站長資訊網眾所周知，我國高端通用芯片高度依賴進口，尤其是CPU芯片，在PC和服務器領域國產廠商存在感較小，基本被國際大廠所壟斷。這背后原因一方面由于高端通用芯片技術起源于海外并持續技術突破，領先國內廠商較多，另一方面以英特爾為代表的海外國際大廠已經構建成熟商業生態并占據專利和標準制定等戰略高地，形成了多維度的壁壘，大幅增加國內廠商追趕難度。
2019年華為和中科曙光等廠商被美國納入“實體清單”，科技產業發展受制于人的境況進一步被放大。從國家安全維度和商業競爭維度，我國都有高端CPU芯片國產化替代的強烈需求，國家自上而下的重視下，政府、產業和科研界實體積極推動，資本市場也貢獻自己的力量，共同推動我國高端CPU芯片國產化不斷推進。
今天我們就聚焦于市場所關心的通用服務器的成本以及ARM服務器替代x86服務器趨勢的進行分析。
一、服務器成本構成簡析
服務器是重要的基礎IT硬件，中國服務器行業快速發展，國內一線廠商正向全球拓展。依據IDC數據，2018年我國服務器市場規模達到176.9億美元，同比增長57.82%；2018年我國服務器出貨量約為330.93萬臺，同比增長29.33%。在云計算和移動互聯網需求驅動下，我國服務器行業近年來快速發展。
放眼全球，依據IDC數據，2018年全球服務器市場規模達到883.05億美元，同比增長32.01%；2018年全球服務器出貨量約為1179萬臺，同比增長15.72%。依靠成本優勢，中國服務器廠商開始進軍國際市場，有望帶動國內廠商的出貨量份額提升。
服務器是在網絡中為其他客戶機提供服務的計算機。服務器是計算機的一種，它是在網絡操作系統的控制下為網絡環境里的客戶提供共享資源（包括查詢、存儲和計算等）的高性能計算機，它的高性能主要體現在高速度的CPU運算能力、長時間的可靠運行、強大的I/O外部數據吞吐能力等方面。主要為客戶提供網絡應用、數據庫、文件、打印等服務。
服務器的硬件組成：通常服務器是以硬件的形態交付給客戶，其主要硬件組成包括CPU、內存、硬盤（以上俗稱“三大件”）、PCI-E擴展插槽、網卡、Raid卡、電源和風扇。除硬件外服務器還需要部分驅動管理及服務器操作系統的支持。
中國服務器芯片市場快速增長。參考IDC的預測數據，由于云計算需求旺盛，推動服務器快速增長，服務器芯片市場規模也持續增長。2015年中國服務器芯片市場規模約為155億元，預計2020年達到360億元，年復合增長率約為18%。
參考上文中國服務器的市場規模和服務器芯片的市場規模，可簡單測算出2017年中國服務器的平均單價約為29392元，單臺服務器上在芯片上的投入為8542元，則2017年單臺服務器中芯片（CPU）投入占中國服務器平均單價達到29.06%。
由于公開統計數據有限，我們同時取典型案例分拆服務器成本。當前市場關注度最高且銷量最好的是2U的機架式服務器，我們選取國內典型服務器品牌浪潮在京東上經銷商優惠價格下銷售最高的型號作為代表，其售價為28200元，接近2017年中國服務器平均單價，取其配置作為測算依據和市場統計數據相互印證。
CPU、內存和硬盤占服務器整體價格約為60%~70%。基于上圖中的配置，我們取公開平臺上對應配件的價格如下表中所述。其中CPU價格來源較少，但其對應占比測算結果為29.70%，與上文平均值29.06%較為接近，可互為佐證。內存條價格取京東對應搜索條目下有效的前8條的平均值作為均價測算，得出內存占服務器總價格比約為13.44%。硬盤價格取京東和中關村在線相對應配件報價，匡算硬盤占服務器總價格比約為23.45%。
綜合以上，則“三大件”占服務器總價格比約為66.59%，落在60%~70%區間內，與產業實際情況互相佐證。其他配件累計占服務器總價格約為30%~40%。基于謹慎性原則需要特別說明的是，以上測算僅基于部分產品部分型號，并不完全精確，同時不同型號、不同配置的服務器選擇的配件型號和數量也各有不同，配件和服務器產品銷售價格隨行就市存在一定波動，均對占比值有一定影響。
二、服務器CPU國產化替代商業價值
全球服務器CPU市場主要為海外巨頭所壟斷。參考海外研究統計數據，AMD曾推出皓龍系列，2006年其服務器CPU市場份額一度超過20%，但英特爾推出至強系列服務器芯片后，市占率快速提升，近年來服務器芯片市場基本被英特爾壟斷。
英特爾服務器相關業務營收規模達到229.91億美元。考慮到近乎獨家壟斷的市占率，英特爾的服務器芯片收入可近似看作全球服務器芯片市場規模，依據其財報，2018年該項業務收入規模達到229.91億美元，同比增長20.60%。可以看到這是一個快速增長且較為龐大的市場。
以CPU為核心業務的英特爾盈利能力較好。從英特爾財報來看，其收入占比最大的兩塊業務分別是PC集團業務和數據中心集團業務，均是以CPU為核心的業務。公司近10年整體盈利能力較好，近10年年度平均毛利率約為61.68%，近10年年度平均凈利率約為20.55%。
當前x86服務器占據市場主導地位。依據IDC統計數據，2019年全球范圍內x86服務器達到185億美元收入，而非x86服務器同比下降13.7％至13億美元。可見當前x86服務器占據服務器市場主導地位繼續強化。
三、ARM芯片在服務器端的發展前景幾何？
國家大力支持集成電路產業發展。集成電路在我國已經上升為國家戰略。近年來，在市場拉動和政策支持下，我國集成電路整體實力顯著提升。但也要看到在創新領域、前沿領域、設計環節與國際領先水平依然差距巨大，面臨較大的挑戰，因此我國持續發布相關政策支持集成電路發展，加快追趕的步伐。
中國各類實體積極參與，形成多條國產化CPU路線。除國家政策支持外，巨大的潛在商業利益也驅動各家企業積極嘗試和推動國產化CPU的發展，以2017年中國市場為基數，以穩態狀態下20.55%的凈利率水平為常態盈利能力，則僅國內市場服務器CPU產業一年凈利潤約為44.92億元。當前基于x86架構、ARM架構和其他架構形成多條CPU國產化路線，行業頂尖科研機構、信息化國家隊領軍企業、優秀民企和地方政府積極參與，共同推進CPU國產化發展。
在服務器CPU領域，由于其對性能要求相對更高，競爭門檻進一步提升，有實力參與的國內廠商較少。目前市場較為關注的國產服務器廠商主要有基于英特爾行架構的天津海光、上海兆芯；基于ARM架構的天津飛騰和華為；基于MIPS架構的龍芯；基于Alpha架構的申威等少數幾家公司。
不過，天津海光已被列入“實體名單”，其x86技術來源方AMD也已終止了與其的合作。不過，所幸的是，天津海光已獲得了AMD第一代Ryzen和EPYC的Zen架構技術，并順利推出了自己的產品。另外上海兆芯的x86技術來源方——威盛的x86架構技術授權似乎也已經到期，后續發展阻力增大。總體來說，目前基于x86架構的國產CPU遇到了一些挫折。
相比之下基于ARM架構的國產CPU發展也不是一帆風順，服務器芯片領域ARM替換x86困難重重。
從過往來看，由于ARM芯片在服務器領域性能的劣勢以及生態環境的阻力，其替代x86芯片困難重重，AppliedMicro、三星、英偉達、博通、Marvell、高通、AMD、華芯通等等廠商均大力投入但結果不佳。其中高通更是放棄了服務器芯片業務，而高通與貴州合資的ARM服務器芯片公司華芯通也于今年4月底關閉。剩下的國產ARM服務器芯片公司也就飛騰和華為了，而目前華為也已被列入了“實體清單”，不過在此之前其已經獲得了ARMv8指令集架構永久性授權。
ARM架構在服務器領域存在的不足（替代難點）：
1、軟件方面：雖然Linux系統支持ARM，但在生態環境上，尤其是各種應用程序層面，和x86架構相比差距巨大。
2、性能方面：由于過往ARM架構主要面向移動端等性能要求相對較低的應用場景，對高負載高計算的支持能力不夠，導致性能上一直落后，無法滿足市場需求。
ARM體系性能持續提升，生態環境漸進友好：盡管服務器市場替代較難，但ARM并未放棄，ARM在去年發布了新型架構Neoverse，并希望通過新一代處理器設計大幅提升其性能，提高在服務器和基礎設施領域的競爭力。
根據ARM公布Neoverse處理器IP路線圖顯示：其首款產品是基于16nm的Cortex-A72/A75內核的Cosmos平臺，2019年已推出7nm工藝全新CPU內核架構的Ares平臺，2020年將會推出7nm+工藝的Zeus平臺，2021年將會推出5nm工藝的Poseidon平臺。每一代的平臺性能都將會比上一代提升30%。
同時，ARM還表示，NeoverseIP路線圖專門針對獨特的性能、效率和可擴展性要求而設計，從而可適應數據模式的不斷變化、全新的工作負載挑戰以及為支持萬億互聯智能設備而不斷發展的基礎設施帶來的持續需求增長。
從商用用戶維度看，亞馬遜和華為都相繼發布基于ARM的服務器芯片，富士通也從SPARC架構體系轉向ARMv8架構體系并推出芯片，提振市場信心。同時隨著移動端的繁榮，支持ARM相關生態的底層系統和上層應用也逐漸增加，三大Linux發行版（Ubuntu、Suse和Redhat）都已經直接有支持ARMServer的版本。
云計算時代對服務器需求發生改變。過往由于服務器賣給企業客戶為主，單個企業強調服務器的高性能、穩定性和和吞吐量等性能指標。而云計算時代，互聯網和云服務提供商對數據中心的服務器需求發生改變，由于其集群模式強調整體性能且服務器需求量大，逐漸變為自己對服務器進行深度定制。如裁剪不需要的功能、結合業務特性進行強化、節省空間、降低能耗、應用優化等等。以上需求的改變也給ARM架構服務器替代帶來新的機遇。
云服務商尋求替代x86芯片方案。由于云服務商對服務器需求巨大，一方面芯片占據服務器成本約30%，另一方面電力成本也是云服務重要成本支出項，若能降低芯片成本和芯片功耗，則將給云服務商帶來巨大商業利益，基于此，ARM芯片低價格和低功耗的特性極具吸引力。亞馬遜2018年11月份宣布自家開發的Graviton處理器支持新的AWSEC2A1實例配置，主要面向微服務、Web服務器和開發環境等可擴展應用，成本可以大幅降低45%。
華為、飛騰扛起ARM替代x86大旗
正如前面所提到的，目前國產ARM服務器芯片廠商主要有飛騰和華為兩家。
而從基于ARM架構的具體部署和業務進展維度看，天津飛騰發展較早，目前其產品線布局、商業化和生態做都還不錯，產品已經覆蓋了高性能計算CPU、服務器CPU、桌面CPU和高端嵌入式CPU。需要指出的是，飛騰與華為一樣都是獲得了ARM指令集架構的永久性授權，目前其內核也是自主設計的，可以實現自主可控。
目前，飛騰已有FT-2000+/64處理器芯片面向企業級高性能服務器；而且飛騰還將在今年四季度推出多路服務器芯片FT-2500/64，基于16nm工藝，主頻2.3GHz，擁有64個FTC663內核。
另外根據飛騰公布的資料來看，其目前已經與400多家國內的軟硬件廠商進行了合作，已經初步建立起了相對完整的生態體系。
同樣，華為較早也開始基于ARM體系打造從芯片到服務器的系列產品線。當前華為ARM架構服務器相關產業產品三類主線：Hi16系列CPU、鯤鵬系列ARMCPU和泰山服務器。2004年華為就已經開始了ARM架構相關芯片的開發，覆蓋華為多個產品線，直至今年重磅發布的應用于服務器上的鯤鵬920。
鯤鵬處理器在競爭力維度實現了超越。依據鯤鵬920的發布信息，其代表著業界最高性能的ARM架構的CPU。主要體現在以下幾個方面：1）高性能處理器內核：鯤鵬920實現自主設計，同頻單線程性能相比前一代提升45%；2）高集成度：采用業界領先的7nm先進工藝，集成最多64核，并支持最高3.0GHz的工作主頻，實現極致的多核架構和低時延表現，滿足高并發、低時延應用的計算需求。集成了南橋、網卡和SAS控制器等功能，節省了服務器系統能耗并提升了系統PCIe擴展能力；3）高吞吐能力：業界率先支持8通道內存控制器和PCIe4.0，相比業界，內存帶寬提升46%，IO速率提升66%；4）硬件加速引擎：集成了數據加密/解密、壓縮/解壓縮、EC（ErasureCode）糾刪碼、數據校驗等硬件加速引擎，能夠替代處理器的指令計算，極大提升數據處理效率，并提升數據安全。
基于ARM芯片的優勢，華為泰山服務器承載ARM應用場景。泰山服務器聚焦大數據、分布式存儲、ARM原生、HPC和Web等五大應用場景，幫助實現高效能計算和降低數據中心TCO。1）對比TPCbenchmark測試，華為TaiShan大數據方案相比傳統方案提升30%性能；2）華為TaiShan分布式存儲解決方案，在全NVMeSSD熱數據場景下，整體性能提升10%以上，在NVMeSSD與HDD混合型的溫數據場景下，減少10%的服務器數量；在全HDD冷數據應用場景，集群能耗低10%以上；3）安卓應用與ARM服務器天然兼容，無需移植即可直接運行，而且運行過程中無指令翻譯環節，性能無損失，相比傳統方案最高能夠提升3倍性能；4）ARM云手機則是ARM原生應用的典型場景之一，通過在ARM服務器上運用虛擬化仿真技術，為用戶提供基于云的仿真手機服務。
在產業生態領域，華為規劃：從硬件、基礎軟件和應用三個層面持續推進ARM產業合作，計劃通過3到5年的時間，協同ARM產業組織，打造完備的TaiShan產業生態。目前TaiShan的生態合作已經取得較大進展，生態體系已經相對比較完善，泰山等體系已經具備了一定能力：1）打造開放生態系統，合作共贏；2）與合作伙伴共同進行創新和認證測試；3）擁抱開源HPC社區；4）豐富的HPC行業項目建設經驗（在金融、政府、制造、互聯網等行業的部署與應用，2018年的應用規模數已經突破了2萬臺/套，實現了規模化應用的市場檢驗）；5）利用ARM技術實現的云-網-端戰略；6）ARM服務器可以覆蓋50％以上的HPC工作負載；7）已經打造成熟的解決方案；8）鯤鵬920芯片可與英特爾6148對標；9）加入主要生態聯盟。
值得一提的是，2018年，飛騰的ARM架構服務器、申威的Alpha架構服務器和龍芯的MIPS架構服務器都進入政府采購清單，也顯示出國家對發展國產服務器芯片的強力支持，而華為等廠商的入局則有望進一步加快這一替代趨勢。
