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半导体行业中期策略:AI变革掀科技革命,服务器领航复苏征程
来源:西部证券 | 作者:西部证券 | 发布时间: 372天前 | 2294 次浏览 | 分享到:
今年以来,(截至 4 月 20 日),电子行业上涨 19.30%,在 31 个申万一级行业中排名第 5。2023 年以来,一方面随着疫情政策调整,生产生活秩序加快恢复,电子部分下游细分领 域出现需求复苏迹象,叠加部分芯片设计公司库存改善,半导体设计公司基本面拐点临近, 市场交易逐渐围绕疫后经济恢复和行业拐点展开。另一方面,2023 年国内晶圆厂资本开 支好于之前悲观预期,设备订单有望修复,在美国、日本半导体出口管制政策的背景下, 设备和材料国产替代进入加速期。最后,以 ChatGPT 为代表的 AI 应用迅速发展,算力及 相关产品需求迎来快速增长,有望带来新一轮科技革命,给半导体行业带来新需求。

HBM 是图形 DDR 的一种,高带宽特性可适用于 AI 计算等应用。DRAM 按应用场景可分 为标准 DDR、移动 DDR、图形 DDR 三种。其中标准型 DDR 需要和 CPU 成套使用,可 用于服务器、云计算、网络、笔记本电脑、台式机等;而移动 DDR/LPDDR 功耗较低, 较适用于移动和车载;图形 DDR 则包括 GDDR 和 HBM,针对对带宽要求较高的应用如 AI 计算、区块链等。目前 HBM2 每个堆栈可支持最多 1024 个 pin,以每 pin 传输速率 2000 MB/s 计算则单颗粒总带宽是 256 GB/s,而 GDDR6 单颗粒带宽只有 64 GB/s,是 HBM 的 1/4,DDR4 3200 则仅为 HBM 的 1/10。

HBM 市场中三星、海力士具备相当的先发优势,目前最新一代产品为 HBM3。1)SK 海力士:与AMD共同开发堆叠内存HBM,2013年成功将TSV技术应用于DRAM, 首次成功研发出 HBM,并于 2014 年推出第一代 HBM 产品;2015 年 AMD 将其用在 Fury 系列显卡上,标志着第一代 HBM 首次商用;2018 年发布 HBM2;2020 年成功 研发新一代 HBM 2E;2021 年 10 月发布全球首款 HBM3,由 12 个 DRAM 堆叠而成, 容量可达第三代产品 HBM 2E 的 1.5 倍,运行速度则是其 2 倍;2022 年 6 月宣布量 产 HBM3,供货英伟达,与 H100 GPU 搭配实现加速运算;目前 HBM4 在研。

2)三星:2016 年量产第一个产品 4GB HBM2,同年生产 8GB HBM2;2018 年量产第二代 8GB HBM2;2020 年推出 16GB HBM 2E;2021 年 2 月推出 HBM-PIM/存算一体, 将 AI 计算能力引入高性能内存;2022 年 HBM3 已成功量产,单芯片接口宽度可达 1024bits,接口传输速率可达 6.4Gbps。3)美光:起步较晚,2020 年宣布将开始供应 HBM2 用于高性能显卡及服务器处理器产 品;2021 年 HBM 2E 上市,新品加速规划中。

3.6、RAID卡:美商份额高企,看好国芯科、华澜微打破垄断

网络存储结构分为 3 种:直连式存储 DAS、网络存储设备 NAS 和存储网络 SAN。其中 DAS 通过电缆直接连接服务器,数据读写请求直接发送到存储设备,一般应用在中小企 业;NAS 按照 TCP/IP 协议进行通信,是一种与网络上的存储设备直接相连从而实现数据 存储的机制。由于存储设备都分配有 IP 地址,因此可通过数据网关对数据进行存取访问, 一般应用在中大型企业;SAN 是存储设备相互连接且与至少一台服务器或一个服务器群 相连组成的网络,是通过光纤集线器、光纤路由器、光纤交换机等连接设备将磁盘阵列、 磁带等存储设备与相关服务器连接起来的高速专用数据存储网络,一般应用在超大企业。

网络存储协议主要通过服务器搭载各类板卡来交互,是实现存储网络的关键设备。数据阵 列相关的板卡产品具体如下:RAID 指独立冗余硬盘阵列,即将多个独立的硬盘组合成一个硬盘组,并虚拟成单个大容 量硬盘(逻辑硬盘)的技术和方法,从而提供比单个硬盘更高的存储性能和容错能力。随 信息增加带来数据量成倍增长,硬盘单盘容量已升到 TB 级别,但单块磁盘的存储容量与 速度仍无法满足应用需求,磁盘阵列应运而生。磁盘阵列把相同的数据存储在多个硬盘中, 输入输出操作以平衡的方式交叠进行,磁盘性能得以改善,RAID 作为高性能、高可靠的 存储技术因而得到了广泛使用。

市场格局:全球来看,除基础接口(I/O)型号产品有少量中国台湾 JMicron 提供外,大 数据硬盘阵列控制器芯片主要由美国博通和微芯提供,系企业应用领域必备产品,国内尚 无同类国产化大数据硬盘阵列控制器芯片。一般每台服务器配置 1 块 HBA 或 RAID 芯片 和若干块 Expander 芯片。目前存储网络领域逐渐扩展到光纤、存储控制和以太网等通信 技术,国内光纤系统和交换系统等硬件资源众多,政策助推下加速发力大数据产业基地, 预计未来 RAID 国产替代空间可观。

3.7、服务器电源:行业壁垒高,关注国内市场领头羊

服务器电源主要用在数据中心场景中,主要应用于服务器、存储器等设备。根据华经产业 研究院,2021 年全球服务器电源市场规模为 203 亿元,中国市场规模为 59 亿元。AI、数 据中心投入加大,将继续推动服务器电源市场增长。服务器电源市场进入壁垒高,认证周期长,中国台湾厂商占据主要市场份额,台达、光宝、 艾默生等长期占据主要份额。

3.8、接口芯片:高速、换代趋势显著,技术与产品助力国产品牌破局

内存接口芯片(用于 CPU 和内存模组互联):内存接口芯片是服务器内存模组的核心逻辑 器件,作为服务器 CPU 存取内存数据的必由通路,其主要作用是提升内存数据访问的速 度及稳定性,满足服务器 CPU 对内存模组日益增长的高性能及大容量需求。全球内存接 口芯片行业进入壁垒高,市场竞争格局稳定,目前主要厂商共有三家,分别为澜起科技、 IDT 和 Rambus。PCIe Retimer(用于 CPU 和 GPU 互联):PCIe Retimer 芯片是适用于 PCIe 高速数据传 输协议的超高速时序整合芯片,主要用来解决数据中心数据高速、远距离传输时,信号时 序不齐、损耗大、完整性差等问题,多应用于 NVMe SSD、AI 服务器、Riser 卡等典型应 用场景。PCIe Switch:用于联接 CPU、GPU、NVMe SSD、网卡等。

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