ARM 公司研究

导读：ARM有着极强的生态作为护城河，而且长期在AI赛道的发展空间广阔；但在缺乏短期业绩催化且估值昂贵的前提下，仍需等待更合理的风险收益比再行布局。

一、历史沿革

(一)Advanced RISC Machines Ltd.，公司是Acorn RISC Machine的IP所有者和开发商。

1.公司成立于1990年。

2.2016年，孙正义以$32B全现金收购。

3.2020年，Nvidia计划以400亿美元收购，后因反垄断被否决。

4.2023年9月，软银出售10%的ARM股份以实现上市。

(二)发展历程

1.产业层面，芯片越来越复杂，研发周期和研发资金的要求逐渐提高，导致产业链各个环节逐步解耦。

    1)IDM转为Fabless + Foundry的模式。

    2)Fabless环节也细分出了EDA和IP核两个pre-requisition。

2.1985年，Acorn研发出基于RISC的ARM架构，但当时的处理器市场由Wintel主导。商业上的失败驱使公司转型IP授权模式。

3.随着计算终端从PC转向智能手机，公司的低功耗产品完美契合时代，在移动端掌握了99%市场份额。

4.AI时代：增量终端大多是ARM的市场。

    1)ARM架构的芯片能够更好地释放加速卡性能，驱动了其在服务器市场的快速发展。

    2)汽车市场

    3)智能眼镜市场

    4)AIPC

二、商业模式与财务

(一)产品

1.指令集：CPU中用来计算和控制计算机系统的一套指令的集合。每一种新型的CPU在设计时就规定了一系列与其他硬件电路相配合的指令系统，而且计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件，计算机指令集越大就会使微处理器更复杂，执行操作也会更慢。而指令集的先进与否，也关系到CPU的性能发挥，它也是CPU性能体现的一个重要标志。

1)X86是复杂指令集，是Intel为其第一块16位CPU(i8086)专门开发的。

2)RISC指令集是目前高性能CPU的发展方向，它与传统的CISC(复杂指令集)相对。相比而言，RISC的指令格式统一（<4），指令长度短，种类少（<128），寻址方式（<4）也比复杂指令集少。在RISC中，计算机实际上每一个机器周期里都执行指令，无论简单或复杂的操作，均由简单指令的程序块完成。

• 计算机的性能可以用完成一特定任务所需的时间来衡量，这个时间等于C×T×I；C=完成每条指令所需的周期数，T=每个周期的时间，I=每个任务的指令数。RISC努力使C和T减至最小，C和T的减小可能导致I的增加，但优化编译技术和其他技术的采用可以弥补由于I的增加对机器性能的影响。
• 代码长：因为RISC拥有的指令数少，有些在CISC中仅由一条指令完成的功能，在RISC中需二、三条甚至更多条指令，这使RISC代码较长，因而RISC的程序需要更多的内存，内存与CPU间的指令冲突也会增加。研究表明，平均而言，执行同样的功能，一个RISC程序比一个CISC程序长30%。
• 软件开支高：RISC对编译器要求较高，优化编译器的设计是一项极复要且技术要求很高的工作，它又必须由RISC机制造单位自身编制，因为没有RISC详细原始资料不可能产生编译程序的目标代码。因此，第三方公司提供新版本较困难，用户选择少导致软件费用高。

2.IP核是个中间件：IP 核（Intellectual Property）是具有知识产权核的集成电路芯核的总称，是芯片设计环节中逐步分离出来的经过反复验证过的、具有特定功能的、可以重复使用的、包含特定核心元素的（指令集、功能描述、代码等）集成电路设计宏模块（逻辑或功能单元），可以理解为部分可重复使用的“芯片设计模块”，如处理器IP（50%市场）、接口IP、存储IP、模拟IP等，其作用就是在芯片设计环节中降低冗余设计成本，降低错误发生的风险。

    1)软核：经过行为级功能验证的RTL代码，以HDL文本形式呈交。

    2)硬核：完成了门极电路综合及时序仿真等环节，以网表形式呈交，但在布线环境仍有调整空间。

    3)固核：以掩膜版图形式呈交，同时包含全套工艺文件，没有任何灵活度。

3.ARM主营处理器IP核。

4.除了核之外，ARM通过售卖设计环节需要用的软件和开发工具，提供相应的技术支持及培训服务挣钱。

(二)收入：

1.Licensing：通过四类授权（ALA、TLA、TAA、FAA）向客户输出 CPU/GPU/IP 设计，先收一次授权费。

1)按照毛利率排序为ALA>TLA>TAA>FAA

2)ALA（Architecture License Agreement，架构许可）：公司授权指令集，客户自研微架构，客户包括Apple M/A系列、Qualcomm Kryo/Air、海思v8.5、Nvidia Grace/Vera等。

3)TLA（Technology License Agreement，技术许可）：授权设计好的处理器IP，如Cortex-A、Mali GPU，该IP可以直接整合进SoC，客户包括联发科、三星、小米等。

4)TAA（Total Access Agreements，整体授权/定制解决方案）：一条龙服务，包括IP、工具、技术支持，公司通常锁定大客户以长期合作，并派驻工程师。客户包括大型CSP，如AWS Graviton、Google Axion、Microsoft Cobalt，Tesla等汽车SoC也购买此类服务。

5)FAA（Flexible Access Agreements，灵活接入）：订阅式授权模式，客户可在订阅期内访问 Arm 的大部分 IP 库，用于评估和原型开发。

6)CSS（computer subsystems）：2025年新推出的服务，不再仅仅提供架构和核，直接提供预集成、预验证的子系统，包含了CPU、GPU、系统互联及内存管理等关键组件。根据工作量的多寡，具体项目再谈package，$3,000的CPU，公司可以抽水10~15%，远远高于过去的模式。

2.Royalty：再根据芯片出货量收取版税，Licensing cases * Case chips shipment * Royalty rate。

1)TLA贡献主要版税收入，因为公版内核费率最高。

2)TAA因为Licensing订单体量大，所以单颗royalty单价会比公版略低，但因为绑定超大客户，出货量巨大，因此royalty规模也在快速上升。

3)ALA因为客户如Apple、Qualcomm自研，主要是license收入，royalty价格很低（通常<$0.05 per chip，远低于公版内核的$0.10-$0.20+），对整体贡献最小。

3.客户结构：非常底层的半导体技术服务，客户分散在全球。

1)Arm China：2022年重组后，Arm Ltd.持有其47.33%的股权，中国资本持有52.67%。

• Arm China拥有Arm IP在中国的独家技术授权，并可基于ARM架构开发本土化技术（需遵守兼容性协议）。

• Arm Ltd.通过董事会参与公司经营，但中方股东占据主导地位。

• Arm China 业务涵盖 Mobile、PC、IoT、Infra、Auto 五大类，其中还是移动占比最大，核心客户主要是阿里和字节+紫光展锐+小米+IoT芯片公司(瑞芯微/全志科技/晶晨股份...)

      

2)Apple处理器深度自研，只使用ARM指令集（v8为主），二者之间的合作关系较稳定。

3)2025 年起部分Qualcomm旗舰手机转向含有自研内核的Snapdragon 8 Elite（Arm ISA，但非Arm CPU IP），随着Nuvia CPU能力在Qualcomm的渗透，未来Arm的royalty收入会从TLA 往ALA royalty 倾斜，导致Qualcomm业务的收入增速会放缓。

4)联发科未来将成为Top3客户：

• 联发科在平板、Chromebook及潜在的Windows on ARM / PC SoC项目中仍主要依赖Arm公版CPU与CSSIP。

• 手机也同样完全依赖Arm CPU和GPU TLA。Dimensity系列（9300、9400）直接采用Arm最新Cortex 大核（X4/X5）与中小核（A720/A520），不走Qualcomm的自研CPU 路径。

(三)利润率：高毛利率，大量的研发费用导致营运利润率较低。

三、Total Addressable Market（TAM）与竞争格局

(一)TAM：公司目前披露的TAM为$120B。

(二)发展趋势：跟踪PC和数据中心市场，Arm的份额变化。

1.TAM：估算5年$52B增量市场。

1)智能眼镜：今年出货量约1亿台，3-5x的增长空间。每副眼镜芯片价值量约$50，对应$10B~20B增量市场；因为智能眼镜对功耗也有较高的要求，且app市场生态完备，预计Arm在该市场的份额超过90%。

2)汽车市场SoC增速约10%，对应$15B增量市场，份额从44%扩张至50%+。

3)基础设施：基础设施的算力需求（CPU+ASIC）未来将超过终端，$100B增量市场规模，Arm占据30%+市场份额。

2.服务延伸：通过Compute Subsystem Solution将价值链延伸到高毛利的前道设计，这样既能提升在硬件中的价值占比（10%→30%+），又能保持客户关系的中立性。

(三)与RISC-V的竞争

1.当前RISC-V在低端芯片市场渗透率已经较高，估测wifi芯片渗透率达30-40%，在整个消费电子领域渗透率达到10%，乐鑫、兆易创新、全志等国内厂商应用积极。

2.RISC-V逐渐向高性能场景推进，国内厂商（如算能、睿思芯科）推出多核RISC-V产品，但性能仅达入门级x86水平，其落地依赖政策驱动的国产替代需求，而非纯商业竞争。RISC-V在服务器领域规模化落地至需要4-5年。

3.RISC-V单核性能最高对标Arm A78（如达摩院C930），与Arm顶尖产品仍有代差，生态碎片化是主要瓶颈。手机或PC市场因生态复杂且Arm壁垒高，预计RISC-V发展会慢于服务器市场。

(四)周期

1.手机：复苏周期已到尾声，景气度见顶回落，预计在25Q3末开始走下坡路。

1)全球手机市场已在2023Q4～2025Q2走出自2013年以来最长的7季度复苏周期。

2)产业没有创新，高端趋于饱和。

3)2025Q2 仅1%同比增幅：经济不确定性压缩了低端Android需求，中国市场补贴未能拉动销量，仅借618清库存拉动部分需求。

4)历史周期：

• 2000–2007：功能机红利，出现过连续32个季度增长

• 2008–2015：智能机渗透加速，同样实现连续32个季度增长

• 之后10年里，手机市场高度饱和，没有出现类似的超长连续增长周期，连续增长超过4个季度的情况都极少。

2.PC：企业换机短期支撑景气，但消费端已降温，且面临关税与供应链扰动，景气度将在25H2由高位转向下行。

1)2025Q2 出货量同比增长 7.4% 笔电同比增长7%，桌面同比增长9%。

2)增长动力由商业端主导，企业端加快部署Win11更新，因为25年10月后微软就将取消对Win10的软件支持。

3)本轮周期已持续7个季度，在历史上属于较长水平。

3.汽车和工业：一直在底部震荡。

4.人工智能技术：持续强劲，产业capex不断上修，预计到25Q4将推动行业达到新的高峰。

(五)Arm版本更替仍将贡献增长。

1.V9比V8强在哪？

    1)安全性：引入realms，其为一个受保护的内存区域，对所有人都不可见，包括操作系统内核和hypervisor；应用程序可以创建一个realm来管理敏感代码和数据。

    2)SVE2：

• 可变矢量长度：SVE2 支持 128b 到 2048b的可变矢量长度。这意味着软件无需为不同硬件重新编译，即可在不同核心（如支持 128b 的轻量级核心和支持 2048b 的性能核心）上高效运行，实现了“一次编写，到处运行”。

• 更广泛的应用场景：SVE2 增强了指令集，更好地支持 ML、DSP、XR（增强/虚拟现实）、计算机视觉等workloads，而不仅仅是科学计算。

• 性能提升：更宽的矢量位宽和更高效的指令集带来了数倍的 AI 和矢量处理性能提升。

    3)整体性能/效率提升：通过更宽、更深的流水线设计、更高的预测准确性、更好的分支预测器等微架构优化来实现IPC（每时钟周期指令数）性能提升（＞30%）；数字信号处理增强，更高效的处理音频及传感器数据；改善虚拟化支持。

2.V9仍处于爬坡期，V8已经完成渗透。

1)v9在2021年宣布，2022-2023年期间，Snapdragon 8 Gen 1/2/3 全面采用 v9。

2)2024–2025 年，v9开始下沉到中端SoC（Snapdragon7系列、天玑 8000 系列）。v9在手机端销售额占比已超过50%，但销量渗透率只有15–20%。

3)iPhone 目前没有上v9的计划。

4)参考v8的周期趋势：发布到见顶约5–6年才会peak，因此v9在手机端或于26H2~27H1渗透率peak。

5)2024H2–2025：第一批大规模Armv9数据中心CPU出货（AWSGraviton4、GoogleAxion、Azure Cobalt、AmpereOne）

6)2025–2026：CSP全面替换旧一代v8（Graviton2/3等），完成v9升级。

3.不同版本的价格梯度

4.不同版本的收入占比

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