2020年华为鲲鹏产业体系研究深度报告

2020年华为鲲鹏产业体系研究深度报告导语华为2019年先后发布两款高性能的7nm级芯片处理器鲲鹏920和昇腾910，标志自研芯片算力步入ARM架构体系前列水平。以此为契机，华为2019年7月召开“鲲鹏展翅，力算未来，开创计算新时代”为主题的首届鲲鹏计算产业峰会，拉开全栈式鲲鹏计算产业联盟大幕。一、“两芯一云”奠定鲲鹏基础，生态建立再战ARM市场“鲲鹏”+“昇腾”双引擎发布奠定鲲鹏产业算力基础，与伙伴企业合力打造全栈式IT布局凸显雄心壮志。华为2019年先后发布两款高性能的7nm级芯片处理器鲲鹏920和昇腾910，标志自研芯片算力步入ARM架构体系前列水平。以此为契机，华为2019年7月召开“鲲鹏展翅，力算未来，开创计算新时代”为主题的首届鲲鹏计算产业峰会，拉开全栈式鲲鹏计算产业联盟大幕。1.1定位：中国乃至全球算力提供者，打通全产业链构建新IT生态算力和数据成为新的生产力和生产资料，摩尔定律放缓和登纳德缩放定律接近终结给予异构计算新机遇。宏观政策和科技发展的双重要素驱动数字经济迅速发展，而随着摩尔定律的逐步放缓和登纳德缩放定律接近终结，芯片算力和性能陷入发展瓶颈期，计算机现有架构发展空间受到抑制，因而对创新架构的探索和需求日益迫切。以ARM为代表的RISC通用架构处理器和以具备特定定制化加速功能的ASIC和FPGA芯等在场景多样化的计算新时代更具有优势。随着未来计算产业方向的发展，多种计算架构并存的状态有望随云服务的发展进一步加速出现。“后摩尔时代”给予“鲲鹏”亮眼机会，各类新应用需求需新算力支持，计算进入异构并存时代。受ICT技术发展的推动，海量数据爆发和以AR/VR、AI与大数据、4K超高清、智能驾驶、智能家居等各类新应用需求出现，带动全球计算空间和计算需求出现指数级增长。根据OpenAl的报告显示，自2012年以来，算力需求的增长出现每3.5月翻一倍，每年增长约10倍的惊人事实。而随着处理器进入“后摩尔定律”时代，制程升级带来效能升级边际效应减弱。而以鲲鹏920为代表的ARM高性能处理器，利用ARM在移动设备领域积累的新工艺、新制程和新材料优势，实现在并发性能、能耗、集成度方面的优势，实现在分布式存储、云端同构等应用场景的突出表现。因而，我们认为计算产业进入异构计算时代，以ARM为代表的处理器有望在非移动端大放异彩，承接更多算力需求。IT全栈式布局，以开放和开源为主旋律，实现基于鲲鹏处理器的完整生态建设。早前受制于计算产业高耦合性的限制，缺少生态体系的高性能单品往往以失败告终。华为作为鲲鹏产业联盟发起者，深刻意识到生态的重要性，因而提出IT全栈式布局设想。且借鉴Wintel联盟历史，计划利用自身的ArmV8架构永久授权和多年芯片研发基础成为生态算力提供者，通过硬件开发、软件开源的合作基调，逐步退出高服务需求、专业性强的领域，让利和赋能合作伙伴，发挥产业集群效应，实现产业生态建立。1.2现状：雏形初现，各省市积极合作开展鲲鹏生态合作首批150家生态厂商加入，产业联盟、华为沃土2.0计划、开发者社区和行业伙伴认证助力生态建设，产业链雏形初显。根据下图的鲲鹏计算产业全景图可见，华为以“鲲鹏”+“昇腾”两大CPU为核心，向外扩展生态。利用产业联盟、行业伙伴认证等措施推动产业集群效应，同时利用沃土计划和开发者社区，挖掘、培养、吸引更多的人才参与进鲲鹏生态建设。除华为自身“赛道”外，优秀的ISV和合作整机厂商一起参与，推动鲲鹏计算产业的发展。具体的鲲鹏计算产业的伙伴企业包括：操作系统：诚迈科技、中国软件；服务器/pc：拓维信息、神州数码、东华软件集成服务：太极股份、常山北明；应用服务：用友网络、金山办公、神州信息信息安全：北信源；大数据：美亚柏科、东方国信、易华录；中间件：东方通、宝兰德等鲲鹏生态建设获各地政府支持，迎来小高潮。自2019年7月华为和厦门市签订了鲲鹏生态基地和超算中心协议拉开政府共建生态大幕，近20个省市先后与华为签订不同类型的合作协议，涉及多家合作伙伴企业。获取政府支持和背书后，鲲鹏计算产业获一良好开局。1.3发展计划&举措：三步走定调产业发展节奏，三类”玩家”共推生态成熟三步走完成从产业试点到全产业链打通过程，螺旋上升路径实现创新路上的持续正反馈。根据《鲲鹏计算产业白皮书》的规划，鲲鹏产业计划先在包括政务、电信、金融和互联网等重点行业竖立典型场景，打造标杆项目；后逐步扩展行业覆盖范围，利用技术优势推进各行业数字化业务的发展；最后实现全产业链打通，构筑基于鲲鹏服务器的完整生态。因而，在现处的第一阶段，鲲鹏产业需要先根据试点行业用户需求，孵化和完善面向行业的应用，打开产业空间，实现应用与需求的对接，通过商业化推广促进产业链各环节的持续创新，形成螺旋上升式发展路径，逐步扩大产业影响力和受众覆盖范围。开发、开源、互利为产业发展主基调，三类角色共同推进鲲鹏产业链发展。在主基调下，三类角色不可或缺。1、独立软件开发商等合作伙伴，他们基于鲲鹏处理器开发或适配解决方案、应用软件等产品，例如操作系统、中间件、行业应用等；2、基于鲲鹏体系的开发者，即参与开源社区建立，利用鲲鹏体系下的开源代码进行应用开发的公司或个人；3、客户，需要更强算力或数据资源来支撑现有业务的发展。上述三种角色既受益鲲鹏产业的生态资源，又推动产业生态的发展与成熟。因此，我们认为只有像华为这样国内科技产业巨头，才有能力聚集三类角色”玩家”，共同推进“新”计算生态的创立与成熟。建立标准和开发者体系，针对硬件、基础软件和应用推出不同举措，借助产业政策，推动生态建立。现阶段我国的IT对美国平台具有诸多依赖，以至于国内硬件厂商净利润率整体偏低。为了改变现有生态格局，推进鲲鹏产业发展，华为在《鲲鹏计算产业发展白皮书》中对硬件、软件、应用等领域现状提出改进方法，包括开发处理器和PC主板、建立开源社区、开放OS源码等。同时提出建立产品标准体系、人才培养体系和产业政策，解决缺人才，缺通行标准、缺联盟效应的问题。1.4空间：鲲鹏千亿级产业规模，软硬件厂商都将参与IDC预测2023年中国计算产业投资空间占全球10%，约7000亿人民币，我们预测2023年华为鲲鹏产业市场规模近1900亿元，是市场重要发展动力。正如前文所言，数据爆炸式增长、处理器进入“后摩尔时代”推动新技术、新计算架构的探索，催化新的计算产业链条和新的生态体系及ISV厂商。根据IDC预测，全球计算产业投资空间预计到2023年实现1.14万亿美元，而中国市场作为全球产业的主要推动力，约占全球10%，近1043亿美元，即7301亿人民币。构成的鲲鹏计算产业市场规模细拆：鲲鹏服务器市场500亿+鲲鹏PC市场390亿+其余计算产业配套软件和应用市场1000亿=1890亿。我们预测2023年鲲鹏服务器的市场空间约500亿，包含鲲鹏主板和处理器的市场空间约200亿。1）2019年Q1-Q3的中国X86服务器出货量约224万台，预测2019年全年出货量为300万台。根据中国X86服务器市场过去6年的数据（CAGR为10.7%），我们预测20-23年服务器每年出货量增速约为11%，因此预测2023年中国通用服务器的出货量约400万台。2）考虑IDC数据，互联网厂商采购服务器占比在16年超过33%，推测2023年市占达到40%，考虑互联网企业服务器采购需求多为高性价比的服务器，暂时不是鲲鹏的主要客户范围。因此我们认为鲲鹏服务器前3年的市场是由政府、八大行业为主的剩余60%服务器市场。预测市占率可在23年达到40%，则鲲鹏服务器出货量约为100万台；3）参考目前华为X86服务器均价约4-5万，我们预测鲲鹏服务器定价约为5万/台，故2023年鲲鹏服务器市场空间为500亿，CPU和主板占销售额的40%，即200亿空间。我们预测2023年鲲鹏计算产业中PC的市场规模约为390亿，出货量约780万台。1）考虑过去5年PC出货量和PC终端总量变动关系看，我国PC销售进入存量市场，即更新换代为主要需求。我们预测未来3年PC销售约为每年5000万台，故更新换代率为5000/28000=17.85%。考虑我国信创战略和公务更换需求，我们预测公务PC的更新替换率为20%。2）目前我国财政供养人员总数为5000万人，按人均0.9台的公务PC比例算，全部公务PC数量为4500万台。考虑每年20%的替换率和鲲鹏PC80%的市占率，则每年鲲鹏公务PC出货量为720万台，公务PC单价约为5000元/台。3）目前华为和荣耀电脑在笔记本端的市占率为13.9%（均为消费者市场），假设2023年笔记本电脑占PC市场的40%（2018年上半年全球笔记本电脑出货量是全球PC出货量的34.1%，其中消费者PC占比约为40%），华为旗下笔记本市占率于2023年升至15%（消费者市场），其中鲲鹏CPU出货占比为50%，则消费者市场部分的出货量为60万台，消费级PC单价约为5000元/台。4）合计720*0.5+60*0.5=390亿市场。我们预测2023年鲲鹏计算产业中配套软件与应用生态的空间约1000亿元。参考IDC对计算产业的投资预测，服务器及部件的投资约占产业总投资额的30%，因而我们预测鲲鹏计算产业中配套软件与应用生态的空间是鲲鹏服务器市场空间的2倍，即1000亿元。二、华为：聚焦算力、赋能伙伴、共建计算产业，前期注重打造生态标杆项目华为自身定位明晰，聚焦算力、赋能伙伴、共建计算产业。即核心聚焦处理器研发，推广数据库、公有云的覆盖范围，提供服务器端和IOT端的操作系统。早期注重生态标杆项目建设和产业链的正反馈，后期逐步实现硬件开放、软件开源，进一步让利于生态内的合作伙伴。根据华为在多场合就鲲鹏产业发言内容看，商用处理器（移动端麒麟、商用端鲲鹏、昇腾）、数据库、华为云、操作系统（鸿蒙和欧拉）、存储是公司重点聚焦的领域，中间件、PC操作系统、行业应用等软件市场将全面开放给生态伙伴。考虑到鲲鹏生态的初建，公司会利用泰山系列服务器为鲲鹏CPU在计算场景的多元化利用树立标杆。即前期会利用自己的硬件能力，对外提供主板、部件、模组等一系列产品支持合作伙伴生产服务器或PC，拉住第一批ISV厂商，构建全产业链架构，保证发展初期产业链的完备和可持续发展。后期待生态逐步完备成熟，华为会陆续退出服务要求高、专业性强的领域，进行进一步的产业聚焦。2.1芯片：“鲲鹏”、“昇腾”提供算力，多年积累打造鲲鹏产业核心长期投入，基于ArmV8架构开发最新“鲲鹏”处理器，自研架构开发“昇腾”AI处理器。华为采用长期投入、全面布局的战略围绕鲲鹏处理器打造了“算、存、传、管、智”五个子系统的芯片族。经历十几年的研究，推出商用处理器鲲鹏、AI处理器昇腾、手机SOC麒麟芯片、以及一系列专用处理器。公司根据“量产一代、研发一代、规划一代”的研发节奏，围绕生态建设需求和应用场景，对鲲鹏处理器进行指令集和微架构的兼容设计，兼容全球ARM生态，实现产业间的相互促进与发展。鲲鹏920实现ARM架构业界性能最强，集成四大结构于单一封装。华为2019年1月对外发布鲲鹏920处理器，鲲鹏920采用最先进的7nm工艺，集成64个核心。通过优化分支预测算法，增加OP单元数量并进一步改进内存子系统架构，整合8通道的内存控制器，提升处理器性能，使得带宽增加幅度达48%。在SPECint基准测试中，鲲鹏服务器测试得分超过930，超行业基准25%，同时电力效率高同业30%，实现更强性能的同时降低功耗。此外，鲲鹏芯片中集成了传统计算芯片的四大结构，包括网络、存储、主控芯片和CPU于单一封装中。对标Intel服务器级芯片XEON-8180，48核数据跑平，功耗低20%。鲲鹏920处理器是专为大数据处理和分布式存储等应用场景设计，因而应用场景与INTEL“至强”(XEON)类似。鲲鹏920（Hi1620）包括32、48和64核。在SPEC测试中，48核的鲲鹏920与IntelXEON8180的性能相当，而64核的测试性能要优于XEON8180。且48核的鲲鹏功耗为150W低于XEON8180的205W。此外，进一步对比内存等指标和集成