一顆芯片單價超1萬元！“芯片刺客”服務器大芯片發展現狀及行業競爭格局
近期，高通計劃重返服務器芯片市場消息傳出，重新引起了大家對這個被英特爾、AMD聯合瓜分的市場的好奇心，筆者希望從產業現狀及頭部廠商的發展情況，進一步為大家分享關于該行業的一些研究及思考。
另外，近年來服務器行業的快速發展愈發引起業界的重視，具體的發展情況在此前芯八哥《芯片成本占比高達83%！全球服務器市場規模、競爭格局及發展潛力》一文中有詳細的分析，感興趣的可以前去了解，此處不做過多的贅述。
服務器芯片的發展現狀及趨勢
根據不完全統計，不同類型的服務器成本構成也有所不相同，通常基礎型服務器單價略低，高性能型服務器價格有所提升，機器學習型因為要增加價格較高的 GPU 所以價格會更高些。
如芯片成本在基礎型服務器中約占總成本的32%，而在高性能或更強性能的服務器中，芯片成本占比高達50%~83%。和PC一樣，服務器核心芯片主要包括CPU、GPU，隨著大數據催生多元算力新計算架構，DPU（數據處理器，Data Processing Unit）逐漸成為數據中心的第三顆主力芯片。
服務器成本構成
資料來源：Wind
從服務器主流底層架構來看，X86架構依舊占據主導，其他如ARM、Power等非X86架構也占據一定份額。整體來看，x86處理器起步早、生態環境好，是目前服務器芯片的主流類型，未來隨需求增加及服務器市場不斷增長，x86服務器芯片增速有望持續增長。
指令集技術路徑分類及代表企業
資料來源：芯八哥整理
從市場規模來看，隨著近年來全球服務器整體空間增長趨勢明顯，芯片作為底層算力支撐環節，市場規模快速擴容。截至2021年底，全球服務器芯片市場規模約2326億元，其中中國市場規模約589億元，占全球市場比重超過27%，已逐漸成為全球最主要的服務器芯片增量市場。
2017-2022年全球服務器芯片市場規模情況
資料來源：Wind、芯八哥整理
隨著移動互聯網飛速發展，遠程教育、高清視頻、大型游戲、大型電商等一大批應用推動了互聯網行業的高速發展，也積累了諸如云計算、大數據、物聯網和人工智能等一批基礎能力。未來隨著 5G、自動駕駛、元宇宙等應用的深入，將對服務器芯片行業產生深遠的變革，為未來提供更大的想象空間。
那些做的比較好的服務器芯片廠商
接上文所說，在從目前主流服務器CPU中X86架構仍舊占據主導地位，截至2021年底X86架構占比高達97%；Power、Alpha及MIPS為代表的部分服務器芯片日漸式微；ARM、RISC-V為代表的RISC架構近年來增長最為迅猛，這也是近期高通打算重返服務器芯片市場是背景之一。
服務器CPU市場份額X86架構占主導
資料來源：Wind
X86服務器芯片方面，市場長期被Intel和AMD為代表的廠商壟斷。國產X86架構服務器CPU以中科曙光旗下的海光信息為代表，其X86架構授權來自AMD，CPU產品分為7000、5000、3000三個系列，分別面向高、中、低端算力需求，2021年出貨量分別達到17萬片、2.9萬片、36萬片，部分產品參數與英特爾前幾年的主流產品相差不大。
X86服務器芯片廠商份額情況
資料來源：Wind
海光信息和英特爾X86服務器芯片對比
資料來源：Wind、芯八哥整理
ARM服務器芯片方面，其因具備較低的成本和功耗優勢，近年來發展迅猛。目前國內外包括Ampere、谷歌、亞馬遜、高通及華為、阿里、飛騰等均積極進行布局。其中，Ampere已經在ARM服務器芯片市場坐穩了一席之地，且正在馬不停蹄的向5nm的AmpereOne芯片目標邁進；國內以飛騰、華為海思及阿里平頭哥為代表的ARM服務器芯片產品布局和生態都還不錯。如今ARM體系性能正在持續提升，生態環境也在逐漸改善，還需要相關產品、軟硬件的協同創新。
其他如Power、Alpha及MIPS為代表的小眾服務器芯片目前均專注于與細分市場，如IBM公司Power芯片在傳統的銀行等金融機構占據較大市場份額，國內申威和龍芯中科在軍工、政府等領域具備較大的應用空間等。
GPU方面，其一般視為CPU服務器的主要協處理器芯片，目前英偉達在服務器芯片市場占比超過96%，其中廠商主要包括英特爾及AMD等占比約4%。國內如景嘉微、壁仞科技等在該領域取得一定進展，但產品與英偉達等一線大廠相比差距較大。
服務器GPU芯片廠商份額情況
資料來源：Wind
DPU方面，早在2020年，英偉達創始人黃仁勛就將DPU與CPU、GPU并列稱為“未來計算三大支柱”，雖然DPU此后才逐漸成為芯片投資的熱門賽道，但實際上，巨頭們的角逐早已開始。整體來看，英偉達是全球DPU產業的先行者，其他如英特爾、AMD、Marvell及國內華為、阿里、騰訊等一批廠商均加速布局該領域。
國內外服務器芯片主要代表廠商情況一覽
資料來源：芯八哥整理
隨著政府將發展數字經濟上升至國家戰略層面，東數西算大幕布局拉開，高端服務器芯片的國產化替代是信息技術應用創新工作的重點，行業國產替代將迎來新的發展機遇。
以電信行業為例，2020-2022年國產CPU占比提升不斷提升，其中海光和鯤鵬占據較大的市場份額。
具體來看，從2020年開始，中國電信運營商集采開始像國產CPU傾斜，根據不完全數據統計：（1）中國電信：2021-2022年服務器集采總量達20萬臺，采購量同比明顯增長，其中，國產CPU達5.3萬臺，同比增長一倍以上，占比達26.7%，海光和鯤鵬占國產CPU部分的比例分別為72%和28%。（2）中國移動：2021-2022年PC服務器第一期（合計）采購中，國產服務器占比達到41.65%，其補充采購部分均為國產服務器，海光和鯤鵬的比例分別為56.7%和43.3%。
大數據時代，DPU為何有望成為第三顆主力芯片？
據統計，全球算力需求平均每3.5個月翻一倍。DPU的出現首先要解決的就是網絡數據包處理的問題。簡單點來講，目前隨著核心網、匯聚網朝著100G、200G發展，接入網也達到50G、100G時，CPU無法提供足夠的算力來處理數據包了。
大數據時代算力已經逐漸供不應求，DPU應運而生，并逐漸成為芯片投資的熱門賽道。
國外廠商方面，早在2015年，英特爾通過收購Altera（阿爾特拉），并于2021年發布IPU類DPU產品；
2018年Marvell從開始陸續收購了Cavium、Avera Semiconductor和芯片初創公司Innovium；
2019年賽靈思宣布收購Solarflare，2020年發布Alveo系列加速卡產品，2022年自身又被AMD收購，2022年AMD又以約19億美元收購云服務提供商Pensando，完成涵蓋 CPU、GPU、FPGA和DPU整個云端布局。
2020年，英偉達69億美元收購以色列網絡芯片商Mellanox，并將BlueField產品線更名為Nvidia DPU，后又以400億美元收購芯片設計公司ARM。
國內廠商方面，云計算龍頭呈現追趕和超越之勢，包括華為、騰訊及阿里云先后發布了其DPU產品。此外，包括北中網芯、芯啟源、云豹智能、星云智聯、大禹智芯、中科馭數等新興廠商也紛紛入局，先后獲得多輪融資。
國內DPU新興廠商融資情況
資料來源：Wind、芯八哥整理
目前全球DPU市場潛在規模超過30億美元，其中中國市場超過5億美元。在可預見的未來，DPU將主要應用于數據中心/云計算、智能駕駛、數據通信等領域，同時可能提升在網絡安全、信創、國防軍工等細分市場的滲透率。預計2022-2030年DPU芯片年復合增長率將超過30%，DPU也將成為名副其實的服務器“第三顆主力芯片”。
寫在最后
從產業發展的趨勢來看，在國內服務器已逐漸占據一定市場份額的大背景下，加速實現服務器芯片的自主可控已是大勢所趨。從產業發展現狀來看，X86服務器領域國內廠商差距較為明顯，ARM、RISC-V為代表的新興服務器芯片及DPU為代表的新應用產品未來有望在云端市場占據一定空間，國產占據先發優勢的廠商有望持續分享行業紅利。
