芯思考 | 数据中心海量市场一触即发，国内外芯片厂商如何打好“攻守战”？

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人工智能、云计算、虚拟现实系统和5G网络等的出现催生了数据中心的数量，也由此推动了数据中心芯片市场的增长。

数据显示，2017 年全球数据中心芯片市场价值 77.189 亿美元，预计到 2025 年将达到 156.411 亿美元，2018 年至 2025 年的复合年增长率为 9.4%。

▲2017年和2025年全球数据中心芯片市场收入（单位：十亿美元），来源Statista

毫无疑问，数据中心这块“肥肉”，早已引得无数芯片厂商垂涎。在这种势头下，国内外芯片厂商在数据中心上的攻守之势究竟如何？国内芯片厂商能否跟得上发展的风口？

目前数据中心中核心算力芯片包括CPU、GPU、FPGA和少量的ASIC，其中各类通用CPU占比处于绝对统治地位。

▲华安证券研究所，资料来源markets and markets，Verified Market Research，Frost&Sullivan，IC Insights

今年4月，英伟达首席执行官黄仁勋的一句“负责在数据中心传输和处理数据的数据处理单元（DPU），正与CPU、GPU共同组成‘未来计算的三大支柱’”奠定了DPU的江湖地位。在英伟达看来，数据中心路线图包括CPU、GPU和DPU这三类芯片。

具体来看，CPU负责构建应用生态，GPU负责图像处理和深度学习训练，DPU则负载基础层应用（如网络、安全、存储、虚拟化等）。CPU、GPU、DPU三者共同构成了计算基础设施。

数据显示，目前CPU的年出货量超过200亿颗，其中数据中心中使用的服务器端CPU的出货量约2000万颗，PC（包括桌面、工作站等）端约2.6亿颗。仅在2020年第4季，全球基于ARM IP的芯片出货达到了创纪录的67亿颗；GPU的出货量也非常可观，超过4亿颗（包括Intel、AMD的集成核显），大部分都应用在各种终端设备中，如大量消费级和工业级电子产品中。在云端，高性能CPU和GPU是主要的两种算力芯片——也是规模最大，单价最高，应用环境最复杂的芯片。

与此同时，全球数据中心市场也保持着高速增长。数据显示，2021年全球再添超大规模数据中心28座，截至目前全球超大规模数据中心总数达到625座。未来，如果真的迈入元宇宙时代，数据将指数级爆发，届时对高性能芯片的需求量会更大。数据中心海量市场一触即发，国内外芯片厂商也开始动作频频。

近日，全球知名半导体咨询机构IC Insights更新前25家半导体供应商的销售预测排名。其中，AMD今年有望以65%的销售额增长位居榜首。IC Insights分析认为，AMD在许多领域取得了市场份额的增长，尤其是在数据中心服务器中使用的处理器方面，已成为这个蓬勃发展的市场中的领先供应商。

无独有偶，英伟达近日发布财报显示，三季度数据中心营收为29亿美元，相比去年同期的19亿美元增长了55%，成为营收增长的最强动力。Cowen分析师指出在数据中心市场，英伟达连续三个季度营收超过20亿美元。

可以看到，赶上数据爆发风口的芯片厂商正赚得盆满钵满。而为了更好地守住自己的市场霸主地位以及抢占更大的市场份额，以英特尔、英伟达、AMD为代表的巨头芯片企业也都开始围绕着数据中心芯片进行布局，不断补充自己的短板，旨在不断完善自身的数据中心网络产品生态，形成更高价值。其中，以CPU而闻名的英特尔和AMD开始向GPU领域拓展，凭借GPU而崛起的英伟达也开始涉足CPU、DPU市场。

英伟达在数据中心的“野心”勃勃，其最主要的布局就在于DPU上的技术突破。2019年3月，英伟达收购以色列芯片制造公司Mellanox之后，极大地增强了在数据中心市场的核心竞争力。基于Mellanox的硬件基础，英伟达开发出BlueFeild系列的两款DPU——BlueField-2 DPU与BlueField-2X DPU。

另外，英伟达于2020年花费400亿美金的天价从软银手中收购半导体设计公司ARM，其意图之一就是要把ARM架构的CPU设计应用到英伟达所要搭建的未来计算模式中，主要布局的领域就有超算、自动驾驶和边缘计算模式。而到今年4月，英伟达推出了基于ARM的数据中心CPU，据介绍，该芯片是专为大规模神经网络工作负载设计的，预计将于2023年在英伟达的产品中使用。

数据中心CPU市场不二的王者——英特尔也不敢有丝毫的懈怠。今年开始，英特尔对其技术组织和执行团队的重组，也被外界视为全面转型数据中心业务的开始。为满足多样化工作负载需求，如今英特尔在数据中心的芯片业务已覆盖标量（CPU）、矢量（GPU）、空间（FPGA）、矩阵（ASIC）。

在不久前的英特尔架构日活动上，英特尔就发布了下一代至强可扩展处理器，代号为Sapphire Rapids，以及数据中心基础设施处理器（IPU）Mount Evans，还有两款基于FPGA的数据中心加速平台。

英特尔如是定位IPU：“基本上，我们可以把一些数据负载从CPU转移到IPU。IPU有一些优化的存储网络和管理加速功能，例如可以处理存储协议、压缩、解压缩、加密校验和数据重新传输。不仅仅是基本的网络协议，还有存储协议。”因此，业界也认为，英特尔的IPU等同于其它公司的DPU，实际上两种芯片功能上没有根本性差别，只是命名不同。

AMD是英特尔在CPU领域的竞争对手之一。然而，凭借着 EPYC系列产品，AMD再次迎来其高光时刻，同时该系列产品也为AMD进军数据中心市场带来了希望。

根据Mercury Research的数据显示，经过长达六年的重返数据中心的争夺战，到2021年第一季度，AMD的X86处理器在数据中心的销售份额达到了11.5%。另外，AMD早于2020年10月就宣布，计划以350亿美元，收购美国FPGA（可编程芯片）企业赛灵思，其进军DPU的雄心显而易见。

在国外芯片厂商牢牢占据数据中心市场地位的背景下，国内芯片厂商为加强国产替代，也开始主动发起攻势。

在数据中心的CPU领域，国内主要有华为、飞腾、龙芯、申威、海光、宏芯、IC PARK入园企业兆芯等企业有所布局。不过，在英特尔X86架构的技术壁垒和成熟生态面前，基于ARM等架构的路径并不容易。

GPU方面，因为GPU的开发门槛很高，并且需要CPU和操作系统的配合，加之重视程度不够，国内的GPU起步很晚。只是以服务军工等行业开始，国内GPU才发展起来，并诞生了景嘉微、709、716所等一批企业。此前集微咨询（JW insights）曾统计过国内GPU厂商的状况，如下表。

值得关注的是，在国外芯片大厂不约而同将目光投向DPU市场的同时，国内DPU初创企业也正组成推动DPU国产替代的生力军，涌现出如云豹智能、益思芯、边缘智芯、星云智联、大禹智芯、中科驭数、芯启源等企业。

业内人士分析认为，国内的市场需求首先瞄准如信创领域的国产替代，其次是特定领域如运营商、金融的加速需求。

国内DPU企业的发展状况如下：

业界也为DPU的发展前景寄予了厚望。据预测，用于数据中心DPU的量将达到和服务器等量的级别，以每年以千万级新增和存量替代计算，未来5年总体需求量将突破两亿颗，超过独立GPU的需求量。而且，部署DPU已成为数据中心一项必不可少的技术，同时DPU也将部署于边缘网络和企业网络中，这将是一个不可估量的增量市场。

此外，有关业内人士认为DPU赛道的火爆并不“虚”，他分析到：“目前包括英伟达、英特尔、博通、Marvell在内的四大厂商都在DPU芯片有所布局，而且我认为收购了智能网卡大玩家赛灵思的AMD公司很快也会宣布进入该赛道。如果说世界排名前5的芯片公司都在做的赛道，你就可以认为这是一个兵家必争之地。”

DPU战事已经吹响，国内外芯片厂商即将“短兵相接”，狭路相逢，“打硬仗”几乎已经成为国内厂商的共识，这其中，硬实力依然是厂商们未来胜败的关键。