疫情下的服務器行業(yè)研究：預期2020年全球服務器芯片市場同比增長10%

前言

雖然全球新冠肺炎疫情可能在6月底以前趨緩，但在疫苗發(fā)明前的各種民間及商業(yè)活動還是要靠著各種如雨后春筍般冒出的線上服務來幫忙控制，在4G手機及車用半導體需求不振下，服務器，筆電，游戲機這些高效能運算（HPC）的芯片客戶反而讓臺積電2020年營收同比仍然能增長15-19%，各季度營收環(huán)比持平，所以在肺炎疫苗還沒出現(xiàn)前，服務器邏輯及存儲芯片及高效能運算芯片公司仍將有一次爆發(fā)。

一、服務器芯片逆疫情求生

2019年12月開始，湖北武漢地區(qū)現(xiàn)多例新型冠狀肺炎（COVID-19）感染案例，春節(jié)期間武漢乃至全國各省市疫情進一步加重。為了控制疫情擴散，中國大陸政府對大陸超過90個城市進行全封城，半封城，這其中包括北京，上海，廣州，深圳四大一線城市。封城，半封城，地方政府延期復工要求的嚴格管制所造成的員工人流中斷，某些零器件生產(chǎn)中斷都對創(chuàng)新技術科技產(chǎn)品如4G/5G智能手機，服務器，筆電，游戲機，還有很多消費性電子產(chǎn)品的生產(chǎn)造成不順，但在到了四月，金準產(chǎn)業(yè)研究團隊預估整體中國大陸的組裝供給已經(jīng)超過產(chǎn)業(yè)鏈需求，產(chǎn)能利用率應該都已經(jīng)超過80%，國內(nèi)科技行業(yè)如封測，設備，顯示面板，電子零器件，組裝等部分公司在疫情趨緩后的營收及獲利反彈也會最可觀。而在需求方面，線下4G/5G智能手機因歐美各國相繼執(zhí)行封城及鎖國造成消費者外出大量減少而需求大降，我們因此進一步將全球2020年5G手機出貨量從1.7-2.0億臺下修到1.5-1.7億臺，全球2020年智能手機出貨量預估將下滑超過10%到12億臺，國內(nèi)手機激活數(shù)一季度環(huán)比衰退達26%（季節(jié)性環(huán)比衰退10-15%），而全球手機銷貨數(shù)量一季度環(huán)比衰退超過15%，但家庭用消費性電子產(chǎn)品及軟件需求將暴增，如線上，線下游戲機，線上串流影音視頻，電話／視頻會議軟件服務，遠程辦公、在線教育及醫(yī)療的流量大幅增加，因而驅(qū)動筆電，云端服務數(shù)據(jù)中心及通訊運營商在固態(tài)網(wǎng)絡資本投資的力道加大，這多少彌補一些智能手機需求不佳對創(chuàng)新技術及全球半導體行業(yè)2020年營收的影響。舉例而言，隨著歐美新冠肺炎疫情惡化，居家隔離上班上課已成常態(tài)，不僅造成美國網(wǎng)絡流量大增，也迫使Netflix，YouTube在歐洲調(diào)降影片高清畫質(zhì)，以免流量負荷太大造成歐洲網(wǎng)絡癱瘓。美國威瑞森電信（Verizon）最新調(diào)查發(fā)現(xiàn)，美國網(wǎng)絡流量在3月16-20這一周內(nèi)增加20％，同一期間線上串流需求增加12％，虛擬私人網(wǎng)絡（VPN）流量增加30％，線上電玩流量更暴增75％。

國際/美國病號數(shù)及B Bratio變化

二、服務器芯片雙位數(shù)增長可期

因為新型冠狀肺炎（COVID-19）繼續(xù)在歐美國家擴大，而帶動各種線上游戲，線上視頻（Netflix，YouTube，F(xiàn)acebook，Twitter，Instagram），電話／視頻會議軟件服務，遠程辦公、在線教育及醫(yī)療的流量大幅增加，全球計算機半導體（服務器，桌上型計算機，筆電x86CPU，GPU，AI）市場將在2020/2021年同比增長7-9%（從之前預測的6%／6%），但預期整個市場應該是由AMD的7納米Rome及7納米＋Milan服務器CPU，Intel38核心的10納米服務器CPU Ice Lake，華為7nm鯤鵬服務器ARMCPU，中國長城16nm的四核飛騰FT-2000/4，信驊及新唐的服務器遠端控制芯片BMC（Baseboard Management Controller），AIASIC/GPU，瀾起的內(nèi)存接口芯片，三星、海力士、鎂光所設計及生產(chǎn)的服務器用DRAM，這些芯片市場以超過10%以上同比營收的增長所帶動，這遠比以智能手機芯片為主體的全球邏輯半導體2020年營收1-3%同比增長來得好很多（因為全球新冠肺炎擴大，將之前8%同比增長預測下修）。

計算機半導體vs.全球邏輯半導體營收同比增長比較

2.1 2020年服務器半導體市場增長》10%

在服務器市場于2019年衰退近5個點之后，2020年服務器半導體市場增長可期，英特爾之前公布其去年服務器x86CPU出貨量在1Q/2Q/3Q19同比衰退了8%/12%/6%，但四季度同比增長了12%，而云服務器客戶于四季度同比大幅成長了48%，而在三季度同比需求拐點出現(xiàn)后，估計全球服務器市場出貨量在2020/2021年有10%（從之前的8%上修）／22%的同比增長機會。而統(tǒng)計彭博及Wind分析師對全球服務器制造商及半導體相關公司2020年營收的預期，全球服務器制造商及半導體市場（浪潮36%Y/Y，中科曙光11%Y/Y，緯穎20%Y/Y，信驊22%Y/Y，瀾起42%Y/Y）于2020年同比增長應該可以輕易超過10%，因為金準產(chǎn)業(yè)研究團隊認為服務器需求將被各種線上游戲、視頻、會議、辦公、教學、醫(yī)療所帶動，高速，低功耗需求讓半導體芯片朝向更先進制程（Intel10nm，10nm+，AMD使用臺積電的7nm，7nm+，5nm制程），更多的核芯運算，更多的PCI Express接口，及更多內(nèi)存通道方向邁進，加上良率不佳，產(chǎn)能短缺，所以不排除單價的提升會讓2020年全球服務器半導體市場同比增長輕易地超過10%。

全球服務器市場出貨量及同比增長率預估

四大服務器行業(yè)同比數(shù)據(jù)比較

2.2服務器產(chǎn)業(yè)鏈受惠可期

當然服務器及服務器半導體市場的復蘇，也會帶動內(nèi)存DRAM，閃存3DNAND市場，以及x86CPU大載板（Ibiden，Shinko，欣興），服務器CPU插槽（嘉澤），服務器x86CPU晶圓代工（臺積電7nm，7nm+，5nm），封測（通富微-AMD，日月光／長電-海思鯤鵬）市場的復蘇。舉例而言，DRA MeXchange/Trend Force最近預測服務器用內(nèi)存DRAM二季度價格將環(huán)比上漲20%，這對2020年全球內(nèi)存DRAM市場的增長有7個點的貢獻。

全球服務器用內(nèi)存DRAM占整體份額

Chiplets小芯片架構利好封測及ABF大載板行業(yè)：在Intel雇用了前AMDCPU架構師Jim Keller后，金準產(chǎn)業(yè)研究團隊預期英特爾未來也要跟隨AMD在2021年推出小芯片（chiplets）大載板架構10nm++的服務器x86Eagle StreamCPU及FPGA來改善良率及成本，我們期待這趨勢利好于封測及ABF（Ajinomoto Build-up Film）大載板行業(yè)及其龍頭廠商Ibiden，Shinko，欣興Unimicron。ABF樹酯載板是由英特爾所主導的材料，適合高腳數(shù)，細線路，高傳輸，耐高溫x86CPU封裝。

臺積電的Chiplets小芯片策略

三、服務器芯片相關供應商

3.1英特爾Intel在10nm的逆襲

在10納米制程一連串的新產(chǎn)品推出延遲后，英特爾終于要在2020年末或2021年初推出其第一顆10nm（相當于TSMC的7nm）服務器x86CPUIceLake-SP，雖然Ice Lake-SP最多只能有38核心，比起AMD Rome的64核心還是有些差距，270瓦的散熱設計功耗Thermal Design Power TDP也仍高于AMDEPYC7742的225瓦，低于AMDEPYC7H12的280W，但提升了CPU到內(nèi)存的內(nèi)存條通道從6到8，可連接64條PCIe4.0通道，然而其內(nèi)存條通道增加到8。但僅跟AMD7nm的Rome相同，而64條PCIe4.0通道，還是明顯低于AMD128條PCIe通道。但就制程而言，英特爾的10nm制程工藝在鰭片間距Transistor fin pitch（34nm）是大于臺積電7nm制程30nm鰭片間距，但54nm柵極間距Poly pitch/contacted gate pitch是小于臺積電的57nm，36nm金屬間距metal pitch（interconnects）也是小于臺積電的38/40nm。所以AMD除了在小芯片架構，成本結構，耗能，及128條PCIe通道上占有極大優(yōu)勢外，在比較使用臺積電7nm制程的AMD Rome CPU與英特爾的10nm制程的Ice Lake-SPCPU后，在執(zhí)行速度，晶體管增加數(shù)就略遜一籌。這就是為什么有些測試機構（Gee Bench）發(fā)現(xiàn)英特爾Ice Lake-SPCPU以不到一半的核心，提供近80%更快的執(zhí)行速度打敗AMD Rome CPU。而英特爾將在明年推出的10nmEUV服務器CPU是建立在Eagle Stream平臺的Sapphire Rapids，將采取小芯片架構來改善良率，成本，及耗能，并用DDR5存儲器及PCIe5.0通道來加快系統(tǒng)速度。這就是為什么AMD不能用臺積電的7nmEUV制程工藝產(chǎn)出的Milan CPU來競爭，而要用臺積電5nmEUV制程產(chǎn)出的Genoa CPU來競爭。

Intel10nmIcelake-SPvs.AMD7nmRome

Intelvs.AMD服務器CPU的比較

3.2超威2020年推出7nmEUVMilan及2021年推出的5nmEUVGenoa

為了因應英特爾10nmIceLake-SP及10nmEUVSapphireRapids的上市，AMD將于今年下半年推出使用臺積電7nmEUV制程的Milan服務器CPU及于2021年推出5nmEUV制程的Genoa，雖然Milan服務器CPU的核心數(shù)及內(nèi)存條通道數(shù)與Rome CPU相同，目前仍無法判斷Milan的PCIe通道數(shù)增加多少，不管如何，臺積電的7nmEUV制程在耗能上及執(zhí)行速度都比7nm制程好了超過10%，而晶體管密度增加20%，我們相信AMD使用的臺積電7nmEUV制程跟英特爾的10nm制程不相上下，但使用臺積電5nmEUV制程的Genoa才有機會制衡英特爾10nmEUV的Sapphire Rapids/Eagle Stream。雖然去年AMD預期在今年2Q20拿下10%的服務器份額，但我們認為AMD是用2000萬顆服務器CPU市場來作為分母，而英特爾在計算服務器CPU份額是包括了通訊基地站所用的服務器CPU，總計約3000萬顆，所以就英特爾的標準而言，超威AMD要拿下廣義的服務器CPU市場近10%的全年份額，可能要等到2021年才有機會達到。

Intelvs.AMD在桌機，筆電，服務器CPU季度份額變化

3.3服務器遠端控制芯片龍頭信驊Aspeed不畏疫情

在服務器遠端控制芯片（BMC，Baseboard Management Controller）龍頭大廠（60-70%全球份額）信驊公布環(huán)比增長1%，同比增長33%的一季度營收后，估計信驊二季度營收有15%以上環(huán)比及60%以上同比增長，我們認為信驊主要受惠于其白牌客戶拿下華為（華為自行設計其服務器遠端控制芯片）部分x86服務器市場份額，當然也受惠于大量服務器的建制，為了增加線上游戲，線上會議，線上教學，遠程辦公等。除了Dell主要使用新唐（4919TT）的控制芯片，HPE使用自己設計的芯片外，信驊的芯片似乎占領各種x86（Intel，AMD）、ARM、RISCV服務器平臺。

服務器遠端控制芯片（BMC）

3.4英偉達Nvidia主導AI服務器市場

除了Intel及AMD的x86CPU在服務器中扮演心臟的角色，Aspeed扮演管理的角色外，英偉達安裝在服務器的AIGPU加速器就像扮演訓練人工智能增強推理能力的角色，而其中的Volta GPU芯片架構，具有210億個晶體管，使用第二代高頻寬存儲器（High Bandwidth Memory，HBM），加入新的Tensor核心，每顆用Volta GPU架構的V100芯片模組提供125Teraflops（每秒125兆次浮點運算）的運算速度，通過NVlink一般在一個服務器中，可連接安裝8個V100GPU，可使用近500個應用軟件并相容于目前市場上大多數(shù)的深度學習架構。因為具有AIGPU加速器的服務器比重會從現(xiàn)在不到10%持續(xù)提高，所以英偉達未來在服務器AIGPU加速器的增長動力可期。目前初步估計英偉達服務器AIGPU加速器芯片2020年同比增長25%以上，比起2019年的2%好很多。

AI服務器架構

英偉達訓練AIV100

英偉達營收占比分類

3.5瀾起Montage主導服務器存儲器控制芯片市場

為追求CPU到內(nèi)存的高速通道更順暢，我們初估于2022年1+10內(nèi)存接口芯片（初估價格為US$20-25vs.1xDDR5RCD為US$4-5）在DDR5模組的比重將會達到10%或更高，這種變化將會明顯提升每片內(nèi)存模組的平均內(nèi)存接口芯片單價未來三年達到7%復合增長率。而因為5G在5年后所帶來的數(shù)據(jù)爆炸對服務器總體新增量將達近1000萬臺，或在10年后達到2000萬臺的總體新增總量。這表示光靠5G基礎建設的建制對每年的服務器總體新增量就有超過10%。因為瀾起建立了DDR4的內(nèi)存接口芯片新標準，估計瀾起的全球市場份額從2016年的31%，逐年拉高到2018年的47%及2019年的49%，要是瀾起能領先IDT及Rambus推出速度快，耗電低的DDR51+10內(nèi)存接口芯片，瀾起就能有每年2-3個點的市場份額增加。從今年開始，服務器將從6通道的Intel14nm轉(zhuǎn)到8通道的Intel10nm或8通道的AMD的7nm+CPU，這樣對服務器內(nèi)存模組及接口芯片組有》10%年化的同比增長（三年共有33%（8/6）的同比增量）。而且估計英特爾從明后年開始將陸續(xù)推動4/6顆CPU的服務器，這多少會帶動服務器內(nèi)存模組及接口芯片的額外需求，我們估計未來五年同比增長應該會超過25%。

DDR4vs.DDR5LRDIMM模組的比較

3.6存儲器的需求驅(qū)動力在服務器

就全球DRAM內(nèi)存市場而言，服務器約占34%的2020年全球DRAM內(nèi)存用量，在預估2020年全球服務器市場同比增長超過10%（DRAMe Xchange僅預估3.8%同比增長），2021年同比增長22%，及2019-2024年的13%復合增長率CAGR，每臺服務器插滿內(nèi)存模組的云端服務器客戶增長大幅超過企業(yè)端及政府端客戶（英特爾公布4Q19云端服務器客戶同比增長48%，但企業(yè)端及政府端客戶同比衰退7%），加上每臺服務器因CPU及DRAM的速度加快，CPU跟內(nèi)存DRAM的數(shù)據(jù)通道將于英特爾在今年推出56核心14nm++Cooper Lake及38核心10nm+Ice Lake后，從6通道改成8通道，這三個原因?qū)Ⅱ?qū)動每臺服務器DRAM的使用容量增加，因此預估服務器用DRAM內(nèi)存用量將在2020年同比增長25-30%，2021年同比增長近40%，并于2024年超過整體DRAM用量的一半以上。跟DRAM內(nèi)存市場類似，就全球NAND閃存市場而言，服務器及筆電／桌上型電腦，持續(xù)用SSDNAND來取代硬碟，約占46%的2020年全球NAND閃存用量，加上每臺服務器因CPU的速度及存取速度加快，各種新AI應用對于數(shù)據(jù)量的爆增，這幾個原因?qū)Ⅱ?qū)動每臺服務器SSDNAND的使用容量增加，因此預估服務器用NAND閃存用量將在2020－2022年同比復合增長35-40%。相關受惠廠商當然是韓國的三星，海力士，及美國的鎂光。

NAND閃存應用份額

2018-2019年國家采購名單中，入圍了七家國產(chǎn)架構服務器供貨廠商，他們采用的架構分別是：鯤鵬（ARM）、飛騰（ARM）、龍芯（MIPS）、海光（X86）、兆芯（X86）、宏芯（POWER）、申威。從性能、生態(tài)兼容性、應用遷移成本和市場能力四個方面來看，華為鯤鵬、飛騰、海光整體表現(xiàn)居于前列。但自從海光被美國政府列入實體清單后，海光將無法拿到超威7nmRome，7nmEUVMilan，5nmEUVGenoa的設計授權，這樣海光的x86設計技術將停留在14nm。

主要國產(chǎn)服務器架構對比

3.7華為鯤鵬ARMv8CPU生態(tài)系的生成

自從美國Trump政府利用各種國家安全的理由限制華為采購美國的半導體芯片產(chǎn)品，軟件，作業(yè)系統(tǒng)，華為為了擺脫美國技術，已經(jīng)陸續(xù)推出自己研發(fā)的手機鴻蒙作業(yè)系統(tǒng)來取代谷歌的Android，用高速通訊ASIC來取代Xilinx，Altera/Intel的FPGA，用SSD閃存主控芯片來取代群聯(lián)，Silicon Motion的SSD主控芯片，用Ascend推理及訓練AI芯片取代英偉達Nvidia的推理及訓練AI及Xilinx的推理AI芯片，用使用在Linux作業(yè)系統(tǒng)ARMv8CPU（泰山核）架構下的鯤鵬處理器取代Intel英特爾及AMD超威的x86CPU。雖然華為有很強的芯片設計能力，SPECint Benchmark評分超過930，超出業(yè)界標桿25%，但ARM的CPU架構本身單核心運算速度就比英特爾X86的CPU來得差，如鯤鵬920主頻只有2.6Ghz，也只能靠著64顆ARMCortexA76核心，8個DDR4通道來競爭，但是華為是硬件及半導體公司，要整合自己的開源生態(tài)圈，需要很多系統(tǒng)，硬件，系統(tǒng)，應用軟件公司的認證與支持，目前華為除了自行研發(fā)各種開源軟件，作業(yè)系統(tǒng)并與超過150家（MSP云服務、服務器PC整機制造、中間件、操作系統(tǒng)、上層各類應用軟件等產(chǎn)業(yè)）非美國的合作廠商攜手推動鯤鵬計算產(chǎn)業(yè)，打造完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，這些公司是否擔心華為本身的競爭將是一個問題。但在中國政府的支持下，要求數(shù)家重點國營企業(yè)及多家民間企業(yè)如百度，騰訊提高采用鯤鵬及其他國產(chǎn)芯片生態(tài)圈的產(chǎn)品比例，以2022年盡量達到100%的比例完成服務器國產(chǎn)化的目標，這對于華為鯤鵬生態(tài)圈而言是一大利好。就今年2020年而言，我們目前估計華為鯤鵬將出貨150-200萬顆服務器CPU，明年2021年估計達250萬顆服務器CPU，以每臺服務器配置4-8顆鯤鵬ARMCPU來計算，估計于2021年將會看到42萬臺鯤鵬服務器市場，相當于全球3%的市場份額。雖然華為之前流失了部分ARMv8泰山核設計團隊的干部到阿里巴巴，但我們認為華為還是會持續(xù)對ARMv8泰山核進行設計優(yōu)化及制程工藝微縮。

國產(chǎn)替代相關部分助推政策

鯤鵬芯片族的“量產(chǎn)一代，研發(fā)一代，規(guī)劃一代”策略

3.8飛騰生態(tài)圈

2019年8月上旬，飛騰發(fā)布《從端到云—基于飛騰平臺的全棧解決方案白皮書暨飛騰生態(tài)圖譜》，飛騰希望能從系統(tǒng)建設對芯片的需求角度去思考什么樣的芯片和生態(tài)才能滿足用戶對于終端的更高需求，什么樣的芯片和生態(tài)才能滿足云計算和大數(shù)據(jù)時代的要求。飛騰也希望站在全系統(tǒng)集成角度，為集成商和最終用戶梳理飛騰生態(tài)圖譜并提供一套從端到云的全棧解決方案，給出集成模式和建議，提供已被驗證的、有說服力的實際案例，去分析目前技術架構的收斂趨勢，協(xié)助各行業(yè)信息化建設逐步向更先進的部署模式轉(zhuǎn)變。在基礎設施服務方面，國內(nèi)主流的云平臺包括阿里云、騰訊云、紫光云、中興云、浪潮云、金山云、Ucloud等云廠商均已與飛騰平臺進行適配。國內(nèi)20多家主流的OEM、ODM廠商已推出基于FT-1500A/16和FT-2000+/64芯片的服務器整機，其中基于飛騰新一代FT-2000+/64芯片的服務器產(chǎn)品群已于2019年5月在福州數(shù)字中國峰會上發(fā)。就今年2020年而言，我們目前估計飛騰將出貨80-90萬桌機CPU，10-15萬服務器CPU，雖然有比之前預期下修，但還是有不錯的國內(nèi)份額。

基于飛騰平臺的云計算全棧架構框架

飛騰云計算全棧生態(tài)圖譜

金準產(chǎn)業(yè)研究團隊認為，在2019年衰退近5個點之后，估計全球服務器市場出貨量在2020/2021年有10%-22%的同比增長機會，英特爾之前公布其去年服務器x86CPU出貨量在同比衰退了三個季度后，四季度同比卻增長了12%，而云端服務器CPU四季度更大幅成長了48%。統(tǒng)計彭博及Wind分析師對全球服務器相關公司2020年營收的預期，加上服務器需求將被各種線上游戲，影音串流，會議，辦公，教學，醫(yī)療所帶動，高速，低功耗需求讓半導體芯片朝向更先進制程（Intel10nm，10nm+，AMD使用臺積電的7nm，7nm+，5nm制程），更多的核芯運算，更多的PCI Express接口，及更多內(nèi)存通道方向邁進，預期2020年全球服務器芯片市場同比增長可輕易地超過10%。

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