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    新聞中心

    鯤鵬計算產業研究

    來源:原創文章 作者:本站編輯 發布時間:2022-05-30 瀏覽人次:48

     

     

    一、“兩芯一云”奠定鯤鵬基礎,生態建立再戰ARM市場

    “鯤鵬”+“昇騰”雙引擎發布奠定鯤鵬產業算力基礎,與伙伴企業合力打造全棧式IT布局凸顯雄心壯志。華為2019年先后發布兩款高性能的7nm級芯片處理器鯤鵬920和昇騰910,標志自研芯片算力步入ARM架構體系前列水平。以此為契機,華為2019年7月召開“鯤鵬展翅,力算未來,開創計算新時代”為主題的首屆鯤鵬計算產業峰會,拉開全棧式鯤鵬計算產業聯盟大幕。

    (一)定位:中國乃至全球算力提供者,打通全產業鏈構建新IT生態

    算力和數據成為新的生產力和生產資料,摩爾定律放緩和登納德縮放定律接近終結給予異構計算新機遇。宏觀政策和科技發展的雙重要素驅動數字經濟迅速發展,而隨著摩爾定律的逐步放緩和登納德縮放定律接近終結,芯片算力和性能陷入發展瓶頸期,計算機現有架構發展空間受到抑制,因而對創新架構的探索和需求日益迫切。以ARM為代表的RISC通用架構處理器和以具備特定定制化加速功能的ASIC和FPGA芯等在場景多樣化的計算新時代更具有優勢。隨著未來計算產業方向的發展,多種計算架構并存的狀態有望隨云服務的發展進一步加速出現。

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    “后摩爾時代”給予“鯤鵬”亮眼機會,各類新應用需求需新算力支持,計算進入異構并存時代。受ICT技術發展的推動,海量數據爆發和以AR/VR、AI與大數據、4K超高清、智能駕駛、智能家居等各類新應用需求出現,帶動全球計算空間和計算需求出現指數級增長。根據OpenAl的報告顯示,自2012年以來,算力需求的增長出現每3.5月翻一倍,每年增長約10倍的驚人事實。而隨著處理器進入“后摩爾定律”時代,制程升級帶來效能升級邊際效應減弱。而以鯤鵬920為代表的ARM高性能處理器,利用ARM在移動設備領域積累的新工藝、新制程和新材料優勢,實現在并發性能、能耗、集成度方面的優勢,實現在分布式存儲、云端同構等應用場景的突出表現。計算產業進入異構計算時代,以ARM為代表的處理器有望在非移動端大放異彩,承接更多算力需求。

    IT全棧式布局,以開放和開源為主旋律,實現基于鯤鵬處理器的完整生態建設。早前受制于計算產業高耦合性的限制,缺少生態體系的高性能單品往往以失敗告終。華為作為鯤鵬產業聯盟發起者,深刻意識到生態的重要性,因而提出IT全棧式布局設想。且借鑒Wintel聯盟歷史,計劃利用自身的ArmV8架構永久授權和多年芯片研發基礎成為生態算力提供者,通過硬件開發、軟件開源的合作基調,逐步退出高服務需求、專業性強的領域,讓利和賦能合作伙伴,發揮產業集群效應,實現產業生態建立。

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    (二)現狀:雛形初現,各省市積極合作開展鯤鵬生態合作

    首批150家生態廠商加入,產業聯盟、華為沃土2.0計劃、開發者社區和行業伙伴認證助力生態建設,產業鏈雛形初顯。根據下圖的鯤鵬計算產業全景圖可見,華為以“鯤鵬”+“昇騰”兩大CPU為核心,向外擴展生態。利用產業聯盟、行業伙伴認證等措施推動產業集群效應,同時利用沃土計劃和開發者社區,挖掘、培養、吸引更多的人才參與進鯤鵬生態建設。

    除華為自身“賽道”外,優秀的ISV和合作整機廠商一起參與,推動鯤鵬計算產業的發展。具體的鯤鵬計算產業的伙伴企業包括:

    操作系統:誠邁科技、中國軟件;

    服務器/pc:拓維信息、神州數碼、東華軟件

    集成服務:太極股份、常山北明;

    應用服務:用友網絡、金山辦公、神州信息

    信息安全:北信源;

    大數據:美亞柏科、東方國信、易華錄;

    中間件:東方通、寶蘭德等

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    鯤鵬生態建設獲各地政府支持,迎來小高潮。自2019年7月華為和廈門市簽訂了鯤鵬生態基地和超算中心協議拉開政府共建生態大幕,近20個省市先后與華為簽訂不同類型的合作協議,涉及多家合作伙伴企業。獲取政府支持和背書后,鯤鵬計算產業獲良好開局。

    (三)發展計劃&舉措:三步走定調產業發展節奏,三類”玩家”共推生態成熟

    三步走完成從產業試點到全產業鏈打通過程,螺旋上升路徑實現創新路上的持續正反饋。根據《鯤鵬計算產業白皮書》的規劃,鯤鵬產業計劃先在包括政務、電信、金融和互聯網等重點行業豎立典型場景,打造標桿項目;后逐步擴展行業覆蓋范圍,利用技術優勢推進各行業數字化業務的發展;最后實現全產業鏈打通,構筑基于鯤鵬服務器的完整生態。因而,在現處的第一階段,鯤鵬產業需要先根據試點行業用戶需求,孵化和完善面向行業的應用,打開產業空間,實現應用與需求的對接,通過商業化推廣促進產業鏈各環節的持續創新,形成螺旋上升式發展路徑,逐步擴大產業影響力和受眾覆蓋范圍。

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    開發、開源、互利為產業發展主基調,三類角色共同推進鯤鵬產業鏈發展。在主基調下,三類角色不可或缺。1、獨立軟件開發商等合作伙伴,他們基于鯤鵬處理器開發或適配解決方案、應用軟件等產品,例如操作系統、中間件、行業應用等;2、基于鯤鵬體系的開發者,即參與開源社區建立,利用鯤鵬體系下的開源代碼進行應用開發的公司或個人;3、客戶,需要更強算力或數據資源來支撐現有業務的發展。上述三種角色既受益鯤鵬產業的生態資源,又推動產業生態的發展與成熟。因此,只有像華為這樣國內科技產業巨頭,才有能力聚集三類角色”玩家”,共同推進“新”計算生態的創立與成熟。

    建立標準和開發者體系,針對硬件、基礎軟件和應用推出不同舉措,借助產業政策,推動生態建立?,F階段我國的IT對美國平臺具有諸多依賴,以至于國內硬件廠商凈利潤率整體偏低。為了改變現有生態格局,推進鯤鵬產業發展,華為在《鯤鵬計算產業發展白皮書》中對硬件、軟件、應用等領域現狀提出改進方法,包括開發處理器和PC主板、建立開源社區、開放OS源碼等。同時提出建立產品標準體系、人才培養體系和產業政策,解決缺人才,缺通行標準、缺聯盟效應的問題。

    (四)空間:鯤鵬千億級產業規模,軟硬件廠商都將參與

    數據爆炸式增長、處理器進入“后摩爾時代”推動新技術、新計算架構的探索,催化新的計算產業鏈條和新的生態體系及ISV廠商。根據IDC預測,全球計算產業投資空間預計到2023年實現1.14萬億美元,而中國市場作為全球產業的主要推動力,約占全球10%,近1043億美元。

     

     

     

     

     

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    二、華為:聚焦算力、賦能伙伴、共建計算產業,前期注重打造生態標桿項目

    華為自身定位明晰,聚焦算力、賦能伙伴、共建計算產業。即核心聚焦處理器研發,推廣數據庫、公有云的覆蓋范圍,提供服務器端和IOT端的操作系統。早期注重生態標桿項目建設和產業鏈的正反饋,后期逐步實現硬件開放、軟件開源,進一步讓利于生態內的合作伙伴。根據華為在多場合就鯤鵬產業發言內容看,商用處理器(移動端麒麟、商用端鯤鵬、昇騰)、數據庫、華為云、操作系統(鴻蒙和歐拉)、存儲是公司重點聚焦的領域,中間件、PC操作系統、行業應用等軟件市場將全面開放給生態伙伴??紤]到鯤鵬生態的初建,公司會利用泰山系列服務器為鯤鵬CPU在計算場景的多元化利用樹立標桿。即前期會利用自己的硬件能力,對外提供主板、部件、模組等一系列產品支持合作伙伴生產服務器或PC,拉住第一批ISV廠商,構建全產業鏈架構,保證發展初期產業鏈的完備和可持續發展。后期待生態逐步完備成熟,華為會陸續退出服務要求高、專業性強的領域,進行進一步的產業聚焦。

    (一)芯片:“鯤鵬”、“昇騰”提供算力,多年積累打造鯤鵬產業核心

    長期投入,基于ArmV8架構開發最新“鯤鵬”處理器,自研架構開發“昇騰”AI處理器。華為采用長期投入、全面布局的戰略圍繞鯤鵬處理器打造了“算、存、傳、管、智”五個子系統的芯片族。經歷十幾年的研究,推出商用處理器鯤鵬、AI處理器昇騰、手機SOC麒麟芯片、以及一系列專用處理器。公司根據“量產一代、研發一代、規劃一代”的研發節奏,圍繞生態建設需求和應用場景,對鯤鵬處理器進行指令集和微架構的兼容設計,兼容全球ARM生態,實現產業間的相互促進與發展。

    鯤鵬920實現ARM架構業界性能最強,集成四大結構于單一封裝。華為2019年1月對外發布鯤鵬920處理器,鯤鵬920采用最先進的7nm工藝,集成64個核心。通過優化分支預測算法,增加OP單元數量并進一步改進內存子系統架構,整合8通道的內存控制器,提升處理器性能,使得帶寬增加幅度達48%。在SPECint基準測試中,鯤鵬服務器測試得分超過930,超行業基準25%,同時電力效率高同業30%,實現更強性能的同時降低功耗。此外,鯤鵬芯片中集成了傳統計算芯片的四大結構,包括網絡、存儲、主控芯片和CPU于單一封裝中。

    對標Intel服務器級芯片XEON-8180,48核數據跑平,功耗低20%。鯤鵬920處理器是專為大數據處理和分布式存儲等應用場景設計,因而應用場景與INTEL“至強”(XEON)類似。鯤鵬920(Hi1620)包括32、48和64核。在SPEC測試中,48核的鯤鵬920與IntelXEON8180的性能相當,而64核的測試性能要優于XEON8180。且48核的鯤鵬功耗為150W低于XEON8180的205W。此外,進一步對比內存等指標和集成網卡等特點,鯤鵬920在海量存儲的應用場景中更有優勢。

    昇騰310和昇騰910兩款AI芯片拉開華為AI處理器產品之路。華為基于自研的達芬奇框架,推出用于邊緣計算和低功耗場景下的昇騰310和主打訓練和高效計算的昇騰910。具體來看,基于典型配置的昇騰310,在八位整數精度(INT8)下的性能達到16TOPS,16位浮點數(FP16)下的性能達到8TFLOPS,而其功耗僅為8W;昇騰910在八位整數精度(INT8)下的性能達到512TOPS,16位浮點數(FP16)下的性能達到256TFLOPS,是英偉達V100Gpu的2倍。

    “昇騰910”是已發布的單芯片計算密度最大的AI芯片,單片執行速度超過同期AI芯片。910除了基于達芬奇架構的AI核外,昇騰910還集成了多個CPU、DVPP和任務調度器(TaskScheduler),因而具有自我管理能力,可以充分發揮其高算力的優勢。其制程采用的是7nm+技術,16位浮點下的單片計算速度為256TFLOPS,高于目前谷歌TPU3.0的90T和英偉達V100的120T。

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    基于“昇騰910”AI芯片,推出超強算力的Atlas900AI訓練集群。華為通過數千顆昇騰910互聯構成Atlas900AI訓練集群,通過部署大規模分布式AI集群環境來提高神經網絡訓練系統的浮點計算能力,而每顆昇騰910AI處理器內置32個達芬奇AICore,使得單芯片提供比業界高一倍的算力,促使Atlas900訓練集群總算力相當于50萬臺PC的計算能力。目前,華為已在華為云上部署了一個集聚1024顆910的Atlas900AI訓練集群,基于當前最典型的“ResNet-50v1.5模型”和“ImageNet-1k數據集”,Atlas900AI訓練集群只需59.8秒就可完成訓練,排名全球第一。

    (二)服務器&PC:前期利用泰山服務器豎立標桿,后續主要提供主板和部件支持整機廠

    基于“鯤鵬920”芯片,推出三款泰山服務器。華為2019年1月,基于鯤鵬920芯片,推出面向大數據、分布式存儲、ARM生態和高性能計算等應用需求的三款泰山2280(均衡型)、泰山5280(存儲型)、泰山X6000(高密度)服務器。

    開發主板,后續提供主板支持整機廠進行自研服務器和PC。華為計劃在2019Q4起逐步開放基于標準規范的服務器主板和PC主板,幫助整機廠商快速開發基于鯤鵬處理器的服務器和PC等產品,降低系統設計和開發難度,縮短產品上市時間。此外,華為也在多場合表示,華為開發TaiShan服務器的根本目的是立標桿,使能產業鏈早期可以順利推進。條件成熟時,華為會逐步停止TaiShan服務器銷售業務,轉為以主板和部件等方式全面支持和服務更多整機廠商共同發展。

    不做PC整機,和整機廠合作開發自研品牌PC。在華為與山西百信聯合主辦的鯤鵬計算產業發展峰會上,山西百信展示了基于華為鯤鵬構架自研的“太行220s”臺式機樣機和“恒山”服務器。其中“太行220s”臺式機采用基于華為鯤鵬920S開發的辦公應用型主板,搭載1個鯤鵬920處理器(4/8核,2.6Ghz),擁有6個SATA3.0硬盤接口,支持2個M.2SSD插槽,擁有4個DDR4-2400UDIMM插槽,最大容量64GB。此外華為集團高級副總裁張順茂接受采訪時表示,“華為確實為國產臺式機提供芯片,型號為鯤鵬920S;我們只提供臺式機芯片,不做整機。”

    多家關于鯤鵬服務器的整機合作已落地,鯤鵬服務器產能預計將在20年下半年開始釋放。從一系列合作和公司態度看,華為未來將退出服務器整機廠的定位,轉型為核心零部件廠商。由合作的整機廠為市場提供終端產品。

    (三)存儲:多品類布局,中高端市場發力

    2019年,華為存儲位列中國存儲市場份額第一,中國全閃存、高端存儲、中端存儲市場份額第一。華為自2012年起開始推出面向企業的存儲產品,已服務于全球150多個國家的超過8000家客戶,已連續兩年成為Gartner通用存儲陣列魔力四象限領導者。

    存儲產品分為四大類型,包括全閃存存儲、混合閃陣列、云存儲、數據管理,存儲產品收入持續上升。華為存儲產品主攻中高端企業市場,通過自研智能芯片、Flashlink智能算法加持、NVMe框架等支持多控制器等技術實現中高端智能存儲需求,滿足大型數據庫、數據分析等大型企業客戶需求。

    (四)操作系統:開源歐拉OS+鴻蒙OS,打造服務器與IOT的生態基礎

    歐拉OS是華為面向企業級通用服務器推出的操作系統軟件,鴻蒙OS面向多款智能終端。

    歐拉OS全面支持鯤鵬服務器,現在是支持泰山服務器的操作系統之一。歐拉OS是基于開源技術的開放的企業級Linux操作系統軟件,歐拉OS基于centOS穩定版本,集成類先進的Linux技術,在系統性能、安全性、可靠性以及容器技術等方面實現技術增強。歐拉OS在鯤鵬服務器應用中具有多重優勢:1、支持多核并發能力,首次在鯤鵬處理器架構內實現內核熱補丁;2、通過鯤鵬處理器的關鍵特性使能,實現了核心業務場景性能突破,并在Linux內核、虛擬化、GCC、OpenJDK及Docker等開源社區持續貢獻,催熟產業生態。

    開源歐拉OS,聯合伙伴企業成立開源社區,打造開源歐拉生態。2019年9月華為宣布將歐拉OS正式開源,同時宣布與深之度、中標麒麟、普華軟件等公司聯合推出OpenEuler開源社區。OpenEuler定位為面向全球的操作系統開源社區,華為通過發布社區操作系統版本實現技術共享,商業發行商可對OS進行二次開發,個人、企業等也可直接使用社區版OS。

    鴻蒙OS是華為為智能終端打造的核心操作系統,是華為IOT生態建設的基礎。華為自17年起開發鴻蒙內核,并在2019年基于智慧屏產品推出開源框架和核心自研模塊的鴻蒙OS1.0。預計2020年推出鴻蒙OS2.0,將采用微內核框架、支持多語言統一編譯,并在手表/手環/車機等產品中使用。后續,將進一步對鴻蒙OS進行升級開發,致力于將其廣泛運用在IOT中。

    鴻蒙OS具有全場景、分布式、微內核和跨終端的四點特征?,F階段支持Linux內核、鴻蒙微內核、LiteOS等多款內核,未來會統一基于鴻蒙微內核。全場景:基于分布式管理實現調度和虛擬外設,實現跨終端的無縫使用;分布式:基于確定時延引擎和高性能PIC技術,實現系統高性能;微內核:基于全新設計,實現最基本的應用和核內安全,核外提供系統及其余應用服務;跨終端:基于統一的IDE環境實現一次開發,多端受用,實現應用跨終端共享。

    應用數量決定鴻蒙OS后續發展前景,HMS助力鴻蒙OS發展。為推動華為HMS生態發展,華為將全面開放HMS,同時公布10億美金的耀星計劃,計劃在全球舉辦超過100場活動,鼓勵全球開發者加入華為HMS生態。隨著華為手機、PC、可穿戴設備銷售量和市占率的逐年上升,尤其是華為手機全球市占率超13%,是HMS推廣的機遇。待鴻蒙OS的待適配條件成熟后,可直接將HMS生態下的應用直接遷移至以鴻蒙OS為操作系統的手機上,實現華為手機全自有配置,也可提升鴻蒙OS的適用性和使用感。

    (五)數據庫:分布式數據庫,支持X86和ARM雙框架

    GaussDB為企業級、具有AI性能的分布式數據庫。華為GaussDB是一個企業級AI-Native分布式數據,采用MPP(Massive Parallel Processing)架構,支持行存儲與列存儲,提供PB(Petabyte,2的50次方字節)級別數據量的處理能力??梢詾槌笠幠祿芾硖峁└咝詢r比的通用計算平臺,也可用于支撐各類數據倉庫系統、BI(Business Intelligence)系統和決策支持系統,為上層應用的決策分析提供服務。

    經歷自用、產品、創業化三階段,華為數據庫正式面向全行業。華為從2001年底開始進入數據庫領域,歷經20年發展,于19年正式對外發布企業級分布式數據庫——GaussDB。第一階段(2001-2011):聚焦電信行業,圍繞公司的電信業務展開,研發的分布式內存數據庫,主要為了在電信領域里面滿足在線計費業務的需要;第二階段(2011-2019):成立實驗室,進入產品化研發階段。期間分別通過和工商銀行、招商銀行聯合創新,分別推出了企業級的分布式OLAP數據庫、分布式OLTP數據庫產品;第三階段(2019-未來):正式對外發布企業級分布式數據庫,進入產業化階段。該階段內華為將攜手產業合作伙伴共同打造開放繁榮的數據庫產業生態。例如,在金融領域,華為攜手神州信息針對銀行推出一體化解決方案,覆蓋芯片到服務器到操作系統數據庫到應用,再到全棧自主研發的解決方案,滿足銀行自主可控需求。

    高可靠、高性能和高擴展為GaussDB核心優勢,其中ARM/X86通用意在瞄準國內替換市場。華為GaussDB的高可靠性表現在全組件HA,無單點故障。即數據節點采用HA+Handoff技術,協調節點多活。擴容業務不中斷。擴容過程中支持數據增、刪、改、查,及DDL操作;由于全并行計算,行列混存+向量化執行,因而實現萬億數據關聯分析秒級響應;并行BulkLoad,數據快速入庫體現數據庫的高性能;數據庫采用Shared-nothing架構,具備超強的Scale-out橫向擴展能力,可擴展至2048節點;可通用X86/ARM架構,擴容成本低。

    GaussDB-OLTP(事務性數據庫)是基于電信計費領域規模商用的自研內存數據庫進行全面改造。支持x86和華為Kunpeng硬件架構,基于創新性數據庫內核,提供高并發事務實時處理能力和分布式高擴展能力,用于支撐金融、政府、電信等行業核心關鍵系統。支持單機、主備、分布式等主流部署方式。目前GaussDB-OLTP數據庫在基于華為Kunpeng硬件架構的16節點的TPC-C標準測試中,性能達到千萬級tpmC。根據測試情況,GaussDB-OLTP展現四點特性高可用、高性能、高擴展和兼容性。

    GaussDB-OLAP(分析型數據庫)是2011年開始預研,之后基于PostgreSQL9.2.4進行全面改造,目前已經形成完整自研內核。GaussDBOLAP是可進行大規模并行處理的分布式數據庫,支持行列混合存儲以及線程化,能夠支持高達2048節點的集群規模(已經通過信通院的512節點認證)。數據庫內核三大引擎中,優化器(含SQL解析和SQL優化)、執行引擎、存儲引擎,除了SQL解析部分,其他都已重構。作為企業級分布式數據庫產品,GaussDBOLAP數據庫還提供了包括運維管理、開發工具、遷移工具、數據復制工具等五大完整工具集。由于數據庫主要面向OLAP場景,支持MPP(大規模并行處理)分布式部署方式,故而產品特點具有高可用、高性能、高擴展、數據融合、計算融合、數據安全等特性。

    數據庫的生態體系和迭代進度決定產品后續發展。Oracle數據庫的壟斷地位是隨著WINTEL體系在PC時代逐步建立的,而AWS數據庫則是依托云計算和互聯網公司對數據庫的需求逐步推廣使用的。華為Gauss數據庫隨著華為鯤鵬產業發展帶來的華為IT架構發展,容易形成整體耦合性進而有望逐步被推廣使用。對比三款數據庫的使用架構看,Oracle和AWS仍主要支持X86,而Gauss可以支持X86、ARM等異構場景,可適用于更多的計算場景。從現階段的客戶看,Oracle客戶多為傳統大型企業,AWS以互聯網公司為主,Gauss目前主要在銀行、電信等行業存在用戶,客戶數量存在劣勢。隨著鯤鵬體系的推廣和客戶數量的增多,客戶反饋的加速,Gauss的迭代和優化進程有望加速。因此,我們認為鯤鵬體系和Gauss數據庫發展為相輔相成的關系,隨著產業生態進一步發展,Gauss的用戶也有望隨之增加。

    (六)華為云:多元架構,具備多核高并發能力

    華為云鯤鵬云服務是具備多核高并發能力、提供多元架構、支持混合云模式的云計算平臺。華為云基于鯤鵬處理器的云服務最多可支持128個物理核,10倍提升ARM原生應用的高并發處理性能,可同時兼容X86與鯤鵬架構,擁有全?;旌显平鉀Q方案。在AI、大數據、HPC等場景下,可以提供多元算力,支持移動端應用無縫平滑上云,也可以通過云聯邦混合云聯接華為公有云的全量服務,滿足全行業企業的數字化轉型的需求。

    四大鯤鵬基礎云服務、全?;旌显迫A為云Stack8.0助力企業上云。目前華為云已發布五款鯤鵬云基礎服務,包括鯤鵬裸金屬服務器(BMS)、鯤鵬彈性云服務器(ECS)、鯤鵬云容器引擎(CCE、CCI)、鯤鵬云手機服務(CloudPhone),具有多核算力、高性價比、端云協同、生態豐富等優勢。此外,2019年9月華為云還發布了基于鯤鵬處理器的全?;旌显平鉀Q方案華為云Stack8.0,具有“X86+鯤鵬”雙架構、“云上+本地”雙平臺,公有云、私有云統一架構等特性,實現將應用數據部署在線下的私有云、需求部署在公有云的平臺上的多場景協同、“一個企業一朵云”的混合云交付模式;用戶也能夠實現X86和鯤鵬體系的混合部署,實現無縫連接。

     

    三、天時地利人和助推鯤鵬產業鏈發展

    計算產業的發展受益于IT技術的革新,受制于軟硬件高耦合性帶來平臺霸權。鯤鵬計算產業現在正處天時地利人和助推階段,受益云計算帶來的技術變革、享受開源計劃的助力、擁有千億市場和人才的儲備,看好產業后續在八大重點行業的發展與擴張。

    (一)天時:云計算發展顛覆PC時代對單機性能的追求,開源計劃興起助力打破壟斷

    云計算帶來IT時代新變革,削弱軟硬件高度耦合影響,開源軟件實現定制需求。在傳統PC配置中,企業級IT服務受制于安迪比爾定律,需先購置一批高價軟硬件和配備專業的IT技術人員維護,后方可開展業務。且由于各軟件對運行環境的不同,致使容易存在兼容性問題。而云計算的出現則利于削弱兼容性和高度耦合問題,滿足企業IT需求的同時削弱投入成本,打破數據與應用孤島。此外,互聯網企業利用開源定制化軟件降低成本,推動開源計劃興起,實現開源基礎軟件在云計算時代市占率上升。

    云計算下分布式計算和存儲削弱終端性能,國產CPU進入云產業成為可能。服務器作為云計算數據中心最重要的硬件需求,不似之前企業級高性能通用型服務器需求,云廠商的主要采購需求是高性價比定制型服務器。分布式存儲與計算的優勢使得擁有驚人計算和存儲能力的華為云、阿里云等云廠商采購的多數是性能較為低端的X86服務器,單個芯片或單臺性能不成為被追求的目標,疊加“后摩爾時代”的到來,國產CPU的同期性能雖低于Intel同期產品,但云計算造成單機性能需求降低,國產CPU進入IT系統成為可能。

    云計算數據處理與存儲中心化,帶動后端硬件集中度上升。硬件廠商捆綁云廠商,穩定在云時代的市占率與出貨量。對比傳統IT架構下由一個個PC終端構建的硬軟件生態體系,云計算帶來的算力與存儲需求集中導致IT產業從個體消費級需求往企業級市場轉變。具體來看:1.全球IT基礎設施采購量逐步向云計算廠商集中,云廠商的CAPEX很大程度上影響硬件銷售情況和迭代需求;2.硬件類型從高性能商業通用型向高性價比定制型轉變,云廠商采購的IT基礎設施的集中度高于傳統消費型市場。因而與云廠商捆綁將助于硬件廠商穩定市場份額,鯤鵬產業捆綁華為云,前期穩定硬件廠商出貨量,形成產品迭代的正循環。

    云應用提高兼容性,削弱對操作系統、硬件環境的依賴,打破Wintel聯盟限制。云計算條件下的終端應用,是由軟件模式逐步轉為通過WEB服務方式提供,因而對終端操作系統和處理器性能需求降低。云計算設想的終端條件,是只需要瀏覽器即可運作應用,類似于現階段的小程序等輕量級應用。因而隨著終端應用輕量化,使得應用開發會一定程度上擺脫對原有操作系統和硬件生態的限制,使得Wintel聯盟不攻自破。

    Wintel以外是開源的世界,互聯網巨頭助力開源計劃。目前Wintel打造的硬軟件生態是個人PC時代的信息壟斷,壟斷CPU和基礎軟件行業,即Intel在CPU市場的份額為80.7%(2020),微軟在操作系統市場的份額為80.5%(2020)。除此以外的市場份額被開源產品占據,例如ARM對抗Intel,Linux對抗微軟,MySQL等開源數據庫對抗Oracle。云計算帶來的是軟件和應用的革命,從而進行逆產業鏈的革新。云廠商掌握者最強算力和技術最新的數據中心,因而需要高集成、模塊化、面向應用的硬件設備,這些是傳統品牌商無法提供的,因而Facebook、阿里巴巴、LinkedIn先后發起了硬件開源計劃,通過重新設計硬件技術,滿足云計算帶來的計算基礎架構更新需求。

    華為、阿里的巨頭回補IT生態,利用自身需求和影響力吸引開源市場參與者。目前中國IT建設是基于美國平臺的,造成即使中國IT市場的增速成為全球IT最主要動力,卻因缺少核心價值產品無法出現類海外的軟硬件巨頭。而在互聯網、通信行業領域,我國出現了華為、阿里這樣的萬億公司。他們憑借著多年技術積累,逐步優化、迭代開源產品,例如:華為的鯤鵬、昇騰芯片,鴻蒙、歐拉操作系統,GauseDB系列數據庫和阿里云的飛天云計算底層架構、Oceanbase數據庫等。上述巨頭利用龐大的產品體系和自身需求,推動更多開發者進入他們的開源體系,通過參與巨頭IT生態的開發與建立,探索應用或集成以外的商業模式。

    (二)地利:龐大的終端替換與升級市場,戰略需求下帶來的政策支持

    龐大人口和經濟體量帶來市場需求,勞動力價格上升加速信息化化進程。目前中國的GDP總量和美國差距在縮小,而龐大的人口基數和智能化產品的普及導致中國PC市場占比維持在20%以上。隨著中國勞動力價格的上升,工業發展持續進入智能化與信息化升級階段,利用IT技術提高效率需求日益凸顯。因此,整體看我國市場屬全球最大IT需求市場之一,具有龐大的人口和工業基礎需求,勞動力成本上升帶動IT升級需求。

    明確IT核心的戰略地位后,國家出臺一系列文件支持、鼓勵建設自有生態。國家自2001年起先后發布多項重量級政策和文件,自十三五開始多次在重要會議上提及信息創新產業鏈的產業高度和發展必要性,并于2018年首次發布國產化信息產品《適配名錄》,常年對處于信息創新鏈的相關企業提供研發補助、財政補貼和稅收優惠。未來基于外部環境變動和戰略定位,信息創新仍將持續受益政策利好,政策助力黨政和重點行業對信息創新產品需求上行。

    (三)人和:多年技術積累開啟產業化進程,沃土計劃、人才培養提供新活力

    信息創新建設歷經20多年發展,進入產品全面可用階段。國家自1999年開始進入“核高基”時代后,先后經歷去“IOE”、芯片半導體安全可控時代,到現在的全面信息創新時代。經歷20多年的篳路藍縷后,我國自主研發的底層芯片如龍芯CPU、鯤鵬CPU、海思CPU;中標麒麟、天津麒麟、深度、UOS等操作系統;人大金倉、武漢達夢數據庫等相繼亮相??梢姮F階段我國IT核心產業如基礎軟件和芯片市場均有自研可用產品。

    自研產品的單打獨斗無法形成生態,鯤鵬計算產業的建設則是從市場角度出發致力聯合多家ISV打造生態。正如前文所說Wintel體系下的軟硬件高度耦合,在提供框架與兼容性標準的同時也綁架了體系下應用與基礎軟件的開發。鯤鵬計算產業的出現則是建立一套基于ARM的開源生態,提供硬件開放、軟件開源,先通過滿足自用需求,再逐步往重點行業推廣的策略匯聚全產業鏈優質企業一起推動生態建立與發展。即在自用需求上完成對產品的初步打磨,再推入市場加速產品更新與迭代。

    中芯國際的技術發展或將承接部分華為芯片流片工作,臺積電7nm芯片僅包含約9%的美國技術受限概率低。華為鯤鵬產業基礎是鯤鵬+昇騰兩大芯片,因而在外部環境影響下,市場對流片環節的擔憂更甚。一方面是外部環境緩解,華為再獲90天延期許可,趁此機會華為可以提前備貨,例如華為在2018年的財報中的存貨達到965.45億元,同比增長33.44%;另一方面美方對“美國最低含量標準”最低限在10%左右,根據路透社報道稱臺積電內部評估,臺積電7nm及以下制程源自美國技術含量不到10%,而最新的鯤鵬920芯片和昇騰910芯片均采用7nm工藝制程,因而可繼續供貨。此外,對于14nm制程,臺積電評估美國技術含量在15%以上或將受限,但中芯國際已宣布可流片14nm制程芯片(包含改進12nm技術)實現量產,并將于2021年正式出貨。因而需14nm/12nm技術流片的華為可與中芯國際合作,緩解外部限制。

    華為沃土2.0計劃和教育部招生政策往國家戰略需求傾斜,新鮮優質人才助推鯤鵬產業計算發展。華為沃土2.0計劃希望通過產品、賦能、聯盟、社區和激勵五方面升級和推動鯤鵬生態發展,預計未來5年總投資高達15億美元。根據華為副總裁張順茂的講話稱,華為從2015年發布“沃土計劃”至今已吸引超過130萬開發者和14000家ISV加入,希望通過“沃土計劃2.0”將開發者數量在未來5年內增加至500萬。同時他透露未來“沃土計劃”還將細分為高校教研扶持計劃、開發人員成長計劃、初創企業扶持計劃和合作伙伴發展計劃針對開發者的不同階段,“沃土計劃2.0”的激勵基金分別設有學習成長基金、產品開發基金和市場發展基金。此外,在2020年高考政策提出強基計劃,強調選拔志于服務國家重大戰略需求且綜合素質優秀或基礎學科拔尖的學生,重點在在數學、物理、化學、生物及歷史、哲學、古文字學等相關基礎專業招生;2020年國家研究生計劃增量的前提下,提出將增額重點投向臨床醫學、集成電路、人工智能等高層次的應用型人才。因此,新鮮優質人才的招募和集成電路、人工智能等高尖端專業人才數量的增加,是發展我國IT生態的重要推動力。

     

    四、復盤歷史:為何此時看好華為ARM服務器發展

    回顧過去10年,Intel處理器基本壟斷了近250億美元的服務器處理器市場,市占率持續超過90%。事實上,AMD旗下皓龍處理器(2003年)曾在服務器市場上占據了26%的份額,ARM陣營也一直在努力服務器CPU產品化,但相對保守和求穩的服務器市場,使得處理器的更迭上遠慢于終端PC市場。云計算和互聯網產業發展致使互聯網巨頭對服務器需求快速上漲,商業利益致使其直接自己設計和定制白牌服務器導致服務器整機市場的重構,之后存在下場設計處理器并再次重構服務器芯片市場的可能。而華為受益手機業務和云需求,正處引領打造ARM生態歷史的時點上。

    (一)復盤:ARM服務器CPU多年折翼史和新階段

    ARM體系下的服務器CPU發展歷史可大致分為3部分,關鍵詞分別為募資失敗、邏輯與市場的背離、新”玩家”。

    第一階段(2008-2013)募資失?。篈rm參投Calxeda公司,計劃研發處理器,意圖降低數據中心的耗能,并且提高相同空間的計算力密度,首期募資$48M。2011年Calxeda發布它基于A9的芯片EnergyCoreECX-1000,該產品管理引擎最強的地方在于功耗管理,可實現4w到1w動態調整,每個節點的制造成本大約是$28。2013年因募資失敗,無法繼續ArmV8即A15芯片研究的時候,Calexda宣布破產,兩輪融資合計$103M。復盤Calxeda的失敗,其在32bitARM芯片的研發上花費太多,當低成本的服務器芯片配套設計的是昂貴的高密度網絡支持(3G時代),只會增加成本。即設計與現狀配套環境的不匹配和資金規劃問題,導致Calxeda的失敗。

    第二階段(2011-2018)邏輯與市場的背離:2011年Arm宣布了64bit的Armv8,AppliedMicro公布了X-gene的計劃,標志著第二輪ArmV8浪潮的開始。在第二階段中,APM的X-gene,Cavium的ThunderX,高通的Centriq2400,甚至三星的投入,都是以自研核心、標準設計為研發基礎。但ARM框架下多廠商的競爭與發展,導致力量分散,缺少規模效應,使得性價比優勢并不明顯。此外,Intel自身就是利用開放的工業標準的高性價比處理器打敗了所有私有RISC處理器,而ARM想用更開放的生態和更高的性價比在缺少軟件生態的支持下,更開放的硬件生態優勢并不明顯。因而,半導體業界和系統廠商推動ARM處理器發展帶來的邏輯與市場的背離,商業化發展需求導致廠商無法長期投資,導致二輪發展浪潮的終結。

    第三階段(2018-至今)新“玩家”:AWS、華為、Ampere等廠商意圖從云廠商的市場需求出發,打破Intel的壟斷,借助ARM框架開發處理器。之前高通開發ARM芯片意圖也是寄予低功耗可以降低數據中心運營成本的優勢,但這條邏輯需要云廠商的采購驗證。而以AWS、華為為代表的云廠商,自研芯片可直接用于自身云服務,驗證芯片性能的有效性,使得客戶從設計之初便被確定。此外,考慮到ARM處理器是需要生態支持的,鯤鵬計算產業和PelionIoT平臺的成立,即總結了之前的經驗,通過生態共同建設,推進ARM處理器發展。

    (二)ARM框架優勢:低能耗,移動市場的高占比滿足異構性

    ARM架構選擇具有三點顯著優勢:低能耗、并發處理優勢和云端同源需求。

    (1)低能耗。由于超/大型數據中心的建立往往會受到能耗限制,致使市場對高效率、低成本、低能耗的綠色計算需求越來越強烈,也給綠色計算產業帶來前所未有的發展機會。“降低數據中心的耗能,并且提高相同空間的計算力密度”是ARM架構下處理器的一致追求,且從現有的ARM處理器看,同等測試條件下的低能耗是其核心優勢。

    (2)更優并發處理效率。以Arm為代表的RISC通用架構處理器,在分布式數據庫、大數據、Web前端等高并發應用場景下,因單芯片核數更多相比傳統處理器擁有更好的并發處理效率。

    (3)云端同源帶來的ARM架構需求。移動終端正在快速取代傳統PC在終端市場中的地位。為了降低應用開發者在異構環境下進行二次開發所造成的性能損失和潛在漏洞風險,以及隨著這些海量移動應用向云上遷移,端云協同將成為主流,端云的架構相互影響滲透,并將逐步走向趨同,這點上ARM具有優勢。

    (三)基于手機芯片技術+華為云自身需求,雙重動因推進ARM框架芯片研發

    從技術路線、成本、市場需求、利潤、現存問題的解決方法五個角度分析,看好當前華為推出ARM服務器。

    技術路線:華為完成從手機業務+手機芯片+服務器業務+服務器技術進化到ARM服務器業務+ARM服務器芯片的技術發展路線。對比之前研發ARM服務器失敗的公司,華為通過手機業務分攤ARM服務器的研發成本和自身消耗服務器實現客戶需求的自我驗證,是其研發ARM處理器的優勢。例如HP也研發過ARM服務器,但是沒有龐大的手機芯片分攤CPU的研發成本;高通也研發過ARM服務器芯片,但是除了芯片以外,沒有服務器技術,且自身運營策略出現問題。

    成本:龐大的產品體系和諸多BG分攤研發成本??紤]到服務器所用SSD控制器,網絡背板,PCI-E,SATA等屬于服務器通用技術。理論上不需要單獨的ARM服務器研發部門支付,因而上述通用技術的研發成本可由華為的不同BG負擔,并在華為服務器、交換機等硬件銷售利潤中進行對沖。此外,研發ARM芯片的核心成本是Ares內核和外設控制電路的研發成本??紤]到華為自身同時研制手機芯片、路由器芯片、交換機芯片等,以鯤鵬芯片為代表的ARM芯片的研發成本或比其他專做ARM服務器芯片的廠家的成本要低。

    市場空間:①早期考慮政府和八大行業的替換采購需求。②考慮APP運用開發商對ARM服務器測試APP的市場需求,則市場空間有望繼續上漲。目前手機APP的開發市場非常大,除了華為研發的應用和其生態下的應用,還有其他廠家的手機APP和游戲APP??紤]開發兼容和減少轉化底層開發架構的工作,如果華為后續的ARM服務器可將手機芯片和服務器芯片拉通,且若華為出售的ARM服務器整體方案不比X86服務器的方案貴,則APP開發商將樂于采購ARM服務器。

    利潤:①鯤鵬CPU的毛利潤約為50%-60%,凈利率約為20%-30%。參考近三年英特爾、英偉達、高通、賽靈思和邁威爾等主流IC設計企業毛利率主要落于50%~60%區間,凈利潤率約為25%-30%左右;②考慮華為之前需要外采X86服務器來測試手機APP,替換為自身的ARM服務器后,將節約掉虛擬機、模擬器的開銷,以及不能進行原生性軟件測試所帶來的各種開銷;③政府補貼。

    現存問題的解決方法:①缺少軟件生態:建立鯤鵬計算產業,早期對伙伴企業進行補貼,后期讓利市場空間,吸引優秀ISV進行軟件生態的建設;②缺少客戶:早期華為自產自用,現成立鯤鵬產業后可通過伙伴企業幫忙建立銷售渠道,進行銷售。

     

    五、產業生態合伙企業華為占據處理器、存儲、數據庫等核心“賽道”外,優秀的ISV和合作整機廠商一起參與,推動鯤鵬計算產業的發展。

    具體的鯤鵬計算產業的伙伴企業包括

    操作系統:誠邁科技、中國軟件;服務器/pc:拓維信息、神州數碼、東華軟件集成服務:太極股份、常山北明;應用服務:用友網絡、金山辦公、神州信息信息安全:北信源;大數據:美亞柏科、東方國信、易華錄;中間件:東方通、寶蘭德等重點關注:誠邁科技、中國軟件、拓維信息、神州數碼、用友網絡、金山辦公、神州信息、東方通

    誠邁科技:合并深之度,打造UOS操作系統

    中國軟件:操作系統國家隊,子公司整合為“麒麟軟件”

    拓維信息:行業一體化解決方案提供商,華為智能硬件生產銷售商

    神州數碼:優質分銷體系,參與鯤鵬服務器生產

    東華軟件:與華為合作研發“鵬霄”服務器,戰略級ISV合作伙伴

    常山北明:重要合伙企業,牽手華為打造智慧城市試點項目

    太極股份:助力鯤鵬在政務領域滲透,云業務有望持續豐富

    用友網絡:SAAS云服務提供商,ERP行業龍頭

    金山辦公:辦公軟件和服務龍頭,華為云鯤鵬凌云伙伴

    神州信息:金融科技全產業鏈服務商,新型金融產業融合生態有望持續發展

    北信源:安全商業聯盟成員,為鯤鵬生態打造安全護盾

    美亞柏科:電子數據取證行業龍頭,攜手華為開辟公安大數據新領域

    東方國信:國內大數據龍頭,與華為共建政務數據治理解決方案

    易華錄:華為領先級ISV,數據湖商業模式國內獨一家

    東方通:重要合伙企業,安全領域中間件支撐華為鯤鵬生態

    寶蘭德:中間件通過鯤鵬認證,深耕中國移動市場

    六、研究院鯤鵬產業展望

    鯤鵬創新中心成立以來,緊緊圍繞軟件生態平臺、產業聚合平臺、人才培養平臺、行業使能平臺為核心,構建武漢計算產業生態體系。深入落實武漢城市戰略定位,突破產業鏈瓶頸,打造具有全國競爭力的鯤鵬產業創新生態體系,對接武漢市內軟件企業387家,完成358個解決方案的鯤鵬適配認證,為武漢市軟硬件企業增加創收1億以上;以生態聚合為引領,夯實信創產業基礎,構筑300余家武漢軟硬件企業組成的百億鯤鵬產業核心生態圈;以技術賦能和人才培養加快信創產業增長,通過智能基座、鯤鵬產業學院、技術沙龍實現政產學研用深度融合;以創新鏈帶動產業鏈,深入推動信創產業協同發展,與統信軟件、中地數碼、武漢綠網等行業頭部企業合作共建生態聯合實驗室,圍繞關鍵核心技術開展協同攻關,打造具有創新、研發和供給能力的國內創新高地;全方位支撐長江計算構建核心能力,相繼突破運營商、金融、政務等核心場景, 2021產值突破10億元,產品體系逐步完善,市場快速打開,進一步夯實湖北計算產業基礎。

    未來長江鯤鵬將繼續貫徹落實武漢市突破性發展數字經濟的戰略部署,利用武漢市數字產業化和產業數字化優勢,為各行業領域數據提供更為多樣、安全、高效的算力保障。以鯤鵬、昇騰、歐拉等根技術為支撐,支持武漢市人工智能計算中心、武漢云建設及武漢超算中心規劃,建立以鯤鵬為底座的數字經濟自主發展新生態,助推武漢數字化產業發展。

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