算力深度报告一：算力研究框架-产业链全梳理

敬请参阅最后一页特别声明 1  算力，AI大模型时代的能源动力。通用人工智能技术有望启动以算力为主体能源的第四次工业革命，算力需求有望高增。技术革命是以新一代生产力工具的大范围应用为核心，以主体能源为基础动力的全局性经济范式转型。历史上共发生过三次技术革命，我们认为，本轮通用型人工智能发展浪潮有望启动第四次技术革命：以AGI为新一代生产力工具，以算力为主体能源。历史上历次技术革命中主体能源都会随新一代生产力工具的广泛应用而需求高增，我们预计AI算力需求有望在模型规模、算法创新、海量数据、应用落地等多端推动下高增。  AI模型训练规模增速超过摩尔定律，进入大模型时代。在2010年以前（前深度学习时代），AI训练计算的增长与摩尔定律一致，大约每20个月翻一倍。2010~2015年（深度学习时代），AI深度学习训练所需FLOPs相比之前发生斜率突变，每6个月翻一倍，远超摩尔定律。2016年至今（大模型时代），AI大模型训练所需FLOPs出现断点跳跃，随着能够处理更长序列和更复杂任务的Transformer等模型问世，算法的持续创新推动了对更高计算能力的需求，2022 年训练大模型的算力需求达到了 8×1023 FLOPs。  透视算力产业链——上游：芯片/元器件中游：服务器/网络设施下游：IDC/云服务。 1）上游-芯片/元器件——异构算力蓬勃发展，国产替代空间广阔。随着业界对算力需求的不断提高，越来越多的计算平台开始引入CPU、GPU、ASIC、FPGA等多种不同计算单元来进行加速计算。2020年我国MPU市场规模达到2,336亿元，约占全球39.7%；2022年全球GPU市场规模达422亿美元，NV占全球GPU市场份额80%以上；2022年全球ASIC市场规模在千亿体量，我国约占全球市场33.4%；2023年全球FPGA规模近百亿美元，中国市场约占37.9%。 2）中游-服务器/网络设备——国内服务器厂商领军全球，光模块市场份额迅速提升。2022年全球服务器市场高达千亿美元，我国约占全球市场四分之一，国产厂商浪潮信息在2023年Q3全球服务器市场份额排名第二，仅次于戴尔； 2022年光模块全球前10名中国占据6家，中际旭创与Coherent市占率并列全球第一；2022年全球交换机市场规模达400亿美元，中国市场约占17%；而全球存储市场则基本被国外厂商垄断，不过随着AI Server、AI PC、AI Mobile持续放量，国内存储市场有望迎来新发展机遇。 3）下游-数据中心/云服务——东数西算铸基，算力租赁牵引。受新基建、数字化转型及数字中国远景目标等国家政策促进及企业降本增效需求的驱动，我国数据中心市场规模持续高速增长。2021年我国数据中心市场规模达到1,500亿元，近五年CAGR达到29.96%；中国云计算产业正处蓬勃发展阶段，2022年中国云计算市场规模达到4,552.4亿元，同比增长33.5%。  推荐关注AI算力产业相关计算机标的，浪潮信息、中科曙光、宝信软件、神州数码、高新发展。  国产替代进程不及预期的风险；数据中心能耗政策推进不及预期的风险；技术变化较快，技术路线调整的风险；行业竞争加剧的风险。 行业深度研究 敬请参阅最后一页特别声明 2 扫码获取更多服务 内容目录 1. 算力——AI大模型时代的能源动力 ...............................................................................................................6 1.1 技术革命意味着什么？——新一代生产力工具（AGI）问世推动主体能源（算力）需求快速上行 .........6 1.1.1 AGI曙光：通用人工智能技术有望启动第四次工业革命，算力为主体能源 .....................................6 1.1.2 押注能源：历次技术革命的主体能源需求量受益于生产力解放快速上行 ........................................6 1.2 AI算力需求有望在模型规模、算法创新、海量数据、应用落地等多端推动下高增 ................................7 1.2.1 AI三要素：算法是车间工艺，算力是能源动力，数据是生产资料 ..................................................7 1.2.2 算力需求跃迁：AI模型训练规模增速超过摩尔定律，引发算力需求高增........................................7 1.2.3 算力分类：训练算力+推理算力，算力体系逐步完善 ......................................................................8 1.2.4 算力规模：训练/推理对AI芯片提出不同要求，推理端算力需求有望远超训练端 ...........................9 2. 透视算力产业链——上游：芯片/元器件→中游：服务器/网络设施→下游：IDC/云服务............................... 11 3. 上游-芯片/元器件——异构算力蓬勃发展，国产替代空间广阔 .....................................................................12 3.1 CPU：中央处理器，Intel与AMD两大巨头占据x86 CPU市场 .........................................................12 3.1.1 基本定义：CPU负责解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据 ............................................12 3.1.2 CPU分类：基于指令集的CISC与RISC，基于应用领域的MPU/MCU/DSP...............................13 3.1.3 产业链条：上游-EDA/IP/半导体设备/测试，下游-整机厂商/行业解决方案/应用系统.....................15 3.1.4 市场规模：全球微处理器市场规模高达千亿美元，我国约占全球市场规模40% ...........................15 3.1.5 竞争格局：Intel约占全球MPU市场半壁江山，Intel与AMD独占x86全球市场 .........................16 3.2 GPU：CUDA大幅降低GPU并行计算的编程难度，NV约占全球市场九成份额.................................18 3.2.1 基础定义：CPU侧重低延迟计算，GPU更侧重并行计算 ............................................................18 3.2.2 CUDA：大幅降低GPU并行计算的编程难度，实现GPU的通用化 .............................................19 3.2.3 市场规模：2022年全球GPU市场规模达422亿美元，未来十年有望高速增长 ...........................20 3.2.4 竞争格局：NV约占全球GPU市场份额近九成，AMD与Intel约占10% .....................................20 3.3 ASIC：算力由通用走向定制，2022年我国ASIC市场规模达335亿元 ..............................................21 3.3.1 基础定义：专用集成电路，算力从通用走向定制 .........................................................................21 3.3.2 市场规模：2022年全球ASIC市场规模在千亿体量，我国约占全球市场33.4%...........................21 3.3.3 竞争格局：竞争格局开放，国产替代正当时 ................................................................................22 3.4 FPGA：现场可编程芯片，Xilin x约占全球市场份额52% ...................................................................22 3.4.1 基础定义：现场可编程的芯片，FPGA=LC+IO+SB .....................................................................22 3.4.2 功能实现：编程LC与SB改变逻辑电路进而实现不同的功能 ......................................................23 3.4.3 市场规模：全球FPGA规模或近百亿美元，中国市场约占37.9% ................................................23 3.4.4 竞争格局：Xilin x约占全球FPGA市场份额52%，安路科技为国产龙头厂商 ...............................24 4. 中游-服务器/网络设备——国内服务器厂商领军全球，光模块市场份额迅速提升 .........................................24 4.1 服务器：管理计算资源的大型计算机，全球市场规模超千亿美元 .......................................................24 4.1.1 基本定义：服务器在网络中为其它客户机提供计算或应用服务 ....................................................24 4.1.2 产品分类：基于体系架构方式/基于应用层次/基于用途/基于机箱结构 ..........................................24 4.1.3 产业链条：上游-硬件设备/软件产品，下游-应用市场...................................................................25 4.1.4 市场规模：2022年全球服务器市场高达千亿美元，我国约占全球市场四分之一 ..........................25 4.1.5 竞争格局：戴尔/浪潮/HPE全球市场CR3，浪潮/新华三/超聚变引领国内市场 .............................26 行业深度研究 敬请参阅最后一页特别声明 3 扫码获取更多服务 4.2 光模块：实现光电信号互相转换，国产厂商占全球市场份额50%以上 ...............................................27 4.2.1 基本定义：光模块的功能是实现光电转换，是光通信系统的核心器件 ..........................................27 4.2.2 产品分类：分类方式多样，小型化、高速率、低功耗、低成本是发展趋势 ...................................27 4.2.3 产业链条：上游-元器件等，下游