1基础:展望数据中心，智能时代的基础设施。
成长中的市场:数据中心成为科技巨头的战场。
1.数据中心是承载计算能力的物理实体，体现了人类社会不断信息化、智能化的趋势。只要有层出不穷的应用，数字化的不断渗透，算法对计算能力的不断需求，就有对数据中心的需求。
2.新的基础设施方兴未艾，中国的数据中心机架在过去五年中增长了220%。未来，IDC在中国的发展速度不会低于每年20%。在全球范围内，疫情过后，网络经济已经成为一种工作和生活习惯。
3.巨头必争之地:过去十年，英特尔的数据中心收入达到了CAGR的13%，英伟达的数据中心产品收入达到了40%。巨型科技创新仍然层出不穷，反映了行业发展前景的繁荣。未来，数据中心仍将是技术迭代最快的领域之一。
驱动因素1:流量和应用向数据中心汇聚。
1.从流量的角度衡量数据中心的下游应用驱动因素。过去十年，移动流量的驱动因素从PC到移动互联网到云计算再到AIoT，全球流量持续增长，连接更广，非结构化数据类型更多，计算能力需求更多样化。
2.东西向流量占85%以上，数据中心内的计算和通信占70%以上。大型数据中心对计算能力、带宽、时延、功耗和成本的要求越来越高，这也反映了大规模采用虚拟机后处理云计算和AI训练的天然技术要求。
3.目前边缘数据流量占比增长迅速，边缘数据中心技术将成为未来最有潜力的市场。如用户端图像、安全、直播、大数据、机器互联等。，需要在离用户更近的地方进行处理。
驱动因素二:云计算和AI对计算能力的需求快速增长。
1.云计算的快速发展将成为未来计算能力的主要供给。2019年，全球云数据中心的资本支出首次超过本地，且仍在以超过20%的年复合增长率增长。全球Top5云厂商每年的资本支出大部分投资在数据中心，期望通过自主开发服务器、创新网络结构、代建数据中心等方式降低投资和运营成本。
2.AI算法对计算能力需求的增长远远超过摩尔定律的进化速度。OpenAI模型显示，自2010年以来，业界最复杂的AI模型的计算能力需求增长了100亿倍。人工智能训练模型对计算能力的需求正在上升。目前80%的解决方案依靠并行计算和增加投入，10%依靠AI算法，10%依靠芯片单元计算能力。
驱动因素三:大型云数据中心对提升效率的要求。
1.在碳中和时代，全球二氧化碳排放峰值预计将对计算能力和能效比提出更高的要求。
2.提高计算能效比的手段:1)半导体制造技术的进步；2)3D封装和晶圆级封装“化整为零”；3)存储介质的革命:内存操作；4)计算能力池概念的演进要求更高的芯片级互连带宽。
数据中心核心技术1:持续追求摩尔定律的计算
1.在摩尔定律的减速下，对计算能力的需求主要通过堆叠计算能力来实现。目前对AI计算能力的需求是改进算法，但虚拟化软件的引入解决了单台计算机计算能力的瓶颈。主要手段有计算能力堆叠、异构计算和并行计算。
2.计算能力的进化路径1，更多摩尔。通过新材料、新工艺的创新，摩尔定律不断实现。TSMC预计在2023年推出3纳米芯片，英特尔预计明年量产10纳米芯片。
3.进化之路2的计算能力，超过了摩尔。主要通过先进的封装技术来实现，比如MCM实现多管芯单芯片封装，WLCSP实现带存储器的2.5D封装等。
数据中心核心技术2:不断挑战冯·诺依曼瓶颈的存储
1.如何突破存储IO的瓶颈？冯诺依曼架构的本质属性导致内存的IO带宽限制了CPU多核开发的快速需求。所以内存技术每4-5年会迭代一次，2022年是DDR5应用元年，给内存模组产业链带来新机。此外，2.5D堆栈的HBM存储在高性能计算中也发挥了作用。另一种思维方式是内存操作，这将颠覆计算机形态和商业模式。
2.如何满足外部数据存储需求的指数级增长？全闪存介质、软件定义的存储、分布式存储和超融合存储提高了可扩展性、安全性和可管理性，并降低了数据中心应用程序的成本。
数据中心产业链概述:云计算的星海
1.数据中心上游是各种服务器和网络设备芯片，如CPU、DRAM、FLASH、芯片组、FPGA、AI加速芯片、GPU等。数据中心应用芯片通常需要满足高计算能力、高稳定性和低功耗的要求。它们通常集成多核CPU、高密度互联IO接口和大容量高性能存储，需要设计大管芯，代表了世界芯片设计制造的最高水平。
2.数据中心的中游是所谓的云基础设施。从网络配置的角度来看，底层到顶层是服务器、接入交换机、汇聚交换机、核心交换机、出口路由器、防火墙网关等。近年来，数据中心网络有三个主要特点:扁平化、SDN和NFV。
3.下游云计算市场空更广阔。从北美云巨头的发展历程来看，IaaS率先快速发展，更大的市场在SaaS。目前中国头部云厂商已跻身全球前5，IaaS有望保持平稳快速增长。PaaS层的各种云原生开发工具和新创生态值得期待。SaaS层受多种原因影响，如用户习惯、政府和企业的安全需求等。虽然没有欧美高，但是有很多爆款应用。
数据中心TCO视角:服务器是绝对大头，光模块的增长值得关注。
1.从资本支出的角度来看，服务器是数据中心投资的最大部分，而运行期间的电力成本是OPEX的最大部分。
2.超大型数据中心的变化。服务器数量增长了10倍，加速服务器高IO、低汇聚比需求的网络结构也带动了网络设备和光模块更快的增长。亚马逊大型数据中心光模块的需求增长率是服务器的3.5倍，光模块在网络成本中的占比接近一倍。
3.如何降低TCO？从亚马逊的运营经验来看，第一要务是升级数据中心的PUE，采用高能效的供电和制冷，第二要务是降低服务器的购置成本，开发更高能效比的芯片和更高效的服务器管理软件。
成长二:未来十年数据中心最有意思的赛道有哪些？
概述:已经发生的变化正在逐渐改变数据中心。
1.数据中心发展的关键词:
1)碳中和:科学统计显示，数据中心的耗电量约占全球发电量的3%。绿色数据中心将成为准强制性标准，催生低PUE基础设施、自主研发CPU、CPO交换机等各种需求。
2)异构计算:摩尔定律演进缓慢、多核CPU I/O瓶颈、“数据中心税”让异构计算更加普遍。CPU、GPU、DPU、ASIC等。承担更多的功能来处理自己相对擅长的数据类型。
3)虚拟化:软件定义的基础设施和超融合实现了硬件的灵活性、可扩展性和标准化。DPU可以更好地加速虚拟机、SDS、vGPU等之间的通信。此外，SD-WAN的优势仍然存在。
4)以数据为中心:基于大数据和AI的预测手段将取代传统的基于日历或故障驱动的维护方法。以数据为中心的网络将突破I/O瓶颈和数据移动的延迟，数据中心将从松耦合向紧耦合演进。
2.高增长轨迹扫描:异构计算芯片增长最快，中游光模块值得关注。
1)空大:云基础设施仍是未来投资最高的领域，全球服务器市场仍将包含7.1%的增长率，并在2025年超过1320亿美元。
2)快速增长:高速数字光模块可能是云基础设施中增长最快的类别。上游的逻辑和内存芯片增速普遍较高，尤其是GPU和AI ASIC，代表异构计算。
微网数据中心:帮助未来或西部地区实现碳中和
1.在碳中和的大背景下，中国的能源结构将发生深刻变化，“风光”转型势不可挡。2030年二氧化碳排放峰值行动计划定义了中国长期能源结构的深刻演变。到2030年，非化石能源消费比重达到25%，“风-光”总装机容量达到12亿千瓦以上。彭博新能源财经预测，到2050年，“风与光”的装机容量将达到58%。
2.微网是一种可以自己生产和消费的区域性电网。电化学储能成本的降低有助于微网装机容量的普及。微电网由分布式电源、储能装置、能量转换装置、监测保护装置、负负荷等组成。旨在解决大量各种形式的分布式电源的并网问题。储能成本的快速下降将有力推动新能源产区微电网的消纳和互联。西门子电气预计，2026年全球工商业微电网装机规模将达到5400MW。
3.数据中心将是微电网的重要应用场景，有望率先在西部地区普及。该数据中心将整合冷热电联产、可再生能源、燃料电池和储能，成为微电网的重要落地场景。未来全球微电网发电量有望达到30%以上。我国中西部地区风光资源丰富，当地也是冷数据和计算西数、东数的主要基地。国家将继续推广微电网技术的应用。
4.系统性市场机会:储能、转换器、智能配电、智能电网和经验丰富的数据中心集成商。CNESA预测五年内中国电化学储能装机容量将增长57.4%，中国光伏协会预测五年内全球光伏逆变器将增长19%。此外，智能配电、高可靠性UPS、水冷系统以及为微电网定制的AI动态和环路监控系统将是IDC基础设施和集成商可能的方向。
边缘数据中心和服务器将成为计算能力的重要组成部分。
1.离用户更近的好处:大带宽，低延迟，成本和安全优势。随着未来计算能力需求的不断增加，网络带宽和延迟约束与网络带宽约束导致的计算能力需求不匹配，需要在边缘部署计算能力支持。华为预测，引入边缘计算后，计算、网络、存储的成本可以节省30%以上。
2.全球边缘计算数据中心万亿规模市场，以垂直行业为主要需求端。边缘计算市场包括终端触点、边缘计算设备、边缘应用/软件和边缘服务。边缘数据中心方面，预计到2025年运营商基站和边缘DC数量将达到6万个，投资规模1800亿元。根据毕马威的预测，中国下游行业的价值约占全球的10%，其中排名前五的行业分别是游戏娱乐、工业制造、互联网医疗、智能云数和环境监测。
3.边缘计算设备多样化，重度边缘场景服务器将是最大的市场。工业一体机、物联网网关等轻边缘设备一般部署在基站前端，提供丰富的工业IO接口，可以通过内置软件进行单向和双向控制。预计2025年市场规模约50亿元。而重边缘设备通常是定制的高密度服务器，可以借助5G、F5G等接入手段实现更大的带宽、更强的计算能力和更好的私密性。预计2025年国内边缘服务器市场规模将达到62亿美元。
人工智能数据中心和加速服务器市场增长迅速。
1.从云时代到AI时代，人工智能训练和推理的需求大大提高了数据中心的智能计算能力。在过去的十年中，用于人工智能的训练模型的计算资源激增，AI训练的计算复杂度每年增加10倍。信通院预计，2020年中国智能算力占比41%，2023年有望提升至70%。
2.AI加速服务器已经成为AI市场支出的主要组成部分，基于GPU和NPU的加速是主流。目前AI的投入主要是为了满足AI模型的训练和预测，所以国内70%左右的相关支出来自AI硬件。IDC预测，2025年国内AI服务器市场规模将达到64亿美元。与普通服务器相比，AI服务器的加速卡更多，P2P带宽更高，散热设计更好。目前，GPU芯片占AI加速服务器的95%，未来ASIC将加速应用，满足差异化场景的需求。
3.智能计算数据中心助力AI产业化和工业AI。2020年4月，国家发展和改革委员会(NDRC)首次将智能计算中心纳入计算基础设施的范畴，并提出在全国布局10个左右的区域级数据中心集群和智能计算中心，以加快人工智能产业化和工业人工智能的创新发展。与普通数据中心相比，智能计算中心在AI芯片、AI服务器、高速互联、深度学习框架、资源调度等组件上更加先进。目前包括浪潮、商汤等三大运营商都在推动智能计算中心快速落地。
3投资篇:资本市场的关键轨迹
中上游投资逻辑:全球产业链的比较优势
1.工程师奖金还是会带来成本优势。未来，RD的成本优势将逐渐取代单纯的制造成本优势。在一些中游高端制造业，比如光模块，我们看到了国产厂商牢牢掌控全球领先地位。
2.完整的配套产业链是不可替代的。富士康、苹果等代工、代工巨头多年来在中国培育了完整的电子元器件产业链。Luxshare、歌尔等很多公司都经历了从量变到质变，从组件到模块、系统的延伸。
3.供应商通常与大客户建立长期合作关系。对供应商的认证是严格且耗时的，所以我们认为，类似于苹果的产业链，数据中心产业链的供应商具有更高的订单可预测性。
4.妥善处理与台湾省的竞合关系，国内电子信息产业发展迅速。目前在服务器产业链中，无论PCB、电源、板载网卡、声卡、BMS等芯片，台湾省在全球供应链中都占据着举足轻重的地位。在可预见的未来，国内厂商可能会迅速缩小与台湾省的差距，以期从竞争关系转为共生关系。
中游投资逻辑:需求驱动
1.整机中，国产服务器和网络设备基本已经被进口替代。另一方面，海外贸易的摩擦因素依然存在，国产品牌出海的客观因素有限。因此，从天花板来看，我们认为下游需求是影响服务器、交换机等中游硬件设备增长的主要因素。
2.移动互联网，云计算，AI，元宇宙接力，云基础设施有长期增长逻辑。我们认为，无止境的下游应用仍将推动科技巨头和互联网厂商投资基础设施。从历史上看，国内服务器市场规模与BAT资本支出高度相关，而近几年Top5云资本实力基本保持在0.11的稳定水平。
3.新创市场开辟了全新的服务器生态，打破了Wintel联盟。由于国内信息创新体系发展迅速，国内有基于ARM的鲲鹏和腾飞生态，基于MIPS的龙芯生态。这些逐渐形成的生态完整性，赋予了服务器产业链存量置换的刚性和增量创造的想象空间空。
上游投资逻辑:国内替代
1.计算机市场硅含量最高，数据中心市场容量仅次于手机和汽车。国内芯片公司发展舞台广阔。
2.卡脖子的领域环环相扣，整个产业链都需要打破。目前服务器行业的计算、存储、通信线路国产化率很低，网络设备的大部分份额由于华为芯片产能有限，被思科、博通、Marvell等海外公司控制。而光模块25GPM4以上的电芯片替代能力几乎为零。
3.芯片创业频繁，科技创新板注册制提供了一两级的良性循环。我们认为科技创新板筛选出了国内最优秀的芯片初创企业，是未来投资享受高速增长的最佳时机。
4.摩尔定律的缓慢发展为国内公司创造了历史机遇。虽然数据中心逻辑芯片工艺要求通常较高，但我们已经可以看到国产28nm和14nm带来的巨大机遇。
下游投资逻辑:跟踪供应方变化
1.IDC产业从需求侧走向供给侧，未来年增长率可能不会低于20%。2017-2020年，随着移动互联网的快速发展和云计算的蓬勃发展，国内IDC市场增长率达到32%。从2020年下半年开始，IDC能耗指标逐渐收紧，行业增速明显下滑。随着新数据中心发展三年行动计划的出台，IDC的逻辑已经转向供应端。其中，全国IDC机架规模年均增速保持在20%左右，2023年上架率目标在60%以上，有望引导行业落后产能出清。
2.碳中和指南为数据中心PUE提出了硬性指标，或带来了新旧数据中心的整合。文件强调，将年综合能耗超过1万吨标准煤的IDC纳入重点用能单位能耗在线监测系统，推动现有设施绿色升级，将带来高效制冷、DC供电、“光伏+储能”、AI能源控制等诸多新的基础设施需求。各地都出台了节能审查的具体办法。可以预计，未来两年内，“老”IDC将会升级，部分关闭。
3.长期来看，我们认为IDC的主要份额将向大型、核心区域和国有运营商倾斜。三年行动计划引导大型IDC向全国枢纽节点集中，运营商和互联网公司因其网络和流量发起优势将成为主力军。而位于全国枢纽地区的具有规模效应的第三方IDC也是稀缺且灵活的，长期发展前景看好。
报告摘录:
精选报告来源:【未来智库】。
