云计算系列深度报告之三：超融合：软件定义数据中心新势力，应用驱动IT架构变革.pdf

敬请参阅最后一页特别声明 -1- 证券研究报告 2018 年 8 月 15 日 计算机行业 超融合： 软件定义数据中心新 势力 ， 应用驱动 IT 架构变革 云计算系列深度报告之三 行业深度 超融合：软件定义可按需扩展的一体化 IT 基础设施 超融合架构是指在同一套设备单元中 融合 计算、网络、存储和虚拟化能力，且多套设备单元可以通过网络聚合起来，实现模块儿化的无缝横向拓展，形成统一的资源池，并通过统一的管理系统进行管控。 相比 传统的数据中心三层 IT 架构，超融合架构成本更低、交付更便捷、运维更简单、扩展性更好。据 IDC 测算， 相比传统基础设施， Nutanix 的超融合一体机总拥有成本节省高达 60%、运维时间 减少 71%、虚拟化成本降低 80%、存储 部署速度提高 85%。 在 数据爆炸时代，超融合架构将带来软件定义数据中心的新变革。 Nutanix 和 VMware 是全球市场领导 者，中国市场本土品牌更具优势 据 Gartner2018 年 2 月发布的全球超融合魔力象限显示， Nutanix、VMware 和 HPE 处于领导者象限，本土厂商华为入围魔力象限。据 IDC跟踪 显示， 2018Q1 Dell EMC 和 Nutanix 品牌超融合产品在全球市场份额分别为 30%和 22%，位列第一位和第二位；而更重要的以 HCI 软件来源口径看， VMware 和 Nutanix 分别以 37%和 32%的份额处于绝对领导地位，远高于第三名 HPE 的 5%。而在中国市场， 2017 年华为、 H3C 和深信服分别以 26%、 24%、 13%位列前三， 高于 Nutanix 和 Cisco 的 4%和 3%。 市场高速增长， 未来潜力无限 据 IDC 数据显示， 2017 年全球超融合市场规模超过 37 亿美元，同比增长 64%；中国超融合市场 规模 3.79 亿美元，同比增长 115%；增速高于全球市场增速。 综合 wikibon 对于全球 Server SAN 市场的成长性预测和IDC2016 年对于中国超融合市场成长性预测 ， 伴随数据驱动超融合承载应用从外围向核心延展， 预计 未来三年中国超融合市场 规模 复合增速大概率将超过 50%，相关厂商将面临巨大的市场机遇。 投资建议 ： 在开源潮流推动下，在产品可用 基础上，性能、可扩展性、成本和后续服务能力将是决定 超融合 市场格局的核心要素。而中国本土品牌和全球超融合厂商 在产品上 无疑处于同一起跑线，基于成本优势、本地化的服务能力以及 对中国市场更深刻的理解，中国自主品牌的超融合厂商将更为受益于中国市场的高速成长。推荐中国超融合市场的领先企业 深信服 ，建议关注 紫光股份 (H3C)。 风险分析： 市场竞争加剧的风险，行业成长性不达预期的风险，技术进步带来产品替代风险。 证券 代码 公司 名称 股价 （元） EPS（元） PE（ X） 投资 评级 17A 18E 19E 17A 18E 19E 300454 深信服 102.30 1.43 1.86 2.44 71 55 42 买入 资料来源： Wind，光大证券研究所预测，股价时间为 2018 年 8 月 13 日 买入（维持） 分析师 卫书根 (执业证书编号： S0930517090002) 021-22167336 weishugenebscn 姜国平 (执业证书编号： S0930514080007) 021-22169167 jianggpebscn 联系人 万义麟 021-22169315 wanyilinebscn 行业与上证指数对比图 - 2 0 %- 1 0 %0%10%20%0 7 - 1 7 1 0 - 1 7 0 1 - 1 8 0 4 - 1 8计算机行业 沪深 300 资料来源： Wind 2018-08-15 计算机行业 敬请参阅最后一页特别声明 -2- 证券研究报告 投资 聚焦 研究背景 数据爆炸时代，传统数据中心 IT 架构的瓶颈愈发明显 。 在虚拟化、 软件定义存储、高速网络等技术成熟的基础上，融合计算、存储、网络三层结构的超融合架构将给数据中心建 设带来更便捷的交付、更简单的运维、更低的成本和更好的扩展性，将 带来软件定义数据中心的新变革。 据 IDC 发布的全球及中国超融合市场规模数据显示， 2017 年全球超融合市场规模超过 37亿美元，同比增长 64%；中国超融合市场规模 3.79 亿美元，同比增长 115%，中国市场增速高于全球市场增速。 我们区别于市场的观点 本篇报告以超融合行业先驱 Nutanix 的超融合架构为切入点，详细比较了超融合架构与传统 IT 架构的区别与联系。 在分析 Nutanix 数据读写的落盘策略、分布式存储与传统集中存储方式 SAN/NAS 优缺点比较的基础上，论证了超融合架构相比传统三层 IT 架构更高 I/O 性能 、更好扩展性的根源。 同时客观表述超融合架构的缺点，基于此对于超融合架构的前景有了更明晰的判断。 此外，本篇报告从超融合架构的核心组件 Hypervisor 和分布式存储两方面探究国内外主流超融合厂商的技术根源。同时综合 wikibon 对于全球Server SAN 市场的成长性预测和 IDC2016 年对于中国超融合市场成长性预测， 我们认为 未来三年中国超融合市场 大概率以超 过 50%的复合增速 高速增长 。 投资观点 我们认为对于 企业 IT 基础设施的需求而言 ，超融合架构更便捷的交付、更简单的运维、更低的成本和更好的扩展性，将 带来软件定义数据中心的新变革 ， 我们 预计 未来三年中国超融合市场大概率 将 以超过 50%的复合增速高速成长 。 同时在开源潮流的推动下，在产品可用的基础上，性能、可扩展性、成本和后续服务能力将是决定市场格局的核心要素。而中国本土品牌和全球超融合厂商 在产品上 无疑处于同一起跑线，基于成本优势、本地化的服务能力以及对中国市场更深刻的理解，中国自主品牌的超融合厂商将更为受益于中国市场 的高速成长。推荐中国超融合市场的领先企业 深信服 ，建议关注紫光股份 (H3C)。 万得资讯2018-08-15 计算机行业 敬请参阅最后一页特别声明 -3- 证券研究报告 目 录 1、 超融合：软件定义可按需扩展的一体化 IT 基础设施 . 5 2、 更便捷的交付运维，更好的扩展性 . 8 3、 一体机与软件交付并存，认证兼容增强市场力量 . 10 4、 客户选择超融合的原因及预计市场规模 . 13 4.1、 市场高速增长，未来潜力无限 . 13 4.2、 超融合架构更适用于存储和计算需求均衡的场景 . 15 5、 Nutanix 业务分析 . 17 6、 投资建议 . 19 7、 风险分析 . 20 2018-08-15 计算机行业 敬请参阅最后一页特别声明 -4- 证券研究报告 图表 目录 图 1：传统数据中心三层架构 . 5 图 2：物理融合架构与超融合架构示意图 (以 Nutanix 为例 ) . 7 图 3：超融合架构给企业带来 50%的资本开支和 30%的运营开支节省 . 8 图 4：超融合相比传统 IT 架构的优势 . 9 图 5： 2018Q3 软件与维护服务收入占 Nutanix 收入超过 7 成 . 10 图 6： Nutanix 节点组成集群的逻辑架构 . 11 图 7： Acropolis 和 Prism 架构纵览 . 12 图 8： Prism Central 和 Prism Element 关系架构 . 12 图 9：全球及中国超融合市场规模及增长情况 (20152018Q1) . 13 图 10：全球超融合核心技术厂商魔力象限分布图 . 14 图 11： 2017 年中国市场超融合厂商份额 . 14 图 12： Enterprise Server SAN Storage 将进入高速增长期 . 15 图 13：提高效率降低成本是基础吸引力 . 16 图 14：选择超融合解决方案的重要特征排序 . 16 图 15：中国超融合系统应用场景调研 . 16 图 16： 2013-2017 年期间收入复合增速为 123% . 17 图 17： 2018Q3 亏损相比 2017 年同期收窄 . 17 图 18：硬件收入占比仅两成，较为稳定 . 18 图 19： Nutanix 的综合毛利率和分业务毛利率情况 . 18 图 20： Nutanix 的三项费用率情况 . 18 表 1：分布式存储、虚拟化以及 10GB 以太网的发展进程 . 6 表 2：超融合市场与相关厂家的发展进程 . 6 表 3：分布式存储与集中存储对比 . 9 表 4：国内外主流厂商超融合产品的交付方式 . 10 表 5：国内外主流超融合厂商分布式存储和 Hypervisor 汇总 . 12 表 6： 2018Q1 全球超融合市场主要品牌厂商和主要软 件供应商的市场份额 (单位：百万美金 ) . 14 表 7：国内主流超融合厂商超融合设备发布时间及代表案例汇总 . 20 2018-08-15 计算机行业 敬请参阅最后一页特别声明 -5- 证券研究报告 1、 超融合 ：软件定义可按需扩展的一体化 IT 基础设施 主流 传统 IT 架构 不能满足 用 户 业务 发展的 需要 。 传统 IT 架构 是以服务器、存储网络、存储设备三大组件 叠加形成的三层网络，随着数据的积累及应用的发展，这种架构面临着一些在架构内很难解决的问题 1： 架构复杂，管理困难： 用户需要从不同的商家 采购 相应的设备，对多层软硬件结构进行组装和调试才能使其正常工作。 集中式存储扩展性差，造成存储割裂及竖井化： 传统集中式系统更多 采用纵向扩展 的方式 单独扩容容量，或者通过向上升级到更高端型号的设备来扩展性能 ，形成数据孤岛，整体扩展性较差。同时 存储控制器决定了存储的整体性能，当虚拟机的数量以及 IO 需求大量增加时，巨量的数据访问请求会导致控制器拥塞， 造成性能瓶颈。还有存储管理系统的不兼容 也导致供应商绑定的问题。 成本支出高昂 ，运维难度大 ： 在投资成本上，虚拟化大幅提升了服务器的利用率，但为了保证整体系统的高可用性，往往通 过超额购置存储设备利用资源冗余的方式达到设计目的，造成资金和资源的浪费。另外随着 IT 规模的不断膨胀， 数据中心内的服务器 数量、网络复杂程度以及存储容量急剧增长， 交换机、服务器、 存储和 虚拟化 形成四个管理孤岛，带来高昂的运维成本支出。 业务部署速度缓慢： 传统三层架构需要复杂的连线、上架才能开始安装，配置过程复杂，交付周期一般 2-5 个月，初期部署效率低。 图 1：传统数据中心三层架构 资料来源： Nutanix 超融合基础架构权威指南 ，吴孔辉、尹思杰、高园 著 1 资料来源：超融合技术白皮书、 Nutanix超融合基础架构权威指南； 2018-08-15 计算机行业 敬请参阅最后一页特别声明 -6- 证券研究报告 核心技术成熟奠定 超融合架构 落地 的基础。 首先， CPU 虚拟化技术大力推动了服务器虚拟化软件的发展， 在 VMware 等厂商以及开源潮流的推动下，服务器虚拟化技术基本成为数据中心的标配 。 其次高速网络、闪存、软件定义存储等技术的发展，使得分布式存储在云计算时代获得更广泛的应用场景 。 而多核 CPU 的普及使得服务器在运行服务器虚拟化计算的同时，还有能力运行分布式存储软件。 表 1：分布式存储、虚拟化以及 10GB 以太网的发展进程 领域 年份 事件 分布式存储 1998 IBM 发布第一个基于 AIX 操作系统的共享文件系统 GPFS（ General Parellel File System） 2003 Google 公布 GFS(Google File System)技术细节 2004 Ceph 项目开始，提交了第一行代码 2006 Hadoop 发布 HDFS 分布式存储 2010 Google 宣布 GFS 下一代产品在 2010 发布，命名为 Colossus. 2011 Nutanix 发布 NDFS 分布式文件系统； 2011 Inktank 公司成立，专门研 发基于 Ceph 的分布式存储 2014 Ceph 社区受到各大厂商青睐，同时 Inktank 公司被 RedHat 公司 1.75 亿美元收购 虚拟化 1998 VMware 成立 1999 VMware Workstation 1.0 发布 2001 ESX 1.0 发布 2003 VMware vCenter 1.0 发布 2003 Xen 正式发布 2007 VMware IPO，发布 ESX 3.5 2007 Qumranet 研发和发布 KVM 2008 Redhat 收购 Qumranet，之后 KVM 开源。 2013 Xen 宣布开源 2015 VMware 全球服务器虚拟化份额达到 37.7% 10Gb 以太网 2002 IEEE 802.3ae 发布 10Gb 以太网标准 2012 10Gb 以太网交换机每 1000M 的成本下降至 1Gb 交换机的 1/3 资料来源：超融合技术白皮书 客 户需求提供市场来源 。 互联网和移动互联网的普及带来数据的爆炸式增长，云计算和大数据的应用落地 使得大规模 数据价值挖掘 成为 可能，客户的应用对随着业务发展的可扩展性和基于数据挖掘的决策支撑提出了更高的要求。 而 高速网络技术的发展， 使得分布式存储访问远程节点的性能与访问本地节点的性能差距大大缩小，为 突破 传统存储 容量和性能方面的瓶颈 提供支撑 。 因此具有更好扩展性更高弹性的 IT 架构有效满足企业级客户在大数据背景下业务发展 的需求。在这样的背景下，为了让一般企业也能享受到类似谷歌那样易于管理、可扩展的本地分布式存储，超融合架构应运而生。 表 2：超融合市场与相关厂家的发展进程 领域 年份 事件 超融合 2009 Nutanix 成立，开始投入产 品研发 2011 Nutanix 推出首代超融合产品 2013 联想，华三， SmartX，华云网际， Nutanix 在中国纷纷推出超融合产品，标志超融合作为独立的产品形态出现在中国市场 2015 IDC 首次发布中国区超融合市场报告，厂商市场占有率排名依次为华三，华为， Nutanix，深信服， VMware，2018-08-15 计算机行业 敬请参阅最后一页特别声明 -7- 证券研究报告 SmartX 2016.01 联想发起成立中国超融合联盟，并担任第一届理事长单位，标志着中国超融合元年开启 2016 Nutanix 成功 IPO 2016 独立第三方研究机构 Gartner 在 Market Trends:超融合 Opportunities in China for Global Vendors系统报道了中国主流超融合厂商与超过上千节点的中国最大超融合案例 2017 中国市场超融合厂商数量超过 50 家，超融合已经度过概念炒作阶段，在越来越多的客户落地，成为数据中心的重要组成部分 2018.04 IDC 发布 2017 年中国区超融合市场报告，指出 2017 年中国超融合市场总量相比 2016 年增长 115.3%，达到3.79 亿美元。 资料来源：超融合技术白皮书 按照 Nutanix 的定义 2，超融合架构是指在同一套设备单元中除具备计算、网络、存储和虚拟化能力之外，还具备数据备份、快照技术、重复数据删除、在线数据压缩等特性，且多套设备单元可以通过网络聚合起来，实现模块儿化的无缝横向拓展，形成统一的资源池，并通过统一的管理系统进行管控。为了更好的理解超融合架构跟传统三层架构的区别，我们介绍一下融合系统： 融合系统是将传统 IT 架构中的各个组件进行集成，提升组件间的协作效率 、降低协作成本，进而实现 IT 系统服务能力的最大化。可见融合系统是将 IT 组件进行物理上的集成，但用户还是需要对存储、网络和 虚拟化单独管理。它更多是解决了设备选型和物理配置上的一些问题，降低了 IT 人员在初期设备采购、适配、优化方面的工作量，但并没有降低后续运维的难度，而从架构来看和传统三层架构并没有本质区别，并没有解决三层架构的扩展性、存储瓶颈等问题。 与之对应的是，超融合架构则是将服务器、存储、网络三层都融合在一起，通过虚拟化平台将硬件资源池化，通过软件定义的手段将控制管理和底层硬件解耦合，用户只需要关注软件层面的控制策略，而不用 管理底层硬件的具体实现， 进而实现用户通过虚拟化平台对资源进行统一管理的目的，可以便捷的按需扩展。 图 2：物理融合架构与超融合架构示意图 (以 Nutanix 为例 ) 资料来源： Nutanix 超融合基础架构权威指南 2 注：超融合和融合系统定义部分引用自 Nutanix超融合基础架构权威指南。 2018-08-15 计算机行业 敬请参阅最后一页特别声明 -8- 证券研究报告 2、 更便捷的交付运维 ，更好的扩展性 从超融合架构介绍可知，超融合能够提供具有更好扩展性、更具弹性、更便于维护的 IT 基础设施 ，解决传统存储的性能瓶颈， 降低企业 IT 资源的总拥有成本，满足客户从小规模起步随业务发展进行 IT 资源扩展的需求 。综合来看， 超融合对于企业用户具有以下的优势 ： 更低的投入成本： 超融合通过软件定义标准硬件的方式能够有效降低企 业的资本开支和运营开支，体现在硬件的利用率更高、标准硬件的投入更低、避免信息孤岛并简化工作负载部署。根据 VMware why move to HCI infographic显示，超融合架构相比传统数据中心 IT架构将给企业带来 50%的资本开支和 30%的运营开支节省。而据 IDC2015 年的测算， Nutanix 的一体机在多负载下相比传统基础设施总拥有成本节省高达 60%，在可预测工作负载下相比公有云总拥有成本最高可降低 30%。 图 3：超融合架构给企业带来 50%的 资本开支和 30%的运营开支节省 资料来源： VMware 更好的扩展性和更简单的运维： 一体机开箱即用的特点带来更快速的初期建设和更简单的后续运维，同时集群的架构设计使得超融合系统资源不足或性能不够时只需增加相应的节点即可 获得 更高 的计算能力 、更高存储量和 I/O 性能、更高网络带宽 ，满足业务扩展性的需求。 据 IDC 测算， Nutanix 的一体机产品相比传统基础设施，运维时间将减少 71%、虚拟化成本降低 80%、存储的部署速度提高 85%。 更高的业务可靠性和更好的存储性能： 超融合的分布式架构避免了单点故障，应用 的跨主机故障切换转移保证业务的连续性。在存储方面，超融合相对传统存储 IO 路径更短，业务虚拟机与存储介质存在于同一个物理节点，可以实现最短路径的 IO 吞吐，实现高性2018-08-15 计算机行业 敬请参阅最后一页特别声明 -9- 证券研究报告 能业务支撑。此外超融合系统可以通过横向扩展来提升整套系统性能，支撑上层运行更多、更快的业务系统。 表 3：分布式存储与集中存储对比 指标 集中存储 分布式存储 扩展性 机头携带磁盘数量有限，同时前端控制器的横向扩展也有限 可 弹性扩展 数据孤岛 形成大的数据孤岛 没有孤岛现象 性能 带宽和控制器在 大量 I/O 时存在瓶颈 高低存储分开部署，热数据高速缓存提升 I/O 性能 硬件绑定 软硬件紧耦合绑定供应商 基于标准 X86 平台 成本 专用设备成本高 标准服务器成本低 使用便捷性 开箱即用 较强的技术能力和运维能力 资料来源： 光大证券研究所整理 图 4：超融合相比传统 IT 架构的优势 资料来源： 2017 中国超融合应用研究报告 但不可忽视的是，超融合架构为了获得上述的优势，或多或少会在一些方面有所牺牲。 超融合系统的缺点主要体现在 横向 扩展灵活性 受限、 硬盘利用率低、 新的信息孤岛等方面。由于 超融合中计算能力、存储性能是同步扩容的，无法满足现实中 企业单项能力 扩展 的需求 ，现在超融合厂商通过集成外界 SAN 存储的能力来部分解决 。此外 分布式存储通过 3 副本的备份技术保障数据安全降低了硬盘利用率，目前相关厂商通过 去重、压缩和纠删码等容量优化技术 来予以解决。还有 不同 HCI 之间无法整合和互操作， 如果一个大的数据中心 出于不同业务需求和平衡考量部署 多个 不同的超融合架构， 又会产生新的信息孤岛问题。 2018-08-15 计算机行业 敬请参阅最后一页特别声明 -10- 证券研究报告 3、 一体机 与软件交付并存 ，认证兼容 增强市场力量 目前各主流的超融合厂 商的产品形态和市场策略大同小异，因此 我们以Nutanix 为例介绍超融合节点的产品形态和架构 。 Nutanix 目前主要以软硬件一体机和单独提供软件两种方式进行产品销售 ，其中后者需要客户自行采购在 Nutanix 兼容服务器列表中的服务器设备。目前 Nutanix 的硬件产品 形态是 1U 或 2U 的 机架设备，根据型号不同 2U 的机架里包含 2、 3 或 4 个节点，每个节点就是一个独立的 X86 服务器。硬件系列 有面向普通负载的 NX-1000 系列、计算密集的 NX-3000 系列、存储密集的 NX-6000系列和面向关键应用的 NX-8000系列四 种。软件方面， Nutanix提供 用于数据中心运营管理的控制面板 Prism、分布式资源管理软件Acropolis、多云解决方案 Nutanix Calm、软件定义网络解决方案 Nutanix Flow。兼容的服务器方面， 包括 Cisco M4、 M5 系列 UCS 服务器 和HPEGen9、 Gen10 系列 服务器 。此外， Dell、 IBM、联想是 Nutanix 的 OEM合作伙伴 3。 表 4： 国内外主流厂商超融合产品的交付方式 厂商 Nutanix Dell EMC VMware 华 为 H3C Sangfor SmartX 产品名称 Nutanix VxRail VMware HCI Fushion Cube UIS-Cell 深信服超融合一体机 SmartX Halo 交付方式 一体机 /软件 一体机 软件 一体机 一体机 一体机 /软件 一体机 /软件 资料来源：各公司官网，光大证券研究所整理 软件业务 和维护服务业务 是 Nutanix 的 主要收入来源。 2018Q3Nutanix实现营业收入 8.52 亿美金，其中产品收入 6.63 亿美金，占比 78%；维护与服务业务收入 1.88 亿美金，占比 22%。在产品收入中，软件部分实现收入4.42 亿美金，占比 67%；硬件部分实现收入 2.21 亿美金，占比 33%。在收入确认上，硬件部分收入公司按照采购成本价记作收入，核心软件和维护服务收入是公司的主要收入来源。 图 5： 2018Q3 软件与维护服务收入占 Nutanix 收入超过 7 成 资料来源： Nutanix，公司财年是在每年 7 月 31 日截止 3 注：资料来源自 Nutanix官网。