云计算生态变革深度研究之三：从云数据中心看服务器与处理器.pdf

请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 Table_Industry 证券研究报告 /专题研究报告 2018 年 09 月 20 日 通信 从 云数据中心看 服务器与处理器 -云计算 生态变革深度研究之三 Table_Main Table_Title 评级：增持（维持） 分析师 ：吴友文 执业证书编号： S0740518050001 电话： 021-20315728 Email： wuywr.qlzq 分析师 ：陈宁玉 执业证书编号： S0740517020004 电话： 021-20315728 Email： chennyr.qlzq Table_Report 相关报告 2018.07.08 2018.06.27 Table_Summary 投资要点 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 多节点服务器出现 ， 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。 定制化的多节点云服务器贡献 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 多节点服务器崛起 ， 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 看， 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 颠覆原有格局的最 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 。目前来看超 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。另一请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 2 - 专题研究报告 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点。 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，相对于原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，部分领域将改变原有市场格局。我们看好受益于云计算和 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 ，看好受益于超融合架构快速上量的 深信服、紫光股份（新华三） 。 看好在国内自主可控，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，重点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 请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 3 - 专题研究报告 内容目录 服务器占数据中心的投资比重几何 . - 4 - 云计算驱动服务器收入和出货量新高 . - 8 - 白牌服务器厂商的崛起与品牌厂商的困境 . - 11 - 服务器芯片格局与异构计算平台 . - 14 - 如何理解超融合架构及其目标市场 . - 19 - 中国服务器市场的驱动因素与市场格局 . - 22 - 投资建议 . - 25 - 风险提示 . - 27 - 请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 4 - 专题研究报告 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 ： ICT 设 备 (服务器 ,存储 ,网络装备等 )基础设施 (UPS/电池 ,发电机 ,恒温恒湿器 ,恒温恒湿室等 )运营维护服务 (DCMS: DataCenter Management System)。 图表 1： IT 产业链架构 图表 2： 数据中心 IT 架构 来源： 中泰通信团队， 中泰证券研究所 来源： IT168， 中泰证券研究所 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%。请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 5 - 专题研究报告 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 )来看， 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%。 图表 3： 全球超大型数据中心增长 图表 4： 中国新建数据中心以大型和超大型为主 来源： Cisco， 中泰证券研究所 来源： 工信部， 中泰证券研究所 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，这一点从全球互联网巨头公司的分布也可以看出。 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、企业客户来看都较为集中，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。 请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 6 - 专题研究报告 图表 5： 全球 24 家 主要 ICP 资本开支 图表 6： 2017 年大型云数据中心占比分布 来源： Synergy， 中泰证券研究所 来源： Synergy， 中泰证券研究所 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 ，但总体上看服务器采购成本是最大部分。 图表 7： A 案例 机架式高端服务器 IDC 成本结构 图表 8： B 案例 数据中心 ICT 设备采购成本 结构 来源： 腾讯 架构师 ， 中泰证券研究所 来源： 中泰通信团队， 中泰证券研究所 服务器 69% 存储设备 6% 网络设备 11% 安全设备 9% 光模块 /光纤 /网线等 5% 请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 7 - 专题研究报告 图表 9： 数据中心 运营 成本 结构 图表 10： 2016 年全球前十大数据中心提供商 来源： 数据 港 招股书， 中泰证券研究所 来源： 451research， 中泰证券研究所 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点服务器出现。 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点。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 多节点服务器 。 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 多节点的服务器 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。 图表 11： 服务器外形结构分类 来源： 公开信息整理， 中泰证券研究所 名称 图示 单位体积 扩展性 应用领域塔式服务器大，外形结构与P C 机类似，台式外形尺寸无统计一标准，成本低强，主板自带多个插槽，多机协同性差入门级和工作组服务器应用，适合中小企业用户机架服务器中，节省空间，外观接统一标准设计，配合机柜统一使用（高度以U 为单位，1U=4.45cm）不强，1 U 的服务器有1 - 2 个插槽多用于服务器数量较多的大型企业，或者采用服务器托管的企业刀片服务器小，非常节省空间，在标准高度的机架式机箱内可插装多个卡式服务器单元，现高可用和高密度很强，带很多插槽密度大，互联无关联，可组成服务器集群，多用于需要大规模计算的领域，市场上此类型多为电信行业设计多节点服务器小，节省空间 很强，带很多插槽属于节能高密度服务器，用于云计算、高性能计算大型服务器集群请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 8 - 专题研究报告 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 ， 收入增速高于出货量增速 。 整个服务器市场持续走强，连续第三个季度实现两位数增长，收入高于历史上任何一个第一季度的收入水平。 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）。 图表 12： 全球服务器市场收入和出货量再创出历史新高 来源： IDC， 中泰证券研究所 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204 220 226 248 208 223 239 255 226 230 250 265 219 240 240 256 223 244 267 284 270 117.50 129.45 130.50 153.17 118.58 135.87 139.03 159.58 140.59 146.90 147.76 166.70 135.50 147.78 141.59 163.44 135.79 156.82 169.79 206.53 188.24 050100150200250050100150200250300 全球服务器出货量（万台） 服务器收入（亿美元） 请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 9 - 专题研究报告 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 。 收入增长更快的原因包括高端服 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%。 图表 13： 全球服务器均价（美元） 来源： 由 IDC 数据测算， 中泰证券研究所 图表 14： ICP 提供商数据中心服务器数量 图表 15： 主要 ICP 提供商服务器 已 安装量预测 （台） 来源： DRAMeXchange Dec2017， 中泰证券研究所 来源： 中泰通信团队， 中泰证券研究所 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5760 5884 5774 6176 5701 6093 5817 6258 6221 6387 5910 6291 6187 6158 5900 6384 6089 6427 6359 7272 6972 40004500500055006000650070007500全球服务器均价 IC P 厂商 数据中心规划 服务器数量预测谷歌全球的3 6 个数据中心：美国1 9 个、欧洲1 2 个、俄罗斯1 个、南美1 个和亚洲3 个。2 0 1 7 计划上线使用另外1 0 座新数据中心300万亚马逊A W S 云遍及全球1 8 个地理区域和1 个当地区域内的5 5 个可用区，每个区域包含2 - 5 个可用区280万微软 5 0 个A z u r e 区域，4 0 个已投入使用，1 0 个即将投入使用 240万F a c e b o o k 1 1 个数据中心，7 个在用，计划2 0 0 亿美元打造亚特兰大D C园区250万腾讯2 0 1 7 年初宣布年增5 大海外D C ：硅谷、法兰克福、首尔、孟买和莫斯科，数据中心总数量超过8 0 个，腾讯云在全球2 5个地理区域内运营着4 5 个可用区1 0 0 万阿里阿里全球数据中心（包括在建）大约2 5 个，阿里云在全球1 8个地理区域内可用区数量4 6 个左右85万百度百度云最大数据中心（阳泉），一期投资4 8 亿，2 0 1 4 年投入使用，1 0 万台服务器，总建筑面积1 2 万平方米，服务器总设计装机规模超1 6 万台。3 0 - 4 0 万请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 10 - 专题研究报告 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。 图表 16： BAT 资本开支预测 （百万 元 ） 来源： 讯石咨询， 4-Traders， 中泰证券研究所