ASIC行业点评：牧本定律摆向定制化，关注国产ASIC服务商

请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告 | 2024年12月29日优于大市1ASIC 行业点评牧本定律摆向定制化，关注国产 ASIC 服务商 行业研究·行业快评 电子·半导体 投资评级：优于大市（首次）证券分析师：胡剑021-60893306hujian1@guosen.com.cn执证编码：S0980521080001证券分析师：胡慧021-60871321huhui2@guosen.com.cn执证编码：S0980521080002证券分析师：叶子0755-81982153yezi3@guosen.com.cn执证编码：S0980522100003证券分析师：张大为021-61761072zhangdawei1@guosen.com.cn执证编码：S0980524100002事项：2024 年 12 月 20 日，博通 CEO 陈福阳表示客户们正在制定 3-5 年的 AI 基础设施投资计划，预计大科技公司对人工智能的投资热潮将持续到 2030 年末。博通在发布 2024 年财报后，公司市值首次突破 1 万亿美元。根据其财报情况，博通 2024 财年 AI 业务营收约 122 亿美元，同比增长 220%；已有三家超大规模客户定制AI XPU，预计 2027 年 AI 业务可达市场规模为 600-900 亿美元。同时，陈福阳表示到 2027 年，博通的客户将在 AI 芯片的集群中部署多达 100 万个芯片，而博通的 AI 芯片可能会为公司带来数百亿美元的年收入增长。国信电子观点：1）ASIC 是应特定用户的要求，专门设计制造的专用集成电路，在面积、功耗、集成度和价格等方面具备优势；2）根据牧本摆动，IC 产品每隔十年将在“标准化”与“定制化”之间交替摆动，当前牧本钟摆有望从标准化逐渐摆向定制化；3）Marvell 预测数据中心 ASIC 在 2023 至 2028 间的市场规模 CAGR 有望达到 45.4%；4）投资建议：根据博通 2024 财年报告显示，CSP 厂商对于定制化 AI ASIC 芯片需求旺盛，未来 ASIC 占整体数据中心加速芯片的比例有望达到 25%。国内 CSP 厂商在无法获得英伟达先进算力芯片的背景下，进一步加速布局定制化 ASIC 芯片，因此国内具备较强芯片定制服务能力的公司，以及国产半导体供应链有望从中受益。建议关注产业链相关公司：翱捷科技、国芯科技、芯原股份、灿芯股份、中芯国际、伟测科技、澜起科技等。5）风险提示：AI 技术发展不及预期风险；AI 下游应用推广不及预期风险；互联网公司资本开支投入不及预期风险；地缘政治风险等。评论： ASIC 专用集成电路在面积、功耗、集成度和价格等方面具备优势ASIC（即专用集成电路，Application Specific Integrated Circuit）是应特定用户的要求，或特定电子系统的需要，专门设计、制造的集成电路。相对于通用集成电路，ASIC 用户也在某种程度上参与该产品的研发。ASIC 可以把分别承担一些功能的数个甚至上百个通用集成电路功能模块，集成在一块芯片上，实现整体系统的需要。ASIC 集成化的设计使得整个设备的电路更加精简，元件数量减少，布线缩短，从而使得芯片面积缩减，能耗效率提升，并且系统的整体可靠性得到提升。但 ASIC 较高的定制化程度，导致其伴随一些挑战，如研发周期较长、算法依赖度高、生产批量较小，以及在工艺制造和测试方面难度较高等。请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告2图1：ASIC 专用集成电路具备更高的效率资料来源：中国科学院半导体所，国信证券经济研究所整理 NPU、TPU、DPU 等均为较常见的 ASIC 芯片NPU（即神经处理单元，Neural Processing Unit）是一种专门为加速神经网络计算而设计的专用集成电路，用于高效处理人工智能和机器学习任务中神经网络所需的数学运算，如矩阵乘法、卷积等，以满足深度学习对计算能力的高要求，提升处理速度和能效比。TPU（即张量处理单元，Tensor Processing Unit），目前大部分机器学习系统都采用张量作为基本数据结构，TPU 针对深度学习中的矩阵乘法、卷积等核心运算进行了专门优化，可高效处理大量数据，且可以用低精度算术格式计算，在保证精度的同时降低计算成本和能耗。2015 年 Google 为了更好地换成深度学习，提升 AI 算力，推出了一款专门用于神经网络训练的 TPU v1。DPU（即数据处理单元，Data Processing Unit），是一类系统级芯片，主要由多核 CPU、高性能网络接口和灵活可编程的加速引擎三大部分构成，主要接管原本由 CPU 承担的网络和存储相关功能，如网络安全防护、防火墙任务、数据加密、基础设施管理等。 ASIC 相较于 FPGA 更适用于计规模大、复杂度高、产量大的应用FPGA（即现场可编程门阵列，Field Programmable Gate Array）是一类可重构的芯片，可以根据用户的需要，进行无数次重复编程，以实现特定的数字逻辑功能。FPGA 一般由可编程逻辑块（Configurable LogicBlocks，CLB）、输入/输出模块（I/O Blocks，IOB）、可编程互连资源（Programmable Interconnect Resources，PIR）等三种可编程电路，以及静态存储器 SRAM 共同组成。请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告3图2：FPGA 主要由 CLB、IOB、PIR 和 SRAM 等组成资料来源：鲜枣课堂，国信证券经济研究所整理ASIC 是全定制芯片，而 FPGA 是半定制芯片，两者各自定位不同，不存在竞争和替代的关系。根据下图显示，40 万片的产量是 ASIC 和 FPGA 成本高低的分界线，当产量大于 40 万片时，ASIC 的性价比相对 FPGA更高。图3：ASIC 在达到 40 万片后性价比相对 FPGA 更高资料来源：鲜枣课堂，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告4 牧本摆动每十年波动一次，有望从标准化摆向定制化1987 年，原日立公司总工程师牧本次生(Tsugio Makimoto) 提出牧本摆动，揭露半导体产品发展历程总是在“标准化”与“定制化”之间交替摆动，大概每十年波动一次。牧本摆动背后是性能、功耗和开发效率之间的平衡，当算法发展达到平台期，无法通过进一步创新来推动发展时，就需要依赖于扩大规模来维持进步，这时转向 ASIC 的开发就变得至关重要。然而十年后，当规模扩张遭遇限制，又会重新聚焦于算法的创新，同时伴随半导体制造技术的进步，一些可编程解决方案在性价比上将会重新获得竞争优势。当前为了满足 CSP 客户更高性能和更好功能的需求，定制化芯片 ASIC 的需求持续提升，牧本钟摆从标准化逐渐摆向定制化。 数据中心 ASIC 市场规模有望在 2028 年达到 429 亿美元根据 Marvell 预测，数据中心定制加速芯片 2023 至 2028 年市场规模 CAGR 有望达到 45.5%。2023 年数据中心 ASIC