一文读懂全球算力产业链
卜淑情
作为AI 大模型时代最稀缺的“能源”之一，算力正在成为全球布局的核心。
在周一发布的研报中，国金证券陈矣骄分析师团队对算力需求的跃迁和相关产业链进行了详细的梳理： 上游国产替代芯片及元器件空间广阔；中游国内服务器厂商领军全球，光模块市场份额迅速提升；下游中国数据中心和云计算市场规模持续高速增长。
国金证券认为， 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。
算力需求跃迁：AI 模型训练规模增速超过摩尔定律，进入大模型时代
据国金证券，AI模型训练经历了四个发展阶段：
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8×1023FLOPs。
透视算力产业链
算力产业包括上游的芯片及元器件，中游的服务器与网络设备，下游的数据中心及云服务三部分构成，在其中的各个板块，均已有国产厂商深度布局。
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。
根据Yole数据，2022年全球CPU市场规模为650亿美元，预计2028年增长到970亿美元，年复合增长率为7%。
MPU（通用微处理器）是CPU的一个关键下游应用领域，主要面向服务器、桌面（台式机/笔记本）、超级计算机等市场。
2020年我国MPU市场规模达到2336亿元，约占全球39.7%。假设我国占全球市场比重保持不变，2023年我国MPU市场规模有望达3382亿元。
竞争方面，Intel约占全球MPU市场半壁江山，Intel与AMD独占x86全球市场据CounterpointAnalysis，2022年，Intel约占全球服务器CPU市场份额70.8%，AMD约占全球服务器CPU市场份额19.8%，二者合计约占90.6%；2021年，二者合计约占92.5%。
如今，中国厂商，如紫光展锐与华为海思已逐步走进国际视野，在21年ICInsight竞争格局中分别位列第八、九位，国金预计未来其份额有待进一步提升。
相较于侧重低延迟计算的CPU，GPU更侧重并行计算，可用很多简单的计算单元去完成大量的计算任务，
在当下最火的GPU市场，英伟达CUDA大幅降低GPU并行计算的编程难度，实现GPU的通用化。
2022年全球GPU市场规模达422亿美元，英伟达占全球GPU市场份额近90%，AMD与Intel约占10%。
据PrecedenceResearch，2022年，全球GPU市场规模未来10年CAGR有望保持30%以上， 2032年全球GPU市场规模有望达到7731亿美元。
随着算力从通用走向定制，ASIC专用设计芯片市场正在逐步壮大。
据MarketMonitor，2022年，全球ASIC市场规模在千亿体量，我国市场规模约在335亿元，约占全球市场的33.4%。预计2028年全球市场有望达1,677亿元，22~28年CAGR或达8.9%。
不同于CPU、GPU、FPGA，目前全球ASIC市场并未形成明显的头部厂商。由于ASIC开发周期长，仅有大厂有资金与实力进行研发。同时，ASIC是全定制芯片，在某些特定场景下运行效率最高，故某些场景下游市场空间足够大时，量产ASIC芯片可以实现丰厚的利润。
另外，FPGA（现场可编程芯片）也在崛起。
无论是CPU、GPU、DSP、Memory还是各类ASIC芯片，在芯片被制造完成之后，其芯片的功能就已被固定，用户无法对其硬件功能进行任何修改，而FPGA芯片在制造完成后，其功能并未固定，用户可以根据自己的实际需要，将空白的FPGA芯片转化为具有特定功能的集成电路芯片。
据Frost&Sullivan，2023年全球FPGA市场规模有望达94亿美元，18~23年CAGR有望达11.7%；同年，我国FPGA市场规模有望达250亿元，约占全球市场规模的37.9%，18~23年CAGR有望达16.7%。
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。
服务器在网络中为其它客户机提供计算或应用服务。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。
光模块的功能是实现光电转换，是光通信系统的核心器件。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。
交换机为接入它的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。据IDC，2022年全球交换机行业市场规模达到437亿美元，同比增长17.0%，且预计未来5年的增速稳定在4%左右，预计2027年规模将达到535亿美元。
据IDC，2022年中国交换机市场约为72亿美元，同比增长9.4%。预计2023年将进一步增长至78亿美元。
存储器是用来存储程序和各种数据信息的记忆部件，NAND和DRAM市场是主要细分市场。
全球存储市场基本被国外厂商垄断 ，三星据NAND、DRAM市场份额首位，不过随着AIServer、AIPC、AIMobile持续放量，国内存储市场有望迎来新发展机遇。
下游——数据中心/云服务——东数西算铸基，算力租赁牵引。
国金证券指出，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1500亿元，近五年CAGR达到29.96%。随着我国各地区、各行业数字化转型的深入推进，我国数据中心市场规模将保持持续增长态势，预计2023年市场规模将达到2470亿元。
从全球市场来看，全球数据中心产业规模在2022年达到1308亿美元，2019——2022年CAGR约20%。
竞争方面，美国第三方数据中心Equinix公司是全球数据中心的龙头，2022年Q2该公司全球市场份额占比达13%。
国内市场，2020年我国数据中心市场格局以运营商数据中心为主，凭借其网络带宽和机房资源优势，三大电信运营商市场份额占比超50%。
云计算服务，是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池，获取括网络，服务器等服务。
据中国信通院，2021年全球云计算市场规模达到3305亿美元，同比增长32.44%。初步统计2022年全球云计算市场规模4053亿美元，增幅22.6%。中国云计算产业正处蓬勃发展阶段。据智研咨询，2021年中国云计算市场规模达3410亿元，增速53.1%。初步统计2022年中国云计算市场规模达到4552.4亿元，增长33.5%。
据Gartner，全球云计算市场竞争格局为一超多强，2022年AWS在全球云基础设施服务市场份额为40%，保持行业第一位置，Azure、阿里云、谷歌云分别占据第二至四位，分别占比21.5%、7.7%、7.5%。
据Canalys，2022年国内前四大云计算厂商分别为阿里云、华为云、腾讯云和百度智能云，占云服务客户支出总额的79%。
本文主要观点来自国金证券，原文作者：陈矣骄S1130523020001、孟灿S1130522050001，原文标题：《算力深度报告一：算力研究框架——产业链全梳理》
