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【中泰通信|深度】从云数据中心服务器与处理器

  • 作者:跑啊跑啊跑啊跑
  • 2018-09-20 18:57:02
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本系中泰通信吴友团队创

全共16000余字,阅读时长约10分钟

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云计算高速发展,公有云和私有云渗透率快速提升,在量变的趋势下,云计算中心对科技需求的路径发生变化,我们从云算力需求变革、交换机需求变革、服务器需求变革三大创新视角深度解析,理解云变革时代的新机遇,本篇是系列三。

从云数据中心服务器与处理器-云计算生态变革深度研究之三

服务器占数据中心成本的最大部分,云、5G、AI等驱动未来5年服务器增长。目前服务器市场以企业用户为主,数据中心规模服务器集群约占30%,预计2021年超大型数据中心将占服务器安装量53%,占公有云服务器安装量的85%。数据中心的ICT设备采购成本中服务器约占70%以上,总拥有成本TCO中服务器相关成本占比约60%以上。大规模云数据中心催生了电源和散热等共享式的多节服务器出现,2018Q1云服务器贡献了一半以上的增长,而未来5G建网的IT化趋势下,针对边缘计算的微型服务器也将会在未来3-5年显著成长。CPU+GPU、FPGA等形态为主的异构计算架构新趋势,AI服务器持续保持高速增长。云计算、5G、AI、IOT将成为未来5年推动服务器增长的主要驱动力。

定制化的多节云服务器贡献50%以上增长,白牌服务器厂商崛起与品牌服务器厂商的困境。2017年中国服务器出货量和市场规模分别为256万台和112.1亿美元,同比增长7.79%和19.05%,分别占全球总出货量(1018万台)和市场规模(668.9亿美元)的25.15%和16.76%。服务器更新升级和高端服务器占比提升推动均价继续走高。2018年Q1云服务器在整体市场的增长贡献为51.7%。随着云计算业务快速增长,CSP云服务提供商掌握了全球1/3服务器采购份额,CSP的自研服务器+定制化需求推动机架、整机柜等符合云变革需求的多节服务器崛起,ODM服务器厂商份额逐步提升,戴尔、思科和IBM等品牌服务器厂商遭受压力,目前ODMs份额接近四分之一,仍然保持高增长态势,浪潮、SuperMicro等白牌厂商崛起,预计未来份额将更加集中。

x86架构主导CPU处理器市场,ARM为代表的精简指令架构处理器符合了国内自主可控和云变革的趋势。从基础架构,主流x86架构服务器占总市场的96%,Wintel联盟主导全球PC市场处理器和操作系统。RISC架构因软件生态体系不完善发展缓慢,在超算等特定领域应用较好,ARM芯片在移动端有绝对优势,但服务器现阶段仅维持小批量规模生产,以数据中心市场为主。测试数据显示,高通Centriq比Intel Xeon处理器,提升性瓦比高达45%,同等性能服务器的用电量节省约20%-30%。公有云巨头价格竞争激烈,国内一线城市能耗管控严格,ARM移动端的优势和低能耗特征是超大型数据中心解决节能和成本问题的重要方案之一,国内自主可控趋势背景下,若能够搭建强有力的生态联盟,是未来可能颠覆有格局的最有力挑战者

超融合是一种私有云形态,契合了部分中小客户的便捷性、安全需求正在快速增长。2017年国内超融合市场规模实现3.27亿美元,约占全球市场的9%,同比增长64%。我们预计云计算成熟市场中,公有云渗透率将达35%+,私有云约25%-30%,仍是一个非常大的市场。对IT资源需求的客户分类,个人和小企业客户往往选择公有云,大中型特殊客户选择私有云,大中型一般企业选择公有云或者混合云。部分中等客户对安全、时间或者成本方面的考虑需要私有云环境,而没有办法规模建私有云,比如政府、教育、交通等领域。目前来超融合满足了这部分私有云客户需求,对于快速提高政企客户的IT能力有非常大的帮助,处于高速成长的阶段。另一方,云计算时代整体来说,硬件开源对硬件厂商的利润产生压力,软硬一体化提高了硬件附加值,将为硬件厂商带来新的利润增长。

投资建议:云计算是对传统IT的替代和颠覆,云寡头对于计算、存储、网络资源的集中布局,相对于来的企业客户在产业链上有更强的议价能力,且云技术也带来基础设施架构的变化,对ICT产业链的IDC、CDN、网络设备、服务器和芯片等层面产生深远影响,部分领域将改变有市场格局。我们好受益于云计算和GPU异构计算平台发展,服务器业务放量的浪潮信息、中科曙光,好受益于超融合架构快速上量的深信服、紫光股份(新华三)。好在国内自主可控,以及云数据中心应用中有较强能耗优势的ARM为代表精简指令处理器系列的发展,云计算和物联网时代ARM处理器的竞争优势将逐步显现,自主可控的宏观环境也为ARM生态创造了机会,重关注华为和天津飞腾的ARM处理器进展,相关上市公司中国长城、振华科技

风险提示:云计算等下游需求不及预期市场竞争加剧国际贸易摩擦市场系统性风险

目 录

服务器占数据中心的投资比重几何

数据中心是服务器的主要载体。数据中心定义为服务器、网络、存储等ICT设备不间断管理和运营的基础设施。数据中心起源于计算机机房,90年代服务器计算模式普及,IT资源集中单独放置产生了专门的数据中心。数据中心是服务器的载体,但它不仅包括计算机系统和其它与之配套的设备,还包含冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置。数据中心的构成要素分三大类:①ICT设备(服务器,存储,网络装备等)②基础设施(UPS/电池,发电机,恒温恒湿器,恒温恒湿室等)③运营维护服务(DCMS: DataCenter Management System)。

云计算出现推动了新一代大规模数据中心的发展。与传统数据中心相比,云计算实现资源的动态流转和节能管理,可根据业务负载情况,自动按需分配资源,有效提高资源利用效率,降低设备采购量,从而降低设备采购成本。在数据中心整体业务负载低的情况下,可以将业务集中于部分设备上,而将其他设备主动关机,实现突破性的数据中心节能管理,有效降低运营成本。2015年工信部提出,新建大型云计算数据中心的PUE(数据中心总设备能耗/IT设备能耗)值需达到1.5以下。美国数据中心平均PUE为1.9,先进的数据中心可以达到1.2以下。云计算降低了数据中心对IT设备的CAPEX和OPEX。

数据中心的集中化规模化趋势。互联网和云计算的寡头效应催生了大型和超大型数据中心需求,很多大中型企业也开始将分布在各地的小型数据中心整合成大型数据中心。工信部数据显示,我国在用数据中心中小型为主,机架数量占61%,在建数据中心以大型和超大型为主,机架数量将占规划装机规模的85%。Synergy数据显示,2018Q1全球24家主要的ICP资本支出达270亿美元,环比增长20%,同比增长80%,创历史单季最高水平。2017年开支规模750亿美元,同比增长19%。前五大谷歌、微软、亚马逊、苹果和脸书占据总资本支出的70%以上,前四大季度资本开支超过130亿美元。这些资本开支大部分用于新建和扩张大型数据中心。从资本密集度(资本开支/收入)来,2017年所有超大规模云和互联网服务公司资本开支总和相当于其总收入的7%,不同公司的比例从2%到17%,取决于该公司的业务性质。Synergy定义的超大型数据中心至少有几十万台服务器,目前全球超大型数据中心数量已经增长到400个,目前全球至少有69个处于规划或建设阶段的超大规模数据中心,思科预计2019年将达到500个,到2021年超大型数据中心将占到所有服务器安装量的53%,占公有云服务器安装量的85%。

中国作为第一大人口国和互联网大国,大型数据中心规模仅为美国的1/5拥有亚马逊、谷歌、微软、Rackspace、IBM这些巨头的美国,在本土建设了占据全球44%的超大型数据中心,中国仅仅占8%,不到美国的五分之一。日本、英国各占6%,澳大利亚和德国各占5%,新加坡、加拿大位列其后。通讯技术和人口是互联网发展的必要前提,这一从全球互联网巨头公司的分布也可以出。Azure、AWS、IBM、VMware、谷歌等国际云服务商争相进入中国市场,国内以阿里、腾讯、华为为代表的企业积极布局公有云。2017年下半年我们开始提出一二线核心区域大型数据估值将会提升,主要基于云计算需求催生了超大规模数据中心的发展,表现为集中化规模化。北上广深一线城市地区无论从基础电信设施,还是从互联网人口、企业客户来都较为集中,形成了集中的数据中心服务需求。受到能耗指标、土地、能源、水资源限制,这些地区高端数据中心供给空间有限,具有较大升值空间。

我国为控制地方耗能指标,经济发达地区对数据中心采取集约化管理,严控高耗能数据中心建设。北京为例,2014年7月北京市政府发布《北京市新增产业的禁止和限制目录》,禁止“新建和扩建数据中心(PUE值在1.5以下除外)”,未来强调对数据中心改造,发展云数据中心业务。上海、广深地区能耗控制同样严格。部分建设,被安排建设在较为偏远的内蒙、贵州等地区。随着中国云计算市场的崛起,大型数据中心将迎来快速发展期。

服务器是数据中心成本支出的最大部分。数据中心成本费用支出,包括投资成本(CAPEX)以及运营成本(OPEX)两大部分。数据中心总拥有成本TCO =数据中心折旧+数据中心运营成本+服务器折旧+服务器运营成本。受不同等级设计、规模、地址、建设速度等条件影响,数据中心建设成本差别很大,一个机架建设成本通常在10-15万左右,通常供电和制冷暖通建设投资占80%,机房建筑和园区配套占20%。一个机柜的放置的服务器数量也有较大差别可能通常是十几台到二十几台服务器,专业评估往往采用IT设备关键负载功率定义,每瓦建造成本衡量,比如大型互联网公司数据中心建造成为约8-10美金/瓦。因为采购的服务器或者网络设备不同,价格相差很大,ICT采购费用也有很大不确定。我们通过两个案例试图量化数据中心的成本结构。A案例中服务器占数据中心TCO成本的绝大部分,服务器购买和维护成本占比78%。B案例中ICT设备采购成本中服务器、网络设备、存储设备、安全设备和光模块/光纤等占比分别为69%、11%、6%、9%和5%。虽然不同采购设备不同会有不同的成本结构,但总体上服务器采购成本是最大部分。

按服务器的外形机箱结构来划分,可分为塔式服务器、机架式服务器和刀片式服务器,云数据中心催生了多节服务器出现。按规模,数据中心可分为:部门级、企业级、互联网云数据中心及主机托管数据中心等。规模不同所适合选用的服务器也不相同。传统的数据中心建设,以规范性、实用性、安全性和可扩展性为要。但随着对新一代数据中心绿色环保要求,满足能源效益、IT绿色、电源冷却、能源费用等要求日渐强烈。服务器厂商为满足不同数据中心的多层面需求,设计演变两个方向:一是继续走以机身设计、节省空间的道路,追求计算密度高、业务连续性和高可用性等特性;二是为企业量身打造一些绿色服务器,突出结构简单、性能和效益双赢、扩展性高的、共享硬件,达到节能、降耗,缩小成本的目的,如多节服务器。它最大的优势在于采用共享电源设备,可降低成本和提高电源效率,机箱使用共享散热设备,以提高使用效率,采用共享基础架构,以降低重量和成本。面向小型和微型机房数据中心的服务器,在市场渠道中最为常见。对于中型数据中心的一些四路机架服务器,也可找到货源。而多节的服务器则需要完全以定制方式采购,客户可以较为灵活的配置,价格也不尽相同。

云计算驱动服务器收入和出货量新高

全球服务器需求旺盛,2018Q1收入和出货量创新高。ICT技术演进推动了全球信息技术的革命,其中服务器是最重要的硬件支撑。云计算技术实现了计算、存储、网络资源的弹性交付,服务器是最主要的硬件支撑,也是计算和存储资源的虚拟化资源的来源。全球服务器市场受到超大规模数据中心、大型企业和中型数据中心支出增长的推动。IDC全球服务器季度追踪,2017Q4全球服务器市场的厂商收入同比增长26.4%至207亿美元,2017Q4全球服务器出货量比去年同期增长10.8%至284万台,服务器市场收入和出货量创出新高。2018Q1全球服务器市场的厂商收入同比增长38.6%至188亿美元,该季度全球服务器出货量同比增长20.7%至270万台。云计算、5G、AI、IOT将成为未来5年推动服务器增长的主要驱动力。

根据Gartner的数据,区域结果参差不齐。北美和亚太地区的收入增长特别强劲,达到了两位数增幅(分别为34%和47.8%)。在出货量方面,北美增长24.3%,亚太地区增长21.9%,主要增长来自中国。欧洲、中东和非洲地区收入增长32.1%,出货量增长2.7%。日本的出货量和收入都有所下降(分别为-5.0%和-7.3%)。拉丁美洲出货量减少(-1.8%),但收入增长(19.2%)。

具体分析服务器的需求主要是由以下因素驱动:(1)云计算厂商的超大规模部署,如亚马逊在单一个季度就采购了近25万台服务器。(2)大中型企业的数字化转型在加速持续带来服务器的扩容,以及整个市场范围内企业更新周期。(3)主流X86服务器Intel的新平台(如英特尔Purely平台)也推动了老旧服务器的更替。(4)由于配置越来越丰富,且组件成本越来越高,因此本季度平均销售价格(ASP)有所上升,如互联网巨头对AI投入的加大,推动了以GPU和FPGA加速计算为主的异构计算取得了爆发式增长。收入增长更快的因包括高端服务器占比提升,以及全球内存的涨价。我们根据相关数据测算全球单个服务器均价总体上呈现上升趋势,从2017Q4开始服务器均价大幅调升,成为历史单季度出货服务器均价最高的季度,达到7272美元,同比增长14%。

七家大型ICP巨头服务器拥有数量预测:我们根据ICP主要厂商的数据中心和业务发展,以及调研的一些信息,对七家大型ICP巨头的服务器安装量进行了预测,如图表15所示,谷歌服务器数量最多大约有300万台服务器,BAT服务器总和200多万台,谷歌、亚马逊、微软、Facebook的服务器数量均超过BAT总和,其中百度的服务器数量最少,与阿里腾讯有一定差距,随着阿里云和腾讯云的发展,以及后来者华为、紫光的加入,中国服务器市场有较大的潜力。据彭博社报道,谷歌正在与中国的合作伙伴协商,以提供云服务的方式重新进入中国市场。这将有望给中国服务器市场带来增量。

白牌服务器厂商的崛起与品牌厂商的困境

云计算自研服务器对设计很大变化,总结归纳改变沿着两个方向在演进:一是针对数据中心的物理特性的改变,包括可部署性、密度、功耗、可管理性等,比如Multi-node等创新云服务器以及移动式数据中心等新形态的出现和发展,另一个则是针对具体云应用逻辑特性的改变,比如计算、存储、网络三类资源配比,扩展性等。物理特性上,多节服务器、微服务器等一系列符合云数据中心变革需求的产品被标准化、产业化,为云服务器的发展奠定了基础。如今服务器产业结构和市场结构都有了明显的改变,从Gartner和IDC统计数据,机架、整机柜等不同形态的multi-node快速崛起,CSP云服务提供商掌握了全球1/3服务器采购份额。逻辑特性上,近几年出现了具有代表性的创新应用——人工智能,语音识别、以及以比特币为代表的各类数字加密货币的挖矿业务等,这些应用都不是传统的CPU计算方式可以满足的,需要GPU、FPGA等异构计算技术,需要厂商的计算平台提供越来越大异构计算扩展性。

定制化的多节云服务器贡献了50%以上的增长,已经成为云时代服务器创新的主要形态。Gartner预计,2018年一季度,全球服务器销售额同比增量为40亿美元,云服务器销售额达到20.8亿美元,在整体市场的增长贡献为51.7%。随着大规模数据中心的发展,许多大型的CSP客户以及互联网和电信客户,都提出了根据业务的需求、业务的变化来定制服务器的要求,这对于服务器的研发和交付提出了敏捷开发、敏捷制造和敏捷供应交付的新需求。ODM是快速增长的超大规模服务器需求的主要受益者,占到了服务器市场总收入和出货量的大约四分之一。ODM直接供应商会选择在拥有大量数据中心的公司如谷歌、亚马逊、Facebook、微软、阿里、腾讯等互联网云计算厂商销售。

随着CSP在市场上的份额越来越大,我们预计ODM将继续蚕食和超越传统的供应商。

云计算对服务器市场格局影响:白牌服务器厂商的崛起与品牌服务器厂商的困境。随着云计算巨头的定制化需求,白牌厂商份额逐步提升,但下游客户的强大议价能力是的服务器厂商利润空间被压缩,规模效应下才能够盈利。白盒能够让传统的硬件、软件和维护被解构,从而形成一个去耦合、优化的堆栈。ODM服务器产品更便宜,硬件配置定制性强,在推出新的硬件方面比品牌服务器商更积极大胆,另外云计算技术对服务器资源的调度备份能力也提高了对服务器质量的容忍度。品牌服务器厂商除了性能质量的优势外,则需要增值服务的差异化竞争,包括提供平台软件附加值、超融合架构方案服务等。传统供应商也采取了不同的方法来解决由白盒供应商构成的威胁。比如三年前,惠普与富士康达成协议,将类似于白盒式的服务器出售给云计算和电信服务提供商。

Synergy报告显示,2018Q1公有云服务商基础设施硬件和软件方面支出持续强劲增长,服务器、操作系统、存储、网络以及虚拟化软件总共占公有云基础架构市场的95%,剩余部分包括云安全和云管理市场。综合来,ODMs白牌厂商在供应商市场份额中占据主导地位,占总收入比率近30%。戴尔、思科以及HPE,市场份额都在5%到10%。而微软、华为和VMware市场份额分布在3%到5%。2018Q1中国服务器市场浪潮、戴尔和华为在出货量和销售额均位列市场前三。最著名的ODM供应商之一是美国超微SuperMicro。浪潮、SuperMicro等白牌厂商整体份额超过了联想、戴尔、思科和IBM 等单个品牌商。IDC估计,2014年9月在x86服务器市场中ODM占10%的份额,目前份额接近四分之一,而且仍然保持高增长态势。

服务器市场份额:2018Q1,从收入情况,Dell EMC在全球服务器市场中实现了51.4的增长。Dell EMC的增长帮助他们拉大了与HPE之间的差距,该季度结束之后Dell EMC以21.5%的市场份额位列第一,HPE以19.9%的市场份额紧随其后。浪潮在2018Q1实现了最强劲的增长,增幅达到120.4%。在服务器出货量方面,戴尔EMC在2018Q1保持了第一名,市场份额为18.2%。另外,尽管服务器出货量下降8.5%,但惠普仍以13.1%的市场份额获得第二名。IDC数据显示,ODM Direct类别下的厂商收入同比增长57.1%至46亿美元,出货量同比增长55.8%,市场份额大幅提升,从2017Q1的19.9%提升至25.6%,占整个出货量的四分之一,这与Synergy Research给出的ODM在公有云服务提供商基础设施支出(包括服务器、存储、网络设备、安全、软件等)中的总占比基本一致。

服务器芯片格局与异构计算平台

服务器芯片的市场格局:服务器CPU主要分为Intel x86和ARM两个阵营。服务器CPU按指令系统区分,分为CISC(Complex Instruction Set Computer复杂指令集)型和RISC(Reduced Instruction Set Computing精简指令集)型两类,RISC-V是精简指令中一款完全开源的架构,越来越得到国内支持。CISC型CPU主要是intel X86架构,主要包括intel和AMD的服务器CPU。RISC 型以ARM和MIPS为代表几个指令集。RISC型CPU与Intel和AMD的CPU在软件和硬件上都不兼容。Wintel 联盟接近垄断了CPU 和操作系统市场,提升了CPU 和操作系统的进入门槛。整个服务器芯片市场的规模约140亿美元,Intel X86占据了96%的市场份额。x86 CPU综合性能上独占领先,ARM 架构服务器有低功耗和并发优势,但大多的软件都是基于Intel芯片编写的,ARM技术提供商必须确保有足够的软件能让自己的芯片运行,所以高通等在此领域投入取得成效需要较长的时间。

(1)1978年6月8日,英特尔推出第一代x86架构微处理器8086,至今已经40年,英特尔投入了巨额的研发费用。2017年英特尔的研发投入高达130.98亿美金,英特尔申请了大量专利。截止2015年英特尔在x86指令集上的专利超过1600个。(2)RISC-V(第五代精简指令集)是David Patterson教授(美国计算机先驱和学者,美国三院院士)在2010-2014年期间带领团队研发出的,基于RISC理建立的开放指令集架构(ISA)。RISC-V指令集完全开源、设计简单、易于移植Linix系统,采用模块化设计,拥有完整工具链。

当前全球流行的RISC芯片架构有ARM、MIPS、Power、Alpha等,在超算领域有较好应用,ARM是云服务器领域有力的竞争者。在高档服务器市场中,Compaq的Alpha、惠普的PA-RISC、MIPS公司的MIPS、SUN公司的Sparc,以及IBM的PowerPC。MIPS在1990年代是先进的服务器芯片架构,基于此架构开发出64位服务器芯片用于高端服务器上,Kendall Square Research 发表的第一台 KSR1 超级计算机采用的就是MIPS架构。Alpha由被誉为世界上历史最悠久、规模最庞大的计算机公司DEC开发,该架构是RISC处理器中最快的一种,而且它获得了WindowsNT的支持,Alpha先被康柏收购后被惠普雪藏,Alpha技术专利大多已过期,成都申威基于该架构开发服务器芯片可以拥有自主扩展指令和发展路线的自主权。天津飞腾公司在获得ARM的授权后于2015年开发了自主设计的微架构,华为海思在2016年开发出了自主架构的ARM服务器芯片,做储备技术。2013年,百度位于南京的云计算数据中心是全球首个ARM架构服务器端的规模应用。后期发展进度上比较慢,包括高通这方面也收到挫折,但技术上,相比x86芯片ARM处理器功耗还要更小,这对于几十万上百万台服务器需求的云计算数据中心来讲,能源消耗节省的价值非常大,是个有力的竞争者。ARM也开始在国内筹建分公司;而政策也发布了鼓励和支持基于RISC-V架构发展国产芯片,这些因素未来均有可能给中国处理器市场带来新的变化。

天津飞腾:2014 年中国电子集团和滨海新区政府合作成立天津飞腾,2017年3月17日,中国长城公告称与华大半导体有限公司签署协议,就收购华大半导体所持有的天津飞腾信息技术有限公司13.54%股权事宜达成初步意向。中国电子集团通过旗下二级子公司振华集团以及华大半导体合计持有天津飞腾35%的股权,超越其第一大股东国家超级计算天津中心的持股比例。

精简指令ARM服务器的低功耗优势:数据中心一直提供全天候无间断服务,服务器集群的耗电量惊人。《IT时报》报道数据,2016年中国数据中心总耗电量超过1200亿千瓦时,超过三峡大坝2016年全年的总发电量(约1000亿千瓦时)。我国发达地区北上广深对于能耗指标控制非常严格,这与一二线城市集中的数据中心需求形成矛盾,除了降低PUE,同等计算能力下服务器节能是重要解决方案之一。与英特尔性能最高的Skylake处理器Xeon Platinum 8180(官方批发价10009美元)相比,定价为1995美元的48核Qualcomm Centriq 2400处理器可提供4倍以上的性价比,并提升性瓦比高达45% ,针对通用云工作负载进行了优化设计,其高吞吐量的性能特非常适合高并发的、云计算环境。根据业内对用电量粗略测试对比,同等性能前提下,高通ARM架构服务器有明显的低功耗优势,约比其他同类服务器节省20%-30%用电量。对于大型数据中心,一般服务器每年的能耗费用基本上是采购该服务器费用的40%以上,低能耗的成本优势非常重要。

近期Arm公开至2020年Arm终端事业部的CPU前瞻性路线图与计算性能数据,旨在展望未来5G时代基于Arm架构的CPU如何针对“始终在线(always-on)、始终联网(always-connected)”设备提供性能突破。预计到2020年,CPU计算性能将以每年超过15%的速度提升。Arm 规划的CPU路线图,配合高通公司在各IP块和集成连接上采用的异构计算方法,为PC带来电池续航持久(功耗可以下降一半)、外形时尚新颖、始终在线、始终连接、支持Windows 10操作系统的全球领先的移动产品。6月初发布了新一代高性能CPU核心Cortex-A76,ARM宣称,A76核心将具备笔记本级性能,并且单线程性能堪比Intel移动版低压处理器i5-7300U(3.5GHz,15W),它在3.3GHz频率下功耗不到5W。

软件生态制约ARM服务器发展:x86处理器硬件平台都可以直接使用微软、Linux及现在流行的几乎所有工具软件,x86系统在兼容性方面具有无可比拟的优势;ARM系统几乎都采用Linux的操作系统,而且基本上所有硬件系统都要单独构建自己的应用系统,与其他系统不能兼容,目前只应用在超算和部分大型互联网企业,因为只有这些用户有足够的资金和技术为ARM服务器开发相应的应用。

GPU、FPGA等形态为主的异构计算架构新趋势,AI服务器快速更迭。此前摩尔定律几乎每年都会推动微处理器性能提升50%,如今CPU的性能每年只能提升10%左右,半导体的物理学限制使得摩尔定律失灵,单纯的提升一种芯片性能变的代价越来越高,横向的发展就变得更加重要。移动平台上,高通SoC里面包括各种处理单元:加速3D的GPU,处理照片的ISP,处理通信的基带芯片,处理音频的编解码器,加速向量计算的DSP等。CPU为顺序计算而设计的处理器,一旦被占用其他处理请求只能等待。AI深度学习对并行计算和单位时间数据吞吐量有更高要求,CPU的功耗会比专门处理器更高。图像处理、人工智能等专业领域,CPU+加速器架构成为更好的选择。AI计算平台涉及到GPU、CPU、TPU、FPGA等硬件,其中GPU加速计算凭借其高并行计算性能和成熟的软件生态,在这一轮人工智能浪潮中脱颖而出。英伟达GPU以卓越的性能,在AI计算中占据了相当大的市场。英特尔在CPU上有得天独厚的优势,并擅长布局生态,譬如将CPU与FPGA相结合。谷歌瞄准深度学习场景,发布专用TPU加速器。

IDC报告显示,2016全年中国GPU加速计算服务器市场厂商销售额为1.71亿美元。在人工智能浪潮的推动下,2017年中国AI服务器整体销售额5.68亿美元,出货量27863台。2017年4GPU和8GPU服务器出货比例提高,销售额占比分别为36.9%和25.8%。预计2016年~2021年间,AI服务器厂商销售额CAGR(年复合增长率)为70.5%。预计到2022年GPU服务器采购将达34亿美元,占整体x86服务器市场的16.6%。从竞争格局层面,浪潮份额明显领先其他厂商,居市场第一,出货量达到14,674台,销售额达3.24亿美元,占比分别为52.7%和57%,超过其他厂商份额的总和,中科曙光排第二销售额0.78亿美元。

浪潮是目前GPU服务器产品线最齐全的厂商之一,2017年相继发布了SR-AI 整机柜服务器、AGX-2超算服务器、GX4 AI加速扩展Box等AI新品。浪潮市场优势核心来自于互联网行业,市占率达60%+。百度、阿里巴巴、腾讯TOP级运营商90%以上AI服务器来自浪潮,今日头条、科大讯飞、网易、平安等Tier2、Tier3互联网运营商和行业用户也在大批量采购浪潮的各类AI基础架构的系统方案及产品。帮助客户在语音、视频、图像、搜索、网络等各方面取得数量级的应用性能与计算力的大幅提升,开拓人工智能的各个行业应用空间。

如何理解超融合架构及其目标市场

简单解释可以这样理解:虚拟化是1.0,超融合是1.5,云计算是2.0。或者说HCI是种一体化的私有云形态。超融合基础架构(Hyperconverged Infrastructure)是一种软件定义的IT基础架构,包括虚拟化计算(hypervisor),虚拟化存储(一般为分布式存储)、虚拟化网络(软件定义网络)和虚拟化安全等。超融合系统是一种新兴的集成系统,其本身将核心存储、计算和存储网络功能整合到单一的软件解决方案或设备中。超融合最早由Nutanix提出,开始做分布式存储,2011年推出了业内第一款超融合产品,2013年进入中国市场,客户主要集中在金融(尤其是证券)、电力能源和制造业等行业,大部分硬件OEM自超微。Nutanix可以同时支持VMware、自研KVM、hyper-v三种虚拟化平台,并支持灵活转换。

超融合具有以下特或优:1、一体化交付、简单高效,只需部署HIC一体机和交换机就可搭建所需IT资源;2、扩展方便,无缝横向扩展;3、全分布式架构,特别是从来集中共享转向分布式池化存储。4、维护简单,可视化集中统一运维管理;5、HCI 通常在商用 x86 服务器上运行。但超融合不是完美的,也有其缺:1、几乎所有的超融合方案都不支持数据中心中有的外部存储,不同HCI(异构虚拟化)之间整合和互操作难度大,对过渡企业容易形成信息孤岛。2、集群达到一定规模后,系统架构复杂性就会非线性增加,大集群管理变的更加困难,无法满足云计算功能复杂度的要求。3、HCI简化了IT架构,可以简单复制,但再做个性化改造很难。 

超融合的三代架构:第一代超融合架构,控制节与计算存储节分离部署、非对称架构;第二代超融合架构(Nutanix、深信服),控制节以虚拟机方式融合部署、全对称架构,升级需要整体升级;第三代超融合架构,控制平面微服务化(容器及编排)、全对称分布式架构,组件可以单独升级无需停机。

全球市场规模与市场份额:IDC预计2017年全球超融合市场规模为36.4亿美元,2017年国内超融合市场规模实现3.27亿美元,同比增长64%,预计2020年中国超融合市场规模为6.03亿美元。2018年第一季度全球超融合系统市场同比增长76.3%,总计达12亿美元的销售额。Dell EMC以29.6%的市场份额位居榜首,收入同比增长142%至3.63亿美元。VMware(只卖软件比如与硬件厂商中科曙光合作)以37.2%的市场份额位居超融合软件市场榜首,收入同比增长109.5%至4.56亿美元。Nutanix(既有软硬件一体,也单独卖软件)两个市场都是排名第二。2018年第一季度DELL、HPE、Cisco、VMware公司业务增长都在翻倍以上。

中国超融合细分行业:超融合并非适合所有的场景,在一些特定行业和应用场景下有独特优势,地域分布来三四线城市需求旺盛。根据IDC数据,按照市场规模占比排序:1政府(22.5%),2教育(18.4%),3电信运营商(18.3%,主要厂商华为、华三),4制造业(14.9%),5金融(9.7%,比如银行分行),6卫生,7交通等。

中国超融合市场:华为和华三占据了大约60% 的市场份额. 他们拥有大量的政府和大型企业市场。联想和Nutanix在金融、教育和制造业获得了高速增长。2017年,深信服的市场占有率达到7.7%,在技术和市场渠道上有较大的优势。大量的中国本土厂商进入了这个领域,实际上也在抢占传统VMware的市场。2017年国内超融合市场规模实现3.27亿美元,约占全球市场的9%,同比增长64%。在上一篇报告中我们将公有云发展分为三个阶段,未来云计算成熟市场中,公有云预计占比35%+,对应的我们认为私有云占比约30%,私有云仍然是一个非常大的市场。如果把企业客户简单分为大中小类,对IT资源的采购,个人和小企业客户往往选择公有云,大型企业客户往往选择私有云或者混合云,而中等客户或者选择公有云或者私有云,有些处于对安全、时间或者成本方面的考虑,而没有办法规模建私有云。目前来超融合满足了这部分规模中等的私有云客户需求,对于快速提高政企客户的IT能力有非常大的帮助,处于高速成长的阶段。另一方,云计算时代整体来说,硬件开源对硬件厂商的利润产生压力,软硬一体化提高了硬件附加值,将为硬件厂商带来新的利润增长。

中国服务器市场的驱动因素与市场格局

2018Q1中国X86服务器市场出货量为66.69万台,同比增长32.6%;市场规模为31.58亿美元(约合人民币198.95亿),同比增长68.9%2017年中国服务器出货量和市场规模分别为256万台和112.1亿美元,同比增长7.79%和19.05%,分别占全球总出货量(1018万台)和市场规模(668.9亿美元)的25.15%和16.76%。从行业分布来,市场的主要驱动力仍来自于互联网/云计算和电信行业。互联网延续2017年下半年以来的高增长态势,除BAT急速扩张外,以京东、今日头条、快手、网易、滴滴为代表的二三线互联网企业正在加快布局自有数据中心建设。三大电信运营商对于网络转型(SDN/NFV)的加速,以及CDN、物联网、云计算、大数据等企业业务的快速拓展,带动了电信行业过去两年的持续增长。政教行业出货量需求平稳,第一季度保持个位数增长;传统企业级市场自去年下半年需求开始回暖,第一季度保持10%以上增长。随着搭载Intel最新Skylake CPU的X86架构服务器逐步获得认可,Intel purely新一代服务器平台切换,IDC预计二三季度将迎来高峰。

5G网络IT化才能实现网络切片和边缘计算,将大幅带动电信市场服务器需求。5G是面向应用和业务的新一代网络,网络面临着从系统架构到协议、从功能到基础设施的全面转变。5G网络在服务化、虚拟化的道路上,面临诸多的技术挑战,包括服务化架构的设计,虚机与容器的管理,微服务的治理和编排等。因此5G网络将前所未有地大量引入IT化技术,不论是虚拟化、服务化还是开源等,都将极大地改变现有的网络架构和运营模式。5G网络转型(SDN/NFV)的加速,和边缘计算布局,将带动电信行业服务器需求的快速增长。目前电信市场服务器主要由设备商提供,在市场需求中整体占比较小,刀片式服务器居多。华为服务器则主要来自于电信行业的高速增长,2018Q华为全球市场发货量增长16.4%。

我国在用数据中心中小型为主,机架数量占61%,超大型数据中心仅为全球的8%,与发达国家相比企业的信息化程度不高,这决定了我国服务器存量市场中低端服务器占比较高,因此服务器均价低于全球水平。与全球单个服务器均价总体上呈现上升趋势一致,从2017Q4开始服务器均价大幅调升,成为历史单季度出货服务器均价最高的季度,达到4768美元,是全球服务器均价的6-7成,同比增长16.26%,高于全球增速2个百分。

市场份额来,前六强依次为:浪潮、Dell EMC、华为、新华三、曙光、联想,以出货量统计的市场占比分别为23.0%、20.5%、15.3%、11.1%、9.9%和9.5%。浪潮和戴尔得益于互联网行业持续的高增长,份额显著上升。2014Q1浪潮服务器出货量市场份额19%,位居中国第一、全球市场第五,到2017Q3总出货量就上升为全球第三。2018Q1华为机架等主力机型排名全球第三,在中国区的机架、刀片以及四路高端机架都排名第一。

浪潮信息是ODCC、OCP、Open19的共同会员,OpenStack基金会金牌会员,多项设计被写入ODCC天蝎标准,提供了60%以上的天蝎整机柜服务器,贡献了OCP社区第一个基于Skylake平台的服务器IP。并且,浪潮一直致力于将云数据中心变革方案标准化、产品化,向一般性的企业和政府数据中心推广,推动数据中心行业的整体变革。整机柜SR、InCloudRack,刀片I9000等融合架构已经在政府、电信、金融等行业规模化部署。OEM厂商和最终用户在定制服务器方面的合作将更加广泛和深入,对于厂商的技术研发实力和上下游资源整合能力提出了更高的要求。浪潮针对互联网行业的创新JDM业务模式已经被用户广泛认可,JDM模式就是浪潮面向互联网运营商应用场景和业务特,融合双方研发、供应链、生产到交付服务的全业务链的定制开发与合作模式。浪潮是目前人工智能领域市场占有率最高的厂商,百度、阿里巴巴、腾讯的人工智能服务器有90%以上来自浪潮。同时,浪潮也是业内人工智能产品线最齐全的企业,产品涵盖GPU/MIC/FPGA等所有计算技术,覆盖了从小规模的样本训练到千亿样本、万亿参数级别的超大规模模型训练需求。

投 资 建 议

服务器占数据中心成本的最大部分,云、5G、AI等驱动服务器增长。目前服务器市场以企业用户为主,数据中心规模服务器集群约占30%,预计2021年超大型数据中心将占服务器安装量53%,占公有云服务器安装量的85%。数据中心的ICT设备采购成本中服务器约占70%以上,总拥有成本TCO中服务器相关成本占比约60%以上。大规模云数据中心催生了电源和散热等共享式的多节服务器出现,2018Q1云服务器贡献了52%以上的增长,而未来5G建网的IT化趋势下,针对边缘计算的微型服务器也将会在未来3-5年显著成长。CPU+GPU、FPGA等形态为主的异构计算架构新趋势,AI服务器持续保持高速增长。云计算、5G、AI、IOT将成为未来5年推动服务器增长的主要驱动力。

定制化的多节云服务器贡献50%以上增长,白牌服务器厂商崛起与品牌服务器厂商的困境。2017年中国服务器出货量和市场规模分别为256万台和112.1亿美元,同比增长7.79%和19.05%,分别占全球总出货量(1018万台)和市场规模(668.9亿美元)的25.15%和16.76%。服务器更新升级和高端服务器占比提升推动均价继续走高。2018年Q1增速加快,云服务器在整体市场的增长贡献为51.7%。随着云计算业务快速增长,CSP云服务提供商掌握了全球1/3服务器采购份额,CSP的自研服务器+定制化需求推动机架、整机柜等符合云变革需求的多节服务器崛起,ODM服务器厂商份额逐步提升,戴尔、思科和IBM等品牌服务器厂商遭受压力,目前ODMs份额接近四分之一,仍然保持高增长态势,浪潮、SuperMicro等白牌厂商崛起,预计未来份额将更加集中。

x86架构主导CPU处理器市场,ARM为代表的精简指令架构处理器符合了国内自主可控和云变革的趋势。从基础架构,主流x86架构服务器占总市场的96%,Wintel联盟主导全球PC市场处理器和操作系统。RISC架构因软件生态体系不完善发展缓慢,在超算等特定领域应用较好,ARM芯片在移动端有绝对优势,但服务器现阶段仅维持小批量规模生产,以数据中心市场为主。测试数据显示,高通Centriq比IntelXeon处理器,提升性瓦比高达45%,同量级服务器的用电量节省约30%。公有云巨头价格竞争激烈,国内一线城市能耗管控严格,ARM移动端的优势和低能耗特征是超大型数据中心解决节能和成本问题的重要方案之一,国内自主可控趋势背景下,若能够搭建强有力的生态联盟,是未来可能颠覆有格局的最有力挑战者。

超融合是一种私有云形态,契合了部分中小客户的便捷性、安全需求正在快速增长。2017年国内超融合市场规模实现3.27亿美元,约占全球市场的9%,同比增长64%。我们预计云计算成熟市场,公有云渗透率将达35%+,私有云约25%-30%,仍是一个非常大的市场。对IT资源需求的客户分类,个人和小企业客户往往选择公有云,大中型特殊客户选择私有云,大中型一般企业选择公有云或者混合云。部分中等客户对安全、时间或者成本方面的考虑需要私有云环境,而没有办法规模建私有云,比如政府、教育、交通等领域。目前来超融合满足了这部分私有云客户需求,对于快速提高政企客户的IT能力有非常大的帮助,处于高速成长的阶段。另一方,云计算时代整体来说,硬件开源对硬件厂商的利润产生压力,软硬一体化提高了硬件附加值,将为硬件厂商带来新的利润增长。

投资建议:云计算是对传统IT的替代和颠覆,云寡头对于计算、存储、网络资源的集中布局,相对于来的企业客户在产业链上有更强的议价能力,且云技术也带来基础设施架构的变化,对ICT产业链的IDC、CDN、网络设备、服务器和芯片等层面产生深远影响,部分领域将改变有市场格局。我们好受益于云计算和GPU异构计算平台发展,服务器业务放量的浪潮信息、中科曙光,好受益于超融合架构快速上量的深信服、紫光股份(新华三)。好在国内自主可控,以及云数据中心应用中有较强能耗优势的ARM为代表精简指令处理器系列的发展,云计算和物联网时代ARM处理器的竞争优势将逐步显现,自主可控的宏观环境也为ARM生态创造了机会,重关注华为和天津飞腾的ARM处理器进展,相关上市公司中国长城、振华科技

风 险 分 析

云计算等下游市场需求不及预期风险

市场竞争加剧,导致行业利润率下降的风险

国际贸易摩擦导致产业链格局不稳定的风险

市场系统性风险

科技和通信产业研究

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