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經過近十年的培育與發展,中國的信創生態正逐漸成型,從PK體系到華為鯤鵬生態,國內正湧現出一批優秀的從事基礎軟硬體研發銷售的技術型公司,這些公司有望重構國內IT產業架構,並在此次中中國產替代浪潮中充分受益。

一、X86vs.ARM

技術發展與生態構建形成了目前X86架構在PC及伺服器端的統治地位,指令集構建的生態系統形成高壁壘。我們認為未來伺服器CPU依然將以X86為主,ARM是對X86的補充而非替代品。

微處理器是執行計算機CPU核心功能的積體電路,微處理器執行的一組完整指令稱為指令集。按照採用的指令集,CPU可以分為以X86為代表的複雜指令集架構(CISC)和以ARM為代表的精簡指令集架構(RISC)。

1978年Intel釋出了CISC架構的首款X86處理器Intel8086,此後四十多年尤其是80年代後期到90年代,RISC架構同CISC架構在電腦領域交鋒多次,雙方各有所長,卻一直不斷在對方更擅長的領域進攻。

1、指令集發展歷程

計算機處理器包含有實現各種功能的指令或微指令,指令集越豐富,為微處理器編寫程式就越容易,但是豐富的微指令集會影響其效能。早期由於計算機部件昂貴、主頻低,人們通過將更多指令加入系統中以達到提高計算機處理效率,複雜指令集CISC因此誕生。

採用CISC指令集的計算機能較強的處理高階語言,但在程式運算中存在較多不常用指令,且複雜指令集使得硬體設計結構複雜。80年代,簡化並只保留最常用指令的精簡指令集RISC出現,每條指令執行只需一個時鐘週期,並行處理成為可能。

在CISC與RISC發展過程中,X86與ARM是其中最具代表性的指令集架構。其中,X86架構高效能、高功耗,常用於PC端和伺服器端;ARM架構的優勢高效、低功耗便利,但在複雜、隨機的程式操作時表現較差,多用於移動終端。目前,X86架構以Intel和AMD為主,ARM以蘋果、高通、華為等為主。

2、X86在伺服器領域處於絕對領先

X86在伺服器晶片市場份額遙遙領先。根據IDC資料,19年四季度X86伺服器出貨量增長12.9%,達到335萬臺(佔總出貨量的98.5%),收入為224.4億美元(佔總收入的89%);非X86伺服器出貨量增長了17.8%,達到29.1億美元,其中IBM的Systemz和PowerSystems佔據非X86伺服器市場份額的78.8%。目前,主要品牌伺服器戴爾、慧與(HPE)、浪潮、聯想均採用X86架構伺服器CPU。

目前異架構(AI)伺服器主要使用X86架構CPU。隨著大資料、人工智慧及物聯網的發展,資料處理量快速增加,單一CPU很難提供如此龐大的算力,異架構(AI)伺服器應運而生。目前市場主流技術採用X86架構CPU+GPU/FPGA/ASIC等異構計算。其中GPU、FPGA、ASIC均具備大量計算單元,能夠適合大規模平行計算的需求。

X86架構晶片更適用於AI技術中的邏輯推理。AI技術分為模型訓練階段與推理階段。目前由於邊緣計算髮展程度不高,模型訓練與推理大都在雲端中心伺服器上完成。

其中,模型訓練需要對大量規則資料結構處理和進行可預測的存取,由NVIDIA的GPU晶片占主導地位;而推理則需要處理不規則資料結構和不可預測的存取模式,程式擁有複雜的指令排程和語句結構,X86晶片恰好具有這樣的技術特點,能夠高效地實現推理。

伺服器企業試圖將ARM在移動終端中的成功複製到伺服器上,ARM伺服器逐漸興起。由於Intel在伺服器晶片領域的壟斷現狀以及ARM在移動端的成功,各大廠商試圖將ARM技術應用在伺服器領域,AMD、三星、英偉達、高通等均在ARM架構伺服器晶片研發上屢有嘗試。

18年,亞馬遜推出了首款自研ARM架構雲伺服器CPUGraviton;華為於19年推出了基於鯤鵬ARM架構的泰山伺服器。

泰山伺服器是華為新一代資料中心伺服器,基於華為鯤鵬處理器,適合為大資料、分散式儲存、ARM原生、高效能運算和資料庫等應用加速。

3、X86伺服器依然是主流,ARM對其是補充而不是替代

技術發展與生態構建形成了目前X86架構在PC及伺服器端的統治地位,指令集構建生態系統形成高壁壘。計算機系統中,將功能可以分解為硬體和軟體層面,硬體層面提供可實現功能的集合,即指令集;由軟體層面編寫程式,即排列組合指令去具體實現功能。

在軟體層面又細分為系統軟體和應用軟體。通常可以把硬體和系統軟體合併,看作解決計算機系統層面層。Intel提供CPU硬體而微軟提供Windows操作提供,構建起了Wintel聯盟,經過40年的發展,大部分應用軟體都使用X86架構進行設計。

複雜指令集計算機(CISC)體系結構的設計策略是使用大量的指令,包括複雜指令。與其他設計相比,在CISC中進行程式設計要比在其他設計中容易,因為每一項簡單或複雜的任務都有一條對應的指令。

一方面,已經依照X86架構完成伺服器端程式開發的軟體開發者,由於考慮到部署雲服務時需要滿足測試與工作環境相匹配,為了保障本地環境開發的程式在雲中執行也會有同樣結果,開發者會選擇同樣為X86架構的雲端伺服器。

另一方面,在考慮開發新軟體的軟體開發者,由於缺乏ARM伺服器的價效比激勵以及生態壞境較弱無法支援軟體與其他應用良性互動,會優先考慮採用X86架構進行伺服器端程式設計。

提供業務的系統包含多個業務軟體棧,在考慮業務上雲時,由於從韌體、作業系統核心、各種虛擬化技術、雲架構軟體、雲端儲存、資料庫和安全等領域,每個層級都由X86架構充斥,則傾向選擇X86架構的伺服器。

如果要進行X86平臺業務遷移至ARM平臺,會涉及到多個軟體,需要構建ARM叢集伺服器,容器叢集,資料庫叢集,應用叢集等。從運維到應用,都要進行ARM指令集的交叉編譯,耗費巨大的成本。

綜上,我們判斷未來資料中心伺服器將以X86為主,ARM架構對目前已有伺服器結構是補充。隨著移動端5G流量的提升,ARM更適合作為邊緣計算伺服器。

二、Intel10nm規格晶片對伺服器需求的影響

Intel技術迭代可能導致下游伺服器需求先抑後揚。根據回溯2014年Intel製程升級,若Intel在2021年正式量產10nm晶片,那麼2020年伺服器市場規模將有小幅度下滑趨勢;2021年伺服器出貨量將下降,但伺服器市場規模仍然有小幅度增長;2022年伺服器市場規模有望大幅增長。

1、歷史資料回溯

Intel與AMD壟斷了市場上X86伺服器晶片市場,其中Intel處於絕對領先優勢。近十年以來Intel在X86伺服器晶片市場份額一直保持在96%以上。作為重要上游企業,我們認為Intel在晶片重要升級將一定程度影響伺服器市場表現。

Intel兩次提升晶片製程,目前市場上以14nmXeon系列為主。歷史上的技術演變中,Intel公司曾引領兩次重要的晶片製程升級,分別為2010年32nm晶片升級至22nm以及2014年由22nm晶片升級至14nm晶片。

其中14nm晶片大幅改進整合密度、提升效能並降低功耗,能耗比達到了22nm的兩倍以上,提升幅度超越以往晶片升級。

Intel計劃在2021年初將推出其第一顆10nm伺服器x86CPUIceLake-SP,在成本、耗能上有大幅度升級。我們認為此次升級對於伺服器市場的影響或可以參照14nm升級。

晶片升級提升晶片需求和伺服器市場規模,且伺服器市場規模的波動滯後晶片需求約一個季度。

2014年Q1Intel正式量產14nm晶片,DCG部門營收大幅增長,14年Q1同比增長19.42%,全年同比增長28.02%;同年,伺服器市場規模扭轉Q1下降趨勢,於Q2同比增長3.59%,最終14年全年小幅度增長1.14%。

晶片升級前一年,晶片需求增幅顯頹勢、伺服器市場規模小幅度下滑。2013年DCG按季度同比營收增長均處於較低水平,全年營收同比增長4.63%;伺服器市場處於下降趨勢,全年市場規模減少1.57%。

晶片升級後一年,晶片需求保持穩定增長,伺服器市場大幅度增長。2015年DCG全年營收同比增長11.05%,伺服器市場規模增長8.47%。

雖然14年伺服器市場規模總體小幅提升,但伺服器出貨量缺明顯下滑。關注伺服器市場出貨量時,不同於伺服器市場規模的增長趨勢,晶片升級的2014年整體伺服器出貨量同比下跌,下降幅度為7.09%。

通過分拆IntelDCG部門營收,我們判斷新品推出對公司平均售價及銷售量都具備很強的提振效果。

將DCG收入分拆為平均售價和銷售數量,2013年平臺平均售價上升6%,銷量額下降1%,平均售價受益於網際網路雲端計算和高效能運算市場領域的增長。2014年平臺平均售價14年比13年增長了10%,銷售量上漲8%。

2015年平臺平均售價比14年上漲3%,銷售量上漲8%。16年平臺平均售價比15年下降1%,銷售量上漲8%。

Intel公司屬於晶片壟斷廠商,通過晶片不斷升級型號從而提高價格,可以看到即使在晶片更新的前一年13年售價仍然能夠保持增長。但銷售數量受到到下游伺服器廠商減緩採購的影響,總營業收入增長率有明顯下滑。

2、原因總結:新品適配影響當期出貨量

1)14年伺服器出貨量下降:

當新規格晶片量產後,整體伺服器廠商完全適配晶片需要有一定的研發週期。14年有部分下游客戶在等待升級後的新晶片架構伺服器,或考慮到整體廠商適配後14nm伺服器價格會逐漸下降,在等待後續能夠低價購入。

2)14年伺服器市場仍然有增長:

部分廠商的研發水平較高,能夠更快的適應新規格晶片開發出適合的伺服器型號。由於新型號晶片的價格較高,14年Intel因為新品推出平均銷售價格上漲10%,這部分伺服器廠商將制定更高的伺服器價格,提供給急需升級的下游客戶。

3)15年伺服器市場大幅提升:

15年大部分伺服器廠商基本都完成14nm規格晶片的適配,網際網路企業提升對伺服器的採購量,伺服器出貨量及單價雙增長,市場規模大幅提升。

三、白牌伺服器vs.品牌伺服器

網際網路廠商對於伺服器需求重構使白牌伺服器擠壓了部分品牌伺服器的市場份額。但隨著品牌伺服器積極向網際網路廠商靠攏,品牌伺服器有望逐步白牌化,伴隨規模效應帶來的成本下降,以及優質的售後服務,我們認為行業中領先的品牌伺服器廠商依然有望保持健康增長趨勢。

1、白牌伺服器的由來

白牌伺服器,即我們俗稱的代工伺服器,隨著雲端計算產業的盛行,市場上湧現出了很多白牌機生產廠商,最典型的便是早期的IA(IntelArchitecture)伺服器,由於技術架構極其簡單,且採取開源的結構,以"小、巧、穩"為特點,憑藉可靠的效能、低廉的價格在全球範圍內得到廣泛的應用。

目前主流的白牌伺服器廠商是中國臺灣企業,包括鴻海、英業達、廣達、緯創等,其中市場份額鴻海佔30%、英業達佔30%、廣達佔25%、緯創佔8%左右。

白牌伺服器的客戶為網際網路廠商及全球品牌伺服器龍頭。隨著網際網路廠商雲端計算的興起,在各地修建資料中心,需要大量的伺服器,由於亞馬遜、微軟等企業的伺服器採購額非常大,這些公司完全有能力在亞洲通過白牌伺服器設計他們自己的伺服器。此外,以戴爾,慧與為代表的品牌服務廠商也需要白牌伺服器進行代工。

白牌伺服器需求受雲端計算影響快速提升。受益於網際網路廠商雲端計算業務的爆發,伺服器基礎設施的需求急劇擴大,從16年四季度開始,白牌伺服器的市佔比一直在不斷提高,出貨量從16Q4的15.6%一直提高到19Q4的31.0%;市場規模份額從16Q4的20.0%提高至25.5%。

2、網際網路廠商自研伺服器

在白牌機和品牌機盛行的階段,來自網際網路企業的自研伺服器也初露崢嶸。阿里巴巴在2017年率先提出了神龍伺服器架構,以軟硬協同設計提升了虛擬化使用效率,代表著雲資料中心虛擬化技術變革;同為網際網路巨頭的騰訊也在2019年釋出了自研的星星海伺服器,最大化相容自身雲應用,大幅度降低硬體成本和運營成本。

優點:1)最大化滿足自身需求。例如阿里巴巴自研的神龍伺服器,所有的軟體和硬體通過神龍晶片做到了整體深度融合,使物理機具備虛擬機器類似的效能,能夠很好的解決傳統虛擬機器當中存在的算力損失,隔離性弱等問題,為客戶提高更強的計算效能以及更高的安全效能。

2)最大化降低成本。以往來看,為了滿足各個行業對伺服器普適性需求,傳統廠商做伺服器會堆砌各種功能,因此傳統伺服器廠商無法滿足客戶個性化定製需求。

例如騰訊星星海伺服器在傳統伺服器的基礎上做了精簡,用料精簡超過20%,去掉部分公有云場景用不到的功能,大幅降低了成本。

在伺服器發展的早期,伺服器客戶主要以政商客戶為主,客戶往往需要對賣出的伺服器進行維修;而當谷歌、亞馬遜、阿里巴巴,騰訊等網際網路雲端計算廠商在世界各地修建資料中心,傳統的伺服器產業鏈條也發生了變化;由原來通過品牌伺服器設計、生產,或交給白牌廠商定製的模式改變成了直接由雲端計算廠商交給代工廠商的模式。

3、品牌伺服器的破局之道

品牌伺服器積極尋求突破,浪潮資訊JDM模式深度繫結網際網路客戶。面對網際網路廠商大量伺服器訂單以及新型的產業鏈結構,品牌伺服器也在原有模式的基礎上積極尋求改變,不斷白牌化。

浪潮資訊先後加入了ODCC/OCP/OPEN19三大國際化硬體開源組織,同時在生產模式上也採用與網際網路廠商高度合作的JDM模式,為網際網路廠商專設相應研發部門,對網際網路廠商需求做出及時反映;戴爾作為老牌的伺服器生產商場,也在研發上積極創新,以適應網際網路廠商的伺服器需求。

浪潮資訊伺服器價格已經接近白牌伺服器價格。在白牌伺服器與品牌伺服器的發展上,儘管白牌伺服器在一開始具有一定的價格優勢,但在之後的發展歷程當中,品牌伺服器由於針對網際網路廠商等大客戶進行大規模定製化的設計,帶來的規模效應促使成本的下降。

截止到19Q4,白牌機的平均單價為6135美元,而品牌伺服器廠商浪潮、聯想均價基本與白牌伺服器一致,戴爾與慧與兩大全球伺服器巨頭的平均單價也逐步向白牌機單價靠攏。

售後服務為品牌伺服器築高壁壘。白牌伺服器具有較大的不確定性,相較於行業內成熟的廠商,往往缺乏部署經驗以及售後服務經驗;品牌伺服器依據多年研發以及專案經驗,具有白牌伺服器所缺少的售後服務優勢,能夠最大限度地保證系統穩定執行時間。

品牌伺服器在售後服務方面往往具有響應時間快,提供穩定解決方案的特點。以下列舉了戴爾及浪潮伺服器的售後服務方式:

四、投資建議

隨著網際網路廠商進入資本開支週期,我們認為伺服器行業已確定進入上行通道。今年4月,阿里雲Quattroporte張建峰宣佈未來三年阿里將再投2000億元,用於雲作業系統、伺服器、晶片、網路等重大核心技術研發攻堅和麵向未來的資料中心建設。

5月,騰訊雲與智慧產業事業群Quattroporte湯道生宣佈未來五年騰訊將投資5000億元用於新基建專案的進一步佈局,包括雲端計算、人工智慧、大型資料中心、超算中心等重點投入領域。阿里、騰訊相繼加速佈局雲端計算基礎設施,我們認為產業鏈中企業有望受益。

推薦國內品牌伺服器龍頭浪潮資訊、超算龍頭中科曙光,以及SaaS企業廣聯達、恆生電子、金山辦公、用友網路。

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