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解碼新基建「數據中心」:半導體產業發展新支點

作者:陳玲麗時間:2020-06-11來源:電子產品世界收藏

移動互聯網時代,數據流量不斷增加。去年,我國移動互聯網用戶每戶平均月流量為7.82GB,是2018年的1.69倍,企業數據也呈現爆發式增長。不過,目前只有不到2%的企業數據被存儲下來,其中只有10%被用于數據分析。這說明,我國數據存儲利用能力存在很大缺口。在這樣的背景下,的重要性日益凸顯。

本文引用地址:http://www.mzugvc.icu/article/202006/414135.htm

,是指集中存放大量具備計算、儲存、交互信息能力的設備,并為之提供穩定可靠運行環境的場所。這些看似冷冰的機房里,有無數人的互聯網生活和記憶,各行業的海量大數據(Big Data)在這里儲存、運算、傳輸,實現從數據到智能的飛躍。漸漸成為大數據、云計算、工業互聯網、人工智能的萬能“糧倉”。

數據中心為何如此重要?

就此次新型冠狀病毒疫情來說,疫情發生之后,中國電信、中國移動以及中國聯通三大運營商積極部署5G基站,幫助疫情嚴重區借助5G技術完成遠程會診,大大提高了會診效率;百度地圖利用大數據技術推出的遷徙大數據平臺可進行無時延升級,開放查詢的城市從100個擴展到了300多個,為用戶提供全國熱門遷入遷出地、遷徙規模指數、城內出行強度等一系列情況,為“抗疫”奠定了堅實的基礎;企業、教育機構延遲復工復學時,在線辦公、云視頻、云會議、云教學等助力政企機關順利復工復產。

在這一過程中無論是5G基站的部署、大數據技術的應用還是云視頻會議、遠程辦公以及視頻服務商的順利開展等,都必須依托“數據中心”這一重要的基礎設施來實現。

數據中心在抗擊疫情過程中做貢獻的同時,依托其開展的互聯網應用頻頻宕機:雨課堂、騰訊課堂、釘釘以及淘寶應用等相繼崩潰也讓數據中心行業遭受著挑戰??傃灾疅o論是貢獻還是挑戰都再次印證了數據中心在當今社會發展過程中至關重要的作用。

數據顯示,目前全球40%的IDC機柜在美國,我國只有8%,而我國互聯網用戶顯然多于美國,這意味著大數據中心發展空間很大。中國信通院統計數據顯示,2020年全國IDC機架數量有望增長到326萬臺,中國工程院院士鄔賀銓預計,2020-2025年,我國IDC市場累計將超過1萬億元。他說:“大數據中心的建設是個很長的產業鏈,包括服務器、路由器、交換機、光模塊,還有電源、軟件、網絡、機房。另外,對于IDC產業鏈來說,更重要的是IDC集成運維,以及‘云服務商’和解決方案?!?/p>

在3月4日中共中央政治局常務委員會召開的會議上,數據中心也迎來了暖春?!笆滋帷敝?,全國各地發來了數據中心項目開工、數據中心產業園區建設的多個好消息。

· 簡陽市互聯網數據中心項目:總投資20億元,該項目由北京互聯互通科技有限公司投資建設,規劃建設6棟IDC機房樓,按照國際T3+和T4標準建設機柜9700個,承載15萬臺以上服務器和網絡設備,浮點計算能力大于20000T,數據存儲量不小于10000P(10E),實現運營可視化、運維自動化、服務自助化。項目建成后將助力打造集科技研發、創新創業、人才集聚、金融服務等多功能為一體的“大數據產業新高地”,為新一代移動通信、下一代互聯網、物聯網等新興信息產業發展提供強有力支撐。

· 華倉云合肥數據產業園項目:總投資24億元,正式落戶肥東東部新城核心區,該項目總占地面積約200畝,建設容積率1.3,建設10000個機柜??偨ㄖ娣e19.46萬㎡,其中機房總建筑面積約需要16萬㎡,辦公及行政用房5000㎡, 220kV變電所建筑面積4000㎡,發電機房及油庫構筑物用地需要9600㎡,生活配套設施12000㎡。項目分三期建設,全部建成投入運營后,預計年服務收入可達18億元,年納稅約1億元。

· 騰龍廣東灣區數據中心項目:投資110億,該項目總投資110億元,占地200畝,建筑面積18萬平方米,將按行業最高標準打造成區域內最大的新一代云計算數據中心,項目建成后,將發揮區域產業集群優勢,積極助力企業轉型升級,全面為區域內數字經濟與數字化產業賦能,其也是騰龍控股集團布局粵港澳灣區數字基建的重要組成部分。 

· 長江上游區域大數據中心項目:總投資30億元,總建筑面積約25萬平方米,總投資約30億元,包括大數據中心機房、大數據產業園辦公樓及相應配套設施。該機房按中國電信五星級機房標準修建,整體規劃10000個機柜的服務能力,帶寬可達5T—10T。項目一期建筑面積共計約10萬平方米,建成后可容納1200個機柜,帶寬達到1T—2T。

數據中心帶動產業鏈

的規劃版圖中,特意將大數據中心作為重要一部分提出,數據中心是存儲和計算的基礎設施,向上可以對接云計算、AI,向下直接對接到云計算、邊緣計算、物聯網等信息化模塊,帶來的大數據中心建設熱潮將對數據硬件賽道、云服務和中小企業產生巨大影響。

以AI芯片為核心的SOC芯片、人工智能芯片主要支撐的是數據中心、人工智能系統建設;反過來也可以說,大數據中心牽引計算、存儲芯片以及功率器件。

1. 計算芯片

計算芯片領域,英特爾占有全球36%的市場份額。此外,與數據處理相關的DRAM/NAND存儲芯片廠商合計市場份額達37%,三星、SK 海力士、鎂光均進入競爭。Nvidia/AMD/Xilinx等雖絕對收入占比仍然較低,但將受益于“CPU+xPU”異構計算方式的普及,享受市場需求高速增長帶來的紅利。

超算TOP500榜單94% 都使用了英特爾 Xeon(至強)或 Xeon Phi(至強融核)處理器。這是美國在計算機芯片研制方面的絕對優勢,中國短時間內很難打破。

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· 生態基礎依然薄弱。國內集成電路制造能力差距在兩代以上,且與計算芯片設計企業間的耦合度不高;軟件生態尚不完備,缺乏統一的自主軟件工具和應用平臺。

· 參與企業體量偏小,缺乏持續投入的能力。目前國際占主導的英特爾、英偉達、賽靈思等經過數十年發展,已形成通過自身盈利支撐技術創新投入的正向升級機制。國內企業仍處于少盈利或者不盈利階段,無法支撐滾動升級所需的連續性投入。

· 國際競爭空前激烈,對外合作難度加大。國際巨頭圍繞大數據和人工智能等新興領域加速布局、搶爭先機,我國企業面臨更為嚴峻的市場競爭壓力。此外中國資本跨國并購難度不斷加大,也提升了未來技術升級的門檻。

2.存儲芯片

雖然存儲芯片擁有眾多細分品種和領域,但這完完全全是一個寡頭市場。放眼全球,存儲芯片市場已高度集中甚至壟斷,三大主流產品:DRAM、NAND Flash、NOR Flash更是如此,全球市場基本被前三大公司占據,且近年來壟斷程度還在不斷提高。

IC Insights數據顯示,韓國三星、海力士和美國美光科技三大廠商共占全球存儲芯片市場份額的95%。其中,三星占據市場份額最大,達44.5%,得益于存儲業務的高速增長,三星在2017年超越了英特爾,成為全球第一大廠商。位列二三名的海力士和美光分別占市場的27.9%和22.9%。

從細分領域來看,全球85%的DRAM市場被三家企業瓜分,其中三星DRAM占全球市場份額的45.8%。NAND Flash市場幾乎全部被三星、海力士、東芝、閃迪、美光和英特爾等六家瓜分,其中,三星NAND占全球市場的37%。

2019年國產的內存及閃存都取得了重要進展,長江存儲量產了64層堆棧3D閃存,合肥長鑫量產了DDR4內存。此外,紫光也會在2021年進軍內存市場,這是國內最重要的三支存儲芯片力量。不過就算開始量產,國產存儲芯片的產能爬坡依然是個長期而且艱巨的任務,至少需要數年時間才能對全球市場產生影響。

此外,國內公司設計及制程工藝技術與國際大廠仍有幾個世代的差距,比如長江存儲的 64層 NAND vs. 三星/海力士/Kioxia/鎂光的96/112/128層 NAND,合肥長鑫的 1x DRAM vs. 三星/海力士/鎂光的 1z DRAM。

3.功率器件

縱觀整個功率器件市場,整體態勢是歐美日廠商三足鼎立。其中美國功率器件處于世界領先地位,擁有一批具有全球影響力的廠商,例如TI、Fairchild、Maxim、ADI、ONSemiconductor和Vishay等廠商。歐洲擁有Infineon、ST和NXP三家全球大廠。日本主要有Toshiba、 Renesas、 Rohm、 Matsushita、Fuji Electric等。中國臺灣擁有富鼎先進、茂達、安茂、致新和沛亨等一批廠商。而我國則有上述代表。

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功率半導體器件細分領域多, 行業整體增速較緩,大廠傾向于業內并購,通過布局新領域實現增長。2016年英飛凌科技成為全球功率半導體的主要供應商,其在2015年初收購美國國際整流器公司(InternationalRectifier)后,英飛凌超過三菱電機成為領先的功率模塊制造商。德州儀器在2015年被英飛凌超越后,于2016年退居全球第二。安森美完成對飛兆半導體(Fairchild)的收購后,市場排名升至第三位,其在功率分立器件市場份額躍升10%。

2017年全球功率分立器件和模塊市場總額達186億美元。其中,英飛凌以18.6%的市場份額排名第一,第二為安森美,第三為意法半導體。2016年建廣資本以27.5億美元并購了NXP的標準器件部門,中國企業首次進入行業全球前十強。

目前,國內以揚杰科技、華微電子、士蘭微為代表的功率半導體龍頭企業市場占有率非常低,進口替代的空間巨大。據中商產業研究院,2018年國內半導體功率器件十強企業中,排名第一的為吉林華微科技,2017年營收達16.4億元。揚州揚杰電子科技排名第二,2017年營收為14.7億元。以下為排名:

截屏2020-06-1122.51.45.png雖然國內功率器件近幾年獲得了不少的突破,且國內功率半導體器件市場規模大,但我們應該看到國內產業仍處于起步階段。

中國數據中心的發展道路

傳統意義上,數據中心是存放計算、存儲及網絡設備的機房場所,而在“”的新背景下,數據中心是否也會展現出新內涵,迎來新的發展契機?作為國家層面認可的“新基建”重要內容之一,更多體現為5G、人工智能、工業互聯網、云計算等新一代信息技術發展的數據中樞和算力載體,成為支撐“新基建”發展的重要底座。

數字化、智能化是未來全球發展趨勢,這一過程將不斷催生新的經濟模式和應用,如果將5G技術看作“發動機”,那么,數據中心就相當于“車輪”。也就是說,沒有數據中心這一承載載體來當底座,就無法形成數字化基礎設施的閉環,“新基建”就會出現缺失,進而不利于數字經濟持續健康發展。

從全球產業發展角度看,數據中心誕生于互聯網早期,最初以“機房”的形態及意義存在。但隨著社會對信息技術應用愈加重視,數據中心的概念逐步被提出并加以豐富。

早期的數據中心大多由美國運營商建立,用以服務互聯網創業公司的網絡連接需求。但隨著互聯網、云計算技術的發展,數據中心從一個跟網絡捆綁的依附品,逐步形成獨立的業態,并呈現專業化發展趨勢。尤其隨著移動通信技術的迭代,各類移動化智能化應用對計算、存儲的能力需求大幅提升,進一步帶動了數據中心這一底層技術的發展。

作為數據樞紐和應用載體的數據中心,這時候也不再是“機房”或單一的商業形態,而是演變為承載著各行各業信息系統的基礎設施保障,搭建信息化平臺的重要前提,發揮出數字經濟“基石”與“引擎”的作用。數據中心的四大發展趨勢:

· 核心、周邊雙向發展,一線城市飽和,向周邊和能源充足地區外溢。

· 大規模、邊緣雙向發展,云化推動向大規模機房演進,5G促進邊緣計算加速發展。

· 橫向整合,并購將會更多發生。

· 縱向延伸,向產業鏈上下游延伸。

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我國對數據中心的需求主要集中在北京、廣東、上海、浙江、江蘇等經濟發達省份,這些地區人口以及互聯網用戶密度遠遠領先中西部地區,互聯網用戶密度最大,大型互聯網、云計算、科技創新類企業、政企用戶數遠遠領先其他地區,對數字經濟的貢獻也更大,因此是我國數據中心業務需求最旺盛的區域。根據《2018年中國IDC行業市場分析報告》,從全國范圍來看,北京、上海、廣州、深圳等一線城市數據中心資源最為集中,其上架率達到60%-70%。

雖然這些區域的數據中心上架率顯著高于其他地區,但隨著數字經濟的發展,供需缺口仍有擴大的趨勢。在成都等中西部地區,由于經濟基礎好、年輕人基數大、移動互聯網重度用戶多,數據中心產業也在快速擴張。因此,加大在數據中心領域的基建投資,挖掘數字經濟深度、延展數字經濟長度,十分必要。

近年來,在全球數字化轉型浪潮之下,數據中心產業發展相當迅速,相應的投資規模呈現快速增長趨勢。從全球建設情況來看,除了起步早、積累長的歐美市場,亞太市場尤其是中國市場,正在成為數據中心產業的新亮點。相關數據顯示,2019年,中國數據中心的數量超過7萬個,占全球數據中心規模的23%左右,數據中心機架規模達到227萬架,在用IDC數據中心數量2213個。

雖然規模已經達到一定量級,但在建設和發展質量上,與美國等成熟市場相比,仍有一定差距,在一些領域和地方,還存在不少盲目建設和重復投資的亂象。數據中心產業不是一個誰都能做領域,它具有一定的專業性和高門檻。結合已有的數據中心建設經驗,數據中心產業主要有以下三大門檻:

· 資本門檻:數據中心屬于重資產行業,投資回報周期長,考慮到數據中心的建設效率、成本以及針對客戶的定價能力,單體數據中心真正實現盈虧平衡,需要8到10年時間。如果再考慮到數據中心投入使用后會不斷發生折舊,若沒有持續的資本支持投入,很多數據中心往往會因現金流滯后而中途“流產”。

· 技術門檻:數據中心是一項15到20年的周期項目,在布局設計之初,就必須預判未來20年的技術趨勢,預留未來技術升級的空間。這一方面因為一旦設計好的數據中心投入使用,就很難將固化的設計架構再做調整改造;另一方面,數據中心的客戶需求呈現多樣化,比如基于AI、物聯網、云計算等的企業對數據中心的產品規格有不同的訴求。

· 運營門檻:數據中心的運營門檻是非常復雜的系統工程,能否保持數據中心常年可靠和高效運營是一項重大挑戰。建一個數據中心容易,運營一個數據中心難。以金融機構為例,一旦數據中心出現問題,不僅會影響千萬企業的正常運轉,更會危害整個金融服務生態,產生難以估量的損失。

總結

移動互聯網和大數據是過去數據中心增長的主要動因:過去5年,需求端,網民數量和移動流量增長迅速;供給端,大數據和人工智能對存儲和計算提出更高需求。因素疊加,導致數據中心增長迅速,5G、物聯網、工業互聯網和傳統企業上云是未來增長的主要動因:5G的傳輸帶寬顯著高于4G,且原生標準支持企業獨立組網,為物聯網、工業互聯網奠定基礎。

我國數據中心需抓緊窗口機遇走向國際化。據數據顯示,2018年美國超大規模數據中心總量占全球的40%,中國僅占8%。與美國數據中心服務全球市場不同,我國數據中心主要服務于國內市場。我國已成為全球第二大數字經濟體和“互聯網+產業”商業模式創新的引領者,我國企業已具備國際化的能力,互聯網應用和服務正在加快走向國際市場。隨著越來越多的企業開展海外布局,我國數據中心應借此東風走向國際市場,為眾多出海和國際企業提供計算設施。

二十年前,中國互聯網的上古階段,國外服務器廠商占據中國市場,當時如果有人提出要讓中國的大數據中心數量將會超過美國,難免也會被視作天方夜譚。

新基建的大數據中心建設,對服務器行業、云計算、中小企業等多個方面都會有直接、間接的正面影響,新基建興建大數據中心的主導方向,從歷史的視界來看,或會讓國內的智能化水平進入到世界一線行列,而這個未來,已經不再是幻想。

巨浪已至,新基建的號角已經吹響,數據中心作為“首提”也已經插上翅膀展翅騰飛,未來將會有哪些新的數據中心誕生?讓我們拭目以待!



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