眾所周知，我國高端通用芯片高度依賴進口，尤其是 CPU 芯片，在 PC 和服務器領域國產廠商存在感較小，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起源于海外并持續(xù)技術突破，領先國內廠商較多，另一方面以英特爾為代表的海外國際大廠已經構建成熟商業(yè)生態(tài)并占據專利和標準制定等戰(zhàn)略高地，形成了多維度的壁壘，大幅增加國內廠商追趕難度。

　　2019 年華為和中科曙光等廠商被美國納入“實體清單”，科技產業(yè)發(fā)展受制于人的境況進一步被放大。從國家安全維度和商業(yè)競爭維度，我國都有高端 CPU 芯片國產化替代的強烈需求，國家自上而下的重視下，政府、產業(yè)和科研界實體積極推動，資本市場也貢獻自己的力量，共同推動我國高端 CPU 芯片國產化不斷推進。

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

　　一、服務器成本構成簡析

　　服務器是重要的基礎 IT 硬件，中國服務器行業(yè)快速發(fā)展，國內一線廠商正向全球拓展。依據 IDC 數(shù)據，2018 年我國服務器市場規(guī)模達到 176.9 億美元，同比增長 57.82%；2018 年我國服務器出貨量約為 330.93 萬臺，同比增長 29.33%。在云計算和移動互聯(lián)網需求驅動下，我國服務器行業(yè)近年來快速發(fā)展。

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

　　服務器是在網絡中為其他客戶機提供服務的計算機。服務器是計算機的一種，它是在網絡操作系統(tǒng)的控制下為網絡環(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，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、強大的 I/O 外部數(shù)據吞吐能力等方面。主要為客戶提供網絡應用、數(shù)據庫、文件、打印等服務。

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

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

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

　　由于公開統(tǒng)計數(shù)據有限，我們同時取典型案例分拆服務器成本。當前市場關注度最高且銷量最好的是 2U 的機架式服務器，我們選取國內典型服務器品牌浪潮在京東上經銷商優(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 年中國服務器平均單價，取其配置作為測算依據和市場統(tǒng)計數(shù)據相互印證。

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

　　綜合以上，則“三大件”占服務器總價格比約為 66.59%，落在 60%~70%區(qū)間內，與產業(yè)實際情況互相佐證。其他配件累計占服務器總價格約為 30%~40%。基于謹慎性原則需要特別說明的是，以上測算僅基于部分產品部分型號，并不完全精確，同時不同型號、不同配置的服務器選擇的配件型號和數(shù)量也各有不同，配件和服務器產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、服務器 CPU 國產化替代商業(yè)價值

　　全球服務器 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，AMD 曾推出皓龍系列，2006 年其服務器 CPU 市場份額一度超過 20%，但英特爾推出至強系列服務器芯片后，市占率快速提升，近年來服務器芯片市場基本被英特爾壟斷。

　　英特爾服務器相關業(yè)務營收規(guī)模達到 229.91 億美元?？紤]到近乎獨家壟斷的市占率，英特爾的服務器芯片收入可近似看作全球服務器芯片市場規(guī)模，依據其財報，2018 年該項業(yè)務收入規(guī)模達到 229.91 億美元，同比增長 20.60%。可以看到這是一個快速增長且較為龐大的市場。

　　以 CPU 為核心業(yè)務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)務分別是 PC 集團業(yè)務和數(shù)據中心集團業(yè)務，均是以 CPU 為核心的業(yè)務。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%。

　　當前 X86 服務器占據市場主導地位。依據 IDC 統(tǒng)計數(shù)據，2019 年全球范圍內 x86 服務器達到 185 億美元收入，而非 x86 服務器同比下降 13.7％至 13 億美元。可見當前 X86服務器占據服務器市場主導地位繼續(xù)強化。

　　三、ARM 芯片在服務器端的發(fā)展前景幾何？

　　國家大力支持集成電路產業(yè)發(fā)展。集成電路在我國已經上升為國家戰(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)新領域、前沿領域、設計環(huán)節(jié)與國際領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，形成多條國產化 CPU 路線。除國家政策支持外，巨大的潛在商業(yè)利益也驅動各家企業(yè)積極嘗試和推動國產化 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，則僅國內市場服務器 CPU產業(yè)一年凈利潤約為 44.92 億元。當前基于 X86 架構、ARM 架構和其他架構形成多條CPU 國產化路線，行業(yè)頂尖科研機構、信息化國家隊領軍企業(yè)、優(yōu)秀民企和地方政府積極參與，共同推進 CPU 國產化發(fā)展。

　　在服務器 CPU 領域，由于其對性能要求相對更高，競爭門檻進一步提升，有實力參與的國內廠商較少。目前市場較為關注的國產服務器廠商主要有基于英特爾行架構的天津海光、上海兆芯；基于ARM架構的天津飛騰和華為；基于MIPS架構的龍芯；基于Alpha架構的申威等少數(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架構技術，并順利推出了自己的產品。另外上海兆芯的X86技術來源方——威盛的X86架構技術授權似乎也已經到期，后續(xù)發(fā)展阻力增大?？傮w來說，目前基于X86架構的國產CPU遇到了一些挫折。

　　相比之下基于ARM架構的國產CPU發(fā)展也不是一帆風順，服務器芯片領域 ARM 替換 X86 困難重重。

　　從過往來看，由于 ARM 芯片在服務器領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、博通、Marvell、高通、AMD、華芯通等等廠商均大力投入但結果不佳。其中高通更是放棄了服務器芯片業(yè)務，而高通與貴州合資的ARM服務器芯片公司華芯通也于今年4月底關閉。剩下的國產ARM服務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獲得了ARMv8指令集架構永久性授權。

　　ARM 架構在服務器領域存在的不足（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，尤其是各種應用程序層面， 和 X86 架構相比差距巨大。

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

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

　　根據Arm公布Neoverse處理器IP路線圖顯示：其首款產品是基于16nm的Cortex-A72/A75內核的Cosmos平臺，2019年已推出7nm工藝全新CPU內核架構的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、效率和可擴展性要求而設計，從而可適應數(shù)據模式的不斷變化、全新的工作負載挑戰(zhàn)以及為支持萬億互聯(lián)智能設備而不斷發(fā)展的基礎設施帶來的持續(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 的服務器芯片，富士通也從 SPARC 架構體系轉向 ARM v8 架構體系并推出芯片，提振市場信心。同時隨著移動端的繁榮，支持 ARM 相關生態(tài)的底層系統(tǒng)和上層應用也逐漸增加，三大 Linux 發(fā)行版（Ubuntu、Suse 和 Redhat）都已經直接有支持ARM Server 的版本。

　　云計算時代對服務器需求發(fā)生改變。過往由于服務器賣給企業(yè)客戶為主，單個企業(yè)強調服務器的高性能、穩(wěn)定性和和吞吐量等性能指標。而云計算時代，互聯(lián)網和云服務提供商對數(shù)據中心的服務器需求發(fā)生改變，由于其集群模式強調整體性能且服務器需求量大，逐漸變?yōu)樽约簩Ψ掌鬟M行深度定制。如裁剪不需要的功能、結合業(yè)務特性進行強化、節(jié)省空間、降低能耗、應用優(yōu)化等等。以上需求的改變也給 ARM 架構服務器替代帶來新的機遇。

　　云服務商尋求替代 X86 芯片方案。由于云服務商對服務器需求巨大，一方面芯片占據服務器成本約 30%，另一方面電力成本也是云服務重要成本支出項，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、Web 服務器和開發(fā)環(huán)境等可擴展應用，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ARM服務器芯片廠商主要有飛騰和華為兩家。

　　而從基于ARM架構的具體部署和業(yè)務進展維度看，天津飛騰發(fā)展較早，目前其產品線布局、商業(yè)化和生態(tài)做都還不錯，產品已經覆蓋了高性能計算CPU、服務器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指令集架構的永久性授權，目前其內核也是自主設計的，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)級高性能服務器；而且飛騰還將在今年四季度推出多路服務器芯片F(xiàn)T-2500/64，基于16nm工藝，主頻2.3GHz，擁有64個FTC663內核。

　　另外根據飛騰公布的資料來看，其目前已經與400多家國內的軟硬件廠商進行了合作，已經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器的系列產品線。當前華為 ARM 架構服務器相關產業(yè)產品三類主線：Hi16 系 列 CPU、鯤鵬系列 ARM CPU 和泰山服務器。2004 年華為就已經開始了 ARM 架構相關芯片的開發(fā)，覆蓋華為多個產品線，直至今年重磅發(fā)布的應用于服務器上的鯤鵬 920。

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

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

　　1）對比 TPC benchmark 測試，華為 TaiShan 大數(shù)據方案相比傳統(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)據場景下，減少10%的服務器數(shù)量；在全 HDD 冷數(shù)據應用場景，集群能耗低 10%以上；

　　3）安卓應用與ARM 服務器天然兼容，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 云手機則是 ARM 原生應用的典型場景之一，通過在 ARM 服務器上運用虛擬化仿真技術，為用戶提供基于云的仿真手機服務。

　　在產業(yè)生態(tài)領域，華為規(guī)劃：從硬件、基礎軟件和應用三個層面持續(xù)推進 ARM 產業(yè)合作，計劃通過 3 到 5 年的時間，協(xié)同 ARM 產業(yè)組織，打造完備的 TaiShan 產業(yè)生態(tài)。目前 TaiShan 的生態(tài)合作已經取得較大進展，生態(tài)體系已經相對比較完善，泰山等體系已經具備了一定能力：

　　1）打造開放生態(tài)系統(tǒng)，合作共贏；

　　2）與合作伙伴共同進行創(chuàng)新和認證測試；

　　3）擁抱開源 HPC 社區(qū)；

　　4）豐富的 HPC 行業(yè)項目建設經驗（在金融、政府、制造、互聯(lián)網等行業(yè)的部署與應用，2018 年的應用規(guī)模數(shù)已經突破了 2 萬臺/套，實現(xiàn)了規(guī)模化應用的市場檢驗）；5）利用 ARM 技術實現(xiàn)的云-網-端戰(zhàn)略；

　　6）ARM 服務器可以覆蓋 50％以上的 HPC 工作負載；

　　7）已經打造成熟的解決方案；

　　8）鯤鵬 920芯片可與英特爾 6148 對標；

　　9）加入主要生態(tài)聯(lián)盟。

　　值得一提的是，2018年，飛騰的 ARM 架構服務器、申威的 Alpha 架構服務器和龍芯的 MIPS 架構服務器都進入政府采購清單，也顯示出國家對發(fā)展國產服務器芯片的強力支持，而華為等廠商的入局則有望進一步加快這一替代趨勢。