人工智能芯片是人工智能发展的基石；是驱动智能产品的大脑；是数据、算法、算力在各类场景应用落地的基础依托。“无芯片不AI”的观念已经深入人心，成为业界共识。随着人工智能产业的持续高速发展，AI在智能安防、无人驾驶、智能手机、智慧零售、智能机器人等几大行业不断落地，工信部提前发放5G商用牌照，人工智能和5G将引爆下一轮智能化热潮。
近年来，传统芯片厂商、科技巨头、应用层厂商及初创企业纷纷开始涉足其中，不仅力求加快芯片国产化进程，也试图抢占市场主动。同时，对于国内厂商来说，在芯片产业链，甚至整个AI行业格局未定的态势下，一旦通过AI芯片实现“弯道超车”，杀出重围，将有机会成为行业领军者，其诱惑可谓巨大。
人工智能芯片产业链
从人工智能（AI）芯片产业链来看：AI芯片产业链主要分为AI设计-制造/封测-系统集成及应用，具体如下图所示：
人工智能芯片产业链全景图▽
▲资料来源：中商产业研究院整理
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1.产业链上游
（1）芯片设计
AI芯片产业链上游主要是芯片设计，按照商业模式，可再细分成三种：IP设计、芯片设计代工和芯片设计，大部分公司是IC设计公司。
IP设计：IP设计相对于芯片设计是在更顶层的产业链位置，以IP核授权收费为主。传统的IP核授权企业是以安谋（arm）为代表，新创的AI芯片企业虽然也会设计出新型IP核，但因授权模式不易以规模效应创造可观收入，新创企业一般不以此作为主要盈利模式。另外还有提供自动化设计（EDAtool）和芯片设计验证工具的cadence和Synopsys，也在积极部署人工智能专用芯片领域
芯片设计：大部分的人工智能新创企业是以芯片设计为主，但在这个领域中存在传统强敌，比如：英伟达、英特尔、塞灵思（Xilinx）和恩智浦，因此目前少数AI芯片设计企业会进入传统芯片企业的产品领域，例如寒武纪与英伟达竞争服务器芯片市场，地平线与英伟达及恩智浦竞争自动驾驶芯片市场，其余多为在物联网场景上布局，如提供语音辨识芯片的云知声，提供人脸辨识芯片的中星微，或者是提供边缘智能视觉计算芯片的酷芯微电子。近年来，芯片设计行业市场规模不断扩大。据中国半导体行业协会数据显示：2012-2019年，我国芯片设计业销售规模由622亿元增长至3064亿元，年均复合增长率高达25.59%。2019年度我国第一次芯片设计业跨过3000亿元关口，同比增长21.6%。
▲数据来源：CSIA、中商产业研究院整理
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（2）晶圆代工
由于硅晶圆制造难度极大，客户对纯度与尺寸的要求很高。数据显示：2019年前三季度全球晶圆代工市占率排名前三名分别为台积电(TSMC) 50.5%、三星(Samsung) 18.5%与格芯(GlobalFoundries) 8%。然而，受到中美贸易摩擦持续延烧影响，消费者市场需求低于2018年同期，因此下半年半导体产业的反弹力道恐不如预期强劲。
从营收来看：台积电（TSMC）、三星（Samsung）、格罗方德（GlobalFoundries）、台湾联华电子（UMC）、中芯国际（SMIC）、高塔半导体（Tower Jazz）、华虹半导体（Hua Hong）、世界先进积体电路（VIS）、力晶科技（PSC）、东部高科（Dongbu HiTek）为2019年第三季度全球晶圆代工营收前十大企业。其中，台积电（TSMC）以营收9152百万美元位居榜首，同比增长7.07%。以下是榜单详细排名情况：
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（3）芯片代工
在芯片代工领域，台积电一枝独秀，三星开始发力代工。从企业来看，2018年台积电以54.39%的市场占有率处于绝对领先的地位，在三星将芯片代工部门从系统LSI业务部门中独立出来后，统计口径的改变让三星一跃成为第二。格罗方德和联华电子分列第三、第四。国内厂商中芯国际暂列第五。
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（4）封装测试
近年来，随着电子设备向智能化、小型化方向发展，芯片集成度、密度和性能日益提高，封装模式不断推陈出新，封装规模也随着集成电路产业规模持续增长而呈现快速增长态势。据数据显示：2012-2019年，我国封装测试规模1，036亿元增长至2350亿元，年均复合增长率为12.42%。
▲数据来源：CSIA、中商产业研究院整理
从封测业市场竞争格局来看：据拓墣产业研究院发布的2020年第一季度全球前十大封测业厂商榜单显示：日月光、安靠、江苏长电、矽品、力成、通富微电、天水华天、京元电、南茂、颀邦为2020年第一季度全球前十大封测业厂商。其中，封测龙头日月光位居榜首。日月光2020年第一季营收达13.55亿美元，年增21.4%，主要成长动能为5G手机AiP及消费性电子等封装应用。
排名第二的安靠由于5G通讯及消费电子领域需求强劲，第一季营收年增28.8%，达11.53亿美元。矽品同样受惠这两类应用的需求成长，第一季营收为8.06亿美元，年增高达34.4%，较其他业者显著，排名虽维持第四，但已逐步拉近与江苏长电的差距。
中国大陆封测三雄江苏长电、通富微电及天水华天第一季营收表现主要受惠于中美关系的回稳，逐步带动整体营收成长。然而，天水华天是前十大中唯一出现营收衰退的厂商，拓墣产业研究院认为可能是因疫情爆发时，为承接政府防疫相关的红外线感测元件等封装需求，因而排挤原先消费性电子等应用的生产进度。
▲数据来源：拓墣产业研究院、中商产业研究院整理
2.产业链中游
AI芯片是人工智能的“大脑”，目前AI芯片主要类型有CPU、GPU(图形处理器)、FPGA(现场可编辑门阵列)、DSP、ASIC(针对神经网络算法的专用芯片)和类人脑芯片几种，ASIC有望在今后数年内取代当前的通用芯片成为人工智能芯片的主力。近年来AI芯片市场规模呈快速增长态势。预计至2021年，人工智能芯片市场规模有望达到111亿美元，年复合增长率达20.99%。
▲数据来源：Gartner、中商产业研究院整理
就国内而言，目前我国的人工智能芯片行业发展尚处于起步阶段。随着大数据的发展，计算能力的提升，人工智能近两年迎来了新一轮的爆发。数据显示，2017年中国人工智能芯片市场规模达到33.3亿元，同比增长75%；预计2020年市场规模将进一步增长，达到75.1亿元。
▲资料来源：中商产业研究院整理
▲资料来源：中商产业研究院整理
3.产业链下游
AI芯片产业链的下游主要为系统集成及应用企业，比如人工智能解决方案商等。其中，最主要的热门应用领域包括自动驾驶、智能手机、机器人以及安防等领域。
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（1）自动驾驶
自动驾驶对芯片算力有很高的要求， 而受限于时延及可靠性，有关自动驾驶的计算不能在云端进行，因此终端推理芯片升级势在必行。根据丰田公司的统计数据，实现L5级完全自动驾驶，至少需要12TOPS的推理算力，按照Nvidia PX2自动驾驶平台测算，差不多需要15块PX2车载计算机，才能满足完全自动驾驶的需求。
据中商产业研究院发布的《2020-2025年中国无人驾驶汽车行业市场前景调查及投融资战略研究报告》显示，2016年全球无人驾驶汽车规模约达40亿美元，市场发展空间还很大。到2021年，预计全球无人驾驶汽车市场规模将达70.3亿美元。
▲数据来源：中商产业研究院整理
从国内来看，此前在中国汽车工程学会发布的“节能与新能源汽车技术路线图”中就有提到，至2020年，汽车产业规模将达3000万辆，驾驶辅助/部分自动驾驶车辆的市场占有率将达50%；力求高度或完全自动驾驶汽车在2021年到2025年能够上市；2026年到2030年，每辆车都应采用无人驾驶或辅助驾驶系统，无人驾驶汽车热潮袭来。据预测，2020年中国智能驾驶行业市场规模将超1700亿元。
▲数据来源：中商产业研究院整理
目前，自动驾驶上游系统解决方案逐渐形成英伟达与英特尔-Mobileye联盟两大竞争者。除了上述两大主力汽车芯片竞争方，百度虽然与英伟达合作密切（Apollo开放平台从数据中心到自动驾驶都将使用英伟达技术，包括Tesla GPU和DRIVE PX2，以及CUDA和TensorRT在内的英伟达软件），却也采用Xilinx的FPGA芯片加速机器学习，用于语音识别和汽车自动驾驶。
（2）智能手机
在智能手机市场来看：据国际数据公司（IDC）2月4日发布数据显示，2019年全球智能手机出货量为13.71亿部，同比下降2.3%。值得一提的是，这是全球智能手机出货量连续第三年下滑。
▲数据来源：IDC、中商产业研究院整理
从市场份额来看：三星在2019年全球智能手机出货量市场占份额为21.6%；华为在2019年全球智能手机出货量市场份额为17.6%位居第二；苹果市场占份额为13.9%。小米出货量为1.256亿台，占市场份额为9.2%；OPPO出货量为1.143亿台，占市场份额为8.3%。值得一提的是，前五大手机厂商市场份额超全球智能手机市场份额的7成。
▲数据来源：IDC、中商产业研究院整理
在智能手机芯片市场上，主要玩家定位包括：（1）采用芯片 整机垂直商业模式的厂商：苹果、三星、华为等；（2）独立芯片供应商：高通、联发科、展锐等；（3）向芯片企业提供独立IP授权的供应商：ARM、Synopsys、Cadence，寒武纪等。（4）采用垂直商业模式厂商的芯片不对外发售，只服务于自身品牌的整机，性能针对自身软件做出了特殊优化，靠效率取胜。独立芯片供应商以相对更强的性能指标，来获得剩余厂商的市场份额。
从2017年开始，苹果、华为海思、高通、联发科等主要芯片厂商相继发布支持AI加速功能的新一代芯片，AI芯片逐渐向中端产品渗透。由于手机空间有限，独立的AI芯片很难被手机厂商采用。在AI加速芯片设计能力上有先发优势的企业（如寒武纪）一般通过IP授权的方式切入。高通很有可能在手机AI赛道延续优势地位，近日发布的骁龙855被称为当前最强AI芯片，比起苹果A12、华为麒麟980，性能提升一倍，并将成为全球第一款商用5G芯片。
人工智能芯片行业未来发展趋势
人工智能芯片未来将呈现四大发展趋势：
一是芯片开发从技术难点到场景痛点。目前人工智能芯片设计更多的是从技术角度，以满足特定性能需求出发。未来的芯片设计需要从应用场景出发，借助场景落地实现规模发展，从客户终端需求出发，从需求量、商业落地模式、市场壁垒等各个方面综合分析落地的可行性。
二是技术路线从专用芯片到通用芯片，目前，应用于AI领域的芯片多为特定场景设计，不能灵活适应多场景需求，未来需要专门为人工智能设计的灵活、通用的芯片，成为人工智能领域的“CPU”。
三是智能计算从云端到云边一体。目前云端AI芯片应用更多相对成熟，随着边缘计算兴起，“云边结合”方案渐成主流。
四是合作从串行分工到融合共生。现阶段，AI芯片产业发展方式为以企业为主体，产品上下游企业相对独立运营和管理，同环节企业高度竞争，未来产业发展将以合作主线，借助合资公司、共同搭建平台等方式，形成合作生态。
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更多资料请参考中商产业研究院发布的《2020-2025年中国人工智能芯片产业市场前景及投资机会研究报告》，同时中商产业研究院还提供产业大数据、产业规划策划、产业园策划规划、产业招商引资等解决方案。
