片上系统SoC（System on Chip），即在一块芯片上集成一全体信息处理系统，大略来说 SoC芯片是在中心处理器CPU的根本上扩展音***功能和专用接口的超大规模集成电路，是智能设备的“大脑”。随着半导体工艺的发展，传统MCU已经不能完备知足智能终真个需求，SoC应运而生，凭借其性能强、功耗低、灵巧度高的特点，使单芯片能够完成完全的电子系统。SoC在移动打算（例如智好手机和平板电脑）和边缘打算市场中非常普遍。它们也常用于嵌入式系统，如WiFi路由器和物联网。
本期的智能内参，我们推举海通国际的报告《SOC芯片研究框架》，详解SOC技能细节、家当链和发展驱动力。
来源 海通国际
原标题：
《SOC芯片研究框架》
作者：郑宏达 华晋书
一、SOC：一块芯片上集成的全体信息处理系统片上系统SoC（System on Chip），即在一块芯片上集成一全体信息处理系统，大略来说 SoC芯片是在中心处理器CPU的根本上扩展音***功能和专用接口的超大规模集成电路，是智能设备的“大脑”。运用场置器AP（Application Processor）是SoC中包含CPU在内的所有打算芯片的集成物。智好手机SoC常日包含AP和基带处理器BP等，AP卖力运用程序的运行，BP卖力收发无线旗子暗记。有时将AP和SoC混用。
随着半导体工艺的发展，传统MCU已经不能完备知足智能终真个需求，SoC应运而生，凭借其性能强、功耗低、灵巧度高的特点，使单芯片能够完成完全的电子系统。SoC在移动打算（例如智好手机和平板电脑）和边缘打算市场中非常普遍。它们也常用于嵌入式系统，如WiFi路由器和物联网。
当前 SoC已成为功能最丰富的硬件，集成了 CPU、GPU、RAM、ADC、DAC、Modem、高速DSP 等各个功能模块，部分SoC还集成了电源管理模块、各种外部设备的掌握模块，同时还须要考虑各总线的分布利用等。
IP 核（Intellectual Property Core），即知识产权核，在集成电路设计行业中指已验证、可重复利用、具有某种确定功能的芯片设计模块。SoC因此IP模块为根本的设计技能，IP是SoC运用的根本。 IP 核可以划分为CPU、GPU、DSP、VPU、总线、接口等6个种别，也可按软核、固核、硬核分类。
▲IP核分类
SoC的观点和设计技能始于20世纪90年代中期。早期芯片设计难度较低，半导体公司多为集设计、制造、封测为一体的IDM厂商。随着半导体家当和工艺的进步，今后芯片随着摩尔定律不断更新迭代，晶片设计和制造的本钱和难度均大幅上升，单一厂商难以承担高额研发及制造用度。20世纪80年代，台积电的成立不断勾引半导体家当朝“Fabless（设计）+Foundry（制造）+OSAT（封测）”分工方向发展。
1990年IP龙头Arm出身，首创了IP核授权模式。Arm卖力芯片架构设计，并将IP核授权给Fabless厂商。随着超大规模集成电路的发展，集成电路（IC）逐渐向集成系统（IS）转变，IC设计厂商趋向于将繁芜功能集成到单硅片上，SoC的观点逐渐形成。例如，三星等厂商根据产品需求将基于ARM架构的CPU处理器和各种外围IP组合得到包含许多组件的SoC，根据不同运用需求，内部组件封装不尽相同。1994 年Motorola发布的Flex Core系统和1995年LSILogic公司为Sony公司设计的SoC, 是基于IP核完成SoC设计的最早报导。
▲半导体家当两种运作模式
一样平常来说，一个SoC芯片由设计厂商自主设计的电路和多个外购IP核组成。IP核复用即向IP厂商购买已有的IP核，并进行布局、连接、检讨和验证。IP核授权模式能够在SoC中调用已设计好的具有独立功能的模块，一方面能够简化设计流程、加快了设计速率，降落设计难度，另一方面符合半导体分工发展的模式，使IC设计公司能摆脱IDM模式的束缚和壁垒，专注芯片设计，从而带动IC设计行业的发展。
范例的SoC包括以下部分：一个或多个处理器内核，可以是MCU、MPU、数字旗子暗记处理器或专用指令集处理器内核;
存储器：可以是RAM、ROM、EEPROM或闪存;
用于供应韶光脉冲旗子暗记的振荡器和锁相环电路;
由计数器和计时器、电源电路组成的外设;
不同标准的连线接口，如USB、火线、以太网、通用异步收发;
用于在数字旗子暗记和仿照旗子暗记之间转换的ADC/DAC;
电压调理电路及稳压器。
在外设内部，各组件通过芯片上的互联总线相互连接。ARM公司推出的AMBA片上总线紧张包括高性能系统总线AHB、通用系统总线ASB、外围互联总线APB、可拓展接口AXI。AHB紧张针对高效率、高频宽及快速系统模块；ASB可用于某些高速且不必要利用AHB 总线的场合作为系统总线；APB紧张用于低速、低功率的外围，AXI在AMBA3.0协议中增加，可以用于ARM和FPGA的高速数据交互。
MCU(Micro Control Unit)微掌握器，芯片级的芯片。MCU将打算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，只供应最少的内存、接口、处理能力等，专注于小型嵌入式掌握系统或掌握运用程序。
SoC是系统级的芯片，可能包含许多MCU，适用于具有更多哀求和更繁芜的运用程序。SoC是一个完全的单芯片打算机系统，能够实行具有更高资源需求的繁芜任务。
▲MCU芯片示意图
指令集是CPU的一种设计模式，分为精简指令集RISC和繁芜指令集CISC两种。个中，ARM、MIPS、Power、Alpha等均是基于RISC架构，X86则是基于CISC的架构。X86架构霸占了做事器和桌面领域的垄断地位，ARM架构霸占了嵌入式领域的绝大部分市场，而MIPS、Power、RISC-V等也在干系分外领域霸占一定的市场份额。
SoC处理器内核常日都利用ARM、RISC-V指令集架构，由于在嵌入式和移动打算市场中面积和功率常日受严格限定。
▲指令集
ARM开拓了ARM架构并授权其他公司利用并自主开拓SoC，当前ARM架构在移动端核心CPU霸占绝对主导份额。从1985年ARMv1架构出身起到2021年，ARM架构已发展到第九代。2021年正式推出的ARMv9指令集，在兼容ARMv8的根本上进一步提升处理器性能、安全性、矢量打算、机器学习和数字旗子暗记处理。基于ARMv9发开的处理器将在2022年正式商用，可能运用于下一代骁龙等SoC。
▲ARM架构
ARMv7架构开始，ARM改以Cortex命名，并分为“运用”配置Cortex-A系列，“嵌入式”配置Cortex-R系列、“微处理器”配置ARM Cortex-M系列。Cortex-A面向高性能运用场置器内核，如智好手机、平板电脑、机顶盒、网络设备、做事器等。Cortex-R针对高性能实时运用处景，如汽车运用、消费电子等。Cortex-M系列紧张面向嵌入式设备和IoT设备，对功耗和尺寸哀求较高，运用于微掌握器、传感器、通信模组、智能家居等。
▲ARM架组成长进程
近20年，智能移动设备兴起，基于精简指令集架构的ARM内核IP凭借着低本钱、高性能、低功耗的特点和IP授权模式，在智好手机、平板电脑等移动终端SoC等下贱领域取获胜利，霸占了绝大部分市场份额，有强势定价权。海内紧张半导体厂商和用户如华为、小米、复兴、瑞芯微等设计的商用SoC和物联网设备绝大多数利用ARM技能。
ARM核心收费模式：授权费（license fee）、版税（royalty）。ARM授权技能给芯片设计公司，设计公司缴纳授权费，生产芯片后，发芯片给OEM终端客户，并按芯片发货量缴纳版税给ARM，终端厂商付费给芯片代工厂；ARM也会为终端厂商供应技能和业务支持。
▲ARM主流授权模式
AI、5G、边缘打算的发展对打算技能提出新的需求，但绝大多数指令集架构都受到专利保护，如x86、MIPS、Alpha，遏制了创新发展。先前的指令集架构较繁芜，且运用领域较单一，且不便于对特定运用进行自定义扩展，缺少适用于多个领域的统一架构。为此，加州大学伯克利分校研究职员设计了新的指令集架构RISC-V，并以BSD授权的办法开源。近两年RISC-V架构大热，生态也发展较快，比较适宜低功耗的运用处景，其开源、精简、可修正等特点决定了RISC-V将在物联网时期拥有巨大的发展前景，未来很可能发展成为天下主流指令构造之一。
RISC-V已有多个版本的处理器内核和SoC芯片，个中部分是开源免费，部分是商业公司开拓用于内部项目。RISC-V发展已经由海内许多商业化运用验证，也是我国发展自主可控国产CPU的主要路子，但软件生态还需不断完善。Semico Research研究结果显示，未来RISC-V将被大量利用于包括打算机、消费、通讯、运输和工业市场在内的细分市场，到2025年，采取RISC-V架构的芯片数量将增至624亿颗，复合增长率高达146%。
▲部分国内外RISC-V处理器和SoC平台
SoC的发展是性能、算力、功耗、工艺难度几方面的平衡。当前AI成为各大SoC厂商的必争之地，同时对算法提出更高哀求，在功耗受限的场景下实现AI算法成为关键，算力效率（单位算力的本钱和功耗）极为主要。以苹果A14SoC为例，A14利用5nm工艺，和A13比较CPU性能提升16%，GPU提升10%旁边，AI加速器Neural Engine的性能提升则靠近100%。未来运用于手机、平板、做事器等高端SoC将连续朝高性能发展。
SoC在追求高性能和低功耗的智好手机、平板电脑等芯片领域已霸占主导地位，在自动驾驶、AIoT等领域也已得到运用，随着AIoT、5G的不断发展，未来还将向更为广阔的运用领域扩展。此外，数据大爆炸时期对边缘打算算力提出更高哀求，智能硬件需求量也将持续上涨。据Yole估量，2019年环球运用场置器 AP市场规模为340亿美元，2025年将增长到560亿美元，复合增长率8.7%，市场规模有望持续扩大。
能够捉住趋势精准布局的IC设计厂商将在市场大潮中快速盘踞市场份额。从海内厂商来看，瑞芯微、全志科技等在平板电脑市场、晶晨股份等在机顶盒市场、国科微等在卫星电视市场、富瀚微等在仿照监控摄像头ISP芯片市场、博通集成等在2019年汽车ETC市场都捉住了机会。
▲2019-2025年环球AP市场收入（单位：亿美元）
二、SoC家当链概况▲SoC家当链概况
家当链上游概况：设计工具寡头竞争。设计工具寡头竞争，上游议价能力强。SoC家当链上游可分为知识产权核（IP核）和干系EDA工具；知识产权核紧张公司有 ARM、Synopsys、Cadence等， EDA工具的核心企业有Cadence、Synopsys 和Mentor Graphics。
上游设计工具行业集中度较高，当前环球核心IP 紧张由 ARM、Synopsys、Cadence 供应，合计占比近 65% ，环球 EDA 家当紧张由Cadence、Synopsys 和西门子旗下的 Mentor Graphics 垄断，三大 EDA 企业占环球市场的份额超过 60%，上游厂切磋价能力较强。
▲IP核2019年竞争格局
行业集中度高，海内厂商市占率较低。环球IP核供应商以国外厂商为主，行业集中度相对较高：海内集成电路设计企业所需的IP核大多来自境外供应商，每年入口金额10亿美元以上，占环球市场的1/3旁边。中国大陆的IP核供应商有50家旁边，普遍实力较弱。海内也有规模较大的企业，如总部在上海的芯原（ Verisilicon），市场霸占率已跻身环球前十，但与欧美“三巨子”比较还有很大差距。
IP 核本身是家当链不断专业化的产物，是芯片设计知识产权的主要表示，也是半导体家当链下一步升级的主要方向。家当每一轮专业化升级都有其内在的供需缘故原由，且每每是追求规模本钱效应的结果。
EDA 公司供应给IC 公司的一样平常都是全套工具，因此EDA 集成度高的公司产品更有上风。EDA三巨子基本都能供应全套的芯片设计EDA 办理方案。
Synopsys 行业领先的IC Compiler™ II布局布线办理方案供应了单一供应商所能供应的最全面设计平台，加速大规模AI处理器的实现。
Cadence 的强项在于仿照或稠浊旗子暗记的定制化电路和版图设计。数字后端工具Innovus可以在知足功耗/面积预算哀求下实现最佳的性能、或者在知足频率指标的同时确保功耗/面积最小。
Mentor Graphic 同样在后端布局布线比较强，在 PCB 上也很有上风，它的上风是Calibresignoff 和 DFT。2016年并入西门子。
▲EDA 工具软件分类
家当链中游情形：高端、次高端、专用型SoC特点。高端SoC芯片紧张集中于手机、平板电脑、做事器市场等，次高端SoC芯片多运用于安防、智能音频、物联网等领域，专用型SoC芯片多运用于TWS耳机和智好手表等。
制程工艺的迭代更新导致SoC芯片的性能和价格分解。晶体管数量的提升导致CPU、GPU、NPU等IP核的升级。最新高端SoC芯片制程为5nm，专用SoC芯片如智能音频芯片的制程普遍在16nm-55nm之间。
制程会影响芯片面积，并因此直接影响芯片价格，通过增大芯片面积，一个芯片中可以放下更多的晶体管。理论上，芯片面积越小的SoC本钱越低，同等技能水平和制程下，晶体管/芯片面积的大小和性能输出直接干系。
时钟频率是指同步电路中时钟的根本频率，它是评定CPU性能的主要指标。一样平常来说主频数字值越大越好。高端和次高端SoC芯片的时钟频率一样平常在以GHz计量，专用型SoC芯片的时钟频率多以MHz计量（1GHz=1000MHz）。
目前高端SoC芯片多以一个超大核心加多个中核心、小核心架构设计，经由多年来迭代更新，基于ARM的CPU核心不断升级，在制程工艺、主频、性能上大幅度提升。同时高端SoC芯片尤其是移动端芯片一样平常会添加集成式或外挂式基带，以此实现移动接入、电话等传统移动终端功能。
高端SoC芯片如天玑1200采取A78构架，1个A78主频3.0GHz的大核心，3个A78主频2.6GHz的中核心和4个A55主频2.04GHz的小核心。骁龙865CPU采取Cortex A77主频2.84GHz超级大核和三个Cortex A77 2.84GHz普通大核+四个Cortex A55 1.8GHz小核心架构。麒麟9000 CPU架构为一个3.13GHz A77大核心、三个2.54GHz A77中核心、四个2.04GHz A55小核心。
▲部分高端SoC芯片架构比拟
高通骁龙888 移动平台是行业首个采取ARM Cortex X1 架构的移动平台，CPU 为 Kryo 680 CPU，其采取了全新 CPU 架构。详细来说，其包含一枚最高主频2.84GHz 的 Cortex X1 核心，3 枚最高主频 2.4GHz 的 Cortex A78 核心和 4 枚最高主频 1.8GHz 的 Cortex A55 核心，延续一个超级核心+ 3 个高性能核心 + 4 个能效核心的三猬集架构。
5月25日，Arm正式推出了新一代的CPU和GPU核心，包括全新的Cortex-X2、Cortex-A710、Cortex-A510等三款CPU核心以及Mali-G710 GPU。三个CPU核心均基于今年4月份发布的Armv9架构指令集设计。高通新一款代号为SM8450的处理器，该芯片采取4nm工艺打造，CPU采取Kryo 780架构，该架构基于最新的Arm v9指令集。
次高端SoC芯片多运用于安防、智能音频、物联网等领域，对算力哀求比较智好手机、做事器等略低，近年来次高端SoC芯片架构逐步从单核心到多核心、从大核心到大核心+小核心的架构变革升级。
次高端SoC芯片目前制程以工艺成熟的28nm为主，部分公司前辈产品进入12nm-14nm规格。CPU多以Cortex-A53、Cortex-A7架构为核心，主频普遍在1.2GHz以上。
专用SoC芯片运用领域有TWS耳机、智好手表等，此类SoC芯片开拓适用于特定运用处景。专用SoC更靠近MCU领域的运用，如TWS 耳机的核心是智能蓝牙音频SoC 芯片，其承担了无线连接、音频处理和其他赞助功能。
家当链下贱：芯片制造头部效应明显。晶圆制造环节作为半导体家当链中至关主要的工序，制造工艺高低直接影响半导体家当前辈程度。Fabless+Foundry+OSAT的模式成为趋势，Foundry在全体家当链中的主要程度也逐步提升。
同时半导系统编制造行业呈现非常明显的头部效应，根据IC Insights的数据显示，在环球前十大代工厂商中，台积电一家霸占了超过一半的市场份额，前八家市场份额靠近90%。
▲SoC芯片设计厂商与部分晶圆代工厂互助关系
SoC芯片运用领域广泛，消费电子和智能物联是SoC芯片需求的两大领域。在消费电子市场，智好手机、平板电脑等消费类电子的爆发式增长，催生出大量芯片需求，推动了芯片行业的巨大发展；聪慧商显、智能零售、汽车电子等新的运用处景和运用领域不断涌现，为芯片设计厂商供应了良好的发展机遇；物联网及人工智能时期，创新科技产品的出身为集成电路设计行业带来了更为广阔的市场机会。
三、行业发展驱动力人工智能（AI）是打算机学科的主要分支，紧张分为语音和视觉识别、自然措辞处理以及深度学习等几大研究方向。21世纪以来，AI的家当化被运用于金融、教诲、医疗、交通、汽车、制造、娱乐等各个行业。AI芯片是智能终真个硬件根本，各种运用处景丰富多样，在智好手机、智能音频、电子汽车、智能安防等方面供应硬件支持，不同运用市场下竞争格局分散。根据德勤数据，环球人工智能将在未来几年迅速增长，2025年市场规模将达到64000亿美元，2017-2025复合增长率达32%。
▲环球人工智能市场规模（单位：亿美元）
AI芯片也称为AI加速器，卖力运行AI算法、处理AI运用中的打算任务。AI芯片按照运用端可分为云端（做事器端）芯片和终端（移动端）芯片；按照功能可分为演习（Training）芯片和推断（Inference）芯片；按照技能架构可分为通用芯片（GPU）、半定制化芯片（FPGA）和全定制化芯片（ASIC）。
未来的AISoC将形成以CPU为掌握中央，GPU、FPGA、ASIC作为专用AI加速模块的格局。GPU、FPGA、ASIC在AI芯片中有不同的适用场景：GPU紧张处理图像领域运算加速和繁芜的通用性AI平台；FPGA常用于深度学习算法中的推断阶段；ASIC知足场景某一分外场景的分外定制，谷歌母公司Alphabet的 TPU、 寒武纪的NPU、地平线的 BPU、Movidius 的VPU等都属于 ASIC芯片。
▲AI专用芯片研发情形一览
随着机器学习（ML）、人工神经网络和机器视觉在AI领域的不断发展，AI加速器对CPU的补充能够处理海量数据，知足目标检测、人脸识别、语音助手等AI运用对高算力的需求，异构打算变得愈发主要。
CPU更善于逻辑掌握，算力较弱；比较之下，GPU打算单元（ALU）占比较大，算力远大于CPU；NPU是嵌入式神经网络处理器，拥有更强算力和更低功耗，当前各种AI算法紧张利用深度神经网络等算法仿照人类神经元和突触，作为AISoC中处理AI算法的核心，NPU运用于智能识别、预测方案、智能掌握等功能领域。
▲AI加速器对CPU的补充提高了芯片算力水平
1、汽车：汽车平台未来须要高算力汽车半导体涵盖了汽车芯片、功率器件、传感器等主要电子零部件。汽车的打算芯片包括传统的MCU芯片和SoC芯片。MCU芯片一样平常包含CPU一个处理器单元；而汽车SoC一样平常包含多个处理单元。
ECU（Electronic Control Unit）即电子掌握单元，随着汽车市场规模的逐渐扩大，ECU需求迅速上升，带动MCU芯片需求持续增加。需求的推动加上芯片产能不敷导致近期汽车MCU芯片供不应求。
随着汽车算法算力和交互效率的不断提升，汽车电子不断发展，倒逼MCU芯片升级为SoC芯以承载大量非构造化算力需求。汽车SoC一样平常运用于高等驾驶赞助系统(ADAS)、自动驾驶两大领域。
▲汽车 SoC在ADAS的运用
在传统汽车分布式E/E架构（汽车电子电气架构）下，ECU相互伶仃，车载功能的升级依赖ECU数量的增加。随着汽车电子智能化、自动化的发展，ECU在算法算力、数量、总线长、软件开拓模式、生产本钱等方面受到阻碍。
随着打算芯片的算力需求大幅提升，汽车E/E架构向集中化趋势发展，也对芯片提出了更高哀求。特斯拉Model3中心集成化的发展将多个ECU功能整合在一起，逐步实现一台嵌入式高性能打算机统一掌握多项功能。在新架构下，不同ECU对应的算法可实现整合，开拓流程和本钱可大幅缩短，高算力需求向中心集成化的“车-云打算”方向发展演化，快速反响仍须要分布式架构赞助。
智能汽车、车联网、无人驾驶等创新技能不断发展的背景下，我国汽车电子的市场规模及发展前景巨大。环球汽车电子市场规模2017-2022 CAGR为8%，到2022年将达到21399亿元规模；中国汽车电子市场规模2017-2022 CAGR为12.6%，到2022年将达到9783亿元规模，中国增速高于环球。
▲2019年环球汽车电子竞争格局
汽车电子逐渐向自动化、智能化和网联化发展，拉动汽车SOC市场需求。随着汽车座舱技能不断进步，汽车电子人机交互、一芯多屏和平台化发展成为主要技能趋势。交互系统、操作系统及车载娱乐是汽车SoC的核心组成。
自动驾驶领域，车载AI芯片快速发展，算力、功耗、生态等成为各厂商竞争车载AI领域的核心竞争力。NIVIDA具备完善的软件工具和运用生态，深入布局AI SoC；Mobileye（英特尔收购）凭借一体式办理方案和自动驾驶平台在AI领域霸占一定份额；海内企业如地平线、黑芝麻、华为等发展迅猛，形成了自身的核心竞争力，有望逐步实现国产替代。
▲车载AI SoC
2、智好手机：智好手机是SoC最大的终端运用市场智好手机是SoC最大的运用市场。智好手机CPU都基于Arm架构，常日以八核、六核的配置涌现，个中大核具有强大性能，知足多种运用程序运行需求，小核则平衡发热和耗电问题。目前，最常用的智好手机CPU有苹果A系，骁龙系列，三星猎户座，华为海思麒麟，联发科以及小米的澎湃系列等。
智好手机SoC在工艺节点发展年夜将不断向4/5nm乃至3nm迈进。根据Counterpoint预测，到2025年环球60%的智好手机SoC将采取5nm及以下代工节点，N5节点将是代工厂路线图上的长节点，这成为台积电和三星扩产的驱动力之一。
主流5G智好手机的紧张代工节点为6/7nm，联发科、高通和苹果为紧张厂商。苹果的A系列和M系列芯片在5nm节点产能份额上处于绝对领先地位。
根据Statista数据显示，2009-2016年，环球智好手机总出货量迅速增长，达到14.7亿台。此后2020年受疫情等多方面影响出货量低落至12.8亿部。随着大数据、AI、IoT不断发展，智好手机更新换代有了新的需求。2020年是我国5G商用元年，根据Wind数据显示，自2019 年第三季度推出第一款5G 智好手机以来，我国5G智好手机出货量截止至2021Q1已累积达到24661.5万部，5G手机的商用和遍及成为智好手机市场的主要推动力。
智好手机中加入的专用AI模块能够在图像处理、语音助手、电池管理等方面供应硬件加速支持。
华为和苹果均搭载了嵌入式神经网络处理单元（NPU），专用于处理AI打算。华为最早在Mate10采取外挂的寒武纪NPU，后在990系列上采取自研的达芬奇NPU。苹果从A11 SoC开始加入Neural engine，最新公布的A14 SoC中，NPU算力已有巨大提升，Neural engine结合CPU上的机器学习加速器能够大大提高AI运用体验。
▲智好手机SoC构成
3、平板、条记本电脑：宅经济+疫情推动平板电脑需求，ARM为主流架构2010年苹果推出第一代ipad后，环球平板电脑市场快速增长。2015年开始，智好手机逐渐挤占平板电脑的份额，出货量逐年低落；2020年，受疫情影响，居家办公和学习再次推动平板电脑的需求。根据Wind数据显示，2020年环球平板电脑出货量1.641亿台，同比增长13.6%。
根据Business wire数据显示，2020Q2，苹果在平板电脑处理器市场霸占领先地位，占比高达43%，随后分别为英特尔（18%）和高通（15%）。环球平板电脑CPU紧张采取ARM架构，仅有小部分追求高性能的Windows系统平板电脑采取英特尔X86架构。
未来条记本将不断向智能化、便携化和专业化趋势发展，随着5G时期的到来和二合一、可折叠屏等新兴技能的推进，条记本电脑行业有望迎来新一轮的增长。根据Statista预测，条记本电脑市场2018年出货量为162.3百万台，2025年将达到272.4百万台，复合增长率为7.7%。2020Q3环球条记本电脑市场出货量前五名厂商分别为惠普、遐想、戴尔、Acer和华硕，个中惠普霸占第一（26%）。
▲2018-2025年环球条记本电脑出货量（单位：百万台）
在Arm、高通、苹果及微软等厂商的推动下，基于Arm的SoC在条记本电脑市场的空间进一步打开。苹果于2020年11月推出的M1芯片是苹果第一款基于ARM指令构造的条记本/台式电脑SoC。M1SoC的中心处理器有四个高性能核心和四个低功耗核心，极大程度优化了能效比，并采取苹果16 核NPU，能大幅提升ML运用的处理和打算速率。微软2019年10月发布的Surface Pro X条记本首次搭载ARM架构高通定制版 Microsoft SQ 1 处理器。ARM架构能够进一步知足条记本轻薄、高续航等方面需求，优化手机、电脑的协同性，将是条记本SoC未来发展的主要趋势。
4、做事器：做事器市场规模呈上升趋势近年来，IoT、5G、大数据的发展推动了做事器市场规模的增长。根据IDC数据显示，2010-2020年环球做事器市场规模总体呈增长态势，虽然2019年受环球贸易摩擦的影响市场规模呈现小幅低落，但2020年市场规模保持稳步上升，达到910.2亿美元。
2020Q3，戴尔以16.65%霸占做事器厂商最大的市场份额，随后分别为惠普（15.94%）、浪潮（9.37%）、遐想（5.88%）和华为（4.87%）。随着我国新基建的发展和对国产做事器的支配，中国厂商市场份额有望进一步提升。
▲2010-2020年环球做事器市场规模（单位：亿美元）
▲2020Q3环球做事器厂商市场份额
做事器根据体系构造可分成IA架构做事器和RISC架构做事器。IA架构采取CISC指令集架构，RISC紧张为ARM架构，其他MIPS、ALPHA、POWER等架构在做事器市场生态系统较孱弱。在后摩尔时期，AI、5G、大数据增加了云端打算的需求，X86架构的上风逐渐减少，ARM架构的热潮逐渐兴起。
X86做事器主流微架构包括英特尔的Sky Lake、Cascade Lake、Cooper Lake、Ice Lake，ARM做事器微架构紧张包括Neoverse N1、Neoverse V1（Zeus）。
▲做事器体系构造分类
根据ITCandor数据，2019年H1环球X86架构仍是做事器处理器架构的主流，占比为87.1%。个中，英特尔霸占X86架构绝大部分市场份额，但随着AMD做事器处理器EPYC的销量逐渐扩大，AMD的市场份额有望连续上升。
近年来，Arm架构做事器SoC迅速崛起：Ampere基于ARM v8.2架构的Altra和AltraMax；亚马逊基于Arm Neoverse的64核Graviton2比第一代基于X86架构的做事器芯片性能提升40%；华为运用于泰山做事器的64核鲲鹏920处理器能效比超出同类产品30%；天津飞腾的S2500、FT-2000+/64、 FT-1500A/16等产品 。
5、AIoT：AI+IoT成为大势所趋，新运用领域不断拓展AIoT在物联网的根本上加入AI技能，近年来发展速率迅猛。物联设备快速增长，环球智能硬件厂商争相布局，根据Transforma Insights数据，2030年环球物联设备将超过254亿台。根据艾瑞咨询数据，2018年中国AIoT市场规模达2590亿元，2022年AIoT业务将超过7500亿元。
在AIoT智能硬件端，MCU和SoC为主控芯片。个中，AIoTSoC常日集成多个AI模块，能够处理音***等数据，和MCU比较能够更好地知足AI对高算力、低功耗的需求，提升物联设备交互体验和智能化水平，已霸占智能终端芯片市场的主导地位。智能音***、智能家居、智能安防及商办等AIoT运用将成为SoC主要的增量市场。
▲2019-2030年环球物联设备数量（单位：百万台）
AIoT技能的成熟催生了智能家电的需求和市场规模的进一步增长。根据Statista数据显示，2017年环球智能家居市场收入为38794.42百万美元，2025年将达到182442.72百万美元。2020年环球智能家居渗透率仅为10.62%，到2025年这一比例将达到21.09%。
▲2017-2025年环球智能家居市场收入（单位：百万美元）
智能音箱是智能家居核心接入口，集成了AI处理功能，具有语音交互功能。根据Statista预测2021年环球智能音箱出货量将达到152.5百万台。洛图科技数据表明，2019年我国智能音箱家庭遍及率仅为13%，和西方国家比较有巨大上升空间，随着智能家居不断发展，智能音箱市场有望迎来新的增长点。智能音箱多采取SoC主控芯片，集成音频、***干系IP，实现语音算法等AI功能。
根据IDC数据显示，2020年我国带屏智能音箱销量占比35.5%，同比增长了31%。带屏音箱将朝AI智能交互方向不断发展，为用户供应了语音交互、人脸识别、手势掌握能功能，未来带屏音箱市场有望连续增长，对主控SoC的性能和集成度提出更高哀求。
扫地机器人领悟了处理器芯片、SLAM算法（同步定位与舆图构建）、传感器及激光雷达等技能，产品技能迭代较快，未来新购需求强劲。根据LoupVentures，IFR数据显示，2015年环球扫地机器人发卖收入仅为0.81亿美元，2025年发卖收入将达4.98亿美元，复合增长率达20%。在我国，扫地机器人市场集中度高，CR3高达72.5%。在芯片端，瑞芯微（RK3326、RK1808、RK3308、RV1108 SoC）、全志科技（R系列SoC）为紧张扫地机器人SoC厂商。
▲2015-2025年环球扫地机器人发卖收入（单位：亿美元）
根据Statista预测，2017年环球智能家用安防市场收入为5770百万美元，2020年达到12095百万美元，收入在2025年将上升至27857百万美元，2017-2025年复合增长率为21.75%。
2025年环球智能家用安防生动用户数将达从2017年的39.4百万上升至293.3百万，复合增长率为28.52%。2017年环球智能家用安防渗透率仅为2%，2025年将上升至12.9%。
▲2017-2025年环球智能家用安防收入（单位：百万美元）
智能家用安防市场包括智能摄像头、智能门锁和可视门铃。我国智能家用安防市场仍处于起步和快速发展阶段，随着5G、AI、WIFI-6技能的遍及和产品本钱进一步降落，该市场运用将加速落地，拉动硬件层面嵌入式SoC芯片的需求和发展。根据艾瑞咨询数据显示，2019年我国智能摄像头、智能门锁、可视门铃产品销量分别为4881、1159.9、161.1万台，2022年将分别达到8923、2202.8、515.7万台，智能家用安防市场规模将从2016年的156.5亿元增长到2022年392.9亿元。
随着聪慧城市培植的不断推进，智能商显市场近年来快速发展。根据TCL数据显示，2009年中国商显市场规模为13亿元，2019年达到92.1亿元，复合增长率达21.6%。
商业显示作为人机交互的主要切入口，广泛运用于娱乐、教诲、交通、工业、商办等场景，为SoC主要的增量市场。随着商显智能化发展，智能监控、人脸识别等AI功能愈发主要，主控SoC须要集成AI处理模块。我国紧张商显SoC厂商瑞芯微推出了RK3399、RK3288、RK3188、RK3128 SoC，可运用于大型售货机、快递柜、数字标牌、会议一体机等中高端设备；全志科技也陆续推出A20、A64、A83T等主控SoC，为商显行业行业供应全方位芯片办理方案。
6、商用安防：正朝数字化、高清化和智能化方向发展***监控是安防行业最主要的业务之一。***监控系统分为仿照监控系统分为仿照监控和网络监控，其对应的前端芯片分别为ISP芯片、IPC SoC芯片，后端芯片分别为DVR SoC芯片、NVR SoC芯片。前端设备卖力采集图像、语音等***旗子暗记，传输到监控系统中；后端设备卖力掌握***旗子暗记的显示切换、对终端设备输出显示，以及存储。
在打算机技能、编码压缩技能、IC工艺、网络传输技能等信息与***监控不断发展的背景下，安防***监控行业正朝数字化、高清化和智能化方向发展。
ISP芯片是***监控摄像机的主要处理模块，ISP芯片包含了CFA 插值、白平衡校正、伽玛校正、3D 降噪、边缘增强、伪彩色抑制、宽动态处理等功能模块，其浸染是采集前端原始图像旗子暗记，并进行图像复原和增强处理，再将图像在后端DVR压缩和存储。DVR SoC芯片可将处理过的音***数据进行检索回放。
IPC SoC是***网络监控摄像机的核心，常日包含CPU、ISP、***编码模块等，经采集过的***原始数据经由ISP模块处理后，进行压缩并传输到后端NVR进行处理和存储。随着智能安防不断发展，IPC SoC将集成AI模块以实现人脸识别、智能侦测等智能运用。
IoT、AI、云打算和大数据在安防行业加速渗透，大量数据得到构造化的处理，经由智能剖析后呈现给用户，“云边端”的智能安防体系不断完善。此外，传统监控很大程度依赖云端剖析和处理数据，造成很大的数据传输和云端运输、存储压力。越来越多的IPC厂商将***剖析技能集成至前端，利用AI技能实现分布式智能监控、剖析、处理和功能运用。
目前，传统***解码芯片厂商海思、安霸、NVIDIA和Movidius（Intel旗下）已推出多款安防AI芯片，海内其他企业包括富瀚微、北京君正、立讯微、国科微、瑞芯微、地平线等超过20家企业也正加速布局该领域。
▲“云边端”的智能安防体系
IoT、AI、云打算和大数据在安防行业加速渗透，大量数据得到构造化的处理，经由智能剖析后呈现给用户，“云边端”的智能安防体系不断完善。此外，传统监控很大程度依赖云端剖析和处理数据，造成很大的数据传输和云端运输、存储压力。越来越多的IPC厂商将***剖析技能集成至前端，利用AI技能实现分布式智能监控、剖析、处理和功能运用。
目前，传统***解码芯片厂商海思、安霸、NVIDIA和Movidius（Intel旗下）已推出多款安防AI芯片，海内其他企业包括富瀚微、北京君正、立讯微、国科微、瑞芯微、地平线等超过20家企业也正加速布局该领域。
7、VR/AR：市场有望迎来新一轮增长5G、AI、超高清***、云打算的高速发展提升了VR/AR设备的体验感，随着娱乐、医疗、教诲培训等运用需求不断增长，VR/AR家当有望迎来新一轮增长。根据BCG、 MordorIntelligence数据显示，2020年VR/AR家当市场规模为307亿美元，2024年将达到2969亿美元。VR/AR产品须要高集成化半导体元件支持，有望推动主控SoC发展。
VR家当广泛运用于To B、To C端，Facebook为紧张厂商，其产品Oculus Quest 2实现了VR一体机和分体机市场的统一。AR家当发展较为缓慢，To B端涉及工业、医疗、安防、教诲等领域，谷歌和微软为紧张厂商。
随着AR办公、AR购物、VR直播等场景兴起，硬件方面Facebook、谷歌、苹果、三星等厂商纷纭推出运用产品及平台，5G时期的到来更是对AR/VR芯片算法、显示和通讯等模块提出了更高哀求，环球各大芯片厂商积极布局AR/VR领域。高通2012年收购AR公司Blippar，2014年推出AR引擎Vuforia，2016年推出VR头显一体机VR820，在芯片端，高通一家独大，2018-2020年陆续推出针对AR/VR运用的骁龙XR1平台和XR2 5G平台，霸占大部分市场份额。海内厂商全志科技、炬芯、瑞芯微等均推出了用于AR/VR领域的SoC处理器。
芯东西认为，SoC在追求高性能和低功耗的智好手机、平板电脑等芯片领域已霸占主导地位，在自动驾驶、AIoT等领域也已得到运用， 随着AIoT、5G的不断发展，未来还将向更为广阔的运用领域扩展。
