相较ASIC，FPGA芯片在性能、灵活性、同构性、成本和功耗等方面可以达到出色的平衡。从2016年开始，微软Azure、亚马逊AWS、阿里云的服务器上都开始部署FPGA加速器用于运算加速。汽车电子：FPGA芯片具备超低延时精确算法，对汽车摄像头的实时视频输入信号进行分析。在系统接口及控制领域，FPGA芯片用于控制和驱动电动汽车电机控制系统，连接驾驶系统、仪表盘、雷达、超声波传感器等各种车载设备，实现激光雷达、毫米波雷达等信号处理和控制。在视频桥接和融合领域，FPGA芯片可用于实现多个图像传感器的信号桥接、3D环视视频融合、倒车辅助视频、辅助驾驶视频等功能。在辅助驾驶和自动驾驶领域，FPGA芯片可用于实现机器视觉与目标检测等各种功能。消费电子：FPGA芯片新兴的应用领域之一，用于智能手机、无人机、智能电视、AR/VR设备等中。在视频领域，摄像头需要将采集到的数据传递给计算芯片处理，或者将处理后的结果传递给屏幕进行显示等。但由于各种设备内部的信号协议都不尽相同，传统的设计中往往需要专用的接口芯片进行数据格式的转换。如果单一设备需要的接口较多，就需要较多的外围芯片，其体积、功耗都较大，在采用FPGA芯片方案后，单一FPGA芯片可以实现各种存储接口的控制，接口逻辑就都可以在FPGA芯片内部实现，大大简化了外围电路的设计。人工智能：FPGA芯片新兴的应用领域之一，FPGA芯片在云端两侧均可满足实时决策需求。人工智能算法的硬件芯片实现分为云侧处理和端侧处理，在云侧处理时，FPGA芯片内在并行处理单元达到百万级，可以做到真正并行运算；在端侧处理时，越来越多的任务被转移至端侧来完成，FPGA芯片可实现快速推断决策。特种FPGA契合特种产品小批量多品种特征，可以很好满足特种对安全保密性和通信速率的要求。特种产品具备小批量、多品种的特点，特种FPGA芯片凭借其灵活性、产品上市周期短、小批量时的成本优势、安全保密等特点，逐渐成为特种IC最主要的品类之一，广泛用于军用雷达、无人机、通信等领域。1）灵活性：用户可以随时改变芯片内部的连接结构，以实现任何逻辑功能，在新品验证初期尤为重要；2）产品上市周期短：由于FPGA芯片买来进行编程后便可以直接使用，无需等待三个月至1年的芯片流片周期，大大缩短了新品上市周期；3）小批量时的成本优势：ASIC方案具备固定成本而FPGA方案没有，客户无需支付高额的流片成本并且不用承担流片失败风险，对于特种类小批量多批次的专用控制设备，FPGA的成本低于ASIC方案；4）保密性：FPGA芯片提供了更多的硬件控制，对于攻击者而言更加不透明。对于嵌入式FPGA，设计人员可以完全控制整个系统，更少依赖其他人设计的硬件，同时最终设计不可能公开记录，在进行许多攻击之前必须进行艰巨的逆向工程任务；5）通信速率：正如我们前文所述，以军用雷达为例，其最常用的算法为卷积运算和傅里叶变换，均需要大量相乘和累加运算，特别适合FPGA芯片进行高速运算。综上所述，特种FPGA芯片具备用于特种产品的技术基础，成为军用通信等厂商的首选，在雷达等部分场景甚至逐步替代DSP芯片。军用雷达核心指标之一为工作频率，特种FPGA广泛用于进行雷达中的相乘和累加运算。军用雷达的工作频率是最重要的技术指标之一，雷达的频率直接决定了可使用的带宽和频率范围以及大气中电磁波传播的衰减情况。现代雷达的数据率高达每秒数十次，因此要求信息处理芯片具有实时、快速、大容量计算等功能。目前军用雷达中最常用的算法为卷积运算和傅里叶变换，均需要大量相乘和累加运算，由于FPGA芯片集成化更高、速度更快、可靠性高，可以现场再编程，因此得到广泛应用。例如某防空指挥车通信系统采用了赛灵思的Spartan系列国防级FPGA芯片。3、射频收发芯片和数据转换器：高带宽和高采样率等军用产品的核心器件射频收发芯片和ADC/DAC是需要满足高宽带和高采样率的下游应用的核心器件，通信和工业为最大下游市场。射频收发芯片包含专用窄带射频收发芯片和软件定义的宽带高性能射频收发芯片，可实现射频信号的频谱搬移、信号调理、可选频带滤波和数模转换等功能；ADC即模数转换器是analog-to-digital-converter的缩写，将温度、压力等模拟信号转换成数字信号；DAC即数模转换器作用相反，将数字信号转化为模拟信号。以ADC为例，根据ICInsights数据，下游需求主要为通信设备（35%以上）、汽车电子（22%左右）、工业（20%左右）、消费电子（10%）等；其中消费电子类ADC产品相对低端，高端ADC主要用于有线/无线通信、汽车电子、军工、工业、航空航天、医疗器械等。超高速射频收发芯片和数据转换芯片是软件无线电、电子战、雷达等需要高带宽和高采样率应用的核心器件，在国防、航天等领域，其中数据转换器直接决定了雷达系统的精度和距离；在民用领域，高速高精度ADC/DAC芯片也可以满足4G、5G的高带宽性能需求。ADC/DAC芯片核心技术指标为采样速率和转换精度，特种芯片相对侧重于采样精度的保证。ADC/DAC芯片的转换过程主要包括采样和量化两大环节，对采样环节而言，衡量指标是速率，单位为每秒采样的次数（sps），指芯片可以转换何种带宽的模拟信号，带宽对应模拟信号频谱中的最大频率；对量化环节而言，衡量指标是转换精度（即分辨率），以位数（Bits）作为计量单位，精度越高，转换出来的信号与原信号的差距越小，精确度越高。根据成都华微招股书，10位及以下采样精度的ADC/DAC以高速产品为主，侧重于处理速度的保证；12-14位采样精度的ADC/DAC以高速高精度产品为主，平衡了对于速度和精度的需求；16位及以上采样精度的ADC/DAC为高精度产品，侧重于采样精度的保证。根据ADI官网，特种ADC/DAC位数一般在10位甚至14位以上，在采样速率和精度间更倾向于对采样精度的保证。2020年全球射频收发器和数据转换器市场空间大约34亿美元，应用领域伴随信息化渗透率提升而不断拓展。根据Databeans数据，2020年全球射频收发器和数据转换器市场规模约为34亿美元，其中高速数据转换器被广泛用于雷达、通信、电子对抗、测控、医疗、仪器仪表、高性能控制器及数字通信系统等领域；从竞争格局来看，根据臻镭科技招股书，ADI凭借优异的性能和可靠性，包括更高的精确度、处理速度、更低的单位成本和能耗，在数据转换器全球市场中占据大约45%的市场份额；随着信息化产业在军、民用市场的不断渗透，预计高性能射频收发芯片和数据转换器市场空间将持续增长。（1）军用雷达有源相控阵军用雷达分为模拟和数字阵列雷达，目前外军最先进的海陆空机型均配备全数字阵列雷达。有源相控阵雷达以雷达信号处理形式分类可分为模拟相控阵雷达和数字相控阵雷达系统，传统的模拟相控阵雷达采用移相器和功率合成网络进行射频雷达信号合成处理，缺乏多波束工作能力；新型的数字相控阵雷达在数字域进行相位合成，可实现大量波束同时处理与分发的能力。目前外军最先进的机载、舰载、车载平台均已配备全数字相控阵雷达系统，可实现多目标实施探测和跟踪，甚至可根据任务规划实现多目标多点侦查、干扰、探测、通信一体化实现。如装备美军最新全电驱逐舰的SPY-6全功能数字相控阵雷达、装备F-35战机的AN/AGP-81全功能数字相控阵雷达、装备萨德陆基反导系统的AN/TPY-2中频数字相控阵雷达等装备就具备上述“侦干探通”一体化工作能力。数字雷达工作的核心是为每个相控阵通道单元或模块配备等量的射频直采ADC/DAC。数字相控阵雷达核心的数字化需要大量的高性能ADC/DAC工作于单元级或模块级射频组件后，用于将雷达收发变频后的模拟中频信号转换为数字信号以实现高精度的数字域波束合成和处理解算。数字阵列雷达中的射频直采ADC/DAC用来实现海量多波束空间合成，具有波束的快速扫描、空间定向与空域滤波、空间功率合成能力等优点。一般雷达的瞬时带宽高达数GHz，所需处理信号的动态范围高达60dB以上，对ADC/DAC的带宽和位数均提出了高要求；另外，高性能ADC/DAC受限于瓦森纳协议管控，国内市场需求强烈但长期得不到很好满足。（2）军事通信系统单个现代化军事通信设备需要实现多模、多频的无线电收发传输处理能力。无线通信系统可根据用户应用需求，进行定制化的研制与网络拓扑设计，最终实现所需的无线通信功能，按网络按网络拓扑结构可分为有基站集中式无线通信网络与无基站的点对多点通信网络，按应用特性可分为通信终端、电台、数据链等系统类型。随着通信技术的发展和信息化数字化作战的演进，为了实现综合战力和通信保障能力的提升，需将不同的无线通信系统和制式进行融合，在单个通信设备中实现多模、多频的无线电收发传输处理能力。例如，美军联合通信战术终端（JTRS）在单个终端中实现了自组网、战术互联网、数据链、卫星通信等功能，并进行模块化扩展，以兼容更多的通信体制与互联需求。军用无线通信系统核心是软件定义可重构的射频收发芯片和信号处理芯片。无线通信系统均需对射频信号进行变频、信号调理、模数转换和信号处理，而传统的无线通信系统仅针对单个频点和制式进行研制，无法应对多模多频且面向未来可扩展的无线通信需求。为解决该问题，最新的多模多频无线通信系统均采用了软件无线电架构进行设计，其特点为单个通信链路可支持多个频点、多种带宽、多调制模式、多线性度和抗干扰能力的性能要求，所有射频信道链路甚至信号处理单元均可通过软件灵活配置，其核心为软件定义可重构的射频收发芯片和信号处理芯片。（3）导弹与无人机系统导弹系统：从引导控制来看，高超音速、极高的g值和飞行动力学为控制表面的精确运动制造了极其苛刻的环境；从军械稳定性来看，成功执行瞄准的关键是弹药的姿态和位置的稳定性和精度；从遥控角度来看，下一代精确导弹不仅包括先进的制导、惯性测量单元和电机控制系统，还包括遥测回到发射平台，导弹遥测将在导弹飞行中评估性能和损坏程度等；无人机系统：无人机系统逐渐发展成具备探测和打击能力的组合设备，延伸应用范围不断扩大，也带来高精度稳定性、导航、先进的飞行控制和更快的数据通信等相关需求。三、特种IC快速放量，海外SIM卡份额持续提升，车规等新品不断开拓1、特种IC快速放量，民用可重构芯片产品不断突破（1）特种IC产品国内份额领先，下游旺盛需求推动业绩高增长深圳国微围绕微控制系统布局七大特种产品线，特种处理器、存储、FPGA等产品国内领先优势明显。紫光国微于2012年完成了对深圳国微的资产重组，深圳国微自此成为紫光国微的全资子公司，紫光国微的特种IC业务全部由深圳国微开展。微控制系统核心是CPU，配套芯片包括存储、接口、PMIC等芯片，在部分应用场景，例如无人机、军用雷达中，还需要DSP或FPGA等芯片，深圳国微围绕特种CPU逐渐完善微控制系统中的其他配套芯片，目前形成了微处理器、可编程逻辑器件、存储器、网络及接口、模拟器件、ASIC、SoPC七大产品系列，共500多个品种，同时积极拓展ADC、隔离等模拟类芯片。深圳国微特种微处理器、特种存储、特种FPGA等多个品类在国内市场品类最全、客户覆盖面最广、市场份额最大，产品在可靠性、稳定性、兼容性等方面具有明显优势。深圳国微是依托于国家“核高基”重大专项的特种IC企业，特种IC业务收入及业绩快速增长。深圳国微是国家级高新技术企业和集成电路技术省部产学研联盟会员单位，是国家“核高基”重大专项的研制企业之一（注：“核高基”指“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”，是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》所确定的国家十六个科技重大专项之一），其产品广泛用于航空、航天、电子、船舶等行业，经营模式为fabless。截至2012年公司承接有超大规模可编程逻辑器件、创新结构的大容量存储器类核高基项目共9项。2016-2018年，营收及净利润较为稳定；2018年，公司大规模FPGA产品得到批量应用，营收和利润开始加速成长；另外，自2021年以来，下游行业需求旺盛，公司产品应用范围和大客户数量不断增长，2021全年营收33.65亿元，同比增长高达101%，净利润18.31亿元；22H1公司收入为19.53亿元，同比+42.6%，净利润10.89亿元，同比+43%，净利率高达55.8%。特种可编程逻辑器件：主要包括FPGA和CPLD两大系列，目前国内市占率最高、客户覆盖最多、品类最齐全。早在2012年，公司最早在国内实现了CPLD产品大批量供货，市场份额绝对领先，并且正在研制大规模FPGA产品；2014-2017年，公司逐渐实现了特种FPGA产品的小批供货；2018-2019年，公司特种FPGA产品实现大批量供货，并在国内占据较高的市场份额；2020-2022年，公司实现了2xnm的大容量高性能及低功耗FPGA的批量应用，并自2021年开始进一步推进1xnmFPGA产品。网络及接口芯片：大批量供货，在国产C919飞机上获得应用。公司总线接口、驱动芯片覆盖全行业的各个应用领域，已稳定大批量供货；2019年，公司成为国产大飞机C919的供应商，为其提供网络通信类的机载总线交换芯片。模拟器件：特种电源类产品国内份额领先，特种数据转换器件、隔离芯片有望打开新增长点。公司最早推出的特种模拟器件产品为LDO和DC/DC电源类产品，目前特种开关电源/线性电源/电源监控等产品市场份额国内领先并持续扩大；高速高进度ADC/DAC、新型隔离芯片为近年来推出的新品，逐步获得客户认可或实现销售，有望在“十四五”期间成为公司新增长点。（2）民用CPLD/FPGA产品批量发货，民用SoPC产品持续研发民用可重构芯片产品覆盖通信、工控、消费类市场，具备完全自主知识产权。2013年，为加强自主知识产权的可重构系统芯片和配套软件工具的开发，并解决产业链瓶颈，实现产品批量销售，国微电子在深圳投资设立全资子公司深圳市同创国芯（即现在的紫光同创）专门开展上述业务。紫光同创于2015年正式发布第一款FPGA产品，并后续推出了国内第一款千万门级的FPGA产品；2021年，紫光同创完成新一轮增资，持续加大研发投入。在普通产品领域，大规模FPGA实现量产发货，中小规模FPGA产品型号谱系进一步完善，产品总发货量翻倍提升，在视频图像处理、工控和消费市场领域取得了发货量和营收的全面快速增长。在创新产品领域，第一代SoPC产品研发顺利，内嵌处理器、可编程模块、高速接口和多种应用类IP，主要用于嵌入式终端、工控、图像视频、通讯等领域，第二代面向AI、机器视觉等领域的SoPC已经启动研发。Logos系列：采用低功耗的40nm工艺，用于视频、工业控制、汽车电子和消费电子等领域。Logos系列包含创新的可配置逻辑模块（CLM）、专用的18Kb存储单元（DRM）、算术处理单元（APM）、多功能高性能IO以及丰富的片上时钟资源等模块，并集成了存储控制器（HMEMC）、模数转换模块（ADC）等硬核资源，其中CLM采用的也是LUT5结构；Compact系列：为采用55nm工艺的CPLD产品，相较FPGA保密性好、速度更快，但集成度更低、灵活性不如FPGA。CPLD是FPGA上一代的产品，Compact系列拥有低成本、高密度的IO并具有非易失性，采用LUT5结构，先进的封装技术，提供上电瞬间启动功能；包括专用存储模块（DRM），多样的片上时钟资源，多功能的I/O资源，丰富的布线资源，并集成了SPI，I2C和定时器/计数器等硬核资源。Compact系列产品满足低功耗、低成本、小尺寸的设计要求，广泛应用于通信、消费电子、无人机、工业控制等领域。紫光同创按权益法并入合并报表，2021年以来盈利能力大幅提升。2017年11月25日，公司拟将紫光同创注册资本由1.5亿元增加至3亿元，增资完成后，公司间接控股股东紫光集团下属全资子公司西藏紫光新才信息技术有限公司、紫光同创员工持股平台深圳市岭南聚仁股权投资合伙企业及公司全资子公司茂业创芯分别持有紫光同创36.5%、27%和36.5%的股权，紫光同创不再纳入公司合并报表范围；2021年5月，紫光同创原股东之一的深圳市岭南聚仁股权投资合伙企业及新引入的16家股东完成了对紫光同创新一轮的增资，公司全资子公司西藏茂业创芯投资放弃了优先认缴权，对紫光同创的持股比例从36.5%降至29.47%。公司前期研发费用较多，拖累了净利润水平，但随着2019年公司产品在通信、工控、消费领域大批量出货，公司营收和净利润均快速提高，并在2021年实现扭亏为盈；22H1紫光同创净利润3.16亿元，按权益法29.47%的比例计入合并报表中的投资收益项目。2、全球智能安全芯片市场空间约50亿美金，公司海外SIM卡市场份额不断提升（1）智能安全芯片内部集成处理器和存储单元，全球市场空间大约50亿美金智能安全芯片内部集成处理器和存储单元，主要包括智能卡安全芯片、智能安全终端芯片和RFID芯片。智能安全芯片是可信任平台集成电路模块，是一个可独立进行密钥生成、加解密的装置，内部拥有独立的处理器和存储单元，可存储密钥和特征数据，并提供加密和安全认证服务。智能安全芯片分为智能卡安全芯片、智能终端安全芯片、RFID（射频识别）芯片。①智能卡安全芯片：即CPU卡芯片，由CPU、存储单元（包括随机存储器RAM、程序存储器ROM（FLASH）、用户数据存储器（EEPROM）以及芯片操作系统COS组成，可在与读卡器进行数据交换时，对数据进行加密、解密，从而确保交换数据的准确可靠。智能卡安全芯片适用于金融、保险、交警、政府行业等多个领域；②智能安全终端芯片：主要包括读写器芯片、mPOS芯片、USB-KEY芯片，其中读写器芯片用于门禁、酒店门锁、交通一卡通、金融POS机中，mPOS芯片通过手机卡实现移动支付等功能，USB-KEY芯片内置MCU或智能安全芯片，可存储用户的私钥及数字证书；③RFID芯片：主要运用无线射频识别技术，可通过无线电讯号用于识别特定目标并读写相关数据，而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。因此，RFID技术相较其他感知技术（二维码、条形码等）具备无需接触、无需可视、可完全自动识别等优势，在使用环境、读取距离、读取效率、可读写性等方面的限制相对较少。RFID目前用于零售、汽车电子标识、医疗保健、食品安全等多个领域，按照工作频率划分，RFID可分为低频（125KHz、134.2KHz）、高频系统（13.56MHz）、超高频系统（860-960MHz）和微波系统（2.45GHz、5.8GHz）。2022年全球智能卡IC市场大约36亿美元，国产化率相对较高。智能卡芯片由于具有存储容量大、安全保密性能好、寿命长等优点，在公共交通、公共事业、校园一卡通、身份识别等领域正得到越来越多的应用。根据沙利文，2022年全球智能卡IC市场空间大约36亿美元，国内市场空间大约121亿元，国内空间占比大约50%左右，按品类划分，电信SIM卡占比大约50%，金融IC卡占比大约30-35%，证件卡等其他智能卡占比大约15%左右。从竞争格局来看，国内智能卡芯片玩家包括紫光国微、中电华大、复旦微电、国民技术、聚辰股份等，国内合计份额大约30%左右。（2）公司智能安全芯片国内份额领先，海外SIM卡份额不断提升公司智能安全芯片业务通过全资子公司紫光同芯微开展，布局智能卡安全芯片和智能终端安全芯片两大领域。公司的智能安全芯片主要包括以SIM卡芯片、银行IC卡芯片、社保卡芯片、交通卡芯片等为代表的智能卡安全芯片和以USB-Key芯片、POS机安全芯片和非接触读写器芯片等为代表的智能终端安全芯片等，同时可以为通信、金融、工业、汽车、物联网等多领域客户提供基于安全芯片的创新终端产品及解决方案。紫光同芯微海外市场份额不断扩大，盈利能力持续提升。紫光同芯微收入增速受行业景气度影响有所波动，2021年收入13.8亿元，同比+13.4%；22H1由于产能供应有限，同时下游模组厂停工影响产品出货进度，紫光同芯微收入6.12亿元，同比略有下滑。公司海外SIM卡份额快速提升，由于海外SIM卡较传统SIM卡芯片的毛利率更高，因此22H1紫光国微智能安全芯片毛利率达到41.7%，同比+12ppts；22H1紫光同芯微净利率为7%，呈逐年增长态势。紫光同芯微5G超级SIM卡面向手机应用，容量不断扩大。紫光国微5G超级SIM卡自2019年底全球首发上市，最初可选32-128GB，目前紫光国微已将容量升级至256GB。对于用户来说，由于用户数据直接存储在SIM卡中，避免了换机时转移数据的繁琐操作，在数据安全防护方面，5G超级SIM卡达到了金融级别的安全能力；对于手机厂商来说，5G超级SIM卡将传统的SIM卡和存储芯片合并，节省主板空间，压缩制造成本，厂商可以更专注于功能和性能提升；对于运营商来说，5G超级SIM卡将引导用户将数据存储在SIM卡，进而增加用户粘性，也可以方便运营商预置金融、认证、办公等行业应用，大力发展行业客户。3、持续推动智能安全芯片升级，加速向车规领域拓展紫光国微募资投入15亿元进一步拓展智能安全及汽车MCU产品类别。2021年，公司发行可转债用于新型高端安全系列芯片和车载控制器芯片项目，募资投入金额为15亿元，其中高端安全芯片主要为面向5G多应用的大容量安全芯片、面向5G车联网V2X的高性能安全芯片、面向服务器和云计算的高性能