云計(jì)算科技生態(tài)變革深度研究

云計(jì)算正進(jìn)入算力時(shí)代

供給端：數(shù)據(jù)存量增長(zhǎng)與計(jì)算成本下降推動(dòng)算力需求增長(zhǎng)

? 信息技術(shù)快速發(fā)展與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)化轉(zhuǎn)型帶來(lái)大量數(shù)據(jù)存量。隨著云計(jì) 算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)的快速發(fā)展和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字 化的轉(zhuǎn)型，數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)幾何級(jí)增長(zhǎng)，據(jù)IDC預(yù)測(cè)，全球數(shù)據(jù)總量預(yù)計(jì)2020 年達(dá)到 47 個(gè) ZB，2025 年達(dá)到 163 個(gè) ZB，其中預(yù)計(jì) 2020 年我國(guó)數(shù)據(jù) 量將達(dá)到 8060 個(gè) EB，占全球數(shù)據(jù)總量的 18%。據(jù)智研咨詢(xún)統(tǒng)計(jì)，2015 年全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)約 60 億個(gè)，預(yù)計(jì) 2025 年全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將增長(zhǎng) 至 270 億個(gè)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將達(dá)到 1000 億臺(tái)。連接數(shù)的急速增長(zhǎng)， 一方面意味著海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，另一方面，連接設(shè)備往往還需要進(jìn)行智 能計(jì)算，即產(chǎn)生相應(yīng)的算力需求。

? 數(shù)據(jù)是 AI 學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，算力是必備條件，計(jì)算成本下降推動(dòng)算力需求 增長(zhǎng)。人工智能是指通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人 的某些思維過(guò)程和智能行為（如學(xué)習(xí)、推理、思考、規(guī)劃等），主要應(yīng)用 在訓(xùn)練(training)和推理(inference)兩個(gè)環(huán)節(jié)。訓(xùn)練需要通過(guò)大量的樣本 數(shù)據(jù)訓(xùn)練建立輸入輸出的映射關(guān)系，以此進(jìn)行推理。在 2010 年后，人 工智能在計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別領(lǐng)域取得重大突破，開(kāi)始步入人工智能 爆發(fā)期。據(jù) Tractica 的預(yù)測(cè)，2025 年人工智能市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 368 億美 元。$/GFLOPS 可以衡量計(jì)算成本（1GFLOPS=109FLOPS， FLPOS=Floating Point Operations Per Second，每秒十億次浮點(diǎn)運(yùn)算 價(jià)格），根據(jù) Wikipedia 的數(shù)據(jù)，$/GFLOPS 的 CAGR 約-37%，2017 年 6 月 AMD Ryzen 結(jié)合 AMD VEGA Frontier Edition 將$/GFLOPS 降 至 0.06 美元。海量數(shù)據(jù)為 AI 訓(xùn)練提供的基礎(chǔ)，算力是 AI 推理的必備條 件，快速下降的計(jì)算成本為人工智能時(shí)代的爆發(fā)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，推動(dòng) 下游應(yīng)用推廣，促使算力需求增長(zhǎng)。

算力，即為計(jì)算能力。算力于我們而言，并不陌生，小至 PC 電腦， 大至超級(jí)計(jì)算機(jī)，算力其實(shí)一直存在我們的生活中，只是過(guò)去我們的日 常生活對(duì)算力的要求并不高，我們忽略了它。高算力的普及有兩個(gè)必要 因素，一個(gè)是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是算力的基礎(chǔ)，有了海量數(shù)據(jù)才可更好地進(jìn)行 推理與學(xué)習(xí)，另一個(gè)是價(jià)格，唯有平常百姓負(fù)擔(dān)得起高算力的價(jià)格，算 力才有望走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)。

因此，從供給端看，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技 術(shù)的快速發(fā)展和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)幾何級(jí)增長(zhǎng)，帶來(lái) 了大量數(shù)據(jù)存量，同時(shí)，快速下降的計(jì)算成本也為算力普及做好了經(jīng)濟(jì) 鋪墊，兩者共同推動(dòng)算力需求的增長(zhǎng)。

需求端：業(yè)務(wù)發(fā)展大大提升算力需求

? PC 互聯(lián)網(wǎng)—移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)—物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)發(fā)展路徑。隨著人們需求的逐 漸增多，技術(shù)的逐步發(fā)展，ICT 行業(yè)各類(lèi)業(yè)務(wù)接踵而出，遵循著 PC 互 聯(lián)網(wǎng)—移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)—物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)發(fā)展路徑。在 PC 互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，出現(xiàn) 了以 Yahoo 為代表的搜索引擎，以 QQ 為代表的在線社交軟件，以阿里 巴巴為代表的電子商務(wù)，網(wǎng)絡(luò)游戲亦進(jìn)入大型網(wǎng)游時(shí)代；隨著智能手機(jī) 的普及，3G/4G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，逐漸由 PC 互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展至移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)， 在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，社交軟件由 QQ 逐漸變成微信，游戲由網(wǎng)游逐漸變 成手游，還有新浪微博、滴滴打車(chē)、支付寶、美團(tuán)團(tuán)購(gòu)、映客、抖音等 多種應(yīng)用軟件噴井而出，人們的生活在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代更為快速便捷； 當(dāng)下，我們正面臨著一個(gè)新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，5G 技術(shù)的發(fā)展，芯片計(jì)算能力 的提升，為萬(wàn)物互聯(lián)做好了技術(shù)鋪墊，在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，我們的生活將實(shí) 現(xiàn)智能駕駛、智能家居、智能安防、智慧醫(yī)療等等多種大轉(zhuǎn)變。

? 未來(lái)業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)中心的計(jì)算要求大幅提升。數(shù)據(jù)中心是為客戶(hù)提供帶寬、 存儲(chǔ)、計(jì)算能力等需求的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。對(duì)各個(gè)業(yè)務(wù)的三大需求進(jìn)行分 析，我們發(fā)現(xiàn)，未來(lái)業(yè)務(wù)對(duì)于計(jì)算能力的要求正在大幅提升。從帶寬的 角度看，搜索引擎僅需要 320kbps 的帶寬，在線社交帶寬需求約 2mbps， 電子商務(wù)帶寬需求約 27mbps，而智能駕駛帶寬需求約 20gbps，帶寬要 求將提升上千倍。從存儲(chǔ)的角度看，在線地圖存儲(chǔ)需求約 28M，在線社 交存儲(chǔ)需求約 100M，網(wǎng)絡(luò)游戲存儲(chǔ)需求約 8G，而區(qū)塊鏈存儲(chǔ)需求將達(dá) 到 14G，存儲(chǔ)要求翻倍增長(zhǎng)；從計(jì)算能力的角度看，基因測(cè)序工作就是 要通過(guò)大規(guī)模的計(jì)算分析從海量的數(shù)據(jù)信息中辨識(shí)載有的基因及其序列， 最終獲取遺傳信息，算力要求極高，區(qū)塊鏈方面，根據(jù) BTC.com 的數(shù) 據(jù)，2018 年比特幣全網(wǎng)算力將達(dá)到 23EB，相比 2010 年，提升超過(guò) 20 倍。我們可以看到，對(duì)于帶寬、存儲(chǔ)、計(jì)算能力三種需求，有些業(yè)務(wù)要 求高帶寬低存儲(chǔ)，比如智能駕駛，有些業(yè)務(wù)要求低帶寬高存儲(chǔ)，比如智 慧醫(yī)療，但是無(wú)論什么類(lèi)型的業(yè)務(wù)，未來(lái)業(yè)務(wù)對(duì)于數(shù)據(jù)中心計(jì)算能力的 要求均顯著提升。

從需求端看，ICT 行業(yè)遵循著 PC 互聯(lián)網(wǎng)—移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)—物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)發(fā)展路徑，業(yè)務(wù)類(lèi)型從傳統(tǒng)的視頻、社交、門(mén)戶(hù)等逐步過(guò)渡到以 AI、 區(qū)塊鏈、智能駕駛、醫(yī)療基因等業(yè)務(wù)類(lèi)型，算力需求成為大化差異， 傳統(tǒng)業(yè)務(wù)一般對(duì)存儲(chǔ)和訪問(wèn)帶寬需求要求較高，但對(duì)專(zhuān)業(yè)算力需求較低， 未來(lái)算力需求將成為重點(diǎn)。

算力的安迪-比爾定律

? 算力能力的提升與應(yīng)用能力的提升互為促進(jìn)，驅(qū)動(dòng)云計(jì)算進(jìn)入算力時(shí)代。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)的快速發(fā)展，存量數(shù) 據(jù)大量增長(zhǎng)、算力成本大幅下降，推動(dòng)了算力能力的提升，與此同時(shí)， 業(yè)務(wù)種類(lèi)的增多，應(yīng)用軟件的爆發(fā)，算力需求大幅增長(zhǎng)。算力能力的提 升為應(yīng)用軟件的發(fā)展提供了空間，應(yīng)用能力的提升又對(duì)算力能力提出新 要求，算力能力與應(yīng)用能力互為促進(jìn)，促使云計(jì)算進(jìn)入算力時(shí)代。

? 算力的提升與普及，F(xiàn)lops 成本的下降，使相關(guān)應(yīng)用具備了發(fā)展基礎(chǔ)。 安迪-比爾定律是對(duì) IT 產(chǎn)業(yè)中軟件和硬件升級(jí)換代關(guān)系的概括。存量數(shù) 據(jù)大量增長(zhǎng)、算力成本大幅下降，推動(dòng)了算力能力的提升，與此同時(shí)，業(yè)務(wù) 種類(lèi)的增多，應(yīng)用軟件的爆發(fā)，使得算力需求大幅增長(zhǎng)。算力能力的提升為 應(yīng)用軟件的發(fā)展提供了空間，而應(yīng)用能力的提升又對(duì)算力能力提出新要求， 算力能力與應(yīng)用能力互為促進(jìn)，促使云計(jì)算進(jìn)入算力時(shí)代。

算力投資將成為云中心資本開(kāi)支重點(diǎn)

云算力需求可分為云計(jì)算需求和超級(jí)計(jì)算機(jī)需求，其中云計(jì)算需求 可分為公有云需求、私有云需求與傳統(tǒng) IT 需求。

? 云計(jì)算需求是指用戶(hù)對(duì)信息技術(shù)方面的需求，具體包括公有云、私 有云以及傳統(tǒng) IT，隨著業(yè)務(wù)發(fā)展，計(jì)算需求的提升，對(duì) IT 的算力要 求也不斷提高；

? 超級(jí)計(jì)算機(jī)需求是能夠執(zhí)行一般個(gè)人電腦無(wú)法處理的大資料量與高 速運(yùn)算的電腦，多用于國(guó)家高科技領(lǐng)域和尖端技術(shù)研究，是一個(gè)國(guó) 家科研實(shí)力的體現(xiàn)，它對(duì)國(guó)家安全，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有舉足輕重 的意義。

全球服務(wù)器市場(chǎng)量?jī)r(jià)齊升，云廠商資本開(kāi)支加速

? 服務(wù)器出貨量與收入是云計(jì)算的先驗(yàn)數(shù)據(jù)，全球服務(wù)器市場(chǎng)量?jī)r(jià)齊升。云計(jì)算領(lǐng)域的先驗(yàn)性指標(biāo)，可以通過(guò)分析服務(wù)器市場(chǎng)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn) 和預(yù)判云計(jì)算市場(chǎng)趨勢(shì)。據(jù) IDC 全球服務(wù)器季度追蹤報(bào)告顯示，2017 年全球服務(wù)器出貨量達(dá) 1018 萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng) 6.6%，全球服務(wù)器收入達(dá) 668.9 億美元，同比增長(zhǎng) 13.7%，全球服務(wù)器市場(chǎng)的高度景氣，收入增 速均超過(guò)出貨量增速，服務(wù)器平均單價(jià)在提升，高價(jià)值（人工智能）服 務(wù)器正在逐步出貨。

? 服務(wù)器下游市場(chǎng)主要是公有云廠商，政務(wù)需求占比第二。由于公有云業(yè) 務(wù)發(fā)展快，對(duì)中低端用戶(hù)需求有明顯的替代作用，故對(duì)服務(wù)器市場(chǎng)結(jié)構(gòu) 產(chǎn)生了影響——由互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商集中采購(gòu)代替了中小企業(yè)低端用戶(hù)的分 散采購(gòu)。根據(jù) IDC 數(shù)據(jù)顯示，服務(wù)器出貨至大型云廠商（超過(guò) 1000 個(gè) 服務(wù)器）占比高，達(dá) 50%，政務(wù)需求次之，占比約 20%。

? 云廠商資本開(kāi)支加速，巨頭持續(xù)加碼。數(shù)據(jù)存量的增長(zhǎng)與業(yè)務(wù)需求的擴(kuò) 張促使云廠商加速投資，擴(kuò)大云計(jì)算規(guī)模以爭(zhēng)搶更多的市場(chǎng)份額。

服務(wù)器出貨量與收入是云計(jì)算的先驗(yàn)數(shù)據(jù)。因?yàn)樵谠破脚_(tái)建設(shè)前期 需要投入服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施，所以可以通過(guò)分析服務(wù)器市場(chǎng)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)和 預(yù)判云計(jì)算市場(chǎng)趨勢(shì)。根據(jù) IDC 數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)全球服務(wù)器市場(chǎng)呈現(xiàn)高 景氣，量?jī)r(jià)齊升，下游市場(chǎng)主要是公有云廠商。同時(shí)，通過(guò)分析大型公 有云廠商資本開(kāi)支情況，我們發(fā)現(xiàn)公有云廠商加速算力投資趨勢(shì)明顯。

高性能計(jì)算場(chǎng)景普及，云巨頭爭(zhēng)先布局超算云

? 高性能計(jì)算場(chǎng)景普及，走進(jìn)尋常百姓家。高性能計(jì)算（High Performance Computing，簡(jiǎn)稱(chēng) HPC）多被用于氣象、天文、航空、能源等領(lǐng)域的科 學(xué)研究中。在云計(jì)算大規(guī)模推廣之前，高性能計(jì)算只有國(guó)家科研機(jī)構(gòu)和 大型企業(yè)才有精力和財(cái)力去建設(shè)和使用，原因是其初期投資成本高、建 設(shè)周期慢。隨著科技的進(jìn)步，中小企業(yè)也有高性能計(jì)算的需求，但是苦 于各種資源限制，難以獲得與需求匹配的計(jì)算能力。直到云計(jì)算興起， 通過(guò)按需租用、彈性資源等優(yōu)勢(shì)能力，幫助用戶(hù)能夠以極低的價(jià)格，獲 得媲美超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。

? 云巨頭先后布局超算云，搶占新市場(chǎng)。對(duì)企業(yè)而言，獲取高性能計(jì)算能 力一般有三種形式：一是自建超算集群，二是租用超算中心的計(jì)算資源， 三是購(gòu)買(mǎi)超算云服務(wù)。目前，包括亞馬遜 AWS、IBM、阿里云、華為云、 騰訊云等多家云廠商已逐步推出各自的超算云服務(wù)。以騰訊超算云為例， 其提供了集合黑石物理服務(wù)器、云服務(wù)器（CVM）、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、批量 計(jì)算（Batch）、深度學(xué)習(xí) DI-X 平臺(tái)等優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品的云端高性能計(jì)算解決方 案。用戶(hù)可通過(guò) HPC PaaS 平臺(tái)按小時(shí)購(gòu)買(mǎi)，也可按月、季、年租用專(zhuān) 屬 HPC 集群，減少了集群的建設(shè)周期，也不用一次性巨額資金投入， 同時(shí)可以根據(jù)應(yīng)用需求創(chuàng)建各種配置的 HPC 群集，比如減少 GPU 服 務(wù)器配比，增加 FPGA 服務(wù)器等，而且還能在技術(shù)革新后，即時(shí)使用到 換代機(jī)型，用戶(hù)不用再受限于 HPC 資源，加快研發(fā)速度，節(jié)約研發(fā)成 本。

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)的興起，企業(yè)中越來(lái)越 多的計(jì)算密集型場(chǎng)景。實(shí)際上，在云計(jì)算推廣前，受制于長(zhǎng)建設(shè)周期與 高成本，只有科研企業(yè)和大型企業(yè)才可使用高性能計(jì)算。直至云計(jì)算的 興起，按需租用、彈性資源與極低價(jià)格使得高性能計(jì)算走進(jìn)尋常百姓家。

各大云廠商也先后推出超算云服務(wù)，搶占新市場(chǎng)，高算力服務(wù)趨勢(shì)明顯。

2020 年全球公有云算力投資比例將超過(guò) 10%

? 市場(chǎng)分類(lèi)：與云算力需求分類(lèi)一致，將市場(chǎng)分為兩大類(lèi)——云計(jì)算與超 級(jí)計(jì)算。其中，根據(jù)云計(jì)算需求的客戶(hù)進(jìn)行分類(lèi)，可分為公有云、私有 云與傳統(tǒng) IT。

我們認(rèn)為，過(guò)去超級(jí)計(jì)算中對(duì)算力的投資多，未來(lái)云計(jì)算的算力投 資將逐步增多，其中公有云算力投資比例增長(zhǎng)快，傳統(tǒng) IT 次之。具 體假設(shè)比例見(jiàn)圖表 27 與圖表 28。

據(jù)我們測(cè)算，至 2020 年，全球云算力投資總規(guī)模約 62.32 億美元。 其中，至 2020 年，云計(jì)算算力投資約 39.11 億美元，超級(jí)計(jì)算算力 投資約 23.21 億美元。云計(jì)算算力投資中，至 2020 年，公有云算力 投資約 18.33 億美元，私有云算力投資約 8.01 億美元，傳統(tǒng) IT 算力 投資約 12.77 億美元。

2） 全球服務(wù)器銷(xiāo)售收入：

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)紅利見(jiàn)頂，近年來(lái)服務(wù)器銷(xiāo)售收入增速放緩，我們 預(yù)計(jì) 2018-2020 年全球服務(wù)器銷(xiāo)售收入增速小于 10%。預(yù)計(jì)至 2020 年，全球服務(wù)器銷(xiāo)售收入約 771.14 億美元。其中，至 2020 年，云計(jì)算服務(wù)器銷(xiāo)售收入約 706.14 億美 元，超級(jí)計(jì)算服務(wù)器銷(xiāo)售收入約 65 億美元。云計(jì)算服務(wù)器銷(xiāo)售中， 至 2020 年，面向公有云的服務(wù)器銷(xiāo)售收入約 155.97 億美元，面向 私有云服務(wù)器銷(xiāo)售收入約 128.12 億美元，傳統(tǒng) IT 服務(wù)器銷(xiāo)售收入 約 422.05 億美元。

……

云產(chǎn)業(yè)鏈將迎來(lái)算力時(shí)代新機(jī)會(huì)

移動(dòng)紅利見(jiàn)頂，算力時(shí)代由 0 到 1

? 云算力投資是云計(jì)算領(lǐng)域需求的最新變量，呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)。云計(jì)算可提 供的服務(wù)分為存儲(chǔ)和計(jì)算兩大類(lèi)，在過(guò)去的業(yè)務(wù)中，云計(jì)算大多提供存 儲(chǔ)服務(wù)，隨著下游業(yè)務(wù)類(lèi)型的不斷豐富，未來(lái)云廠商的計(jì)算服務(wù)將愈發(fā) 重要。根據(jù)我們的測(cè)算，至 2020 年全球算力投資總規(guī)模有望達(dá)到 62.32 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 44%，呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)。同時(shí)，云計(jì)算算力投資 呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)性變化，公有云算力投資比例大幅提升，由 2014 年的 0.01% 提升至 2020 年的 11.75%，公有云廠商大幅增加算力投資，主要原因是 云廠商迎來(lái)算力時(shí)代，除提供傳統(tǒng)的存儲(chǔ)服務(wù)外，各云廠商逐漸配置其 計(jì)算服務(wù)能力，增加算力投資。

? 云計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈已形成較完整的生態(tài)系統(tǒng)，上游芯片與下游應(yīng)用成為算力 時(shí)代新空間。云計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈主要由上游芯片，中游服務(wù)器等設(shè)備供應(yīng)商、 以及下游云平臺(tái)提供商、應(yīng)用開(kāi)發(fā)商等組成。經(jīng)過(guò) 10 年的發(fā)展，目前 已經(jīng)形成了較為完整的生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)建了從芯片到終端用戶(hù)的全產(chǎn)業(yè)鏈 條。算力時(shí)代，上游芯片與下游應(yīng)用開(kāi)發(fā)商將帶來(lái)新的市場(chǎng)空間。具體 而言，相比通用芯片，專(zhuān)用芯片可提供更加高效的運(yùn)算能力，其中 ASIC 運(yùn)算效率高，但通用性較差，GPU 運(yùn)算效率相對(duì)較弱，但通用性好， 我們認(rèn)為，未來(lái)具有較大細(xì)分領(lǐng)域需求的 ASIC 芯片有很強(qiáng)的發(fā)展前景。 此外，下游應(yīng)用場(chǎng)景格局也在逐步清晰，智能駕駛與基因測(cè)序具有良好 的市場(chǎng)成長(zhǎng)性，成為投資熱點(diǎn)，技術(shù)也更加成熟，有望成為算力時(shí)代最 先普及的應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)受益于比特幣的熱度，區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)逐漸步入人 們視野，相應(yīng)的技術(shù)正蓬勃發(fā)展。

從 Facebook、微信每月新增活躍用戶(hù)數(shù)量上，我們可以看到移動(dòng) 互聯(lián)網(wǎng)紅利已見(jiàn)頂，未來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展增速將趨緩，而云算力投資是 云計(jì)算領(lǐng)域的最新變量，將不受云計(jì)算周期波動(dòng)，從云算力投資規(guī)模上 看，云算力投資年復(fù)合增長(zhǎng)率可達(dá) 44%，至 2020 年有望達(dá)到 62 億美 元，同時(shí)，算力投資結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化，公有云算力投資比例大幅提升，至 2020 年將超過(guò) 10%。算力時(shí)代由 0 至 1 產(chǎn)生增量需求，從產(chǎn)業(yè)鏈的角 度看，上游芯片與下游應(yīng)用有望打開(kāi)市場(chǎng)新空間。

加速器芯片打開(kāi)市場(chǎng)新空間，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛

（一） GPU：應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，具有較完整的技術(shù)生態(tài)

GPU 一般指圖形處理器（Graphics Processing Unit），用途是將計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)所需要的顯示信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)，并向顯示器提供行掃描信號(hào)， 控制顯示器的正確顯示，是連接顯示器和個(gè)人電腦主板的重要元件，也 是“人機(jī)對(duì)話”的重要設(shè)備之一。GPU 擅長(zhǎng)大規(guī)模、獨(dú)立的浮點(diǎn)和并行 計(jì)算，使顯卡削減了對(duì) CPU 的依賴(lài)，并實(shí)行部分原本 CPU 的工作。

? 獨(dú)立 GPU 呈寡頭壟斷市場(chǎng)格局，英偉達(dá)為行業(yè)龍頭。GPU 分為集成 GPU和獨(dú)立GPU，集成GPU是指是集成在CPU或芯片組內(nèi)部的GPU， 沒(méi)有獨(dú)立的顯存，共享系統(tǒng)內(nèi)存作為顯存，比如，英特爾的 GPU 基本 為集成顯卡芯片，用于英特爾的主板和英特爾的 CPU，隨著英特爾主板 及 CPU 而發(fā)售，集成 GPU 市場(chǎng)的主要生產(chǎn)廠商有英特爾、英偉達(dá)、AMD 等，據(jù) EEFOCUS統(tǒng)計(jì)，2016年英特爾集成GPU市場(chǎng)份額達(dá)到68.1%； 獨(dú)立 GPU 是以獨(dú)立板卡形式存在，可在具備顯卡接口的主板上自由插 拔的顯卡，具備單獨(dú)的顯存，不占用系統(tǒng)內(nèi)存，且在技術(shù)上于集成 顯卡，能夠提供更好的顯示效果和運(yùn)行性能，主要生產(chǎn)廠商有英偉達(dá)和 AMD，英特爾宣布將于 2020 年進(jìn)軍獨(dú)立 GPU 市場(chǎng)。

?空間大，全球 GPU 開(kāi)發(fā)者數(shù)量已達(dá) 80 萬(wàn)人。GPU 計(jì)算定義了一種全新的超負(fù)荷定律。它始于高度專(zhuān)業(yè)化的并行處理器， 通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件、算法以及優(yōu)化應(yīng)用程序的方式持續(xù)發(fā)展。30 年來(lái)，CPU 性能的變化從未脫離摩爾定律，但是 CPU 性能的提升已經(jīng) 放緩，而 GPU 正以每年 1.1 倍的速度蓬勃發(fā)展，如今，全球 GPU 開(kāi)發(fā) 者數(shù)量已達(dá) 80 萬(wàn)人。隨著人工智能的快速發(fā)展，應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展， GPU 最先引入深度學(xué)習(xí)，且具有較為完整的技術(shù)生態(tài)，開(kāi)發(fā)者可以迅速 獲取到深度學(xué)習(xí)加速算力，降低了深度學(xué)習(xí)模型從研發(fā)到訓(xùn)練加速的整 體開(kāi)發(fā)周期，目前，英偉達(dá)保持著地位，隨著包括谷歌、臉書(shū)、微 軟、亞馬遜以及百度在內(nèi)的巨頭相繼加入決戰(zhàn)，未來(lái) GPU 市場(chǎng)發(fā)展空 間大。

? GPU 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。大致包括游戲、高性能計(jì)算、AI 與區(qū)塊鏈等領(lǐng)域。

? 在游戲領(lǐng)域，GPU 可憑借其專(zhuān)為圖形加速而設(shè)計(jì)的架構(gòu)和計(jì)算能力，提 供一種更加高效的渲染解決方案，當(dāng)下諸多好萊塢制作水準(zhǔn)的熱門(mén)游戲 都采用了 GPU，將日常 PC 轉(zhuǎn)變成強(qiáng)大的游戲機(jī)；

? 在高性能計(jì)算領(lǐng)域，利用 GPU 讓通用型計(jì)算擁有了 GPU 并行處理的能 力，助力超級(jí)計(jì)算機(jī)和云超算中心，使用 GPU 能夠使得應(yīng)用程序獲得 超快的運(yùn)算能力，成為天氣預(yù)報(bào)、材料科學(xué)、風(fēng)洞模擬和基因組學(xué)等的 核心；

? 在 AI 領(lǐng)域，GPU 計(jì)算可以助力深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需的運(yùn)算，使其能夠從 龐大的數(shù)據(jù)中學(xué)會(huì)識(shí)別各種圖案，具體而言，在構(gòu)建自動(dòng)駕駛汽車(chē)時(shí)， GPU 服務(wù)器能夠模擬環(huán)境以及汽車(chē)的各種傳感器探測(cè)四周，同時(shí)處理模 擬監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在醫(yī)療影像分析方面，GPU 提升圖像處理速度，加速醫(yī)療 影像分析，在制造業(yè)方面，使用 GPU 可以構(gòu)建與訓(xùn)練自主機(jī)器人，使 其具有感知、定位、導(dǎo)航和操作等功能，在物流業(yè)方面，GPU 的超快浮 點(diǎn)計(jì)算性能，能夠支持無(wú)人機(jī)探索危險(xiǎn)地帶，以及讓機(jī)器人每天投遞數(shù) 百萬(wàn)的包裹；

? 在區(qū)塊鏈領(lǐng)域，使用 GPU 礦機(jī)可以提高算力，例如，以太坊、比特幣 鉆石等加密貨幣用的是圖形算法，所以用顯卡計(jì)算的速度會(huì)高。

（二） FPGA：技術(shù)密集型行業(yè)，美國(guó)壟斷全球市場(chǎng)

FPGA（Field-Programmable Gate Array，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）， 是指一切通過(guò)軟件手段更改、配置器件內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)和邏輯單元，完成 既定設(shè)計(jì)功能的數(shù)字集成電路。FPGA 可隨意定制內(nèi)部邏輯的陣列，并 且可以在用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行即時(shí)編程，以修改內(nèi)部的硬件邏輯，從而實(shí)現(xiàn)任 意邏輯功能，具有可編程靈活性高、開(kāi)發(fā)周期短、并行計(jì)算效率高等優(yōu) 點(diǎn)。未來(lái)，如果 FPGA 價(jià)格到低一定程度，將替代大多數(shù)的 ASIC 芯片。 但是，目前制約 FPGA 發(fā)展的三大因素主要有：成本、功耗和編程設(shè)計(jì)。

? 技術(shù)密集型行業(yè)，美國(guó)壟斷全球市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn) FPGA 在中國(guó)市場(chǎng)占有率僅 2%，中國(guó)基本依賴(lài)進(jìn)口。FPGA 是一個(gè)技術(shù)密集型的行業(yè)，沒(méi)有堅(jiān)實(shí)的 技術(shù)功底，很難形成有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。全球曾經(jīng)有 60 多家公司先后斥 資數(shù)十億美元研發(fā) FPGA，包括英特爾、IBM、德州儀器、摩托羅拉等 行業(yè)巨鱷，但是最終只有位于美國(guó)硅谷的四家公司擁有 FPGA 相關(guān)技術(shù) ——Xilinx（賽靈思）、Altera（阿爾特拉）、Lattice（萊迪思）、Microsemi(美 高森美)，其中，Xilinx 始終保持著全球 FPGA 的霸主地位。近些年國(guó)內(nèi) 陸續(xù)誕生了一些 FPGA 設(shè)計(jì)公司，且有蒸蒸日上的趨勢(shì)，但在市場(chǎng)份額 及技術(shù)方面和國(guó)際巨頭差距非常大，還遠(yuǎn)未達(dá)到挑戰(zhàn)巨頭的實(shí)力。 國(guó)產(chǎn) FPGA 在中國(guó)市場(chǎng)的占有率僅 2%，中國(guó)基本依賴(lài)進(jìn)口。

? Xilinx 與 Altera 占據(jù)近 90%全球市場(chǎng)份額，至 2020 年全球 FPGA 市 場(chǎng)規(guī)模達(dá) 84 億美元。在 FPGA 領(lǐng)域，Xilinx 和 Altera 長(zhǎng)期穩(wěn)坐第一第 二的位置，兩家公司共占有近 90%的市場(chǎng)份額，專(zhuān)利達(dá) 6000 多項(xiàng)，根 據(jù) 2017 年財(cái)報(bào)數(shù)據(jù)顯示，Xilinx 和 Altera 分別占有 48%和 41%的市場(chǎng) 份額，剩余市場(chǎng)份額被 Lattice 占據(jù)多數(shù)。據(jù) Gartner 數(shù)據(jù)顯示，2014 年全球 FPGA 市場(chǎng)總規(guī)模達(dá)到 50 億美元，其中中國(guó)市場(chǎng)份額有 15 億美 元，中國(guó)市場(chǎng)占全球市場(chǎng)的三分之一，據(jù) Gartner 預(yù)測(cè)，2015 年至 2020 年全球 FPGA 市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率為 9%，至 2020 年全球 FPGA 市場(chǎng) 規(guī)模將達(dá)到 84 億美元。

? 主要運(yùn)用于軍事領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)發(fā)展依靠自主可控，民用市場(chǎng)發(fā)展空間大。

（三）ASIC：開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，量產(chǎn)成本低，對(duì)下游細(xì)分領(lǐng)域需求要求高

? 量產(chǎn)成本低，2020 年全球 ASIC 市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá) 46 億美元。ASIC （Application SrIecific Intergrated Circuits)即專(zhuān)用集成電路，是指應(yīng)特 定用戶(hù)要求和特定電子系統(tǒng)的需要而設(shè)計(jì)、制造的集成電路。具有功耗 低、性能高、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、量產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。根據(jù) Frost & Suliivan 統(tǒng)計(jì)，2012 年全球 ASIC 市場(chǎng)規(guī)模僅 0.4 億美元，至 2020 年，有望達(dá) 到 46 億美元。

? 開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，大廠參與競(jìng)爭(zhēng)。目前市場(chǎng)上主流 ASIC 有 TPU 芯片、NPU 芯片、VPU 芯片以及 BPU 芯片，它們分別是由 Google、寒武紀(jì)、Intel以及地平線設(shè)計(jì)生產(chǎn)。由于 ASIC 開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，僅有大廠有資金與實(shí)力 進(jìn)行研發(fā)。同時(shí)，ASIC 是全定制芯片，在某些特定場(chǎng)景下運(yùn)行效率最 高，故某些場(chǎng)景下游市場(chǎng)空間足夠大時(shí)，量產(chǎn) ASIC 芯片可以實(shí)現(xiàn)豐厚 的利潤(rùn)，比如比特大陸，它的 ASIC 芯片是專(zhuān)為礦機(jī)挖礦所設(shè)計(jì)，在區(qū) 塊鏈領(lǐng)域具有很強(qiáng)的應(yīng)用性，據(jù)分析公司 Bernstein 的保守估計(jì)，2017 年比特大陸經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)達(dá) 30-40 億美元，這與美國(guó)半導(dǎo)體巨頭英偉達(dá)去年 的經(jīng)營(yíng)利潤(rùn) 30 億美元相當(dāng)。

加速器芯片使算力時(shí)代的高算力需求得以實(shí)現(xiàn)，目前，發(fā)展較為成 熟的加速器芯片類(lèi)型有 GPU、FPGA 與 ASIC。

GPU 方面，英偉達(dá)是龍頭，它通過(guò)構(gòu)建生態(tài)增加客戶(hù)粘性，打造商 業(yè)閉環(huán)，未來(lái)具有很好的發(fā)展前景。此外，市占率達(dá) 30%的 AMD 也值 得關(guān)注，作為唯一同時(shí)具備 CPU 和 GPU 生產(chǎn)設(shè)計(jì)能力的廠商，AMD 選擇了低端客戶(hù)群進(jìn)行覆蓋，產(chǎn)品定位清晰。不僅如此，芯片巨頭 Intel 也明確指出將于 2020 年進(jìn)軍 GPU 市場(chǎng)。可見(jiàn)，未來(lái) GPU 的發(fā)展前景 廣闊。

FPGA 方面，F(xiàn)PGA 芯片的特點(diǎn)在于可編程性，具有較好的靈活性。 因此，從技術(shù)上來(lái)看，F(xiàn)PGA 的技術(shù)壁壘高，多用于軍事領(lǐng)域，目前 市場(chǎng)格局較穩(wěn)定，CR2 的市場(chǎng)份額大于 90%，美國(guó)壟斷了全球市場(chǎng)。國(guó) 內(nèi)近年來(lái)陸續(xù)有公司從低端市場(chǎng)突破，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)替代，如紫光同創(chuàng)、 復(fù)旦微電子、華微電子、中電科 58 所、航天 772 所所、京微雅格、高 云半導(dǎo)體、上海安路、西安智多晶、上海遨格芯等，國(guó)內(nèi)廠商雖然積累 了一定的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，但仍未能進(jìn)入主流市場(chǎng)。

ASIC 方面，ASIC 芯片的特點(diǎn)在于高效率、定制化。因?yàn)槠涠ㄖ瞥?度高，所以在特定場(chǎng)景下運(yùn)行效率高?；诖?，ASIC 對(duì)下游細(xì)分領(lǐng) 域需求有較高要求，因?yàn)橹挥邢掠问袌?chǎng)空間足夠大，才可分?jǐn)?ASIC 芯 片高昂的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)成本，量產(chǎn) ASIC 芯片才能實(shí)現(xiàn)豐厚的利潤(rùn)。比如比 特大陸的礦機(jī) ASIC 芯片，受益于 2017 年比特幣的高熱度，比特大陸收 入頗豐。國(guó)內(nèi)方面，在 ASIC 芯片領(lǐng)域有較大的發(fā)展機(jī)會(huì)，比如寒武紀(jì) 的 NPU、地平線的 BPU、以及比特大陸的 BM1680 等，均有機(jī)會(huì)在技 術(shù)上實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)。

下游場(chǎng)景：出行智能化與基因測(cè)序有望最先實(shí)現(xiàn)規(guī)模化

（一）出行智能化：千億市場(chǎng)規(guī)模，硬件成本下降加速量產(chǎn)落地

出行智能化是指用 AI 人工智能技術(shù)綜合徹底替代人的雙腿，可分為 步行、短距離出行和長(zhǎng)距離出行，具體應(yīng)用包括代步平衡車(chē)、服務(wù)機(jī)器 人和無(wú)人駕駛等。無(wú)人駕駛一直是市場(chǎng)上的熱門(mén)話題，但離其完全實(shí)現(xiàn) 仍需要一定時(shí)日，在此之前步行、短距離出行同樣是需要大量算力去模 擬、判斷實(shí)時(shí)路況。

? 2025 年無(wú)人駕駛領(lǐng)域可達(dá)千億市場(chǎng)規(guī)模。據(jù)前瞻研究院統(tǒng)計(jì)，無(wú)人駕駛 汽車(chē)到 2025年可以催生出一個(gè)2000 億至 1.9 萬(wàn)億美元的市場(chǎng)。至 2035 年全球無(wú)人駕駛汽車(chē)銷(xiāo)量將達(dá)到 1180 萬(wàn)輛，2025-2035 年間年復(fù)合增 長(zhǎng)率為 48.35%，屆時(shí)中國(guó)將占據(jù)全球市場(chǎng) 24%的份額。

? 無(wú)人駕駛 VC 投資正在逐步增多，各領(lǐng)域技術(shù)蓬勃發(fā)展。無(wú)人駕駛汽車(chē) 的工作原理簡(jiǎn)單地講就是以高精度地圖為基礎(chǔ)，輔以車(chē)載傳感設(shè)備所收 集的到數(shù)據(jù)，通過(guò)具有深度學(xué)習(xí)能力的智能算法的識(shí)別、運(yùn)算從而做出 相應(yīng)決策，并控制車(chē)輛達(dá)到自行駕駛。從無(wú)人駕駛汽車(chē)工作原理可以看 出，無(wú)人駕駛技術(shù)集合了人工智能、環(huán)境識(shí)別以及車(chē)輛制動(dòng)等多個(gè)科技 領(lǐng)域的技術(shù)成果，將為汽車(chē)、智能芯片、傳感器以及地圖導(dǎo)航等多個(gè)市 場(chǎng)帶來(lái)全新的產(chǎn)業(yè)機(jī)遇。根據(jù)整理 2017 年無(wú)人駕駛領(lǐng)域公司的融資情 況，可見(jiàn)，從投資方來(lái)看，已有超過(guò) 70 家資本參與到自動(dòng)駕駛的混戰(zhàn) 中。其中，超過(guò) 75%為風(fēng)投機(jī)構(gòu)，剩下 25%左右的參與者是產(chǎn)業(yè)基金。 在產(chǎn)業(yè)基金中，主機(jī)廠、汽車(chē)零部件企業(yè)、科技公司、互聯(lián)網(wǎng)公司和出 行企業(yè)分食整個(gè)市場(chǎng)。無(wú)人駕駛的產(chǎn)業(yè)進(jìn)程呈現(xiàn)明顯加速狀態(tài)，競(jìng)爭(zhēng)逐 漸趨于白熱化。

? 硬件成本大幅下降，加速無(wú)人駕駛量產(chǎn)落地。除了技術(shù)門(mén)檻需要攻克， 高昂的制造成本也是自動(dòng)駕駛汽車(chē)量產(chǎn)的一大瓶頸。隨著技術(shù)的不斷演 進(jìn)，硬件成本大幅下降，以激光雷達(dá)為例，激光雷達(dá)是傳感器的一種， 它作為檢測(cè)裝置可以掃描一定范圍內(nèi)的環(huán)境，識(shí)別人行道和障礙物等， 幫助確定車(chē)身與障礙物距離，曾經(jīng)一個(gè)激光雷達(dá)的價(jià)格高達(dá) 8 萬(wàn)美元， 近日 Velodyne 推出 16 線激光雷達(dá)，售價(jià)僅 8000 美元，價(jià)格大幅下降， 技術(shù)上，新加坡南洋理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)制造出一種固態(tài)激光雷達(dá)，成本只有 50 新加坡元（約合 36.7 美元），未來(lái)自動(dòng)駕駛核心部件的成本可能將降低到現(xiàn)有成本的 1/200。制造成本的下降有望加速無(wú)人駕駛量產(chǎn)落地。

（二）基因測(cè)序：算力要求高，中游低技術(shù)壁壘與高市場(chǎng)成長(zhǎng)性成為投資熱點(diǎn)

基因測(cè)序是通過(guò)測(cè)序設(shè)備對(duì)脫氧核糖核酸(DNA)的堿基排列順序進(jìn) 行測(cè)定，從而解讀 DNA 的遺傳密碼，為生命科學(xué)研究、臨床診斷和治 療等提供指導(dǎo)的過(guò)程。

? 產(chǎn)業(yè)鏈上游壁壘高，中游增速最快。基因測(cè)序產(chǎn)業(yè)鏈主要由上游基因 測(cè)序設(shè)備制造廠商、中游測(cè)序服務(wù)機(jī)構(gòu)及生物信息分析機(jī)構(gòu)和下游醫(yī)院、 制藥企業(yè)、高校研究所等構(gòu)成。從產(chǎn)業(yè)鏈整體上看，產(chǎn)業(yè)鏈上游的基因 測(cè)序儀及配套試劑是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈壁壘高的部分，對(duì)技術(shù)與資金均要求 密集；中游是技術(shù)壁壘較低，且對(duì)資金投入要求較低，是目前基因測(cè)序 產(chǎn)業(yè)鏈中增速

新聞名稱(chēng)：云計(jì)算科技生態(tài)變革深度研究
文章起源：http://www.bm7419.com/news18/102318.html

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