英伟达专题研究：超级计算平台初步成型，星辰大海再扬帆

（报告出品方：富途）

一、半导体及GPU行业概览

半导体行业长期稳健增长，也呈现出一定周期性

2002~2021全球半导体销售额CAGR约21%，库存周期和创新周期因素叠加影响，板块表现出一定周期性。HPC（高性能计算）、新能源车、AIoT等新产业驱动半导体开启新一轮超级景气周期。2021全球半导体年销售额超5400亿美 元，增速超26%。

英伟达营收位居半导体设计公司第二

半导体产业链分为设计、材料、 设备、制造、封测几大环节， 英伟达属于最上游的Fabless设 计公司。英伟达2021年营收规模超过博 通（AVGO.O） ，位居半导体 设计公司第二。

英伟达在Fabless中营收增长显著，行业研发费用率较高

2013~2014英伟达营收小于AMD、联发科（2454.TW），2015年英伟达超越AMD，2017年英伟达超越联发科。（博通2016 营收大增主要是2015年Avago以370亿美元蛇吞象式并购博通）。Fabless行业研发费用率较高，整体保持在17%-25%区间。

GPU：计算机图显核心，擅长大规模并行计算

GPU基本概念：图形处理器（graphics processing unit，缩写GPU），又称显示核心、 视觉处理器、显示芯片。

GPU与CPU区别：CPU基于低延时设计，计算核 心和控制器以及若干级缓存组成，擅长逻辑控制， 串行运算。GPU基于大吞吐量设计，拥有更多的 计算核心，适合对密集数据进行并行处理，因此 GPU被应用于AI训练等需要大规模并发计算场景。

CPU已经逐渐脱离摩尔定律，出现性能提升瓶颈， Nvidia预计GPU的计算能力在10年内将超越CPU 1000倍。

GPU市场格局：一超两强

PC GPU市场，英伟达接近70%份额，英特尔（INTC.O） CPU集成低端的 GPU，市场份额与AMD （AMD.O）相当。只看独显市场，英伟达市场份 额高达70%-80%，AMD占20%-30%。英特尔今年也将推出首批主打笔记 本的独显。服务器GPU英伟达占据70%以上份额。

独显价格长期上升，2021年中触顶后有所回调

独显平均出货价格长期呈上升趋势，源于定期的产品升 级换代以及竞争格局稳定。2021年中显卡价格达到阶段顶点，RTX 30系列平均价格 涨至建议零售价300%之上。随后由于加密货币行情、库 存等因素，显卡市场供需改善价格有所回落。

二、公司深度分析

公司介绍：GPU发明者、AI首倡者

英伟达是一家主要做GPU（图形处理器）的半导体设计公司。公司成立于1993年，由黄仁勋联合Sun公司两位年轻工程师共同创立。英伟达在AI行业发展初期市场皆不看好的情况下，前瞻性预见了GPU在AI市场的应用。

英伟达收入结构：游戏占比持续降低，数据中心即将成为第一大业务

游戏业务仍是支柱业务，占比近半。数据中心占比持续攀升，预计很快成为第一大业务。专业可视化业务营收占比约8%。汽车业务占比仍较小。

英伟达增速、毛利率、OCF margin优于同业

英伟达、AMD （AMD.O）营收近两年保持高增速，英特尔 （INTC.O）基本停滞。英伟达毛利率65%，领先竞争对手AMD与英特尔。英伟达经营现金流率略低于英特尔，大幅高于AMD。

游戏：量价齐升，技术创新持续引领行业

近5年营收CAGR 25%，ASP CAGR 13%，出货量 CAGR 11%。PC GPU营收超AMD3倍。目前主力产品为安培架构的RTX30系列，安培架构显卡采用 Lite Hash Rate（精简哈希率）较少挖矿需求。下半年有望推 出最新Ada Lovlace架构下的RTX40系列显卡。

英伟达游戏业务主要由桌面端电脑、笔记本电脑显卡以及 Switch游戏机处理器构成，游戏本业务增速最快（全球游戏本 市场五年销量增十倍） ，疫情也刺激了高端笔记本的需求。英伟达引领游戏行业变革。在游戏画面4K60帧早已成为可能 的情况下，游戏硬件行业面临瓶颈。英伟达创造性提出光线追 踪技术、DLSS、8K、云游戏等，引领行业。

持续迭代架构，无视工艺的顶级芯片设计能力

英伟达的GPU架构平均每2年更新一次架构， 每 6 个月推出一款新产品 。从 Tesla 到 Ampere、从 GTX 到 RTX 性能稳步提升。同代显卡制程工艺落后于AMD情况下性能、 能耗比却能与AMD打平，反映出英伟达顶级 芯片设计能力。

数据中心：爆炸式增长，前景无限

英伟达数据中心业务营收5年CAGR 53%。注册Nvidia开发者达到 3百万人。自然语言处理、深度学习、云计算带来的AI运算需求持 续增长。主力硬件产品包括V100、A100加速卡，以及搭nvidia GPU、网 卡以及AMD或Intel CPU的DGX服务器等。全球云计算巨头AWS、 微软Azure、Google Cloud、阿里云都大量部署了英伟达V100显 卡以及DGX服务器。英伟达最新加速卡H100单精度算力高出 AMD、摩尔线程相对应最新产品25%、400%。GPU因性能高、通用性好是AI服务器首选加速方案，ASIC缺点是 灵活性不够，FPGA缺点在于开发难度大，价格高。超算中心市场 份额超70%，超算AI加速卡市场份额90%。

3U一体的数据中心新计算架构

英伟达2019年宣布以69亿美元全额收购以色列超算以太网公司Mellanox，全球超算Top500中，96.3%采用了Mellanox互联技术。在收购Mellanox之后，英伟达在这家公司原来硬件基础上开发了BlueField系列DPU，将DPU定位为数据中心继CPU和GPU之后的 “第三颗主力芯片”。DPU可集中处理加速数据密集型任务，包括网络、安全与存储。

2021年英伟达发布是专为大规模人工智能和高性能计算应用而设计Grace CPU，基于ARM架构，72个核心，集成198MB缓存，搭 档LPDDR5X内存。推出CPU被黄仁勋称为是完成了“解决问题的最后一块拼图”。

汽车业务：重心调整生态优化，即将步入收获期

汽车业务营收5年CAGR 3%。智能座舱芯片因高通、AMD均 发力，利润空间有限已战略收缩；定位高端的智能驾驶芯片 Xavier、Pegasus此前市场表现不及主打中低端的Mobileye。

英伟达2019年底发布世界最强算力的自动驾驶芯片Drive AGX Orin，算力是前代7倍，已与2021Q4开始交付 。

自动驾驶的浪潮来临后，英伟达与整车厂、Tier 1、Robotaxi 等智能汽车产业链建立合作，打造智能汽车生态。目前自动驾 驶未来6年在手订单超110亿美元。

专业可视化业务：由专业渲染到为各行各业AI赋能

专业可视化业务营收5年CAGR 20%，Omniverse是未来重要 驱动因素。主力硬件产品包括Quadro RTX、Titan RTX系列，与思科、惠 普、戴尔等PC厂商合作提供专业桌面、笔记本电脑；软件包括 虚拟协作、实时模拟的omniverse系统。占据工作室图形处理市场90%份额，终端应用行业包括娱乐媒 体，建筑、工程等。（报告来源：未来智库）

三、投资亮点

CUDA为始打造软件生态，构建极高竞争壁垒

2006 年推出的 GPU 软件套件CUDA（Compute Unified Device Architecture，统一计算架构）是一个基于英伟达 GPU 平台上面定制的特殊计算体系/算法。CUDA 系统助力英伟达 GPU 方便且高效地发挥其并行计算能力，使 GPU 的使用范围不 仅限于显卡，而成为了 GPGPU（General-Purpose GPU）。

CUDA平台上又有cuDNN这样的扩展计算库，针对深度神经网络 等细分模型加速，可以集成到更高级别的机器学习框架中，如谷 歌的Tensorflow，进一步完善了CUDA生态。

CUDA 经过多年优化，形成独特软硬件配合的生态系统，逐渐成 为高端计算和图形领域的权威标准，即使 AMD 的 GPU 和英伟 达 GPU 性能相差不多，但是在人工智能领域的受欢迎的程度却 有天壤之别。除 CUDA 外，目前还有广泛支持各家硬件的 OpenCL也可以实现对 GPU 计算能力的调用，但整体优化效果 不如 CUDA。

软硬件体系打造全栈服务，英伟达已是计算平台公司

在芯片、服务器等硬件设施之上，CUDA、DOCA 等开发套件构成了英伟达软件业务的底层基础框架，在此之上形成HPC、AI、 Omniverse平台，最终在应用工具&框架层面提供企业 AI、自动驾驶、云游戏、元宇宙、医疗等众多计算服务。英伟达已从一家 GPU公司升级成计算平台公司。

游戏、芯片与系统、AI与企业软件、Omniverse、汽车有望为英伟达分别带来1000亿、3000亿、1500亿、1500亿以及3000亿美 金可获取市场规模。

数据中心业务长期受益于企业AI和HPC需求增长

基于 H100，最新企业级 AI 基础设施 DGX H100 系统、DGX POD、DGX SuperPOD将于今年三季度供应。财富 10 强企业和 100 强企业中，分别有 8 家和 44 家企业使用 DGX 作为 AI 基础架构。

英伟达加速卡正在被大规模计算中心加速采用，A100营收达到V100 3倍。H100 可部署于各种数据中心，预计于今年底前全面发 售，阿里云、AWS、百度智能云、谷歌云、微软 Azure、Oracle Cloud、腾讯云和火山引擎等云服务商均计划推出基于 H100 的 实例。

人工智能爆发式增长对加速卡需求强劲

深度学习模型复杂度对芯片算力需求激增，自2012年以来，人工智能训练任务所需求的算力每 3.43 个月就会翻倍，大大超越了芯 片产业长期存在的摩尔定律（每 18 个月芯片的性能翻一倍）。整体AI模型算力需求平均2年增25倍，2017年Google发明的 Transformer模型算力需求平均2年增275倍。

H100具有新Transformer 引擎，该引擎将新的 Tensor Core 与能使用 FP8 和 FP16 数字格式的软件结合，动态处理 Transformer 网络的各个层，可将 Transformer 模型的训练时间从数周缩短至几天。

汽车业务TAM巨大，但也面临特斯拉、苹果等封闭生态竞争

全球自动驾驶正迈入商用阶段，IDC预计L1和L2级自动驾驶在2024年的市场份额预计分别为64.4%和34.0%。汽车智能化进程推动 数据处理量呈现指数级上升，英伟达预计汽车业务远期TAM3000亿美金。英伟达已量产Orin芯片254TOPS，遥遥领先行业（FSD HW3.0为144TOPS（两颗芯片72TOPS*2 ））被一线新能源车企广泛采用。同时，英伟达汽车业务作为开放生态代表也面临特斯拉、 苹果这类全封闭生态对手的竞争。

元宇宙技术平台底座，Omniverse未来可期

Omniverse 能将英伟达旗下GPU、CUDA、实时光线追踪 RTX 技术等所有软硬件技术集中到一个平台，形成完整全栈解决方案， 从而以更高效和兼容的方式，解决与“物理世界拟真”相关的各项痛点，是英伟达为创建元宇宙数字化虚拟空间的技术平台底 座。Omniverse让各类设计参与方和开发人员在统一平台下解决数据传输问题，统一应用软件格式，在不同地点无缝协作。当 前该平台在建筑工程施工、媒体娱乐、制造业、超级计算及游戏开发等多个领域，已有成熟解决方案。

游戏业务预计稳健发展，GeforceNow 有望带来增量空间

GeForce NOW是英伟达的云游戏平台，用户可以访问 虚拟化的 NVIDIA 游戏机，并通过高带宽连接享受高性 能的游戏体验，而无需考虑本地硬件(包括移动智能手机/ 平板电脑游戏以及将 PC 游戏扩展到电视。GeForce Now 提供三档订阅方案（免费版、49.99 美元/半年、 99 美元/年），营收贡献较少，仍在培育期。

四、盈利预测

财务预测

分项业务中，我们看好数据中心业务长期表现，考虑到高性能计算以及企业AI算力的强劲需求，我们预计该业务延续快速增长趋 势，FY 2023（对应自然年2022.02.01-2023.01.30）增速52%，未来两年保持40%+。

汽车业务由于在手订单110亿美元在6年时间逐步转化为收入以及新增订单，具备高确定性和高成长性，考虑今年下游车企受制于 供应链等因素，预计FY 2023该业务营收11.2亿，同比翻倍。FY 2024收入有望超20亿美元。

游戏业务考虑到高端笔记本和显卡需求减弱等因素我们认为FY 2023收入增速将放缓。中长期看，由于全球游戏玩家稳步增长， RTX渗透率较低以及英伟达高端显卡优势，我们认为游戏业务有望保持中低双位数增长。

我们预计FY 2023毛利率保持稳定，整体费用率保持稳定，GAAP净利115亿美元，同比增18.5%， GAAP净利率32%；NonGAAP净利133亿，同比增18% ，Non- GAAP净利率37%。GAAP与Non- GAAP差异主要由于股权激励以及收购相关的无形资产摊销，参考近两年水平测算。按照4月22日英伟达市值5050亿美金，对应GAAP动态PE约44倍，Non- GAAP动态PE约为38倍。

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