北京君正,集成电路CPU芯片设计

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一、集成电路(芯片)


集成电路,就是采用一定的工艺,把各种功能的半导体器件,集成在半导体晶片上(晶圆),然后封装,具备电路所需要的微型结构,是信息电子技术的核心,实现信息的存储、传输、处理和控制指令。


半导体器件,也属于一个小小的芯片,比如昨天说过的台基股份,公司掌握了芯片制程技术和封测技术,跟捷捷微电一样的,很多其它的半导体分立器件,只能做技术含量低点的封测。



A:


集成电路,分为芯片设计、芯片制造(晶圆制造)、芯片封装和芯片测试,一般封装和测试是一体的,简称封测,比如长电科技通富微电就是专门做封测的企业。



1、芯片设计

芯片设计为集成电路的上游,属于智力密集型行业,具有高技术含量和创新实力,是集成电路的核心,为集成电路产品提供设计版图,晶圆制造、封测只是为集成电路设计企业提供加工服务。


2、晶圆制造

晶圆制造为集成电路的中游,就是把设计好的电路板图蚀刻在晶圆基片上,属于资金和技术密集型行业,该环节投资巨大,一条晶圆生产线需要投资几亿美金,代表企业有台积电中芯国际


3、封测

封测为集成电路的下游,就是把制造好的芯片包装,资金和技术门槛相对较低,毛利率较低,一般12%左右,代表企业有长电科技通富微电



B:

从集成电路产业链来看,主要有两种模式,分别为IDM模式和Fabless模式。


1、IDM模式

IDM模式,即垂直整合制造模式,讲人话就是全产业链,比如昨天讲的台基股份就是IDM模式。在集成电路领域,说的是企业除了芯片设计外,还有晶圆制造和封测厂。


这种模式,对企业的研发力量、资金实力和市场影响,要求相当高,只有全球芯片巨头才有这个实力,比如美国Tntel和韩国三星半导体。



2、Fabless模式

Fabless模式,企业只做芯片设计,晶圆制造和封测全部委托代工,晶圆制造和封测一起做的也少,这是现在的趋势,分工明确,更能发挥公司的集中优势,体现了资产轻,专业强的特性。代表企业,有美国高通Marvell及台湾的联发科。



二、集成电路(芯片)设计


集成电路设计中,CPU芯片设计为核心;


A:

普及一下计算机知识,CPU,即中央处理器,又称处理器或者微处理器,是一切电子设备的核心,CPU又分为通用CPU和嵌入式CPU,如下图所示:


1、通用CPU

通用CPU,指的是用于计算机、服务器的CPU;


2、嵌入式CPU

嵌入式CPU,用于其它电子设备(除计算机和服务器)的CPU,这些电子设备不完全表现计算机的形态。嵌入式CPU大量应用于汽车电子、工业控制、消费电子、网络设备、智能家电和移动通信领域。


嵌入式CPU,是集成电路行业最活跃,最重要的一个分支,嵌入式CPU包含CPU指令集、CPU内核和CPU芯片三个层次,如下图所示:


1、CPU指令集

CPU指令集,指的CPU所执行的指令集合,不同的CPU执行不同的指令集,就形成了不同的指令集架构。


通用CPU的指令集架构,为X86架构,代表企业为IntelAMD,用于计算器和服务其中;而嵌入式CPU的指令集架构,代表企业为ARM和MIPS架构。



2、CPU内核

CPU内核,简称CPU IP Core,是某种指令集架构的具体电路实现,一个指令集架构可以有不同的实现,比如ARM有ARM9、11多种内核;MIPS有4K、24K等多种内核。


同一架构的CPU内核,执行相同的指令集,但各个内核设计不同,因此性能也不一样。CPU内核,通常以知识产权授权给芯片设计企业使用。



3、CPU芯片

CPU芯片,是产品的最终体现,给大家看一个芯片示意图,如下所示:



一般来说,CPU芯片包含了专用功能电路、存储器接口、外围设备接口和其它电路,通常把这种集成了多个功能模块的,且面向某一领域的高度集成芯片成品,叫做SoC芯片,说我们中国话,就是片上系统或者系统级芯片。



B:

早期的时候,一些国际巨头全产业链全做,从CPU指令集到CPU内核,再到芯片设计。随后,跟集成电路一样,产业分工明确,他们专门提供CPU内核知识产权,卖给芯片设计企业,自己不做芯片。


讲的更清楚一些,就是基于某种CPU指令集,专注做好CPU内核,把最好的CPU内核卖给芯片设计企业,收取高额费用。代表企业,英国的ARM和美国的MIPS,ARM的应用更广泛。


而芯片企业,把购买来的CPU内核,添加其他的功能模块,设计出来最终的SoC芯片,这两面有两种模式:


一种芯片设计企业,通过授权CPU指令集架构,自己设计CPU内核,比如高通Marvell微软等企业,获得ARM的指令集架构;而Broadcom、NEC和Toshiba等企业,获得MIPS的指令集架构。


另一种芯片设计企业,通过授权CPU内核,来做芯片设计,比如我国大部分企业都是通过购买CPU内核的,没有CPU内核技术研发能力。这样就会导致,产品同质化问题,具有CPU内核研发能力的公司,更具有市场竞争力。


CPU芯片,是集成电路行业中,产值最大,影响力最广的的产业之一,长期以来,都被欧美日韩国家掌握。我国在这方面,存在巨大的差距,每年都要支付巨额的知识产权费用,更重要的是,会面临信息安全的隐患。



三、北京君正

北京君正集成电路股份有限公司,简称北京君正(股票代码:300223),创立于2005年7月15日,2009年12月24日股改,2011年5月31日深交所创业板IPO上市。


公司创始人刘强,是国内嵌入式CPU行业的开拓者之一,在业内具有很高的声望,被评为“中关村高端领军人才”和 “中关村十大创新创业人才”等称号。



A:

北京君正,是一家32位嵌入式CPU芯片及配套软件平台的研发和销售的高科技企业,自主创新CPU内核、多媒体技术、SoC芯片技术、功耗和电源管理技术、软件平台技术等5大领域核心技术。


自成立以来,一直从事集成电路(芯片)设计,现已发展成为一家国内外领先的32位嵌入式CPU芯片供应商,是掌握自主嵌入式CPU技术并成功市场化的极少数本土企业之一。


在前面说过了,大部分芯片设计企业都是通过购买CPU内核来研发CPU芯片,而公司具备自主研发CPU内核的核心技术能力,只需要购买CPU指令集架构,只有巨头才有这个实力。


公司是跟MIPS合作,在2010年12月4日,获得了MIPS架构授权。(MIPS科技公司,是全球第二大半导体设计IP知识产权和全球第一大模拟PI公司)



B:

公司的核心技术、产品、软件平台及解决方案:



公司采取的是Fabless模式,自己做芯片设计,芯片制造和封测交给其它企业代工,芯片制造是中芯国际代工,封测是通富微电代工。


代工也要和有实力的公司合作,这样能保证产品的良率,及交货周期,把做好的芯片产品交给下游企业,比如步步高、汉王科技诺亚舟等知名企业。


下游企业直接面对终端消费者,并将终端消费者对产品性能升级、功能加强、价格降低等需求反馈到公司,促使集成电路设计采用更先进工艺和更优化设计,以推出性能更强、价格更低的集成电路产品,故受下游需求和行业发展影响最大。



C:

芯片设计,面临最大的风险就是:集成电路技术更新快,新产品层出不穷,更新替代也快,推出新产品,需要改善工艺,又需要投入资金。


而且芯片产品开发周期比较长,等好不容易开发出来了,可能就错过了最佳的时机,如果开发早了,又会面临量产问题,电子产品没人要,黏性差。


所以,集成电路行业,是一个高投入,高风险的行业,需要企业具有敏锐的市场嗅觉和强大的研发能力。


北京君正的发展来看,经历了三个重要的时间节点,分享给大家:



1、创立之初到2010年

公司的主打产品为便携式教育电子CPU芯片和便携式消费电子CPU芯片,抓住了传统电子产品的红利,比如MP3、PMP、PND(MP4\MP5)、掌上游戏机、电子书、电子词典、点读机、数码学习机等。


2010年,公司在国内消费电子领域市场份额为11.60%,位列第三,第一是三星半导体,第二是瑞芯微,第四是飞思卡尔


在教育电子CPU芯片领域:


公司位列第一,市场份额达45.28%,接近占半。

第二名是安凯科技,占比28.65%;

第三名是凌阳科技,占比13.23%;

第四名是矽(硅的旧名)创电子,占比4.89%;

三星半导体占比3.77%,排名第五。



2、2011年到2015年

这个时间段,是公司的关键转折年,本想借助资本市场抢占市场,可是公司输的很惨。上市之后,营收与净利润一路下滑,主要原因有两点:


1、移动互联网时代来临,且呈现逐年爆发式增长,传统电子产品面临更新换代,而公司主打的产品,就是消费电子和教育电子CPU芯片,对公司的影响很大。


2、公司在2011年就察觉到移动互联网的封口,也有这方面的技术储备,但是很无赖,面临MIPS架构在该市场软件生态问题,迟迟没有解决。


公司也一直在努力与MIPS共同推进,到2015年也没有解决,最后放弃了移动互联网智能手机和平板电脑等重大机会。



3、2016年到现在

在2011到2015年,公司两条腿走路,除了对移动互联网进行攻克外,先是切入智能穿戴,然后是物联网、智能家居、智能视频市场是有,不过很、人工智能领域。


公司开发了Newton平台,应对的是智能穿戴、智能家电、健康医疗、生物识别、工业控制等领域;开发了Halley平台,针对的是智能家居;Venus平台,针对的是智能手表APP............


在智能穿戴领域没有太大的紧张,市场小,周期长,用户认知度不够,没有黏性。即使在2014年谷歌苹果的介入,也没有多大的起色。


但是在其它物联网、智能视频领域(安防及民用)有了重大的突破,从2016年开始,公司踏上了新的征程,三年之间,公司营收在2015年的基础上翻了4倍。


目前公司做了两手准备,除了MIPS架构开发外,还进入了RISC-V开源架构的发展。



D:

北京君正,是十大中国最具发展潜力IC设计公司,是国内拥有自主创新CPU核心技术的极少数公司之一,是国内出货量最大的自主设计嵌入式CPU 芯片供应商。


公司拥有自主创新CPU核心技术——XBurst CPU技术,性能、尺寸、功耗均优于国内外同类产品。


尺寸越小,要求的技术越高,目前公司的CPU芯片能做出40nm(纳米)规格,稳定性好;公司的CPU芯片功耗低,受到很多厂商的青睐,因为功耗低,这样电池的待机时间就长,不然用一下,就没电了,谁还用呢?



公司的主要竞争对手:


1、三星半导体

主打电子零部件和集成电路的软件、硬件及解决方案、半导体封装技术进行研发,其产品主要集中在存储器领域。


2、瑞芯微

是我国本土的集成电路设计公司,产品主要包括数字音视频处理芯片系列、语言复读机芯片系列、数字调谐收音机控制芯片和手机多媒体处理芯片四大类。


3、飞思卡尔

是摩托罗拉2004年,单独成立的半导体部门,为汽车、消费、工业、网络和无线市场设计并制造嵌入式半导体产品,其产品主要应用于视频和音频媒体播放器、移动游戏控制台、GPS系统、智能电话、PDA、便携手持计算机和其它无线移动设备。


4、凌阳科技

是台湾的一家企业,成立于1990年,主要产品有数字影音播放器单芯片、机顶盒芯片、电视芯片等。


5、安凯科技

2000年成立于美国硅谷,最后搬到了我国大陆,产品包括手机产品芯片、数码产品芯片、开发平台及相关产品的解决方案。


6、德州仪器

公司是全球领先的集成电路设计制造公司,主要产品为ARM、MIPS等架构的门类齐全的处理器及其它半导体元器件方案。


7、高通

公司创立于1985年,是全球领先的无线通讯技术公司,总部设在美国,其主要为移动互联网设备提供通讯基带及应用处理器集成的产品。


8、Marvell

是一家提供全套宽带通信和存储解决方案的全球领先半导体厂商。在移动互联网方面,其主要推出了手机及手持设备业务方面的系列产品,并逐步推出了通讯基带和应用处理器芯片的高集成产品。


9、联发科

公司成立于1997年,其主要产品用于光存储、数码电视、手机基带、消费电子、无线互联网等领域。



四、基本面与技术面


我们的A股,一直运行了两套投资系统,一是以价值投资的为代表的食品饮料企业;另一类是代表中国新经济转型的高科技中小型企业。


高科技企业,弹性大,有想象空间,但是面临谁能走到最后的难题,很容易被颠覆,难以形成护城河,当然其炒作,业绩与估值也是不匹配的。


所以,我们回到北京君正财务报表上来看,很难看,集成电路等高科技企业,研发投入大,时刻面临打水漂的问题,如果不投入就死的更快,每一次业绩的释放,都来自制程的提升。



比如:

北京君正的XBurst2CPU芯片,研发了五六年,各项性能指标基本达到产品化要求,该芯片产品将面向物联网类市场中的中高端应用,预计于2019年第二季度进行投片。


二级市场的走势,和前面说的台基股份差不多,如下图所示:


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