1.1. 砥砺前行二十年，坚守情怀与使命打造自主创新水平最高CPU
出身中科院计算所，砥砺前行二十年打造自主创新水平最高CPU。龙芯中科由中国科学院和北京市政府共同出资于 2010 年成立，2001年开始龙芯CPU的研发，2001-2010年先后得到了中科院知识创新工程、核高基等项目支持，2012年国家重大专项资助重心偏移，自主通用 CPU 的支持力度减弱，龙芯开始开拓工控市场。2020 年，公司推出自主指令系统 LoongArch，目前已经全面掌握 CPU指令系统、处理器 IP 核、操作系统等计算机核心技术，是唯一坚持基于自主指令系统、构建独立于 Wintel 体系和 AA 体系的开放性信息技术体系和产业生态的国产CPU企业。
产品性能和营收实现飞跃，“指令系统创新+二进制翻译”开启生态建设新征程。2015年开始，龙芯在信息系统和工控系统同步推进产品迭代，不断拓展应用领域，营收成功突破亿元，实现盈亏平衡。十三五期间CPU性能差比十二五末提高了10倍，销售收入也提高了10倍。2001-2020年龙芯主要完成技术上的“补课”和追赶，系统地掌握了CPU和操作系统关键核心技术，在安全设备、政务、能源、交通、金融、教育等领域得到大量的应用。此外，基于LoongArch处理器芯片研制成功，性能逼近市场主流产品水平。2021年龙芯开始生态建设的新征程，通过“指令系统创新+二进制翻译”的方式，拥有自主指令系统、IP和基础软件体系的同时兼容Linux、X86和Windows应用，实现生态融合。
中科院计算所间接持股 21.52%，员工持股比例高绑定公司利益。胡伟武和晋红夫妇通过天童芯源、芯源投资、天童芯正、天童芯国合计控制公司33.61%的表决权，为公司共同实际控制人，胡伟武先生担任公司董事长、总经理。国资部分，中科院计算所通过中科算源持股 21.52%，北京市政府通过北工投持股 7.17%。此外，公司目前有天童芯源、芯源投资、天童芯正、天童芯泰、天童芯民 5 个持股平台，其中员工持股比例为 30.42%，涉及员工共 167 人。
研发人员占比高增速快，核心团队专业背景优秀稳定性强。截至 2021 年 12 月 31日，公司研发人员 539 人，占员工总数比例高达 65.57%，2018-2021年研发人员人数复合增速为41%。公司核心研发人员 6 人，其中5人拥有中国科学院博士学位，承担多项国家科研课题项目，均具有丰富的处理器及配套芯片的研发与项目实施经验，同时公司研发管理团队长期保持稳定，6名核心研发人员均在公司任职10年以上。
产品线丰富涵盖工控类芯片、信息化类芯片、配套芯片和解决方案。龙芯中科主营业务包括专用领域的龙芯1号系列，终端类应用的龙芯2号系列，以及面向桌面、服务器及高端工控应用的龙芯3号系列。配套芯片包括桥片以及正在研发尚未实现销售的电源芯片、时钟芯片等。此外，公司还提供基于龙芯处理器的各类开发板及软硬件模块，并提供完善的技术支持与服务，销售硬件模块主要根据客户要求提供已有产品，该部分收入随着公司客户基础扩大、客户关系加深而不断增加。
性能提升+信创招标开启，2019年后信息化芯片成为主要业务增长点。公司早年工控类芯片营收占比较高，2018年仍然过半。2019年随着3A4000系列芯片产品的推出，信息化类芯片性能得到进一步提升，可用于桌面与服务器类应用，叠加2020年党政信创项目正式启动采购，信息化芯片成为公司收入增长的主要驱动力，收入占比快速提升。
1.2. 信创带动信息化芯片及解决方案快速成长，研发投入大幅加码
2018-2021年工控类芯片实现多场景广泛应用，收入快速提升CAGR 41%。2018 年前公司工控类芯片以龙芯2号系列为主，龙芯2号部分应用场景需要适应极端环境销售单价较高；2019 -2021年，工控类芯片中1号系列芯片的应用逐渐丰富，被广泛应用于加密卡、远程数据采集、智能门锁、打印机等终端设备，销售数量提升，拉低了销售平均单价。2018-2021年，工控类芯片收入复合增速为41%，销量复合增速高达158%。
2019-2020年信息化类芯片收入爆发式增长，2021年开始推广新架构产品。公司在2017年和2019年先后推出3A3000和3A4000系列产品，产品性能提升应用场景拓展到办公与业务信息化，信息化类芯片收入从2018年0.5亿爆发式增长至2020年的7.91亿；2021 年下半年信息化类芯片开始全面推广采用LoongArch新指令系统的3A5000 系列产品，生态切换叠加上游产能紧张等因素，2021年信息化类芯片销售收入略有下滑。
产品迭代及整机厂客户放量因素下信息化芯片产品单价趋于下降性价比提升。2019年随着公司 3A4000 系列产品推出，3A3000 系列产品价格下降；2020 年、2021年，为了进一步开拓日趋成熟并进入快速增长阶段的电子政务市场、拓展整机厂客户，公司适当降低新一代产品的销售单价提高产品性价比及竞争力，3A4000 系列产品推出时的平均销售单价略低于 3A3000 系列；2021 年，随着公司 3A5000 系列产品推出，3A4000 系列产品价格下降。此外，桥片等配套芯片的销量占比提高，拉低了信息化产品平均单价。
受益于芯片收入爆发式增长，2018-2021年解决方案业务营收复合增速高达87%。解决方案主要包含硬件模块产品和技术服务，该业务随着CPU客户基础扩大、客户关系加深而不断增加，2018-2021年公司解决方案业务营收复合增速高达87%。此外，由于不同解决方案的差异较大，毛利率、平均合同金额可能存在波动。
研发、销售费用率提升，公司短期净利润波动较大。受益于信息化业务爆发式增长，2020-2021年公司营收实现高速增长。2020年，由于股份支付费用1.66亿元计入当期管理费用，管理费用率大幅提升，导致归母净利润增速出现大幅波动。剔除股份支付影响后，2020年期间费用率下降。2021年3A5000 系列芯片产品的研发以及LoongArch架构生态建设进入关键阶段公司大幅加码研发投入，研发费用率提升8.23 pct.至23.37%。
2.1. 推出自主指令系统 LoongArch，具备扩展性、先进性、兼容性优势
龙芯全系产品涵盖嵌入式专用、工控终端及服务器&桌面多种应用领域。龙芯中科研制的芯片包括龙芯1号、龙芯2号、龙芯 3 号三大系列处理器芯片及桥片等配套芯片。龙芯 1 号系列为低功耗、低成本专用嵌入式SoC或MCU处理器，应用场景面向嵌入式专用应用领域，如物联终端、仪器设备、数据采集等，主要根据需求定制；龙芯2号系列为低功耗通用处理器，采用单芯片SoC设计，应用场景面向工业控制与终端等领域，如网络设备、行业终端、智能制造等，定位于Intel的凌动系列；龙芯3号系列为高性能通用处理器，通常集成4个及以上64位高性能处理器核，与桥片配套使用，应用场景面向桌面和服务器等信息化领域，对标Intel的酷睿/志强系列。
复杂指令集CISC和精简指令集RISC架构各有优势。按照采用的指令集，CPU 可以分为复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC）两大类。复杂指令集指令丰富、寻址方式灵活，以微程序控制器为核心，指令长度可变，功能强大，对于复杂程序执行效率高；精简指令集指令结构简单、易于设计，具有较高的执行能效比。目前常见的CPU架构中，x86架构是复杂指令集的代表，而ARM架构、MIPS架构、Alpha架构和近年来兴起的RISC-V架构是精简指令集的代表。
各主流设计架构路线均有国产CPU厂商采用，龙芯早期使用MIPS架构。采用X86架构IP内核授权模式的国产CPU厂商主要有兆芯和海光信息，可基于公版CPU核进行优化或修改，优点是性能起点高、生态壁垒低，缺点是需要支付授权费、自主创新程度较低。华为鲲鹏和天津飞腾采用ARM指令集架构授权，可自行设计CPU内核和SOC，也可扩充指令集，自主化程度相对较高。目前海思、飞腾均已经获得 ARMV8 永久授权，
尽管ARM此前表态ARM V9架构不受美国出口管理条例约束，华为海思等国内CPU产商依然可获授权，然而ARM V9不再提供永久授权，采用ARM架构仍有长期隐患。RISCV拥有超级精简的指令集架构（ISA）以及开源宽松的BSD协议近些年来实现快速发展，国内阿里平头哥、国芯科技等企业推出了该架构相关产品。MIPS和ALPHA指令架构相对小众，对应国产CPU的代表性企业分别是龙芯和申威。
龙芯早期就将开放指令集和自研融合，2020年推出完全自主指令系统 LoongArch。龙芯中科自研发初期即选择基于开放度较高的指令系统并结合自研的模式，在授权体系相对开放的 MIPS 指令系统基础上扩展了数百条自定义指令，形成了 MIPS 兼容指令系统 LoongISA，并在多款 CPU 芯片中得到应用。2020 年，通过十余年的自主研发和市场化运作，在处理器研发、基础软件研发、生态体系建设等方面已具备充足的技术和经验积累的条件下，龙芯中科推出了完全自主指令系统 LoongArch。
LoongArch具有较强的扩展性和自主性。LoongArch包括基础架构部分和向量指令、虚拟化、二进制翻译等扩展部分近2000条指令，具有较好的扩展性。自主性方面，LoongArch 指令系统从整个架构的顶层规划，到各部分的功能定义，再到细节上每条指令的编码、名称、含义，在架构上进行自主重新设计，具有充分的自主可靠性。
LoongArch具有较强的兼容性和先进性。LoongArch充分考虑兼容需求，在定义时充分考虑了 MIPS、X86、ARM、RISC-V 等主要指令系统的特征。摒弃了传统指令系统中部分不适应当前软硬件设计技术发展趋势的陈旧内容，吸纳了近年来指令系统设计领域诸多先进的技术发展成果。同原有兼容指令系统相比，不仅在硬件方面更易于高性能低功耗设计，而且在软件方面更易于编译优化和操作系统、虚拟机的开发。
龙芯处理器核心IP全部自主设计，实现彻底自主创新并摆脱海外最先进工艺依赖。与国内多数 CPU 设计企业主要依靠先进工艺提升性能不同，龙芯中科通过设计优化和自主设计IP核提升性能，克服境内工艺IP核不足的短板，摆脱对境外最先进工艺的依赖。龙芯掌握了处理器核及相关IP 核设计的核心技术，包括 CPU、GPU、内存控制器、
IO接口控制器、高速 SRAM、高速接口、锁相环等核心IP全部实现自主设计，龙芯CPU所有片内关键 IP 源代码也均为自主编写，电路图均为自主设计，在通用CPU 芯片设计领域实现了最彻底的自主创新。
LoongArch架构自主创新性已获得国内权威机构认证。LoongArch 指令系统已通过国内权威第三方机构中国电子信息产业发展研究院的知识产权评估，认定 LoongArch指令系统与 ALPHA、ARM、MIPS、POWER、RISC-V、X86 为不同的指令系统设计。
2.2. 产品全面向LoongArch架构切换，芯片性能赶上主流产品指日可待
基于LoongArch的龙芯3A5000已于21H1开始销售，性能逼近市场主流产品。2018-2020 年，公司销售的主要产品基于 MIPS 指令系统。基于LoongArch新指令系统的龙芯 3A5000于2020年年底完成流片，2021年5月开始形成销售。3A5000 使用12/14nm 工艺节点，主频最高为2.5GHz，集成双通道DDR4-3200和HT3.0接口，单核SPEC CPU 2006 Base定浮点分值均超过26分，逼近开放市场主流产品水平。此外，面向工控应用的 2K0500、面向信息化服务器应用的3C5000L已研制成功。
全面向LoongArch架构产品切换，预计2024年不再销售基于MIPS的产品。根据公司招股说明书，信息化业务方面，3A5000 系列处理器将全面替代以往各系列处理器；工控类业务方面，部分产品已经完成向LoongArch指令系统的切换，其他产品将在未来 1-2年完成从 MIPS 指令系统向LoongArch指令系统的切换。2021 年下半年公司与 MIPS 指令系统无关的销售收入占比超过 50%；按照正常的替代计划，预计 2022 年和2023 年公司与 MIPS 指令系统无关的产品销售收入占比将分别达到70%和90%，2024年将实现新架构产品全面切换完成，不再销售基于MIPS指令系统的商业产品。
复盘龙芯3号系列产品，技术性能迭代提升速度明显加快。2012 年的龙芯3A1000，单核分值只有 2.7 分，2016年发布的3A2000单核分值为 6.9分，四年时间实现单核2.5倍的提升。2017年发布的3A3000单核分值11.1分，一年时间实现单核分值1.5倍的提升；2019 年发布龙芯 3A4000 提升到 21.1 分，又一年时间实现单核分值2倍提升，说明随着技术积累及研发投入加大公司产品性能迭代提升速度明显加快。
多核处理器受到TDP的限制、时钟速率降低、性能提升受限。随着Dennards Scaling定律的结束，芯片上内核数量的增加意味着功率也在以几乎相同的速度增长。因此，多核处理器受到热耗散功率(TDP)的限制，直接导致了处理器会降低时钟速率。 一个没有Dennards Scaling，摩尔定律减速、Amdahl法则完全有效的时代，意味着低效率限制了性能的提升，每年增速放缓至几个百分点。
英特尔性能提升速度放缓，基于LoongArch的芯片性能赶上主流产品可期。我们认为，龙芯自主研制的指令集在初期性能上与X86等存在差距，但追赶速度在不断提升。1986-2003年，英特尔每年性能提高50%，2003-2010年每年性能提高20%+，2020年每年性能提高10%+，2025年之后可能每年性能仅提高2-4%。反观公司，2012年第一代推出时性能是英特尔的10%，2016年第二代产品推出时性能是它的30%。公司第三代产品已经接近市场主流产品水平，预计2023年推出的第四代CPU有望达到市场主流产品水平，即Intel i3、i5、i7的平均水平。
LoongArch配有操作系统、BIOS、编译器、虚拟机、二级制翻译等基础软件能力。与多数国产CPU企业基于ARM或者X86指令系统融入已有的国外信息技术体系不同，龙芯中科自主指令系统LoongArch配有自主研发的操作系统、BIOS、三大编译器（GCC、LLVM、GoLang）、三大虚拟机（Java JavaScript、.NET）、两大二级制翻译系统（X86、ARM）、浏览器、媒体播放器、KVM 虚拟机、打印机驱动等基础软件能力，实现了对龙芯系列处理器和配套芯片的完备支持，实现了即自主安全又兼容了市场主流系统生态。
主流国产操作系统均支持龙芯架构，公司也可以向下游企业提供基础版操作系统。主流国产操作系统麒麟和统信都支持龙芯架构，包括现在华为的开源欧拉社区以及阿里的龙溪社区都支持龙芯。龙芯也是提供基础操作系统来给下游操作系统、整机和应用企业，通过提供核心模块降低产业链门槛实现规范硬件和应用兼容，助力生态迅速成长。
通过添加融合指令和二级制翻译实现龙芯平台上高效运行X86/Windows应用。龙芯通过添加融合功能指令、开发二进制翻译系统以及模拟Windows环境，成功实现在龙芯平台上高效运行X86/Windows应用，已经验证了微信、QQ、Photoshop、PDF等几十款主流应用软件。通过做精支持Windows打印机、IE兼容龙芯浏览器、.NET虚拟机，在功能完善基础上进一步优化基础应用软件使用性能，不断提升龙芯Linux平台上X86/Windows应用的运行效果，进一步改善龙芯的软件生态。
龙芯浏览器已解决IE应用、打印机等在国产PC无法兼容的问题。龙芯中科通过二进制翻译、浏览器插件兼容等关键技术， 解决了IE时代应用在国产操作系统上无法兼容的普遍问题，实现基于IE ActiveX插件技术的网银、媒体等IE的网页应用能够直接在龙芯平台运行。此外，通过打印系统模拟支持、二进制翻译、异构驱动统一管理技术，解决了大量打印机只有Windows驱动，没有Linux驱动的问题，为国产操作系统环境下的打印机利旧使用提供了切实好用的解决方案。
公司预计明后年将推出自主编程框架，从根本上解决应用软件适配兼容问题。公司董事长胡伟武表示，Linux的开放特性同时会引起应用的兼容性问题，而龙芯中科打造了一套兼容框架，通过打包格式兼容、API环境兼容、内核升级兼容等技术，实现跨Linux版本的应用兼容。此外，归根到底要形成自主的编程框架，才能解决应用与系统平台无休止的适配，目前公司正在形成自己的编程框架，预计在明后年推出。
目前龙芯信息化合作伙伴开发人员数万人，形成强大的生态能力指日可待。龙芯秉承着独立自主和开放合作的运营模式，从指令集/IP核授权、到芯片级/主板级开发以及系统内核应用等方面对生态伙伴进行全方位的开放支持，帮助生态伙伴进行技术创新升级。目前龙芯的信息化合作伙伴上千家，可以提供从端到云基于龙芯的完整解决方案。相关软硬件开发人员数万人，已经形成强大的产业链与生态支撑能力。
目前信息化芯片已广泛应用于党政信创市场，应用达百万套以上。在信息化领域，国内数十家整机品牌推出了基于龙芯 CPU 的台式机、笔记本、一体机与服务器设备，已经广泛应用于电子政务办公信息化系统，并在金融、教育等应用中展开批量应用试点。在政务服务领域，基于龙芯的计算机与服务器已经在各类办公业务系统中应用达百万套以上。
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