計(jì)算機(jī)算力產(chǎn)業(yè)市場分析

計(jì)算機(jī)算力產(chǎn)業(yè)市場分析從CPU到GPU，核心技術(shù)當(dāng)自強(qiáng)算力全面國產(chǎn)化時(shí)代已提前到來算力是數(shù)字經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和發(fā)展的基石和前提。IDC發(fā)布的《2021-2022全球計(jì)算力指數(shù)報(bào)告》指出，算力對經(jīng)濟(jì)增長的拉動具有長期性和倍增效應(yīng)：計(jì)算力指數(shù)平均每提高1點(diǎn)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)和GDP將分別增長3.5‰和1.8‰，當(dāng)一個(gè)國家的計(jì)算力指數(shù)達(dá)到40分、60分時(shí)，計(jì)算力指數(shù)每提升1點(diǎn)，其對于GDP增長的推動力將分別增加1.5倍和3.0倍；算力全面國產(chǎn)化時(shí)代已提前到來。算力的基本載體是服務(wù)器，服務(wù)器的核心部件為CPU和類GPU等計(jì)算芯片，經(jīng)過多年的技術(shù)積累和市場打磨，我國國產(chǎn)CPU已從“可用”進(jìn)入“好用”階段，以運(yùn)營商和金融為代表的大客戶正有序進(jìn)行信創(chuàng)服務(wù)器的集采和規(guī)?；瘧?yīng)用；隨著新一輪AI算力升級的浪潮的興起以及國際局勢的迅速變化，我們認(rèn)為AI算力芯片的國產(chǎn)化時(shí)點(diǎn)已提前到來。國內(nèi)算力產(chǎn)業(yè)鏈的三大體系在國內(nèi)，算力產(chǎn)業(yè)鏈整體屬于生產(chǎn)制造業(yè)，經(jīng)過多年發(fā)展，上下游廠商往往存在較為密切的股權(quán)/業(yè)務(wù)關(guān)系，可分為如下體系：中科院系——以海光為核心芯片，以中科曙光及ODM為主要整機(jī)廠的x86信創(chuàng)服務(wù)器體系，兼容性好；華為系——以鯤鵬+昇騰為核心芯片，以華為硬件生態(tài)合作伙伴（四川長虹、高新發(fā)展、寶德、超聚變、神州數(shù)碼、烽火通信、拓維信息等）為主要整機(jī)廠的Arm信創(chuàng)服務(wù)器體系，自主可控程度更高；中電子系——以飛騰為核心芯片，以中國長城為主要整機(jī)廠的Arm信創(chuàng)服務(wù)器體系，自主可控程度高；整體上看，我國正在逐步完善產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)，以應(yīng)對日趨復(fù)雜的國際局勢。CPU：從“可用”到“好用”國產(chǎn)CPU技術(shù)路線正逐步趨于收斂CPU根據(jù)架構(gòu)主要分為x86及Arm，技術(shù)路線正逐步收斂于華為和海光兩大體系。芯片的發(fā)展更看重能否形成更加完善的生態(tài)閉環(huán)，要求上游供應(yīng)相對充足、自身性能及價(jià)格相比國外芯片具備一定的性價(jià)比、下游生態(tài)覆蓋面廣且最好是主流生態(tài)，綜合上述因素來看，未來信創(chuàng)及商用CPU技術(shù)路線將逐步向華為ARM體系及海光X86體系收斂。2027年國產(chǎn)PC市場規(guī)模有望達(dá)到547億我們預(yù)計(jì)27年國產(chǎn)PC市場空間有望達(dá)到547億。根據(jù)我們《信創(chuàng)框架報(bào)告》測算，我們預(yù)計(jì)2024年國產(chǎn)PCCPU市場規(guī)模有望達(dá)到38億（同比+50%），2027年有望達(dá)到87億（24-27年CAGR+19%）；2024年國產(chǎn)PC市場規(guī)模有望達(dá)到239億（同比+50%），2027年有望達(dá)到547億（24-27年CAGR+32%）。2027年國產(chǎn)服務(wù)器市場規(guī)模有望達(dá)到千億2022年服務(wù)器芯片國產(chǎn)化率達(dá)到25%。按照Counterpoint，2022年全球服務(wù)器芯片市場中X86占91%、ARM占6%、其它芯片占3%；根據(jù)Bernstein，目前中國市場服務(wù)器中ARM占比約15%，其它國產(chǎn)CPU（龍芯、海光、兆芯、申威等）占比約10%，合計(jì)國產(chǎn)芯片服務(wù)器占比達(dá)到25%；我們預(yù)計(jì)27年國產(chǎn)服務(wù)器市場空間有望達(dá)到千億。根據(jù)我們《信創(chuàng)框架報(bào)告》測算，我們預(yù)計(jì)2024年國產(chǎn)服務(wù)器CPU市場規(guī)模有望達(dá)到198億（同比+36%），2027年有望達(dá)到333億（24-27年CAGR+19%）；2024年國產(chǎn)服務(wù)器市場規(guī)模有望達(dá)到594億（同比+36%），2027年有望達(dá)到1000億（24-27年CAGR+19%）。以運(yùn)營商和金融為代表的行業(yè)客戶已開始大規(guī)模集采國產(chǎn)服務(wù)器23年下半年開始，運(yùn)營商和金融客戶陸續(xù)進(jìn)行國產(chǎn)服務(wù)器大規(guī)模集采，我們預(yù)計(jì)未來能源電力、制造業(yè)、醫(yī)療、教育等行業(yè)的央國企客戶信創(chuàng)服務(wù)器集采也有望逐步開展；供應(yīng)上看，Arm服務(wù)器在以運(yùn)營商和銀行為代表的行業(yè)信創(chuàng)采購大單中占比持續(xù)提升，如中信銀行65億訂單中Arm芯片服務(wù)器約占服務(wù)器采購金額的3/4，我們預(yù)計(jì)未來Arm芯片服務(wù)器的份額將進(jìn)一步提升。ARM：華為鯤鵬CPU主打高性能和低功耗鯤鵬920是華為自研的面向數(shù)據(jù)中心的核心CPU，主打高性能和低功耗。基于ARMv8.2架構(gòu)，由華為公司自主設(shè)計(jì)完成，主頻可達(dá)2.6GHz，單芯片可支持64核，支持8通道DDR4、100GRoCE以太網(wǎng)卡，具備PCle4.0及CCIX接口，可提供640Gbps總帶寬，通過優(yōu)化分支預(yù)測算法、提升運(yùn)算單元數(shù)量、改進(jìn)內(nèi)存子系統(tǒng)架構(gòu)等一系列微架構(gòu)設(shè)計(jì)，大幅提高處理器性能，SPECintBenchmark評分超過930，超出業(yè)界標(biāo)桿25%。X86：海光CPU兼具性能和兼容性海光基于AMD授權(quán)的x86指令集研制CPU，兼具性能和兼容性。以海光7285為例，相關(guān)參數(shù)為32核，64個(gè)超線程，2.0GHz主頻，DDR4內(nèi)存，內(nèi)存通道數(shù)8，最高內(nèi)存頻率2666MHz，PCIe通道數(shù)128；海光使用先進(jìn)的處理器微結(jié)構(gòu)和緩存層次結(jié)構(gòu)，改進(jìn)了分支預(yù)測算法，使得每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行的指令數(shù)得到顯著提高；依托先進(jìn)的SoC架構(gòu)和片上網(wǎng)絡(luò)，集成了更多處理器核心；采用先進(jìn)的工藝制程和物理設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了處理器高主頻設(shè)計(jì)，使海光CPU產(chǎn)品具有優(yōu)異的產(chǎn)品性能，目前公司多款產(chǎn)品已在核心數(shù)、支持內(nèi)存、內(nèi)存通道數(shù)、PCIe通道數(shù)等方面處于國內(nèi)前列，比肩全球主流產(chǎn)品；海光三號系列芯片是公司目前的主力產(chǎn)品。最高規(guī)格具備32核心64線程，擁有多達(dá)128條PCle4.0通道，支持內(nèi)存頻率提升至3200MHZ。相比上一代產(chǎn)品，海光三號的整體實(shí)測性能提升了約45%。在SOC設(shè)計(jì)、I/O帶寬、取指單元、功能模塊、防御機(jī)制等方面，海光三號均做了不同程度的優(yōu)化，綜合性能大幅躍升。海光四號有望采用全新自研微架構(gòu)，有望對標(biāo)Intel最新代頂級型號處理器的性能水平。LoongArch：龍芯3A6000性能比肩第10代酷睿i3處理器LoongArch龍架構(gòu)為完全自主設(shè)計(jì)，與國際主流處理器的設(shè)計(jì)差距已補(bǔ)齊。第四代微架構(gòu)LA664突破了國際主流CPU的標(biāo)配——同時(shí)多線程(SMT)技術(shù)，全面提升了各項(xiàng)指標(biāo)，首次將4發(fā)射提升到6發(fā)射，同時(shí)在ROB、定點(diǎn)/向量物理寄存器、發(fā)射隊(duì)列、功能部件、載入/存儲隊(duì)列等各項(xiàng)指標(biāo)上，都實(shí)現(xiàn)了50％到100％的提升，基本補(bǔ)齊了與當(dāng)今主流處理器在通用處理能力、單核性能、設(shè)計(jì)能力的差距；3A6000性能與2020年10代酷睿i3-10100處理器相當(dāng)。首款產(chǎn)品龍芯3A6000采用自主成熟工藝制造，4個(gè)物理核心，支持同時(shí)多線程技術(shù)(SMT2)，因此有8個(gè)邏輯核心，主頻為2.5GHz,集成安全可信模塊，可提供安全啟動方案和國密（SM2、SM3、SM4等）應(yīng)用支持；根據(jù)芯智訊，龍芯3A6000處理器總體性能與Intel2020年上市的第10代酷睿i3-10100四核處理器基本相當(dāng)，下一步爭取使用成熟工藝達(dá)到英特爾、AMD先進(jìn)工藝CPU的性能；龍架構(gòu)開放授權(quán)，打造國際第四大開源生態(tài)。在國外，龍架構(gòu)獲得了國際開源生態(tài)編號258，與x86、Arm、RISC-V處于等同的地位，得到了Linux系統(tǒng)內(nèi)核、GCC/LLVM兩大支柱性編譯器、Rust/Golang/Pascal等傳統(tǒng)與新興編程語言、Nodejs/.net等主流應(yīng)用開發(fā)框架等開源社區(qū)、開源軟件的快速支持；在國內(nèi)，首批面向微控制器、嵌入式、終端的龍芯CPUIP核已開放授權(quán)，國產(chǎn)操作系統(tǒng)及國內(nèi)基礎(chǔ)應(yīng)用已支持龍架構(gòu)，可以滿足基本的辦公、娛樂需求。超算：受限較早，徐徐前行超級計(jì)算用于處理極端復(fù)雜或數(shù)據(jù)密集型問題超級計(jì)算，又稱高性能計(jì)算(HPC)，是計(jì)算科學(xué)的重要前沿分支，指利用并行工作的多臺計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（即超級計(jì)算機(jī)）的集中式計(jì)算資源，處理極端復(fù)雜或數(shù)據(jù)密集型問題，與智算相比，超算要求雙精度計(jì)算（FP64），而智算一般要求單精度、半精度計(jì)算（FP32、16、8）；超算產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)典型的政策性特征。由于超算芯片所需技術(shù)難度較大，同時(shí)下游應(yīng)用一般以前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究等非商業(yè)化需求為主，因而主要參與者為央國企、科研院所等單位，整體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展呈現(xiàn)一定的政策周期性。超算芯片受限較早，我國超算在政策加持下已進(jìn)入互聯(lián)階段超算CPU已在8年前受限。早在2015年4月，美國商務(wù)部就拒絕Intel向中國的國家超算廣州中心、長沙中心、天津中心和國防科大出售“至強(qiáng)”芯片用于天河二號系統(tǒng)升級的申請，并將這4所中國機(jī)構(gòu)列入出口管制名單；后續(xù)美國不斷加緊對我國超算相關(guān)單位的限制，如2019年6月美國商務(wù)部依據(jù)《進(jìn)出口管理?xiàng)l例》對中國超算三巨頭中的“神威”和“曙光”實(shí)施制裁，將與此兩者相關(guān)的5家中國企業(yè)列入“實(shí)體清單”，禁止向其提供美國技術(shù)及元器件；我國自受限后就開啟了自強(qiáng)之路。2016年《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》明確提出要突破超級計(jì)算機(jī)中央處理器(CPU)架構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，而后2021年的十四五規(guī)劃明確提出建設(shè)E級和10E級超級計(jì)算中心，目前為了促進(jìn)國產(chǎn)超算算力的上架率，科技部啟動了超算互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工作，目標(biāo)建成一體化超算算力網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)算力資源的統(tǒng)籌調(diào)度。預(yù)計(jì)2025年中國超算市場規(guī)模達(dá)到466億元全球來看，據(jù)頭豹研究院預(yù)計(jì)，以供應(yīng)商HPC市場收入為口徑進(jìn)行市場規(guī)模測算，2017-2021年全球超算市場規(guī)模CAGR為12.2%，預(yù)計(jì)2021-2026年CAGR為6.1%，2026年超算HPC市場規(guī)模將達(dá)到395.3億美元；中國來看，根據(jù)沙利文研究測算，2016-2021年中國超算服務(wù)市場規(guī)模CAGR為24.7%，預(yù)計(jì)2021-2025年CAGR為24.1%，2025年中國超算服務(wù)市場規(guī)模將達(dá)到466億元。超算上云是必經(jīng)之路，超算云服務(wù)市場規(guī)模有望達(dá)到700億國家超算互聯(lián)網(wǎng)分為基礎(chǔ)算力層、運(yùn)行管理層、服務(wù)運(yùn)營商三層參與者。由超算中心提供基礎(chǔ)算力，運(yùn)行管理者負(fù)責(zé)管理資源并實(shí)現(xiàn)接口調(diào)用，服務(wù)運(yùn)營商作為超算服務(wù)運(yùn)營主體，未來還可以建設(shè)類似應(yīng)用商店的超算應(yīng)用軟件平臺，目標(biāo)是到2025年底，通過超算互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，打造國家算力底座，促進(jìn)超算算力的一體化運(yùn)營；超算服務(wù)需要大量同時(shí)熟悉超算技術(shù)和行業(yè)科研思維的復(fù)合型人才，互聯(lián)有利于資源的有效配置。由于超算涉及領(lǐng)域廣泛且細(xì)碎，如海洋氣象、地質(zhì)勘探、工業(yè)仿真、富媒體渲染等超算服務(wù)場景對超算服務(wù)的要求不盡相同，包括超算資源的調(diào)度、軟件系統(tǒng)的搭配等均不一，因而只有服務(wù)商對各個(gè)典型使用場景有著深刻的理解，才能設(shè)計(jì)出符合下游用戶使用習(xí)慣的產(chǎn)品服務(wù)矩陣，各國家級超算中心人才專長領(lǐng)域不同，超算互聯(lián)和上云有利于實(shí)現(xiàn)人才、資源的合理配置，促進(jìn)超算行業(yè)的商業(yè)化發(fā)展；中國超算云服務(wù)市場規(guī)模遠(yuǎn)期有望達(dá)到700億。根據(jù)沙利文，按照實(shí)驗(yàn)室數(shù)量*超算云服務(wù)滲透率*年消費(fèi)額的公式測算，預(yù)計(jì)中國超算云服務(wù)市場規(guī)模遠(yuǎn)期有望達(dá)到700億，其中630億為企業(yè)主導(dǎo)，未來商用企業(yè)市場潛力巨大。智算：限制加速，國產(chǎn)化時(shí)點(diǎn)提前到來美國加大AI芯片管制措施，AI算力國產(chǎn)化時(shí)點(diǎn)已提前到來拜登政府上臺以來，通過聯(lián)盟的方式對華半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)形成多邊管制的態(tài)勢逐漸明晰，近期出臺了《先進(jìn)計(jì)算芯片規(guī)則（AC/SIFR）》、《擴(kuò)大半導(dǎo)體制造項(xiàng)目出口管制暫行最終規(guī)則（SMEIFR）》以及增加了BIS“實(shí)體清單”，以對芯片設(shè)計(jì)、代工、生產(chǎn)設(shè)備、芯片供應(yīng)、人員等多環(huán)節(jié)進(jìn)行限制，我們認(rèn)為充沛的算力是AI大模型成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地的前提，AI算力的國產(chǎn)化時(shí)點(diǎn)已提前到來。智算算力新基建頂層規(guī)劃已出，各地政策有望逐步跟進(jìn)《算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展行動計(jì)劃》從全局對全國智算算力進(jìn)行了頂層規(guī)劃，并強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通，以往各自為政的局面有望得到統(tǒng)一，使用國產(chǎn)芯片建設(shè)的智算中心上架率有望提升。10月9日，工信部等六部門聯(lián)合印發(fā)《算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展行動計(jì)劃》（以下簡稱“行動計(jì)劃”），明確提出了到2025年全國算力目標(biāo)規(guī)模超過300EFlops，智能算力占比達(dá)到35%，重點(diǎn)應(yīng)用場所光傳送網(wǎng)（OTN）覆蓋率達(dá)到80%，工業(yè)、金融等領(lǐng)域算力滲透率顯著提升，醫(yī)療、交通等領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘡?fù)制推廣，能源、教育等領(lǐng)域應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大；“行動計(jì)劃”從頂層明確了未來三年全國智算算力的建設(shè)目標(biāo)及節(jié)奏，解決了各地智算中心建設(shè)節(jié)奏、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、各自為政的情況，可以從全國層面實(shí)現(xiàn)智算算力的混合調(diào)用，也將有利于提升國產(chǎn)智算算力上架率。2024年國產(chǎn)AI算力需求有望接近100EFlops考慮到我國國產(chǎn)AI芯片供應(yīng)商的產(chǎn)能供應(yīng)、生態(tài)適配、綜合性價(jià)比等情況，國內(nèi)AI芯片與英偉達(dá)H100芯片相比仍有一定差距，因此我們認(rèn)為政策性客戶有望逐步全面轉(zhuǎn)向國產(chǎn)AI芯片，商用客戶如互聯(lián)網(wǎng)有望將百億參數(shù)模型的部分訓(xùn)練和推理需求轉(zhuǎn)向國產(chǎn)AI芯片，2024年我國國產(chǎn)芯片主要需求將包括：政府智算中心、運(yùn)營商、金融、第三方大模型廠商、互聯(lián)網(wǎng)廠商，根據(jù)我們的測算，按8卡昇騰910AI服務(wù)器計(jì)算，2024年預(yù)計(jì)昇騰910出貨量為30.7萬張，對應(yīng)3.84萬臺AI服務(wù)器。國產(chǎn)AI芯片單卡部分指標(biāo)接近英偉達(dá)，華為、海光具備競爭力運(yùn)算協(xié)處理器基于不同的設(shè)計(jì)思想存在多條技術(shù)路線，包括GPGPU、ASIC、FPGA等。其中GPGPU的代表企業(yè)包括NVIDIA和AMD；利用ASIC技術(shù)，許多大公司都研發(fā)了協(xié)處理器產(chǎn)品，包括Intel的Phi和NNP、Google的TPU、華為昇騰、寒武紀(jì)思元等；基于Int