计算机行业深度报告：鲲鹏一日同风起，扶摇直上九万里

鲲鹏计算生态是信创核心力量。鲲鹏计算产业链包括CPU、PC、服务器、存储、操作系统、中间件、虚拟化、数据库、云服务、行业应用以及咨询管理服务等。生态最底层、最基础的鲲鹏CPU芯片基于ARMv8架构永久授权。ARM架构技术先进、生态繁荣，我们认为信创事业发展可以更多利用ARM。华为鲲鹏920芯片是全球最强ARM芯片，性能可比Intel至强（Xeon）8180，满足中高端市场需求。我们认为基于ARM架构的鲲鹏芯片将会成为信创CPU市场较大受益者，鲲鹏计算生态将会成为信创市场重要力量。 鲲鹏构建自主生态，让利于生态伙伴：华为为了应对西方经济封锁，构建自主生态，秉持“硬件开放、软件开源”的生态策略。华为正在让利给自己的生态伙伴，帮助其成长起来，例如华为建立openEuler和openGauss开源社区，承诺自己不发行商业版本，只维护根社区的发展，为生态伙伴赋能。硬件端，华为提供底层鲲鹏芯片、鲲鹏主板及开发套件。软件端，华为提供操作系统、数据库等开源软件。硬件厂商可以基于鲲鹏主板发展自有品牌的产品和解决方案；软件厂商基于华为开源的openEuler开源OS以及配套的数据库、中间件等平台软件发展应用软件和服务。鲲鹏开发套件可帮助开发者加速应用迁移和算力升级。生态伙伴按照所处产业链环节不同可以分为整机伙伴、基础软件（OS、数据库、云平台、大数据平台、分布式存储和中间件）伙伴等。 供需两旺，鲲鹏芯片市场份额有望提升，带动鲲鹏生态崛起：供给端：华为鲲鹏有望成为最先获得自主流片能力的厂商。早在2020年5月被美国无限追溯以后，华为鲲鹏就开始了获得自主流片能力的探索，在进度上较为超前，同时华为本身在半导体领域有深厚的积淀，因此我们预计华为鲲鹏可以率先摆脱美国制裁的影响，产能问题有望得到解决。需求端：华为鲲鹏有望获得具有竞争力的市场份额。我们预计信创事业推进将会加速，党政和行业的信息系统国产化率将在十四五期间达到新的水平。在被美国无限追溯之前，华为鲲鹏芯片在商业竞争中的市占率遥遥领先，当前又有望最先获得自主流片能力，在信创放量、国产化需求提升的过程中华为鲲鹏将最为受益。 看好华为“硬件开放，软件开源”策略下的产业链投资机会。关注标的： 1）硬件开放。固件：卓易信息。整机：神州数码，拓维信息，广电运通，同方股份，四川长虹。2）软件开源。操作系统：中国软件（麒麟软件），诚迈科技（统信软件），麒麟信安。数据库：海量数据，达梦数据，太极股份（人大金仓）。中间件：东方通，宝兰德。云平台：品高股份，优刻得，青云科技。大数据平台：星环科技。分布式存储：东方国信。 风险提示：技术研发进度不及预期；信创政策支持力度不及预期；美国制裁力度加大。 1.鲲鹏计算产业链：打造国产算力生态 鲲鹏计算产业是基于Kunpeng处理器构建的全栈IT基础设施、行业应用及服务生态。产业生态包括PC、服务器、存储、操作系统、中间件、虚拟化、数据库、云服务、行业应用以及咨询管理服务等。鲲鹏通用计算平台提供基于鲲鹏处理器的TaiShan服务器、鲲鹏主板及开发套件。硬件厂商可以基于鲲鹏主板发展自有品牌的产品和解决方案； 软件厂商基于openEuler开源OS以及配套的数据库、中间件等平台软件发展应用软件和服务；鲲鹏开发套件可帮助开发者加速应用迁移和算力升级。生态伙伴按照所处产业链环节不同可以分为整机伙伴、一体机解决方案伙伴、基础软件（OS、数据库、云平台、大数据平台、分布式存储和中间件）伙伴等。 图1：鲲鹏计算产业定义 分三阶段实现构建全行业、全场景鲲鹏计算产业目标。第一阶段：通过在政务、电信、金融和互联网等行业选取典型场景进行产业使能、孵化和试点，通过试点建立产业界上下游厂家和用户的信心。第二阶段：面向政务、电信、互联网、广电、金融证券、电力、能源、交通等行业全面打通产业体系，为行业数字化业务创新提供基础。第三阶段：面向全行业、全场景，打通产业链，构筑基于Kunpeng处理器的产业体系。 图2：鲲鹏计算产业目标实现的三阶段 构建生态，让利伙伴。鲲鹏秉持“硬件开放、软件开源、使能伙伴、发展人才”策略，旨在通过构建强大的生态体系，应对西方的技术封锁。华为正在让利给自己的生态伙伴，帮助其成长起来，例如华为建立openEuler和openGauss开源社区，承诺自己不发行商业版本，只维护根社区的发展，为生态伙伴赋能。 硬件开放，华为利用自己的硬件能力，对外提供鲲鹏主板、SSD、网卡、模组和板卡，优先支持合作伙伴发展服务器和PC等计算产品。 软件开源，华为通过软件开源的方式，共享在基础软件领域的多年积累，使能伙伴发行openEuler和openGauss商业版，繁荣基础软件产业生态，提升硬件产品的使用体验和附加值。 使能伙伴，华为提供鲲鹏开发套件与应用使能套件，帮助开发者加速原生应用开发，使能应用极致性能，构建竞争力领先的行业解决方案。 发展人才，华为提供产教融合服务，支持高校基于鲲鹏、欧拉、高斯等计算产业根技术开展教学改革，建立人才培养新模式，孕育新一代产业亟需人才。 图3：鲲鹏计算产业生态策略 图4：鲲鹏生态合作伙伴部分列举 2.硬件开放：基于鲲鹏主板，使能合作伙伴 美国制裁中国高端芯片，华为鲲鹏是国内具有极限生存能力的芯片。10月7日，美国商务部工业和安全局（BIS）公布了一系列更全面的出口管制新规，限制中国获得先进计算芯片、开发和维护超级计算机以及制造先进半导体的能力。我们预计华为 28nm 去美化产线有望调通，鲲鹏将是在美国制裁下少数具有流片能力的中国芯片厂商。 2.1.鲲鹏芯片是硬件算力底座 华为聚焦Kunpeng处理器研发，带动各厂商发展。华为作为鲲鹏计算产业的成员，聚焦于发展Kunpeng处理器的核心能力，构筑Kunpeng处理器的业界领先地位，为产业提供算力底座。上下游厂商基于Kunpeng处理器发展自有品牌的产品和解决方案，和系统软件及行业应用厂商一起打造有竞争力的差异化解决方案。 华为围绕Kunpeng处理器打造了“算、存、传、管、智”五个子系统的芯片族。 针对于Kunpeng处理器，华为推出了用于通用计算、存储、传输、管理和AI计算五大不同用途的芯片。历经10多年，目前已累计投入超过2万名工程师。在鲲鹏生态建设上，与海内外生态厂家合作，重点投入了操作系统、编译器、工具链、算法优化库等的开发和维护，同时针对数据中心大数据、分布式存储、云原生应用等场景，开发基于Kunpeng处理器的解决方案产品和参考设计。 图5：Kunpeng芯片族规划 2.2.全球ARM最强芯片，国产化突破口 鲲鹏芯片基于Armv8架构永久授权。Kunpeng处理器基于Armv8架构永久授权，处理器核、微架构和芯片均由华为自主研发设计，鲲鹏计算产业兼容全球Arm生态，二者共享生态资源，Arm的繁荣生态将赋能鲲鹏，帮助鲲鹏更好地推广与使用。 ARM架构在高并发应用场景具有比较优势。ARM处理器是英国Acorn有限公司设计的低功耗成本的第一款RISC微处理器，全称为Advanced RISC Machine。ARM芯片比Intel x86芯片具有更高的功率效率，并且功耗更低，性价比更高。以ARM为代表的RISC通用架构处理器在场景多样化计算时代具备明显的优势。例如在分布式数据库、大数据、Web前端等高并发应用场景，单芯片核数更多的ARM架构处理器相比传统处理器拥有更好的并发处理效率。 ARM生态繁荣。在移动设备领域，ARM架构有着压倒性的市场和技术优势，根据软银2017年世界大会的数据，ARM在智能手机、调制解调器、车载信息设备、可穿戴设备等领域都占据统治地位。基于海量的市场空间，目前芯片领域的新工艺、新制程和新材料都率先在ARM架构上得以实现。可以预见未来ARM架构的CPU在并发性能、功耗、集成度等方面都会长期保持领先优势。 图6：ARM在移动领域占据统治地位 ARM是最活跃的体系架构生态。对于一些不太活跃的CPU架构，发行版就慢慢减少支持，甚至有不再支持的风险，由此会给软件开发、移植部署等带来诸多困难。根据《从端到云基于飞腾平台的全栈解决方案白皮书》数据，Linux内核对于几种CPU架构的维护活跃程度（选取较新的稳定版5.3.7内核，分别对比了六种CPU架构相关代码维护活跃程度）和代码维护活跃度，由高到底依次为ARM64（1468次）、x86（1329次）、PowerPC（879次）、MIPS（310次）、SPARC（114次）和ALPHA（64次）。 表1：芯片体系架构活跃度对比 图7：对芯片架构相关Linux内核维护活跃度对比 西方也在转向采用ARM架构。PC方面，在Mercury Research的2021年第四季度PC统计中，基于ARM处理器的PC在所有PC总出货销量中的占比达到了9.5%的新高，同比增加了6.1pct，环比增加1.2pct。2020年苹果旗下MacBook笔记本电脑、Mac一体机和平板电脑配置的M1芯片表现出ARM架构性能的潜力和低能耗优势。服务器领域，华为已经于2019年推出基于ARM架构的鲲鹏920服务器芯片，性能对标Intel至强8180。英伟达也在2020年推出了基于ARM架构的Grace服务器芯片。 鲲鹏920性能可比Intel至强（Xeon）8180，满足中高端市场需求。华为2019年1月对外发布鲲鹏920处理器，是业界最高性能ARM-based处理器，采用国产芯片唯一、最先进的 7nm 工艺，集成64个核心。在SPEC测试中，48核的鲲鹏920与Intel至强8180的性能相当，功耗低20%，而64核的测试性能要优于至强8180。Intel至强8180是Intel于2017年Q3推出的至强铂金系列产品，定位于高负荷的云端计算。总体来看，鲲鹏920满足除互联网等高性能要求场景外的中高端市场需求，如金融、电信等行业信创需求，与海外一线水平代差在3年左右。 图8：鲲鹏芯片与Intel产品性能对比 表2：鲲鹏920与Intel、AMD相关产品性能对比 鲲鹏920芯片取得多项世界第一。2019年，高性能鲲鹏920处理器在SPECint benchmark测试成绩超过930分，位居全球第一，超越业界主流CPU 25%。2020年11月19日，基于华为鲲鹏920架构的高性能计算系统的“鹏城云脑Ⅱ”在IO500测试中，分别以7043.99分和1129.75分同时获得全球IO500总榜第一名与10节点榜单第一名。 信创事业发展可以更多利用ARM。随着中美科技脱钩，CPU架构也会成为博弈的焦点。ARM架构是未来芯片主流技术方向，目前芯片领域的新工艺、新制程和新材料都率先在ARM架构上得以实现。可以预见未来ARM架构的CPU在并发性能、功耗、集成度、场景多样化具备明显优势。西方由于原有技术路径拖累以及现有利益冲突，较难完全拥抱ARM架构，中国从0到1选择布局ARM架构，历史包袱较小，有望借助ARM架构夺得CPU技术高地。 3.软件开源：高斯欧拉开源，繁荣基础软件生态 基础软件平台是服务行业客户以及做大计算产业的“黑土地”。产业链上下游厂商共同构建一个开放、合作、共赢的鲲鹏计算产业基础软件生态至关重要。基础软件将有效的提升华为鲲鹏芯片的出货量和用户体验。操作系统和数据库是基础软件中最关键的两个环节，其中操作系统是所有软件的基础，是做大鲲鹏计算产业的关键，统一的技术路线和演进节奏有助于避免生态分裂，形成合力做大鲲鹏计算产业；数据库是信息系统的核心，先进的数据库技术可以大大提高数据的存储、计算效率。 操作系统方面，华为开源了服务器操作系统欧拉。华为宣布将于2019年12月31日开源服务器操作系统openEuler，华为通过建立openeuler.org社区，开源OS源代码，并贡献经过调优的Kunpeng处理器驱动代码等方式，统一代码来源，缩短厂家构建基于openEuler的发行版OS的开发周期。华为将支持基于openEuler的合作伙伴发行商业版操作系统，支持各行业主流应用和软件开发商把软件和应用迁移