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内存接口芯片供应商澜起科技研究报告从细分冠军走向平台型公司

  • 作者:亚力山大斯夫基
  • 2022-04-08 14:10:22
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(报告出品方华泰证券)

核心观点澜起科技成长属性重发现

澜起科技成立于 2004 年,是国际领先的数据处理及互连芯片设计公司,致力于为云计算和 人工智能领域提供高性能、低功耗的芯片解决方案,目前公司拥有互连类芯片和津逮®服务 器平台两大产品线,同时 AI 芯片研发在有序进行中。

2025 年公司潜在市场空间有多大?

公司产品线可分为互联类芯片(含内存接口及配套芯片、PCIe Retimer 芯片等)以及计算 类芯片(含津逮服务器平台和 AI 芯片等)。公司目前主要收入来源于服务器内存接口芯片 市场,DDR5 内存模组配套芯片以及 PCIe4.0 Retimer 芯片已实现量产交付,2021 年津逮 服务器平台收入大幅增长。短期来看,内存接口芯片行业处于景气向上周期,长期来看, 前期新品布局市场空间逐步明确。我们对公司 2018-2025 年的市场空间进行测算,预计公 司 2025 年潜在市场空间(不含津逮和 AI 芯片)将达到 41.82 亿美元,2020-2025 年市场 空间 CAGR 达到 61.43%,考虑公司极限市占率情况,2025 年公司潜在营收规模有望达到 18.11 亿美元,归母净利润有望达到 7.66 亿美元。具体来看

1) 服务器内存接口芯片及配套芯片假设 DDR5 渗透率从 2022 年 8%提升至 2025 年 100%,且保守预计每台服务器配置内存模组数量保持稳定,则 2025 年全球服 务器内存接口及配套芯片市场规模市场将达到 21.1 亿美元;

2) PC时钟缓冲及配套芯片假设DDR5中后期PC将标配一颗时钟缓冲芯片(CKD), 且 DDR5 世代 PC 将配置一颗 SPD+一颗 PMIC 芯片,则 2025 年全球 PC 时钟缓 冲及配套芯片市场规模市场将达到 18.9 亿美元;

3) PCIe4.0 Retimer假设 PCIe4.0 渗透率将从 2022 年 50%逐步提升 2025 年 70%, 且单个服务器 PCIe 链路数稳中有升,则 2025 年全球服务器 PCIe4.0 Retimer 芯 片市场将达到 1.9 亿美元。


区别于市场的观点

市场通常认为,公司所属的内存接口芯片行业呈现较强的周期性,主要体现在 DRAM 每六 年迭代一次,带来 CPU、DRAM、Buffer、OEMs/ODMs 等环节的周期性机会。我们认为, 澜起科技的成长属性已超越周期属性,预期差主要来源于1)内存行业变化快于预期,2) 公司围绕互联和计算不断开拓新品。

从行业角度,我们目前观察到三个趋势

1)内存接口芯片应用从服务器拓展到 PC。目前行业正在探讨在 DDR5 中后期,计划在 Desktop 及 Notebook 的 UDIMM、SODIMM 上新增一颗时钟缓冲芯片(CKD),对内存模 组的时钟号进行缓冲再驱动,从而提高时钟号的号完整性和可靠性,目前 JEDEC 正 在制定相应产品的标准。我们预计 CKD 在 PC 上的应用有望在 DDR5 中期落地,根据我们 测算,2024/25 年全球 CKD 市场规模(PC 应用)有望达到 6.84/9.76 亿美元。

2)高带宽内存模组(High Bandwidth DIMM)面世。高性能计算(HPC)的兴起对服务 器内存带宽提出了更高的要求,三星电子、超微半导体和 SK 海力士推出一种基于 3D 堆栈 工艺的高性能 DRAM——高带宽存储器(High Bandwidth Memory,HBM),适用于高存储 器带宽需求的应用场合,如图形处理器、网络交换及转发设备(如路由器、交换器)等。 2013 年 10 月,HBM 正式被 JEDEC 采纳为业界标准。但与 DDR 相比,HBM 在成本、容 量以及灵活性上有所舍弃,目前尚未在服务器领域得到规模应用。DDR 行业正在积极探讨, 跟随行业趋势,推出高带宽内存产品以满足更高的存储器带宽需求。高带宽内存模组有望 在 DDR5 中期面世,由于其需配置高带宽的 RCD 以及 DB(1+10),将拉动 DB 需求增长。

3)内存扩展控制器(Memory Expander)渗透率提升。为了应对数据的指数级增长,数 据中心架构正从每台服务器拥有专用处理器、内存以及其他资源(如加速器),转变为采用 共享资源池的方式,根据需要进行工作负载的有效组合,以提高运行效率并降低总拥有成 本(TCO)。针对处理器内存容量扩展的需求,行业正在探讨通过内存扩展控制器(MXC) 使得 CPU Host 可以将通过 CXL(由英特尔提出的高速互联协议)连接的外设内存(如 DDR) 用作其主内存的扩展,相应产品有望随着标准的落地在 2023 年开始陆续面向市场。我们认 为内存池化(Pooling)是行业的重要趋势,未来内存扩展控制器产品需求明确。


从公司角度,我们认为澜起科技具备能够持续成长的两大特征

1)具有可持续增长的现金流业务。我们认为,现阶段公司在服务器内存接口芯片市场已完 成卡位,全球份额领先,能够产生稳定的现金流保障持续研发投入。但更重要的是,通常 来说现金流业务一般为企业贡献稳定现金流,但澜起科技的现金流业务可预见持续增长, 主要得益于公司围绕互联类芯片不断挖掘增量市场机会,并通过较早参与行业标准的制定 保持先发优势和行业话语权,例如参与高带宽内存模组产品的预研以及推动内存接口芯片 在 PC 侧的应用,保持增量思维而非在存量市场博弈使得公司能够一直保持增长并维持较高 的毛利率水平。

2)具有可支撑长期空间的研发布局。除了互联类芯片以外,公司计算类芯片也已取得阶段 性成果,包括津逮®CPU 以及 AI 芯片等。公司津逮®CPU 持续超预期,2021 年以来多次 上调与英特尔公司日常关联交易金额。此外,在 AI 芯片方面,公司 AI 芯片将以近内存计算 模组 NMC(Near Memory Computing)的形态呈现,主要为了解决内存墙的问题——由于 内存性能的提升速度滞后于处理器性能的提升速度,计算机的计算能力将达到一定的瓶颈, 即使再增加处理器的核数,也无法提高综合计算能力。公司 AI 芯片方案主要针对大数据吞 吐下的推理应用,通过提升数据吞吐能力,能够以更低的成本实现同样的运算效率,有望 在 AI 推理应用中得到推广,我们预计公司 AI 芯片产品有望在 2023 年逐步导入市场。

盈利预测

2022 年开始,全球服务器需求保持增长,DDR5 世代开启,内存接口芯片进入新一轮景气 周期。技术更迭同时为公司带来更多新的市场机遇,包括 DDR5 配套芯片等应用。此外, 公司前期布局的 PCIe、津逮 CPU 产品均迈入收成期,我们认为公司 2022-2025 年收入将 保持高增长。预计公司 2021/22/23 年收入将分别增长 40.5%/61.3%/45.9%至 25.62/41.31/ 60.27 亿元,归母净利润将同比-24.9%/+79.6%/+46.1%至 8.29/14.89/21.75 亿元。

内存接口芯片业务根据公司年报,2020 年公司内存接口芯片业务实现营收 17.94 亿元, 同比上升 1.6%。公司内存接口芯片产品正处于 DDR4 和 DDR5 世代交替阶段,2020 和 2021 年,DDR4 产品逐步进入产品生命周期后期, DDR5 产品 4Q21 开始实现量产。参考历史 经验,我们预计 DDR5 从发布到满 12 个月渗透率约达到 20%-30%,满 24 个月达到 50%-70%,36 个月完成主流取代,渗透率提升至 90%左右。公司 DDR5 系列产品已实现 量产交付,2022-2024 年将持续受益于 DDR5 代际更迭带来的出货量增长。预计 2021/22/23 年公司内存接口芯片业务营收有望同比-13.4/+29.2/+33.1%至 15.54/20.09/26.74 亿元。


内存模组配套芯片业务根据公司 2021 年半年度报告,公司与合作厂商已完成 DDR5 第 一子代内存模组配套芯片量产版的研发,并持续根据最新版 JEDEC 标准及客户的测试反馈 进行最终优化,最终在 4Q21 实现量产。根据 JEDEC 标准,DDR5 内存模组上需要的三种 配套芯片分别是串行检测集线器(SPD)、温度传感器(TS)以及电源管理芯片(PMIC), 公司是 SPD 及 TS 主要供应商,能够为客户提供全套解决方案。预计 2021/22/23 年公司内 存模组配套芯片业务营收将实现从零突破,分别为 0.19/3.16/9.52 亿元。

PCIe Retimer 业务根据公司年报,公司 PCIe 4.0 Retimer 芯片已在 2020 年 9 月实现量 产,包括 8 通道及 16 通道两款产品,该芯片采用先进的号调理技术提升号完整性, 增加高速号的有效传输距离。此外,随着英特尔支持 PCIe 4.0 的 Sapphire Rapids 第四 代 Xeon CPU 在 2H22 推出,PCIe 4.0 Retimer 渗透率将逐步提升,公司作为业内稀缺的 供应商有望核心受益。 预 计 2021/22/23 年 公 司 PCIe Retimer 业 务 营收分别为 1.43/3.07/4.51 亿元,2022/23 年分别同比增长 114.0/47.0%。

津逮服务器平台业务根据公司 2021 年业绩快报,2021 年公司芯片业务实现营收 8.46 亿 元,同比上升 2,752.3%。津逮服务器平台主要由津逮 CPU 和混合安全内存模组(HSDIMM) 组成,经过前期的市场推广和客户培育,公司津逮 CPU 业务在 2021 年取得了突破性进展, 并在 2021 年 4 月正式发布第三代津逮 CPU,采用先进的 10nm 制程工艺,支持 64 通道 PCIe 4.0,实现了较大幅度的性能提升。考虑金融、能源、政府等行业对数据安全的高度重 视,我们预计 2021/22/23 年公司津逮服务器平台业务营收有望同比增长 2,752.3/77.4/30.0% 至 8.46/15.00/19.50 亿元。

毛利率2018-2020 年公司综合毛利率均稳定在 70%以上,根据公司 2021 年业绩快报, 公司互联类芯片产品线毛利率为 66.72%,津逮服务器平台产品线毛利率为 10.22%,综合 毛利率同比下降幅度较大,主要由于(1)DDR4 内存接口芯片进入产品生命周期后期,产 品价格出现较大幅度下滑,而 DDR5 产品从 4Q21 才实现量产;(2)公司津逮服务器业务 尚处于初期展开阶段,毛利率相对较低,其业务占比的增加反而拉低综合毛利率。随着 DDR5 产品的大规模生产,高价值量的新产品营收占比逐步提升,我们预计公司 2021/22/23 年内 存接口芯片毛利率有望逐步提升,津逮服务器平台毛利率将稳定在低两位数水平,综合毛 利率分别为 48.1%/48.6%/51.3%。


期间费用率2018-2020 年,公司销售费用率分别为 7.24/4.29/4.49%,得益于公司营收快 速增长而逐年下降。管理费用率分别为 6.42/5.47/10.29%,大幅增长系股票激励计划实施, 股份支付费用增加所致。随着公司不断扩张,营收进一步增长,我们预计销售及管理费用 率总体上呈现稳重有降趋势,2021/22/23 年公司销售费用率分别为 4.07/4.00/4.00%,管理 费用率分别为 10.25/7.00/7.00%。公司 2018-2020 年研发费用率分别为 5.74/15.36/16.44%, 2019 年以来研发费用率大幅提升,研发人员由 2018 年的 255 人增长至 1H21 的 354 人。 我们预计随着公司前期研发布局的产品线逐步实现量产发货,公司研发费用率将持续下降, 2022/23/24 年研发费用率分别为 14.44/12.00/11.00%。

股价回顾与服务器景气度高度相关,骅 1-2 月份营收同比保持高增

目前内存接口芯片主要用于服务器内存模组中,公司经营一定程度上受下游服务器采购周 期影响,公司股价与中国台湾骅月度营收和服务器季度出货量相关性较强。2020 年上半年, 新冠疫情爆发,远程办公、在线教育等需求快速增长,服务器厂商在上半年对原材料进行 了大量的采购。2H20 服务器厂商进入去库存周期,从骅月度数据可以看到,1H20 营收 同比增长 52.1%至 16.34 亿新台币,从 8 月份开始每月营业额同比环比均出现下滑,且同 比下滑幅度在持续扩大。服务器市场在经历了 3Q20 以来的去库存周期后,2021 年下半年 需求逐步复苏,4Q21 公司 DDR5 第一子代内存接口及模组配套芯片实现量产,DDR5 周期 开启亦为市场注入强心剂。

基于对公司未来发展的心和长期价值的认可,公司实施股份回购。2021 年 10 月 28 日, 经董事会会议决定,公司以自有资金通过上海证券交易所交易系统回购公司已发行的部分 人民币普通股股票,完善公司长效激励机制。回购价格不超过 86 元/股(含),回购资金总 额不低于人民币 3 亿元(含),不超过人民币 6 亿元(含),回购期限自公司董事会审议通 过回购方案之日起 6 个月内。截至 2022 年 2 月 28 日,公司已累计回购公司股份 3,873,000 股, 为公司总股本 11.33 亿股的 0.34%,约占预计不超过回购股份的 50%,已回购资金达 到人民币 3.00 亿元(不含印花税、交易佣金等交易费用),回购成交的最高价为 84.99 元/ 股,最低价 72.56 元/股。(报告来源未来智库)


澜起科技全球领先的内存接口芯片龙头

澜起科技成立于 2004 年,是国际领先的高性能处理器和全互连芯片设计公司,为全球仅有 的三家内存接口芯片供应商之一,其他两家为 IDT(被瑞萨电子收购)和 Rambus。公司于 2006 年成功研发第一款内存接口芯片,并获得 Intel Capital、永威投资等 1000 万美元融资, 在内存接口芯片领域有十余年的丰富经验。原境外母公司曾于 2013 年在纳斯达克上市, 2014 年被上海浦东科投私有化退市。自 2016 年起,公司积极拓展新业务领域,于 2018 年推出第一代津逮®服务器平台,2020 年 PCIe Retimer 芯片实现量产。

公司股权结构较为分散,无控股股东及实控人。第一大股东中电控股持股比例 14.3%;Intel 战略入股位列第二大股东,持股比例 8.99%,三星则通过 SVIC No.28 Investment 间接持 有 1%的股份;公司创始人杨崇和博士及其高管、技术团队通过 WLT 和珠海融英股持 13.88%的股份。公司主要子公司包括澜起投资(股权投资及资产管理)、澜起电子昆山(从 事研发活动)、澜起电子上海(从事研发及销售)等。

以互联类芯片为主战场,向服务器 CPU 和 AI 芯片延伸。公司 2018 年剥离毛利率较低的 消费芯片业务,聚焦互联类芯片业务(目前包括内存接口芯片及内存模组配套芯片、PCIe Retimer 芯片等),在 21 年前在津逮服务器业务营收体量还没释放前,基本占据 99%以上 的营收,21 年收入 17.17 亿元,占总收入的 67%。16 年公司与清华大学联合开发的津逮 ®CPU 服务器平台,使用 Intel X86 架构,主要服务国内政府、金融类客户。20 年以前该业 务营收不到 0.3 亿元,根据公司 2021 年度业绩快报,21 年相关产品陆续出货后实现收入 8.45 亿元,17-21 年 CAGR 225%。此外公司还积极布局 AI 芯片业务,部分重要 IP 及算法 获初步验证通过。随着 PCIe 4.0 Retimer 芯片与 DDR5 内存模组的推出以及服务器 CPU 国产替代加速,公司在 22-23 年有望实现 40%以上的营收增速。

竞争力分析1产业链龙头战略入股,高粘性的客户资源

公司下游基本覆盖了所有存储公司,主要客户包括海力士、三星电子、美光科技、SFA Semicon Philippines Corporation(三星电子在菲律宾的委外加工厂)、富昌电子、海太半 导体、金士顿等。2016 年,Intel 旗下的全资子公司 Intel Capital 与三星电子间接控制的 SVIC No. 28 Investment 通过增资方式成为公司优先股股东,二者于 2018 年再次增资成为 公司普通股股东,目前 Intel 持股比例 8.99%,位列公司第二大股东。下游客户市场集中度 较高,三星、美光、海力士三者市场份额合计达 90%以上,公司凭借股东资源背书以及优 异的产品,切入下游大客户供应链,并保持紧密合作联系。


认证流程复杂、周期较长,客户黏性较高。内存缓冲芯片直接内嵌于 DRAM 模组内,是用 于缓冲 CPU 控制指令及数据的核心部件。每一代产品在推出之前,内存接口芯片设计厂商 都需要在前期与下游 DRAM 厂商进行广泛的互操作测试,与内存颗粒和内存模组进行配套, 并通过 CPU 供应商的全方位严格认证(如稳定性、运行速度和功耗等),才能进入大规模 商用阶段。由于认证周期较长且流程繁琐,行业进入门槛较高,通过认证后的内存接口芯 片厂商将具有较高的客户黏性。

竞争力分析2积极参与行业标准制定,保持增量先发优势

JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council,电子器件工程联合委员会)是微电子 产业的领导标准机构,在过去 50 余年的时间里,其所制定的标准为全行业所接受和采纳, 在行业内具备较强影响力。2021 年公司入选 JEDEC 董事会,是 JEDEC 董事会成员中唯 一一家中国芯片设计公司,另外两家中国公司分别为联想和华为。公司在 JEDEC 下属的三 个委员会及分会中担任主席职位,深度参与 JEDEC 的标准制定,有助于公司在内存领域不 断把握行业变化带来的增量市场机会1)行业后期有望将内存接口芯片应用从服务器拓展 到 PC 领域,JEDEC 目前正在制定相关产品的标准。澜起作为标准制定机构的核心参与者 有望在早期捕捉行业发展趋势,提前做好研发安排;2)后来者对协议的理解需要一定时间, 公司作为先发者将在该时间窗口率先占领市场。

竞争力分析3持续研发投入,把握迭代周期机遇

公司核心团队技术和产业背景深厚,常年保持高研发投入。公司 CEO 杨崇和博士 1989 年 取得电子学博士学位后,先后供职于美国国家半导体、上海贝岭等公司从事芯片研发,其 97 年创立的新涛科技在 2001 年与 IDT 合并。创始人、董事兼总经理 Stephen Kuong-Io Tai 曾就职于 Sigmax Technology 和 Marvell 等公司。公司 1H21 研发人员共有 354 人,占公 司总人数的 71%,比例相比 2019 年的 64%提升显著。根据 19 年招股书披露,截止招股书 签署之日,公司在互联类芯片(时钟驱动器芯片、数据缓冲器芯片、内存模组及所需 RCD/DB 芯片)与津逮服务器、AI 芯片及 SoC 芯片研发人员投入比分别为52/24/24%,研发费用 率均保持 15%以上。(报告来源未来智库)


内存接口芯片DDR5 更迭之际,2025 年市场规模 40 亿美元

内存接口芯片是服务器内存模组的核心逻辑器件

CPU 和 DRAM 是服务器的两大核心部件,内存接口芯片集成于 DRAM 模组中,是服务器 内存模组的核心逻辑器件。由于 CPU 比内存处理数据速度快,因此需添加接口芯片以满足 CPU 对运行速度、号完整性和稳定性方面的要求。由于内存接口芯片的大规模商用要经 过内存厂商的配套以及服务器 CPU、内存和 OEM 厂商的严格认证,研发内存接口芯片产 品不仅要攻克内存接口的核心技术难关,还要跨越服务器生态系统的高准入门槛。

内存条根据插槽结构类型主要有以下几种SODIMM、UDIMM、RDIMM 和 LRDIMM,其 中 RDIMM 和 LRDIMM 主要在服务器使用,SODIMM 主要在 PC 使用。

1)UDIMM全称 Unbuffered DIMM,即无缓冲双列直插内存模块,指地址和控制号不 经缓冲器,无需做任何时序调整,直接到达 DIMM 上的 DRAM 芯片。不使用 RCD 与 DB。

2)RDIMM全称 Registered DIMM,带寄存器的双列直插内存模块。RDIMM 在内存条上 加了一个寄存器进行传输,其位于 CPU 和内存颗粒之间,既减少了并行传输的距离,又保 证并行传输的有效性。由于寄存器效率很高,因此相比 UDIMM,RDIMM 的容量和频率更 容易提高。使用一个 RCD,不使用 DB。

3)LRDIMM全称 Load Reduced DIMM,低负载双列直插内存模块。相比 RDIMM,LRDIMM 并未使用复杂寄存器,只是简单缓冲,缓冲降低了下层主板上的电力负载,但对内存性能 几乎无影响。LRDIMM 是 RDIMM 的替代品,一方面降低了内存总线的负载和功耗,另一 方面又提供了内存的最大支持容量。使用一个 RCD,外加 9-10 个 DB。

4)SODIMM全称 Small Outline DIMM,小型双列直插式内存模块。相对于 DIMM 来说, SODIMM 具有更小的外形尺寸(大致是正常 DIMM 尺寸的一半)。因此,SO-DIMM 主要用 于笔记本电脑等一些对尺寸有较高要求的使用场合。

内存接口芯片按功能可分为两类,一是寄存缓冲器(RCD),用来缓冲来自内存控制器的地 址/命令/控制号;二是数据缓冲器(DB),用来缓冲来自内存控制器或内存颗粒的数据 号。仅采用 RCD 芯片对地址/命令/控制号进行缓冲的内存模组通常称为 RDIMM,而采用 了 RCD 和 DB 套片对地址/命令/控制号及数据号进行缓冲的内存模组称为 LRDIMM。


内存接口芯片市场有多大?

根据我们测算,2021 年全球服务器内存接口芯片(DDR4)市场规模约 6.23 亿美元。我们 对 2022-2025 年全球市场规模进行预测,具体分为服务器以及 PC 两大场景

1) 针对服务器应用根据 IDC 预测,全球服务器出货量持续增长,单台服务器 CPU 数量 以及单颗 CPU 连接内存模组数量均保持稳中略增。考虑 DDR5 渗透率提升以及 DDR5 世代内存模组的应用,我们预计 2021-2025 年全球服务器内存接口芯片及内存模组配 套芯片市场规模将从 6.23 亿美元提升至 21.05 亿美元,CAGR=35.6%。

2) 针对 PC 应用根据 IDC 预测,全球 PC 出货量基本保持稳定,通常来说单台 PC 需要 内置一颗 SPD 以及 PMIC(配套芯片)。我们假设在 DDR5 世代中期,为了解决数据传 输速率瓶颈,PC 内存模组中标配一颗 CKD 芯片。根据我们测算,预计 2023-2025 年 全球 PC 内存接口芯片及内存模组配套芯片市场规模有望实现从零突破,从 2.37 亿美 元提升至 18.9 亿美元。

DDR5 世代来临,内存接口芯片“量价齐升”

内存接口芯片及内存模组配套芯片行业的增长受到“量”“价”双方的共同驱动。从出货量 的角度,我们通过以下公式对全球内存接口芯片出货量进行大致测算

内存接口芯片数量=服务器出货量×单个服务器 CPU用量×单个 CPU对应的内存条数量× (单个内存条上 DB 和 RCD 数量+内存配套芯片数量)

量驱动因素1服务器需求回升,单个服务器对应内存模组数量升级

服务器市场景气度回升,服务器出货量 22 年迎来反弹。内存接口芯片、DRAM、服务器三 者之间的需求景气相互关联。根据 IDC 数据,全球服务器市场在经历了 2019-2021 年的持 续低迷期后迎来反弹,主要受益于大数据、云计算等需求回升,预计 2022 年全球服务器出 货量将同比增长 10%至 1423 万台,22-25ECAGR 保持在 6%左右。


云巨头资本开支呈现向上趋势,“新基建”中服务器成为主要投资方向。根据 Factset 一致 预期,预计2022年MAGA合计资本开支同比增长17.6%(较2021年12月预期上调4.7pct), 其中 1Q22E 同比增速预计为 24.0%。根据 Intel、AMD 和 Xilinx 的业绩,我们认为数据中 心市场从 4Q21 起正在重拾增长,下游复苏将带动上游内存等核心零部件的景气度提升。

单个服务器所需 CPU 数量随数据处理量的增大而上升。AI、云计算、大数据等技术发展使 得服务器数据运算能力要求大幅提升,单个服务器 CPU 数量也因此增长。通过梳理几家主 流服务器供应商的服务器产品,我们观察到今年最新发布的联想 ThinkSystem SR850 和浪 潮服务器 NF8480M5 已经实现标配 4 颗 CPU,最大配置 8 颗 CPU,而中科曙光的服务器 标配和最大配置 CPU 数量均达到 8 颗,相比 2016 年联想服务器标配和最高配置 CPU 数 量仅 1 颗已有明显提升。

量驱动因素2DDR5 升级带来 DB 芯片及内存模组配套芯片的增量需求

2022 年行业正处于 DDR4 向 DDR5 过渡阶段,2H22 DDR5 产品开始放量。参考 DDR4 世代,我们预计 DDR5 从发布到满 12 个月新品渗透率将达到 20%-30%,满 24 个月达到 50%-70%,36 个月渗透率达到 90%左右。根据 Intel2 月投资者大会,英特尔将于 1Q22 交付 Intel 7nm 制程工艺制造的 Sapphire Rapids 处理器,大规模上量将在 22 年下半年。 考虑到内存接口芯片和配套芯片通常提前服务器 1-2 个月进行备货,公司 DDR5 产品从 4Q21 开始陆续上量。

DDR5 升级将带来 DB 芯片和内存模组配套芯片(SPD+PMIC+TS)需求量提升

1)数量(量)在 DDR4 世代,LRDIMM 内通常配置 1 颗 RCD+9 颗 DB。根据 DDR5 标 准,DDR5 世代 LRDIMM 内将配置 1 颗 RCD 和 10 颗 DB。

2)种类(量)DDR5 内存模块中需要配套一个串行检测芯片(SPD)、一个电源管理芯片 (PMIC),以及 1-3 个温度传感器(TS)。DDR5 内存模组首次使用模组内置电源模块技术 (VR-ON-DIMM)以提升电源管理效能,电源管理芯片(PMIC)成为 DDR5 内存模组的 重要器件,这在以往 DDR 世代的内存模组上是没有的。其中,SPD 和 PMIC 不仅适用于 DDR5 系列服务器内存模组,应用范围还包括台式机及笔记本内存模组。


量驱动因素3 LRDIMM 透率提升带来新增的 DB 芯片需求

目前服务器采用的内存模组主要有 RDIMM 和 LRDIMM 两种形式,LRDIMM 渗透率仅约 5%左右。与 RDIMM 中内存接口芯片种类不同,LRDIMM 中除 RCD 外还将配置 DB 芯片 以完成数据的缓冲。DDR4 世代 LRDIMM 中将配置 9 颗 DB 芯片,DDR5 世代单颗 LRDIMM 配置 DB 芯片数量将提升至 10 颗,LRDIMM 渗透率提升有望拉动 DB 芯片需求。

价格驱动因素DDR5 子代迭代速度加快,内存接口芯片均价有望维持稳定

DDR5 第一子代内存接口芯片的速度将达到 4800Mbps,相较 DDR4Gen2plus 的 3200Mbps 提升 50%,同时其相应的制造成本也有所增加,预计 DDR5 Gen1.0 产品单价 将显著高于 DDR4 Gen2 Plus 系列。此外,在某一代具体产品周期中,销售单价逐年降低, 但新的子代产品在推出时的单价通常高于上一子代产品。澜起科技 DDR4 世代每个子代的 迭代周期约 18 个月左右,目前来看,DDR5 世代子代迭代周期缩短,预计 2023 年初有望 推出 DDR5 Gen2.0 产品,DDR5 产品的子代更迭有利于保持稳定的 ASP 水平。

竞争格局三足鼎立格局清晰,公司有望在 DDR5 世代保持领先

内存接口芯片三足鼎立格局逐渐清晰。从 DDR4 世代开始,全球内存接口芯片厂商仅剩澜 起科技、IDT 和 Rambus 三家,TI、西门子、Intel、Inphi 在 DDR2、DDR3 世代中陆续退 出竞争。内存接口芯片行业相对封闭,前期需要与内存厂商、服务器厂商进行广泛的互操 作测试,认证壁垒高且周期较长,新进入难度较大。根据各家公司披露数据测算,我们预 计 2020 年澜起科技、Rambus 和 IDT 市占率分别为 44%/20%/36%。

澜起科技内存接口芯片市场份额稳步上升,DDR5 世代有望继续维持竞争优势。2016 年, 澜起科技、Rambus、IDT 市占率分别为 20%、4%和 76%,IDT 占据绝对优势。2016-2020 年,澜起科技市占率逐步从20%提升至44%,Rambus市占率亦从4%提升至20%。IDT 2019 年 3 月正式被瑞萨收购,收购过程中骨干人员发生了一定程度上的流失,近年来其市占率 亦出现明显下降,从 2016 年 76%下降至 2020 年 36%左右。


DDR5 世代澜起科技有望保持领先,主要由于1)从澜起历史发展来看,公司一直保持产 品定义和标准制定的优势,同时拥有稳定的人才团队,从 13 年 DDR4 推出以来在业务层面 均没有出现较大的问题;2)国内的 DRAM 产业迅速发展,合肥长鑫已经量产并推出相关 产品,紫光集团将建设 DRAM 产线,澜起作为国内的内存接口芯片大厂有望享受国产替代 的红利;3)从竞争格局来看,与 IDT 相比,IDT 被瑞萨收购之后,发展重心主要在汽车电 子领域,在产能规划、研发资源投入上也将有所倾斜;与 Rambus 相比,由于 Rambus 目 前尚未正式推出内存模组配套芯片,公司能够为客户提供更加完整的互联产品解决方案。

内存模组配套芯片中,SPD 和 TS 竞争格局优于 PMIC。配套芯片方面,根据公司调研公告, 当前 SPD 和 TS 仅有澜起和瑞萨电子有量产产品,市场格局相对更优,公司有望在全球 SPD 市场维持较高份额。但 PMIC 市场当前仍主要由海外大厂垄断,潜在竞争厂商较多,未来 竞争格局尚未明确。

公司内存接口芯片业务技术实力过硬,产品矩阵齐备

澜起拥有全产品矩阵的互联类芯片。澜起科技在内存接口芯片领域深耕十多年,是全球唯 一一家可提供从 DDR2 到 DDR5 记忆体全缓冲、半缓冲完整解决方案的供应商。该业务 21 年实现营收 17 亿元,收入占比达到 67%,18-21 年 CAGR 达到 16.42%。公司先后推出了 DDR2/3/4/5 系列内存接口芯片,包括寄存缓冲器 (RCD) 和数据缓冲器 (DB),可应用于 RDIMM 和 LRDIMM 中,满足高性能服务器对高速、大容量的内存系统的需求。此外,进 入 DDR5 产品世代,除了内存接口芯片 RCD 和 DB,澜起科技还提供内存模组配套芯片, 包括串行检测集线器 (SPD Hub)、电源管理芯片 (PMIC) 和温度传感器 (TS)。

深度参与内存接口芯片标准制定。由澜起科技发明的 DDR4 全缓冲“1+9”架构被 JEDEC (全球微电子产业的领导标准机构)采纳为国际标准,该技术突破了 DDR2、DDR3 的集 中式架构设计,创新性采用 1 颗寄存缓冲控制器为核心、9 颗数据缓冲控制器芯片的分布结 构布局,大幅减少了 CPU 与 DRAM 颗粒间的负载,降低了号传输损耗,解决了内存子 系统大容量与高速度之间的矛盾。目前公司相关产品已成功进入国际主流内存、服务器和 云计算领域,在国际上拥有较强的话语权,并占据全球市场的主要份额。


由于 DDR4 内存接口芯片进入产品生命周期后期,产品价格较上年度有所下降,公司互连 类芯片产品线的毛利率从 2020 年的 73.22%降至 2021 年的 66.72%。4Q21 英特尔正式发 布第 12 代处理器,澜起科技 DDR5 内存接口芯片及配套芯片也正式量产出货。4Q21 互连 类芯片产品实现营业收入 6.01亿元,环比增长 39.97%,同比增长 76.55%,毛利率为69.21%。 从销量来看,19 年开始销量下降幅度明显,主要是下游服务器及 DRAM 市需求疲软所致。

PCIe Retimer2025 年市场规模有望超过 6 亿美元

PCIe Retimer 有望成为高速号传输衰减问题的主要解决方案

PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) 是由英特尔于 2001 年提出的一种 高速串行计算机扩展总线标准,用来连接主板与高速外部设备,包括硬盘、显卡、声卡、 网卡等,具备传输速率高的优势。近年来,高速数据传输协议已由 PCIe3.0 发展为 PCIe4.0, 数据速率从 8GT/s 提升到 16GT/s,到 PCIe5.0、PCIe6.0,数据速率将进一步提升至 32GT/s、 64GT/s。随着数据传输速率的提高,通道损耗随之增加,数据传输速度翻倍的同时带来了 突出的号衰减和参考时钟时序重整等问题。

解决高速传输的号衰减问题通常可采用高速 PCB 板材、Redriver 和 Retimer 三种方案, Redriver 方案综合性价比更高,有望成为高速号传输衰减问题的主要解决方案。

1)高速 PCB 板材方案(降低号传输损耗)PCB 印制电路板是电子元件的承载部分, 高速板材泛指应用于高速 PCB 中的低损耗板材,相比普通的 FR4 材料,高速 PCB 板材能 够明显降低号衰减的程度。

2) Redriver 方案(号放大) Redriver 是一种模拟扩展设备,也称为号中继器 (Repeater IC),通过放大号在高速接口上增加讯号质量,以抵消由互连造成的频率衰减。 通过使用同等化(equalization)、预强调(pre-emphasis)和其他技术,Redriver 能够调整与矫 正传输端上频道的损失,并在接收端上恢复讯号完整性。一个 Redriver 数据路径通常包括 一个连续时间线性均衡器(CTLE),一个宽带增益节点和一个线性驱动器。此外,Redriver 通常具有检测输入号丢失阈值和输出接收器(Rx)的能力。


3)Retimer 方案(号重新生成)Retimer 是一种混合号的模拟/数字设备,具有协议 意识,能够完全恢复数据号重新发出。号经过 Retimer 时,通过内部的时钟重构号, 使其号传输能量增加并继续传输。除了 CTLE 和宽带增益节点之外,Retimer 还包含一个 时钟数据恢复(CDR)电路、一个决策反馈均衡器(DFE)和一个发送(Tx)有限脉冲响 应(FIR)驱动器。Retimer 通过有限状态机(FSM)和/或微控制器通常管理 CTLE、宽带 增益、DFE 和 FIR 驱动器的自动适应,并实现 PCIe®链接训练和状态机(LTSSM)。Retimer 通过数据恢复、串行通道重新发送号的方式有效降低号衰减。

高速 PCB 板材价格昂贵,Retimer 相较 Redrvier 效果更佳。对比三种解决方案,高速 PCB 板材价格较为昂贵,主板升级将产生较高的额外的成本,短期难以成为主流方案。与 Retimer 相比,Redriver 尚未在 PCI-SIG 规范中形成标准,目前只能同时放大号和噪声,无法削 弱不相关或随机抖动(RJ)。而 Retimer 能够借由 DSP 功能重建干净的通讯号,更好地 恢复数据。从放置方式来看,Retimer 能够放置在符合 PCIe 标准的两个通道之间的任意位 置,而 Redriver 放置的具体位置则需要通过繁琐的 IBIS-AMI 仿真实验确定,离源发射机不 能太近也不能太远。从 Astera Labs 实验结果可以看出,衰减号经过 Retimer 后号质量 更高,经过 Redriver 后仍然存在较多噪声影响。

PCIe Retimer 市场有多大?

在 PCIe 4.0 时代,Retimer 主要装配在扩展卡上(如 NVMe SSD、网卡、GPU 等),根据 具体需求进行选配。迈入 PCIe 5.0 时代,随着数据传输速率进一步提升,号传输衰减距 离进一步缩减,主板上离 CPU 距离较远的 PCIe 插槽需要 Retimer 芯片来保障号传输质 量,因此业界正在积极讨论,PCIe 5.0 时代在主板上装配 PCIe 5.0 Retimer 芯片。若方案 成为主流,Retimer 芯片需求量将明显提升。

根据我们测算,假设 PCIe4.0 渗透率从 2021 年 30%提升至 2025 年 70%,单个服务器 PCIe 链路数稳中有升,则预计 2025 年全球 PCIe4.0 Retimer 市场规模将达到 1.87 亿美元, 2021-2025 年复合增长率达到 30.6%。若 PCIe 5.0 世代 Retimer 成为服务器标配,PCIe5.0 Retimer 渗透率从 2023 年 5%提升至 2025 年 30%,则 2025 年 Retimer 总体市场规模将 达到 6.30 亿美元,2021-2025 年复合增长率达到 77.0%。根据 360 Research Rports 数据, 2020 年全球 PCIe Retimer 市场规模预计达到 23 百万美元,预计 2027 年将增长至 2484.7 百万美元,2021-2027 年均复合增长率(CAGR)达到 77.2%,与我们测算值在体量上基 本一致。


PCIe4.0 Retimer 芯片在服务器市场主要有两大应用场景在 GPU 以及 NVMe SSD 与 CPU 的连接之间配置 Retimer 芯片。具体来看

1)CPU 与 GPU 互联。随着机器学习、人工智能等应用的兴起, AI 服务器需求持续提升。 当前 GPU 往往通过 PCIe 总线与 CPU 相连,在与 CPU 进行数据交互的过程中,可以通过 配置 Retimer 芯片来保障号传输的速度和质量。目前,AI 服务器中通常配置多颗 Retimer 芯片,如 Astera Labs 提供的加速卡解决方案中就使用了 4 颗 Retimer 芯片。根据 IDC 报 告,2020 年全球服务器 GPU 出货量达到 50.9 万颗,预计 2025 年将增长至 163 万颗。通 常来说,连接一颗 GPU 需要一颗 16 通道的 Retimer 芯片,我们预测 2025 年用于服务器 GPU 互联的 Retimer 链路需达到 2609 万,对应市场规模约 1797 万美元。

2)CPU 与 NVMe SSD 互联。在数据中心存储应用领域,NVMe SSD 依托 PCIe 接口,优 化了数据传输路径并简化了软件协议栈,大幅度降低读写延迟并显著提升了数据传输带宽。 凭借优异的性能,PCIe 4.0 的 NVMe SSD 正在快速替代 PCIe 3.0 的 SATA 和 SAS SSD。 存储服务器的系统拓扑结构通常都会包含 PCIe 扩展卡以实现多盘位 NVMe SSD 配置。多 盘位 Gen3 NVMe SSD 配置的系统包括 3 个 PCIe 扩展卡,每个扩展卡可以支持 4 个 NVMe Gen3 SSD, 全系统能支持最多 12 个 NVMe Gen3 SSD。多盘位 Gen4 NVMe SSD 的配置 与 Gen3 相比更为复杂,总插入损耗会显著超出 PCI-SIG 规定的 28dB。PCIe Retimer 凭 借其高性能、标准化和生态系统支持、全面的合规性测试和开放系统互连等优势,正在成 为主流的链路扩展解决方案。根据 IDC 报告,预计到 2025 年,企业级 NVMe SSD 出货量 将达到 5473 万颗,通常 1 颗 8 通道的 Retimer 芯片可以连接 2 个 SSD,则对 Retimer 需 求达到 21,893 万链路,对应市场规模 15,082 万美元。

PCIe5.0 数据传输速率提升至 32GT/s,按照 PCIe5.0 标准规范,端到端允许的道损耗预 算为 XXdB,若号传输距离超过 9 英寸,道损耗便会超过规范值。但目前服务器中仍存 在较多 PCIe 插槽与 CPU 距离超过 9 英寸,因此,业内提出在将 Retimer 芯片作为服务器 主板的标准配置。假设正式在 PCIe5.0 世代推广成为标准,根据 IDC 报告,2025 年全球服 务器出货量预计达到 1710.6 万台,假设 PCIe5.0 渗透率为 30%,一个服务器主板需要配置 3 颗 16 链通道的 Retimer 芯片,我们预测 2025 年 PCIe5.0 Retimer 需求达到 82,111 万链 路,对应市场规模约 44,340 万美元。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关息,请参阅报告原文。)

详见报告原文。     

精选报告来源【未来智库】。


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