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Internet,就是我們常提到的因特網,或者叫互聯網。互聯網始于1969年的美國。是美軍在ARPA(阿帕網,美國國防部研究計劃署)制定的協定下,首先用于軍事連接,后運用到高校。1989年基于超文本協議的WWW誕生,WWW將超文本嫁接到了因特網上,隨之第一個萬維網瀏覽器和第一個網頁服務器誕生。1993年因特網正式開放,對公眾服務。
目前互聯網已經成為人類生活中重要的平臺,并且向更多、更深的方向延伸,如金融、工業、零售等等,互聯網已經是人們生活不可分隔的一部分。我們以產業發展的曲線來簡單描述互聯網發展的歷史軌跡。
圖1 全球互聯發展歷史
互聯網的發展是建立在硬件發展的基礎之上, CPU的發展與互聯網發展基本同步,1971年,Intel發布了第一款4位處理芯片,1978年一塊X86架構的處理器8086誕生,這不僅是Intel的偉大進步,也是CPU歷史的重大進步,這一架構的發布奠定了x86處理器發展的基石。1978年,X86結構的鼻祖8086設計研發成功。1985年Intel第一款32位的80386進入市場,內存最大支持容量上升到4GB。為4年后的第一臺網頁服務器提供了硬件基礎。隨之以后奔騰(1993)、志強(2001)、酷睿(2006)等逐步開發出來。處理器頻率從80386的12.5MHz已經發展到現在的最高4GHz;制程從微米級發展到現在的7nm,晶體管數量從幾千個,發展到現在每平方毫米包含近1億晶體管,性能提升了上萬倍。
在科技、互聯網發展的大浪潮中,服務器扮演了重要的角色,目前我們上網、游戲、各種軟件都需要后臺服務器做為支撐。以騰訊為例,天津數據中心服務器數量就達到10萬臺。根據澎湃新聞報道,全球最大的IaaS服務商亞馬遜服務器數量已達到近300萬臺。服務器的重要性不言而喻。
服務器上游芯片把握關鍵技術,議價能力強
服務器不論如何發展,服務器的組成未有大的改變,基本上由CPU、內存、硬盤、主板、電源、機箱等部件組成。服務器從技術上來講主要由上游芯片企業把控,像Dell、HP、浪潮等服務器的制造商基本不掌握核心技術,CPU、內存、硬盤大多為外購,然后企業再進行各模塊的組裝、拼接。雖然是拼接組裝在設計上也存在較高的技術壁壘,如4路、8路服務器要實現可靠性、可用性、服務性等市場標準設計難度比雙路服務器大大增加,價格也較貴。但總體上,上游芯片廠商在產業鏈中屬于價值最高的群體,毛利率水平顯著高于下游企業。
圖2 2017年上游芯片企業毛利率顯著高于下游企業(藍色為上游芯片企業)
(數據來源:公司公告)
以下簡單介紹下CPU、內存及硬盤的市場基本現狀。
服務器CPU寡頭壟斷
CPU行業中,雖然像ARM等企業開始涉足服務器芯片開發,但其性能還無法與現有的x86架構CPU匹敵。IBM的power架構芯片原與x86服務器芯片平分秋色,目前市場規模已經占比較小。國內的龍芯,是以MIPS架構為基礎開而來,現在也未能得到應用,其他架構的計算芯片應用領域比較專一,所以現在服務器芯片主要為X86架構的計算芯片為主。據Intel前CEO Brian Krzanich再表示,2017年Intel數據中心業務收入同比增長11%,達191億美元,也就是x86服務器芯片市場規模在193億美元左右。目前X86芯片行業屬于雙寡頭壟斷格局,由Intel和AMD兩家企業壟斷,準確的說幾乎由Intel一家壟斷。據Mercury的統計,2018年第二季度過后,x86服務器市場份額,雖從峰值99.5%跌至98.7%,但市場份額依然高達達97%以上,AMD占比1.3%左右,AMD發布最新的Ryzen架構后,市場份額有上升趨勢。
圖3 2018年x86架構服務器市場格局
(資料來源:網絡)
由于Intel在架構設計與研發上始終顯著領先AMD,CPU的穩定性與性能也大大高出AMD同類產品,Intel在市場中擁有絕對的競爭優勢并且擁有很強的議價能力,目前Intel的毛利高達60%多,同而AMD只有不到30%。
CPU主要技術的發展不再詳細討論
圖4 英特爾銷售毛利率較AMD高近一倍
(資料來源:公司公告)
內存領域市場集中度高
內存從最早發展到現在,大致經歷了了SIMM、EDO DRAM、SDRAM、DDR這幾個階段的技術革新。DDR由于性價比較高,到目前已經發展到了第五代。2017年DRAM市場價格迎來了一次較大幅度的上漲,DRAM 的價格/Gb增長了47%,導致整體市場規模增長到722億美元左右,較2016增長了74%。預計2018年突破1000億美元。
圖5 2017年DRAM市場規模大幅增長(億美元)
(數據來源:IC Insight)
DRAM以下游應用領域不同,可以分為標準內存、服務器內存、Mobile DRAM等,MobileDRAM主要應用于智能終端、低壓、低功率產品,其占比也最大,40%的內存都應用在此領域。近年來云計算、IDC、物聯網等行業快速發展,服務器內存成為第二大應用市場,占整個內存市場達到27.9%。
圖6 DRAM市場應用類型中服務器占比居第二位
(數據來源:DRAMexchange)
DRAM市場格局也是高集中度。2017年CR3市場份額高達96%,其中三星占比達46.58%,第二、第三名的SK和Micron市場占有率分別為28.98%現20.42%。市場集中較2016年進一步增加,如圖7。
圖7 全球DRAM CR3市場份額占比超95%(內環:2016,外環2017)
(數據來源:IC Insights)
三星2017年市場份額稍有下降,由于技術依然領先在市場中依然占據了最高的市場份額。2017年底,三星第二代10nm級 8Gb DDR4 DRAM已開始量產,領先另兩家企業近1代。三星還在加速其下一代 DRAM 芯片和系統開發計劃,包括應用于企業服務器、 移動設備、超級計算機、高性能計算系統和高速顯卡的 DDR5、HBM3、LPDDR5 和 GDDR6 等產品。
未來在技術方面,DRAM與CPU一樣,在制程上將進一步縮小尺寸;在新技術上,與3DNAND類似,3D DRAM已經受到市場的關注。新代替品方面,如RRAM,容量大、速度快,能耗低,被認為是替代DRAM的可能選擇,但DRAM性價比、技術成熟度、規模優勢等方面原因,預計較長時間內DRAM依然是主流。
存儲市場集中度高
由于HDD已經走在衰退期,本文不再闡述HDD相關信息。目前PC端SSD深透率已達到80%左右,基本成為PC的標配。SSD是一種半導體存儲硬盤,讀寫速度快,能耗低,未來SSD將代替品現有的大部分HDD產品。SSD中主要的芯片為NANDFlash,NANDFlash是flash存儲器的一種,容量大,現在應用越來越廣泛,如移動終端、SSD等,這兩個應用領域約占NANDFlash市場需求的90%。根據WSTS數據統計,NAND Flash市場規模在2017年約為500億美元,較DARM市場規模略小。
NAND Flash市場格局上與DARM基本類似,也是高集中度市場。NAND Flash主要的廠商有Samsung(也是最大的DARM生產商)、Toshiba、WD、Micron等。根據半導體產業聯盟數據,CR3市場份額占比達到72%,CR5市場占比達到97%。雖然較DRAM市場分散,但市場集中度已經非常高。
圖8 NANDFlash市場集中度高
(數據來源:半導體行業聯盟)
從DRAM芯片領域可以看到,三星不僅在DRAM是全球最大的廠商,NAND市場中也是領先者。三星已經能夠批量生產第五代V-NAND內存顆粒,導數上升到96層,單模容量為256Gb,傳輸數據的速度最高可達到1.4 Gbps,較上代64層產品增加40%。
中國服務器產業群分布
以前瞻研究院的數據作為參考。目前,我國服務器行業企業主要分布在東部沿海發達地區。其中,江蘇省服務器行業企業最多,占全國比重達到30.26%;其次是廣東省,企業數量占全國比重為16.11%;再次為浙江省,企業數量占全國比重為15.52%。其余省份占比均未超過15%。
圖9 服務器企業主要分布在華東及華南沿海
(資料來源:前瞻研究院)
企業分布相對分散一些,但中國服務器市場主要集中在上海、江蘇等地區,上海市服務器市場規模最大,占全國比重高達74.39%;其次為江蘇省,占全國比重為10.83%。
服務器產業技術現狀
虛擬化依然是主要方向。對服務器來說,其硬件上的技術發展主要在CPU、內存、存儲等芯片領域,而對服務器來說虛擬技術的發展應該說技術的核心,虛擬化使硬件資源得以最大化利用。之前的文章我們已經提到過超融合技術就是虛擬化技術一種,這是虛擬化技術又一商業化的前沿技術。超融合技術較傳統服務器架構性能大幅提高,功耗大幅降低,并且可擴展性強。
AI服務器市場初步發展。除虛擬化技術方向外,AI服務器也是服務器發展的重點方向。AI服務器將是GPU、FPGA、TPU等芯片與CPU協同加速共同完成AI模型的線下訓練和線上推理。如浪潮推出的FPGA加速設備F10A,單芯片峰值運算能力為1.5 TFlops,每瓦特性能達到42 GFlops;GPU服務器NF5468M5可同時處理300路以上1080p高清視頻結構化。目前全球AI市場2016年近80億美元,據IDC數據,中國GPU服務器規模達到35億,同比增長230.7%,約占中國X86服務器市場的6%。國產浪潮AI服務器為BAT提供了近90%以上的服務器。
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