电子行业专题研究：AI服务器元年，接口芯片核心受益

本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 1 电子行业专题研究 AI服务器元年，接口芯片核心受益 2023年05月10日 AIGC带动AI服务器需求量与日俱增，用于服务器内、外部数据传输等接口芯片也随之攀升，本文基于服务器内、外部高速互联需求，梳理了各类高速接口芯片市场情况。 ➢ 海量数据带来高速传输需求，服务器高速互联芯片不可或缺： CPU和GPU等组件互联：PCIe Switch。自2003年PCIe 1.0推出起速率持续升级，目前PCIe 6.0传输速率跃升至64GT/s。参考QYResearch数据，2021年全球PCIe芯片销售额7.9亿美元，预计2028年将达到18亿美元。目前全球仅少数厂商量产PCIe Switch芯片，博通、微芯科技和祥硕科技三家共占全球约58%份额。 因PCIe传输速率不断攀升，工作频率越来越高，不可避免的带来了信号衰减问题，PCIe Retimer、Redriver可有效解决信号衰减，其中PCIe Retimer有望为解决信号衰减最优方案。目前PCIe Retimer市场，谱瑞-KY、Astera labs、澜起科技三足鼎立，其中澜起为全球可量产PCIe 4.0 Retimer的唯一中国大陆供应商，且PCIe 5.0 Retimer 研发顺利。 GPU与GPU互联：NVLink、NVSwitch。针对AI服务器中PCIe带宽限制，以NVDIA NVLink为代表的高速接口芯片应运而生。NVLink迭代升级至第四代，单链可实现50 GB/s的双向带宽，单芯片可支持18链路，即900 GB/s的总双向带宽。多GPU间通信则采用NVSwitch，第三代NVSwitch采用 TSMC 4N 工艺，每个NVSwitch芯片上拥有64个NVLink 4.0端口。此外，NVLink、NVSwitch也可实现服务器节点间的高速扩展性互联。通过在服务器外部增加一层NVSwitch，NVLink网络最多可连接32个服务器、256个GPU，并提供57.6TB/s的多对多带宽 CPU与DRAM高速互联：内存接口芯片（RCD+DB）。DDR5时代速率进一步升级，最高传输可由DDR4 Gen2plus支持的3200MT/s进一步提升至4800MT/s以上，且工作电压持续降低至1.1V。目前内存接口芯片三强争霸，澜起科技可为DDR5系列内存模组提供完整的内存接口及模组配套芯片解决方案，是目前全球可提供全套解决方案的两家公司之一。 ➢ 服务器外部模块间高速传输需求激增，SerDes核心受益： 服务器互联传输速率提升，光纤成为服务器间传输的主流介质，其中光模块内需集成高速SerDes通道，例如QSFP28光模块会配备4个25Gbps SerDes通道来满足100GE速率的光电信号转化。并且随着服务器传输需求增长，光模块带宽也会增长，提升方法有两种：1）增加SerDes通道数；2）提高每个SerDes通道的比特速率。 交换机的带宽也会随应用需求而提升，各厂商正推动交换机的数据链路从100GE向400GE和800GE等更高速率方向发展带动，交换机ASIC内SerDes通道数增加至512通道，速率提升至100Gbps。 此外，服务器的各种外接设备连接、驱动等需求的提升，拓展多种接口芯片市场空间，如USB（用于连接鼠标等）、SAS（用于连接存储设备）、SATA（用于连接驱动）等。 ➢ 投资建议：AI时代浪潮汹涌，海量数据催生庞大的算力需求，将带动服务器产业链需求量持续上涨。作为芯片与外部世界的交互媒介，接口芯片实现量增的同时，也朝向更高速率、更大传输带宽发展。建议关注芯原股份、裕太微-U、澜起科技、龙迅股份等。 ➢ 风险提示：AI应用不及预期；AI服务器出货不及预期；国产替代进展不及预期。 重点公司盈利预测、估值与评级 代码 简称 股价（元） EPS（元） PE（倍） 评级 2022A 2023E 2024E 2022A 2023E 2024E 688521 芯原股份 80.00 0.15 0.3 0.46 533 267 174 推荐 688008 澜起科技 57.87 1.14 0.86 1.31 51 67 44 推荐 688515 裕太微-U 155.05 -0.5 0.14 0.58 / 1108 267 推荐 688486 龙迅股份 77.19 1.33 1.41 2.02 58 55 38 / 资料来源：Wind，民生证券研究院预测（注：股价为2023年5月9日收盘价；未覆盖公司数据采用wind一致预期） 推荐 维持评级 [Table_Author] 分析师 方竞 执业证书： S0100521120004 邮箱： fangjing@mszq.com 分析师 童秋涛 执业证书： S0100522090008 邮箱： tongqiutao@mszq.com 相关研究 1.电子行业专题研究：国产AI算力芯片全景图-2023/03/19 2.电子行业跟踪：高温超导特性优异，行业应用前景广阔-2023/03/13 3.电子行业周报20230313：曙光渐显，把握芯片设计底部布局机遇-2023/03/13 4.电子行业周报20230228：Chiplet：AI芯片算力跨越的破局之路-2023/02/28 5.电子行业周报20230222：ChatGPT开启行业变革，Chiplet引领破局之路-2023/02/22 行业深度研究/电子 本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 2 目录 1 AI服务器前景广阔，接口芯片需求广泛 .................................................................................................................... 3 2 服务器内部：组件高速互联，接口芯片不可或缺 ....................................................................................................... 4 2.1 以DXG H100服务器为例，拆解服务器内部高速互联架构 ...................................................................................................... 4 2.2 CPU、GPU等组件互联：PCIE Switch、Retimer芯片 ............................................................................................................ 5 2.3 GPU与GPU连接：NVLink、NVSwitch ..................................................................................................................................... 9 2.4 CPU与DRAM高速互联，拉动内存接口芯片 ........................................................................................................................... 11 3 服务器外部：高速传输需求激增，SerDes核心受益 .............................................................................................. 14 3.1 光模块速率升级，SerDes通道用量及速率双升 ........................................................................................................................ 14 3.2 交换机带宽需求激增，SerDes持续成长 .................................................................................................................................... 16 3.3 广阔服务器市场推动服务器外部各类接口增长 .......................................................................................................................... 16 4 投资建议 ............................................................................................................................................................... 18 5 风险提示 ............................................................................................................................................................... 19 插图目录 .................................................................................................................................................................. 20 表格目录 .................................................................................................................................................................. 20 aYeZmXlVmMqQmN8OcM9PpNnNpNtQfQmMqNiNnMpP8OnMrPvPpOmRvPqRsR行业深度研究/电子 本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 3 1 AI服务器前景广阔，接口芯片需求广泛 AIGC大时代来临，ChatGPT等大语言模型的推出，带动AI服务器需求量与日俱增。服务器行业由早期以传统服务器为主的市场格局，转变为传统服务器、云服务器、AI服务器和边缘服务器四足鼎立。当下，AI下游应用的持续火爆和算力要求的增加，AI服务器需求与日俱增。据TrendForce数据，AI服务器出货约13万台，占全球服务器出货约1%，展望2023年，Microsoft、Meta、Baidu与ByteDance相继推出基于生成式AI衍生的产品服务而积极加单，预估23年AI服务器出货量年增率可望达15.4%，且随着未来ChatGPT对AI服务器需求用量，预计2023-2027年AI服务器将以12.2%年复合增速成长。 图1：2022-2027年全球AI服务器出货量及增速 资料来源：TrendForce，民生证券研