眾所周知，我國高端通用芯片高度依賴進(jìn)口，尤其是 CPU 芯片，在 PC 和服務(wù)器領(lǐng)域國產(chǎn)廠商存在感較小，基本被國際大廠所壟斷。這背后原因一方面由于高端通用芯片技術(shù)起源于海外并持續(xù)技術(shù)突破，領(lǐng)先國內(nèi)廠商較多，另一方面以英特爾為代表的海外國際大廠已經(jīng)構(gòu)建成熟商業(yè)生態(tài)并占據(jù)專利和標(biāo)準(zhǔn)制定等戰(zhàn)略高地，形成了多維度的壁壘，大幅增加國內(nèi)廠商追趕難度。

　　2019 年華為和中科曙光等廠商被美國納入“實體清單”，科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展受制于人的境況進(jìn)一步被放大。從國家安全維度和商業(yè)競爭維度，我國都有高端 CPU 芯片國產(chǎn)化替代的強(qiáng)烈需求，國家自上而下的重視下，政府、產(chǎn)業(yè)和科研界實體積極推動，資本市場也貢獻(xiàn)自己的力量，共同推動我國高端 CPU 芯片國產(chǎn)化不斷推進(jìn)。

　　今天我們就聚焦于市場所關(guān)心的通用服務(wù)器的成本以及ARM服務(wù)器替代 X86 服務(wù)器趨勢的進(jìn)行分析。

　　一、服務(wù)器成本構(gòu)成簡析

　　服務(wù)器是重要的基礎(chǔ) IT 硬件，中國服務(wù)器行業(yè)快速發(fā)展，國內(nèi)一線廠商正向全球拓展。依據(jù) IDC 數(shù)據(jù)，2018 年我國服務(wù)器市場規(guī)模達(dá)到 176.9 億美元，同比增長 57.82%；2018 年我國服務(wù)器出貨量約為 330.93 萬臺，同比增長 29.33%。在云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)需求驅(qū)動下，我國服務(wù)器行業(yè)近年來快速發(fā)展。

　　放眼全球，依據(jù) IDC 數(shù)據(jù)，2018 年全球服務(wù)器市場規(guī)模達(dá)到 883.05 億美元，同比增長 32.01%；2018 年全球服務(wù)器出貨量約為 1179 萬臺，同比增長15.72%。依靠成本優(yōu)勢，中國服務(wù)器廠商開始進(jìn)軍國際市場，有望帶動國內(nèi)廠商的出貨量份額提升。

　　服務(wù)器是在網(wǎng)絡(luò)中為其他客戶機(jī)提供服務(wù)的計算機(jī)。服務(wù)器是計算機(jī)的一種，它是在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的控制下為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里的客戶提供共享資源（包括查詢、存儲和計算等）的高性能計算機(jī)，它的高性能主要體現(xiàn)在高速度的 CPU 運算能力、長時間的可靠運行、強(qiáng)大的 I/O 外部數(shù)據(jù)吞吐能力等方面。主要為客戶提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫、文件、打印等服務(wù)。

　　服務(wù)器的硬件組成：通常服務(wù)器是以硬件的形態(tài)交付給客戶，其主要硬件組成包括 CPU、內(nèi)存、硬盤（以上俗稱“三大件”）、PCI-E 擴(kuò)展插槽、網(wǎng)卡、Raid 卡、電源和風(fēng)扇。除硬件外服務(wù)器還需要部分驅(qū)動管理及服務(wù)器操作系統(tǒng)的支持。

　　中國服務(wù)器芯片市場快速增長。參考 IDC 的預(yù)測數(shù)據(jù)，由于云計算需求旺盛，推動服務(wù)器快速增長，服務(wù)器芯片市場規(guī)模也持續(xù)增長。2015 年中國服務(wù)器芯片市場規(guī)模約為155 億元，預(yù)計 2020 年達(dá)到 360 億元，年復(fù)合增長率約為 18%。

　　參考上文中國服務(wù)器的市場規(guī)模和服務(wù)器芯片的市場規(guī)模，可簡單測算出 2017 年中國服務(wù)器的平均單價約為 29392 元，單臺服務(wù)器上在芯片上的投入為 8542 元，則 2017年單臺服務(wù)器中芯片（CPU）投入占中國服務(wù)器平均單價達(dá)到 29.06%。

　　由于公開統(tǒng)計數(shù)據(jù)有限，我們同時取典型案例分拆服務(wù)器成本。當(dāng)前市場關(guān)注度最高且銷量最好的是 2U 的機(jī)架式服務(wù)器，我們選取國內(nèi)典型服務(wù)器品牌浪潮在京東上經(jīng)銷商優(yōu)惠價格下銷售最高的型號作為代表，其售價為 28200 元，接近 2017 年中國服務(wù)器平均單價，取其配置作為測算依據(jù)和市場統(tǒng)計數(shù)據(jù)相互印證。

　　CPU、內(nèi)存和硬盤占服務(wù)器整體價格約為 60%~70%?；谏蠄D中的配置，我們?nèi)」_平臺上對應(yīng)配件的價格如下表中所述。其中 CPU 價格來源較少，但其對應(yīng)占比測算結(jié)果為 29.70%，與上文平均值 29.06%較為接近，可互為佐證。內(nèi)存條價格取京東對應(yīng)搜索條目下有效的前 8 條的平均值作為均價測算，得出內(nèi)存占服務(wù)器總價格比約為13.44%。硬盤價格取京東和中關(guān)村在線相對應(yīng)配件報價，匡算硬盤占服務(wù)器總價格比約為 23.45%。

　　綜合以上，則“三大件”占服務(wù)器總價格比約為 66.59%，落在 60%~70%區(qū)間內(nèi)，與產(chǎn)業(yè)實際情況互相佐證。其他配件累計占服務(wù)器總價格約為 30%~40%?；谥?jǐn)慎性原則需要特別說明的是，以上測算僅基于部分產(chǎn)品部分型號，并不完全精確，同時不同型號、不同配置的服務(wù)器選擇的配件型號和數(shù)量也各有不同，配件和服務(wù)器產(chǎn)品銷售價格隨行就市存在一定波動，均對占比值有一定影響。

　　二、服務(wù)器 CPU 國產(chǎn)化替代商業(yè)價值

　　全球服務(wù)器 CPU 市場主要為海外巨頭所壟斷。參考海外研究統(tǒng)計數(shù)據(jù)，AMD 曾推出皓龍系列，2006 年其服務(wù)器 CPU 市場份額一度超過 20%，但英特爾推出至強(qiáng)系列服務(wù)器芯片后，市占率快速提升，近年來服務(wù)器芯片市場基本被英特爾壟斷。

　　英特爾服務(wù)器相關(guān)業(yè)務(wù)營收規(guī)模達(dá)到 229.91 億美元。考慮到近乎獨家壟斷的市占率，英特爾的服務(wù)器芯片收入可近似看作全球服務(wù)器芯片市場規(guī)模，依據(jù)其財報，2018 年該項業(yè)務(wù)收入規(guī)模達(dá)到 229.91 億美元，同比增長 20.60%?？梢钥吹竭@是一個快速增長且較為龐大的市場。

　　以 CPU 為核心業(yè)務(wù)的英特爾盈利能力較好。從英特爾財報來看，其收入占比最大的兩塊業(yè)務(wù)分別是 PC 集團(tuán)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)中心集團(tuán)業(yè)務(wù)，均是以 CPU 為核心的業(yè)務(wù)。公司近10 年整體盈利能力較好，近 10 年年度平均毛利率約為 61.68%，近 10 年年度平均凈利率約為 20.55%。

　　當(dāng)前 X86 服務(wù)器占據(jù)市場主導(dǎo)地位。依據(jù) IDC 統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2019 年全球范圍內(nèi) x86 服務(wù)器達(dá)到 185 億美元收入，而非 x86 服務(wù)器同比下降 13.7％至 13 億美元?？梢姰?dāng)前 X86服務(wù)器占據(jù)服務(wù)器市場主導(dǎo)地位繼續(xù)強(qiáng)化。

　　三、ARM 芯片在服務(wù)器端的發(fā)展前景幾何？

　　國家大力支持集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展。集成電路在我國已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略。近年來，在市場拉動和政策支持下，我國集成電路整體實力顯著提升。但也要看到在創(chuàng)新領(lǐng)域、前沿領(lǐng)域、設(shè)計環(huán)節(jié)與國際領(lǐng)先水平依然差距巨大，面臨較大的挑戰(zhàn)，因此我國持續(xù)發(fā)布相關(guān)政策支持集成電路發(fā)展， 加快追趕的步伐。

　　中國各類實體積極參與，形成多條國產(chǎn)化 CPU 路線。除國家政策支持外，巨大的潛在商業(yè)利益也驅(qū)動各家企業(yè)積極嘗試和推動國產(chǎn)化 CPU 的發(fā)展，以 2017 年中國市場為基數(shù)，以穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下 20.55%的凈利率水平為常態(tài)盈利能力，則僅國內(nèi)市場服務(wù)器 CPU產(chǎn)業(yè)一年凈利潤約為 44.92 億元。當(dāng)前基于 X86 架構(gòu)、ARM 架構(gòu)和其他架構(gòu)形成多條CPU 國產(chǎn)化路線，行業(yè)頂尖科研機(jī)構(gòu)、信息化國家隊領(lǐng)軍企業(yè)、優(yōu)秀民企和地方政府積極參與，共同推進(jìn) CPU 國產(chǎn)化發(fā)展。

　　在服務(wù)器 CPU 領(lǐng)域，由于其對性能要求相對更高，競爭門檻進(jìn)一步提升，有實力參與的國內(nèi)廠商較少。目前市場較為關(guān)注的國產(chǎn)服務(wù)器廠商主要有基于英特爾行架構(gòu)的天津海光、上海兆芯；基于ARM架構(gòu)的天津飛騰和華為；基于MIPS架構(gòu)的龍芯；基于Alpha架構(gòu)的申威等少數(shù)幾家公司。

　　不過，天津海光已被列入“實體名單”，其X86技術(shù)來源方AMD也已終止了與其的合作。不過，所幸的是，天津海光已獲得了AMD第一代 Ryzen和EPYC的Zen架構(gòu)技術(shù)，并順利推出了自己的產(chǎn)品。另外上海兆芯的X86技術(shù)來源方——威盛的X86架構(gòu)技術(shù)授權(quán)似乎也已經(jīng)到期，后續(xù)發(fā)展阻力增大?？傮w來說，目前基于X86架構(gòu)的國產(chǎn)CPU遇到了一些挫折。

　　相比之下基于ARM架構(gòu)的國產(chǎn)CPU發(fā)展也不是一帆風(fēng)順，服務(wù)器芯片領(lǐng)域 ARM 替換 X86 困難重重。

　　從過往來看，由于 ARM 芯片在服務(wù)器領(lǐng)域性能的劣勢以及生態(tài)環(huán)境的阻力，其替代 X86 芯片困難重重，Applied Micro、三星、英偉達(dá)、博通、Marvell、高通、AMD、華芯通等等廠商均大力投入但結(jié)果不佳。其中高通更是放棄了服務(wù)器芯片業(yè)務(wù)，而高通與貴州合資的ARM服務(wù)器芯片公司華芯通也于今年4月底關(guān)閉。剩下的國產(chǎn)ARM服務(wù)器芯片公司也就飛騰和華為了，而目前華為也已被列入了“實體清單”，不過在此之前其已經(jīng)獲得了ARMv8指令集架構(gòu)永久性授權(quán)。

　　ARM 架構(gòu)在服務(wù)器領(lǐng)域存在的不足（替代難點）：

　　1、軟件方面：雖然 Linux 系統(tǒng)支持 ARM，但在生態(tài)環(huán)境上，尤其是各種應(yīng)用程序?qū)用妫?和 X86 架構(gòu)相比差距巨大。

　　2、性能方面：由于過往 ARM 架構(gòu)主要面向移動端等性能要求相對較低的應(yīng)用場景，對高負(fù)載高計算的支持能力不夠，導(dǎo)致性能上一直落后，無法滿足市場需求。

　　ARM 體系性能持續(xù)提升，生態(tài)環(huán)境漸進(jìn)友好：盡管服務(wù)器市場替代較難，但 ARM 并未放棄，ARM在去年發(fā)布了新型架構(gòu) Neoverse，并希望通過新一代處理器設(shè)計大幅提升其性能，提高在服務(wù)器和基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的競爭力。

　　根據(jù)Arm公布Neoverse處理器IP路線圖顯示：其首款產(chǎn)品是基于16nm的Cortex-A72/A75內(nèi)核的Cosmos平臺，2019年已推出7nm工藝全新CPU內(nèi)核架構(gòu)的Ares平臺，2020年將會推出7nm+工藝的Zeus平臺，2021年將會推出5nm工藝的Poseidon平臺。每一代的平臺性能都將會比上一代提升30%。

　　同時，Arm還表示，Neoverse IP路線圖專門針對獨特的性能、效率和可擴(kuò)展性要求而設(shè)計，從而可適應(yīng)數(shù)據(jù)模式的不斷變化、全新的工作負(fù)載挑戰(zhàn)以及為支持萬億互聯(lián)智能設(shè)備而不斷發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施帶來的持續(xù)需求增長。

　　從商用用戶維度看，亞馬遜和華為都相繼發(fā)布基于 ARM 的服務(wù)器芯片，富士通也從 SPARC 架構(gòu)體系轉(zhuǎn)向 ARM v8 架構(gòu)體系并推出芯片，提振市場信心。同時隨著移動端的繁榮，支持 ARM 相關(guān)生態(tài)的底層系統(tǒng)和上層應(yīng)用也逐漸增加，三大 Linux 發(fā)行版（Ubuntu、Suse 和 Redhat）都已經(jīng)直接有支持ARM Server 的版本。

　　云計算時代對服務(wù)器需求發(fā)生改變。過往由于服務(wù)器賣給企業(yè)客戶為主，單個企業(yè)強(qiáng)調(diào)服務(wù)器的高性能、穩(wěn)定性和和吞吐量等性能指標(biāo)。而云計算時代，互聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)提供商對數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器需求發(fā)生改變，由于其集群模式強(qiáng)調(diào)整體性能且服務(wù)器需求量大，逐漸變?yōu)樽约簩Ψ?wù)器進(jìn)行深度定制。如裁剪不需要的功能、結(jié)合業(yè)務(wù)特性進(jìn)行強(qiáng)化、節(jié)省空間、降低能耗、應(yīng)用優(yōu)化等等。以上需求的改變也給 ARM 架構(gòu)服務(wù)器替代帶來新的機(jī)遇。

　　云服務(wù)商尋求替代 X86 芯片方案。由于云服務(wù)商對服務(wù)器需求巨大，一方面芯片占據(jù)服務(wù)器成本約 30%，另一方面電力成本也是云服務(wù)重要成本支出項，若能降低芯片成本和芯片功耗，則將給云服務(wù)商帶來巨大商業(yè)利益，基于此，ARM 芯片低價格和低功耗的特性極具吸引力。亞馬遜 2018 年 11 月份宣布自家開發(fā)的 Graviton 處理器支持新的AWS EC2 A1 實例配置，主要面向微服務(wù)、Web 服務(wù)器和開發(fā)環(huán)境等可擴(kuò)展應(yīng)用，成本可以大幅降低 45%。

　　華為、飛騰扛起ARM替代X86大旗

　　正如前面所提到的，目前國產(chǎn)ARM服務(wù)器芯片廠商主要有飛騰和華為兩家。

　　而從基于ARM架構(gòu)的具體部署和業(yè)務(wù)進(jìn)展維度看，天津飛騰發(fā)展較早，目前其產(chǎn)品線布局、商業(yè)化和生態(tài)做都還不錯，產(chǎn)品已經(jīng)覆蓋了高性能計算CPU、服務(wù)器CPU、桌面CPU和高端嵌入式CPU。需要指出的是，飛騰與華為一樣都是獲得了ARM指令集架構(gòu)的永久性授權(quán)，目前其內(nèi)核也是自主設(shè)計的，可以實現(xiàn)自主可控。

　　目前，飛騰已有 FT-2000+/64處理器芯片面向企業(yè)級高性能服務(wù)器；而且飛騰還將在今年四季度推出多路服務(wù)器芯片F(xiàn)T-2500/64，基于16nm工藝，主頻2.3GHz，擁有64個FTC663內(nèi)核。

　　另外根據(jù)飛騰公布的資料來看，其目前已經(jīng)與400多家國內(nèi)的軟硬件廠商進(jìn)行了合作，已經(jīng)初步建立起了相對完整的生態(tài)體系。

　　同樣，華為較早也開始基于 ARM 體系打造從芯片到服務(wù)器的系列產(chǎn)品線。當(dāng)前華為 ARM 架構(gòu)服務(wù)器相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品三類主線：Hi16 系 列 CPU、鯤鵬系列 ARM CPU 和泰山服務(wù)器。2004 年華為就已經(jīng)開始了 ARM 架構(gòu)相關(guān)芯片的開發(fā)，覆蓋華為多個產(chǎn)品線，直至今年重磅發(fā)布的應(yīng)用于服務(wù)器上的鯤鵬 920。

　　鯤鵬處理器在競爭力維度實現(xiàn)了超越。依據(jù)鯤鵬 920 的發(fā)布信息，其代表著業(yè)界最高性能的 ARM 架構(gòu)的 CPU。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1）高性能處理器內(nèi)核：鯤鵬 920實現(xiàn)自主設(shè)計，同頻單線程性能相比前一代提升 45%；2）高集成度：采用業(yè)界領(lǐng)先的7nm 先進(jìn)工藝，集成最多 64 核，并支持最高 3.0G Hz 的工作主頻，實現(xiàn)極致的多核架構(gòu)和低時延表現(xiàn)，滿足高并發(fā)、低時延應(yīng)用的計算需求。集成了南橋、網(wǎng)卡和 SAS 控制器等功能，節(jié)省了服務(wù)器系統(tǒng)能耗并提升了系統(tǒng) PCIe 擴(kuò)展能力；3）高吞吐能力：業(yè)界率先支持 8 通道內(nèi)存控制器和 PCIe 4.0，相比業(yè)界，內(nèi)存帶寬提升 46%，IO 速率提升 66%；4）硬件加速引擎：集成了數(shù)據(jù)加密/解密、壓縮/解壓縮、EC（Erasure Code）糾刪碼、數(shù)據(jù)校驗等硬件加速引擎，能夠替代處理器的指令計算，極大提升數(shù)據(jù)處理效率，并提升數(shù)據(jù)安全。

　　基于 ARM 芯片的優(yōu)勢，華為泰山服務(wù)器承載 ARM 應(yīng)用場景。泰山服務(wù)器聚焦大數(shù)據(jù)、分布式存儲、ARM 原生、HPC 和 Web 等五大應(yīng)用場景，幫助實現(xiàn)高效能計算和降低數(shù)據(jù)中心 TCO。

　　1）對比 TPC benchmark 測試，華為 TaiShan 大數(shù)據(jù)方案相比傳統(tǒng)方案提升 30%性能；

　　2）華為 TaiShan 分布式存儲解決方案，在全 NVMe SSD 熱數(shù)據(jù)場景下，整體性能提升 10%以上，在 NVMe SSD 與 HDD 混合型的溫數(shù)據(jù)場景下，減少10%的服務(wù)器數(shù)量；在全 HDD 冷數(shù)據(jù)應(yīng)用場景，集群能耗低 10%以上；

　　3）安卓應(yīng)用與ARM 服務(wù)器天然兼容，無需移植即可直接運行，而且運行過程中無指令翻譯環(huán)節(jié)，性能無損失，相比傳統(tǒng)方案最高能夠提升 3 倍性能；

　　4）ARM 云手機(jī)則是 ARM 原生應(yīng)用的典型場景之一，通過在 ARM 服務(wù)器上運用虛擬化仿真技術(shù)，為用戶提供基于云的仿真手機(jī)服務(wù)。

　　在產(chǎn)業(yè)生態(tài)領(lǐng)域，華為規(guī)劃：從硬件、基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用三個層面持續(xù)推進(jìn) ARM 產(chǎn)業(yè)合作，計劃通過 3 到 5 年的時間，協(xié)同 ARM 產(chǎn)業(yè)組織，打造完備的 TaiShan 產(chǎn)業(yè)生態(tài)。目前 TaiShan 的生態(tài)合作已經(jīng)取得較大進(jìn)展，生態(tài)體系已經(jīng)相對比較完善，泰山等體系已經(jīng)具備了一定能力：

　　1）打造開放生態(tài)系統(tǒng)，合作共贏；

　　2）與合作伙伴共同進(jìn)行創(chuàng)新和認(rèn)證測試；

　　3）擁抱開源 HPC 社區(qū)；

　　4）豐富的 HPC 行業(yè)項目建設(shè)經(jīng)驗（在金融、政府、制造、互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)的部署與應(yīng)用，2018 年的應(yīng)用規(guī)模數(shù)已經(jīng)突破了 2 萬臺/套，實現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用的市場檢驗）；5）利用 ARM 技術(shù)實現(xiàn)的云-網(wǎng)-端戰(zhàn)略；

　　6）ARM 服務(wù)器可以覆蓋 50％以上的 HPC 工作負(fù)載；

　　7）已經(jīng)打造成熟的解決方案；

　　8）鯤鵬 920芯片可與英特爾 6148 對標(biāo)；

　　9）加入主要生態(tài)聯(lián)盟。

　　值得一提的是，2018年，飛騰的 ARM 架構(gòu)服務(wù)器、申威的 Alpha 架構(gòu)服務(wù)器和龍芯的 MIPS 架構(gòu)服務(wù)器都進(jìn)入政府采購清單，也顯示出國家對發(fā)展國產(chǎn)服務(wù)器芯片的強(qiáng)力支持，而華為等廠商的入局則有望進(jìn)一步加快這一替代趨勢。