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➢ 数据中心是未来十年最值得关注的赛道。数据中心是算力承载的物理实体，其需求反映的是人类社会信息化、智能化的持续趋势，现在及未 来都将是科技巨头兵家必争之地。流量和应用向数据中心汇集、云计算&AI需求的爆发、Hyperscale提高效能的需求以及中美算力基础设施竞 争都将是驱动数据中心市场的关键因素。

 ➢ 技术演进探讨：计算、存储、通信三大核心科技。 

1）摩尔定律增长放缓下，算力需求增长将主要靠并行堆叠实现。未来算力进化路径一是more moore，二是more than moore。

 2）存储的挑战在于突破冯诺依曼架构下的IO瓶颈。DDR5、HBM以及存内运算都是面向未来的memory关键技术。

 3）通信将迎来网络重构和软件定义带来的变革。其中服务器内部总线带宽持续增长，“内存池”概念将服务于异构计算。DPU的横空出世将发挥专长处理“数据中心 税”，而从数据中心网络看，技术迭代持续驱动交换机和光模块高增长。

 ➢ 数据中心演进关键词：碳中和、异构计算、虚拟化、数据为中心。产业链扫描中我们认为异构计算芯片成长最快，中游光模块值得关注。

 ➢ 投资逻辑：把握趋势和阶段。随着中国制造业成本优势下降，工程师红利将成为核心竞争力。中国产业升级的过程将反映在资本市场风格偏 好，虽然中游整机制造业增速下滑，但芯片创业公司快速成长，国产替代是未来5年最大的投资机遇。 

➢ 投资建议： 1）上游芯片更大。中国是含硅量最高的数据中心赛道全球第二大市场，国产替代将孕育从0到1的估值爆发和从1到100的持续成长。建议“由小及大”，由电源管理、信 号链、内存接口等细分赛道国产龙头入手，等待计算和存储的优质新股。个股方面建议关注澜起科技、国科微、寒武纪、龙芯中科（申报）、安路科技。 2）中游硬件更稳。数据中心云基础设施未来仍主要由国内需求驱动，同时建议关注由技术迭代和新兴市场驱动的结构性高成长赛道。个股方面建议关注中际旭创、天孚 通信、浪潮信息、紫光股份、中科曙光、星网锐捷等。 3）中游基础设施更广。碳中和长期目标下，数据中心节能降耗将是永恒话题，也将带来新型基础设施市场需求。我们认为数据中心基础设施厂商将迎来“拆小改旧”的 整合热潮并有望向风光核能源互联、新能源汽车产业链横向扩张。个股建议关注英维克、科士达、科华数据。 4）下游IDC更长。IDC反映的是数据和算力的物理实体的长期需求。我们看好三大运营商DICT新兴业务发展，并建议关注布局四大核心枢纽的规模领先的IDC区域性龙 头如光环新网、宝信软件、奥飞数据，以及绑定大客户订单无忧的定制型IDC运营商，如数据港。

驱动因素一：流量和应用向数据中心汇集 

1、用流量的角度衡量数据中心下游应用驱动。近十年来移动流量的驱 动因素从PC到移动互联网到云计算再到AIoT，全球流量仍在持续增长， 且连接更广泛、数据类型更加非结构化、算力需求更多元化。

 2、东西向流量占比超过85%，数据中心内部的计算和通信占比超七成。 大型数据中心对算力、带宽、时延、功耗、成本要求越来越高，这些 反映的也是大规模采用虚拟机后处理云计算、AI训练的天然技术需求。 

3、当前边缘数据流量占比快速增长，边缘数据中心技术将成为未来最 有前景市场。如用户侧图像、安防、直播、大数据、机器互联等，这 些数据需要更靠近用户的处理。 

驱动因素二：云计算、AI对算力需求的快速增长

 1、云计算快速发展将成为未来算力主要供给。2019年全球云数据 中心资本开支首超本地，并仍在以年复合20%以上速度增长。全球 Top5云厂商每年资本开支的绝大部分都投入在数据中心，并期望以 自研服务器、创新网络结构、代建数据中心等降低投资和运营成本。 

2、AI算法对算力需求的增长远超摩尔定律演进速度。OpenAI的模 型显示，2010年以来业内最复杂的AI模型算力需求涨了100亿倍。 人工智能训练模型算力需求水涨船高，目前解决的办法80%靠并行 计算和增加投资，10%靠AI算法进步，10%靠芯片单位算力进步。

驱动因素三：大型云数据中心对提高效能的要求 

1、碳中和时代，全球碳达峰预期将对算力能效比提出更高要求。

 2、提高算力能效比的手段： 1）半导体制造工艺的进步； 2）3D封装、晶圆级封装“化整为零”； 3）存储介质的革命：存内运算； 4）算力池概念的进化，需要更高的芯片级互联带宽。

驱动因素四：中美算力基础设施“竞赛”

 1、算力需求爆发下，全球超大规模数据中心还将增长。中国从快 速增长的IDC数量到注重质量，从政策指导和提高能效比的角度看， 未来超大规模数据中心和小型边缘数据中心发展迅速。 

2、算力网络是新基建的下一个重心。在数据安全需要和算力打通 的背景下，运营商发力具有算力感知和泛在计算能力的算力网络。 算力网络以SDN和NFV为基础，目标实现应用部署匹配计算、网 络转发感知计算、芯片能力增强计算。

 3、算力网络支撑云网融合由1.0走向2.0。运营商掌握优质的网络， 以微服务，无服务为代表的资源管控和调度技术也趋成熟，可以 基于算力网络开展产业互联网、边缘计算多种应用模式场景创新。

数据中心产业链概览：云计算的星辰大海 

1、数据中心上游是各种服务器和网络设备芯片，如CPU、DRAM、FLASH、芯片组、 FPGA、AI加速芯片、GPU等。数据中心应用芯片通常需求同时满足高算力、高稳定性 以及尽量低的功耗，通常整合多核CPU、高密度互联IO接口以及大容量高性能存储，需 要设计大die，因此代表了全球芯片设计和制造的最高水平。

 2、数据中心中游是所谓的云基础设施。从网络配置角度看底层到上层分别是服务器、 接入交换机、汇聚交换机、核心交换机、出口路由器、防火墙&网关等。近年来，数据 中心网络有扁平化、SDN和NFV三个主要的特点。 

3、下游云计算市场空间更加广阔。从北美云巨头发展过程来看，IaaS率先快速发展， 而更大的市场在于SaaS。目前我国头部云厂商已跻身全球Top5之列，IaaS预计将保持平 稳较快增长，PaaS层各种云原生开发工具和信创生态值得期待。SaaS层受用户使用习惯、 政企保密安全型需要等多重原因，虽不及欧美渗透高但也出现许多爆款应用。

数据中心TCO视角：服务器是绝对大头，光模块增长值得重视 

1、从Capex的角度看，服务器是数据中心投资最大的部分，而运营过程中的电费是OPEX占比最大的部分。 

2、超大型数据中心的变化。服务器的数量增长了10倍，而加速服务器对高IO的需求以及更低收敛比的网络结构也带动了网络 设备和光模块的更快速增长。亚马逊大型数据中心光模块需求增速是服务器增速的3.5倍，光模块在网络成本中占比接近翻倍。

 3、如何降低TCO？从亚马逊的运营经验来看，首要是提升数据中心的PUE，采用高能效比电源和制冷，其次是降低服务器采 购成本（ODM代工）、自研能效比更高的芯片（例如亚马逊）和更高效的服务器管理软件

概览：已经在发生的变化正逐步改变数据中心 

1、数据中心演进关键词：

 1）碳中和：Science统计数据显示数据中心用电量约占全球发电量的3%，绿色数据中心将成为一种准强制标准，催生低PUE基础设施、自研CPU、CPO交换机等多种需求。

 2）异构计算：摩尔定律演进放缓、多核CPU I/O瓶颈、“数据中心税”等问题令异构计算愈加普遍，CPU、GPU、DPU、ASIC等承担更多功能处理他们相对擅长的数据类型。

 3）虚拟化：软件定义基础设施（SDI）和超融合（HCI）实现了硬件的灵活可扩展和标准化，DPU针对虚拟机、SDS、vGPU等之间的通信能更好加速，此外SD-WAN优势仍在。

 4）数据为中心：基于大数据和AI的预测性手段将取代传统基于日历或故障驱动维护方式。以数据为中心的网络将突破I/O瓶颈和数据搬移延迟，数据中心从松耦合向紧耦合进化。 

2、高成长赛道扫描：异构计算芯片成长最快，中游光模块值得关注。

 1）空间大：云基础设施仍然是未来投入最高的领域，全球服务器市场仍将包括7.1%的增速并在2025年突破1320亿美元。

 2）成长快：高速数通光模块可能是云基础设施中增长最快的品类。而上游逻辑和存储芯片类增速普遍更高，特别是代表异构计算的GPU、AI ASIC等。

边缘数据中心和服务器将成为算力的重要组成部分

 1、离用户更近的好处：大带宽、低时延、成本和安全优势。算力未来需求持续增加下，网络带宽和时延限制（性能）和网络带宽限制（成本）导致 的算力需求错配需要通过边缘端部署算力支撑。华为预测，引入边缘计算后，计算、网络、存储成本可以节约30%以上。 

2、全球边缘计算数据中心万亿级市场，垂直行业是主要需求方。边缘计算市场包括终端触点、边缘计算设备、边缘应用/软件和边缘服务。对于边缘 数据中心，运营商基站、边缘DC到2025年有望达到6万个，投资规模1800亿元。按照KPMG预测，下游行业价值中国约占全球10%，其中前五大行业 分别是游戏文娱、工业化制造、互联网医疗保健、智能云数、环境监控。 

3、边缘计算设备形态或多元化，重边缘场景服务器将是最大市场。轻边缘设备如工业一体机、IoT网关等一般部署在基站前面，提供丰富工业IO接口， 能通过内置软件承载部分单向双向控制，预计2025年市场规模约50亿元。而重边缘设备形态通常为定制的高密度服务器，在5G、F5G等接入手段下能 实现更大带宽、更强算力和更好私密性，预计2025年国内边缘服务器市场将达到62亿美元。 

高速光模块快速迭代不断满足DCN I/O需求

 1、AI/ML驱动云数据中心DCN带宽快速增长。谷歌的服务器IO带宽2012-2020 CAGR 62%，智能网卡端口每两年带宽翻倍，从而带动服务器与交换 机间、交换机间通信端口的快速迭代。2021年线上经济爆发令全球Top5数据中心带宽平均增长了60%，LightCounting预计这一平均增速未来5年仍保 持在40%左右，明年Top5带宽平均增速为56%。

 2、数据中心光技术迭代通常领先于交换机电口，业界正在向800G/1.6T展望。以博通为例，交换机容量通常每两年翻倍，那么在同样1U面板上实现 IO翻倍也需要光模块速率每两年翻倍。光模块带宽提升的主要方式有单通道波特率提升、更多通道以及更高阶调制三种方式。由于光模块DSP Gearbox功能的出现，光模块单通道速率通常提前电口SerDes翻倍。展望未来，800G、1.6T将分别在2023/2025年上量。 

3、Top5云市场至关重要，未来仍是兵家必争之地。根据LightCounting报告，全球以太网光模块市场云厂商需求占60%以上，而其中Top5占比又近六 成。未来北美和中国（按云厂商所在国）将是全球最大两个数通光模块市场，到2026年分别占比65%、30%。

DCI助力打造云网融合的算力网络

 1、DC间流量快速增长，电信运营商和互联网云厂商纷纷投资建设DCI专网。互联网和云厂商业务量的快速增长带来DC间负载均衡、异地灾备、数据 库迁移等需求快速增长，根据行业统计，近5年全球DCI流量增速达58%。在北美，科技巨头对DCI网络的投建已成为媲美电信运营商的骨干网络，而 在国内，DCI流量以前一般复用IP城域网，受到云网融合战略的影响，DCI建设近年来收到三大运营商的愈发重视。

2、DCI市场主要包括电层OUT设 备、光传输子系统和相干光模块。DCI端到端网络结构主要包括电层的OUT设备（它将用户侧端口数据转换为适用于DCI网络的帧结构并通过线路侧 端口传送）以及光层的传输子系统（包括波分复用/解复用、开关、放大、监控等模块）。从市场来看，全球DCI市场规模2021年约60亿美元，其中线 路侧相干模块价值占比最高。

 3、业界加速推进DCI设备解耦，释放巨大市场空间。与运营商城域网不同的是，DCI用户通常为互联网厂商，速率迭代速度更快，因而对成本更加敏 感。业内主流互联网厂商如阿里、腾讯都实现了自研开放光网络平台，首先实现了光层自研，其次积极推动电层设备解耦。对于运营商而言，以电信 为代表的白盒DCI设备集采也在陆续跟进。我们认为DCI解耦意味着行业的需求更加景气，同时也有望引入更多模块厂商参与竞争。 

硅光和CPO：将为数据中心网络带来深刻变化

 1、面向更高速率端口，硅光有望带来功耗、成本、体积等多重优势。硅光集成芯片的体积优势毋庸置疑，从功耗上讲，激光器数量的减少（不包括 FR4/LR4等型号）和功耗更低的调制器以及2.5D封装也有助于降低功耗。成本上讲，硅晶圆的成本远低于InP等，且可复用12寸CMOS工艺，在大批量 生产时，芯片成本优势非常明显。业内估计，百万级以上出货量时硅光模块成本具有30%以上的优势。

 2、硅光何时放量？400G崭露头角，800G占有一定地位，1.6T CPO形态成为主流。硅光在100G产品出货主要在100GPSM4以及相干等，随着400G DR4 产品的放量市场占有率或进一步提升。而在1.6T模块中，单通道光口200G可能存在难度，因此CPO将逐渐进入市场。

 3、何为CPO？CPO能带来带宽、面板密度、功耗、能效比等多重优势。在1U的面板上，32*1.6T即51.2T容量可能成为可插拔模块极限，此外随着 SerDes速率提升路径损耗给电信号完整性带来考验，因此将光引擎合封在交换机芯片四周的CPO成为业界关注焦点。

 4、硅光和CPO或许给行业竞争格局带来深远变化。对于硅光模块产业链而言，芯片（包括Fab）重要性明显提升，而到了CPO形态，模块以光引擎形 态被整合进交换机中，可能话语权会重新掌握在交换机厂商手中。 

GPU：描绘数字孪生世界的“画笔” 

1、GPU具有并行计算的天然优势。GPU具有更多的核心（通常叫做SM），被设计用来尽量提升系统的吞吐量，以在同一时间并行处理更多任务。 GPU的片上还引入了纹理单元、张量单元、光线追踪单元等专门用于图像处理加速的硬件。英伟达在G80后引入了CUDA增强了GPU的通用可编程 性，使得GPU成为AI推理和训练的主流选择。 

2、从游戏到AI再到数字孪生，GPU地位愈发重要。2020Q2，英伟达数据中心收入首超游戏和视频，GPU的火热伴随着全球GPU加速服务器出货量 的快速增长，AI成为英伟达市值的重要引擎。2019年3月，英伟达推出交互式3D设计协作平台Omniverse，可提供一整套设计、渲染、仿真、协作工 具，被英伟达视作打造Metaverse生态的“画笔”。

 3、数据中心GPU市场复合增速高达38%，国产替代巨大空间引来群雄逐鹿。由于HPC云服务、云游戏和超算应用的多轮驱动，YOLE预计全球数据 中心GPU市场预计将在2025年达到250亿美元，占到GPU市场的33%。中国有望成为全球GPU第一大市场，从0到1的空间吸引了众多初创企业加入战 场。 

DPU：应运而生的“数据中心税”处理利器 

1、数据中心内流量交互的爆发对CPU造成负担，DPU应运而生。当前数据中心带宽性能增速比已达10倍，CPU几乎已无法直接应对网络带宽的增速。智能网卡将所谓的“数 据中心税”（为虚拟机提供远程资源、加解密、故障跟踪、安全策略）卸载，从而为CPU释放了约30%的算力资源。 

2、DPU与智能网卡的区别，主要在灵活的控制面。目前的DPU（或有IPU等多种叫法）是智能网卡的第二代产品，DPU是软件定义技术路线下的重要产物，DPU强化了数据 面性能的专用处理器，配合与主机完全隔离的控制面的CPU，可以实现性能与通用性的更加平衡。

 3、DPU市场需求有望爆发，典型应用场景如网络加速、安全防护、运营商UPF。服务器间数据吞吐量巨大的云数据中心主要依赖的是DPU的网络功能卸载、存储功能卸载和 云原生功能，而在运营商市场，DPU最实用的功能可能是NFV、智能DPI以及安全功能卸载。头豹研究院预测，全球DPU市场将在2025年达到136亿美元，这相当于GPU预期 规模的一半，足以说明DPU在异构计算的举足轻重。而业界普遍认为，800G以太网、运营商边缘计算的部署将显著推动DPU上量。 

4、美国科技巨头布局DPU意在生态，中国初创公司瞄准国产替代。目前，包括英伟达、英特尔、Marvell、博通以及Fungible等芯片巨头均推出了自己的DPU产品，或旨在完 善自身的数据中心网络产品生态，形成更高价值。而亚马逊、阿里等厂商的自研则主要意在降低未来网络投资成本。此外，目前国内大量创业公司涌现，如中科驭数、芯启 源、云豹智能、星云智联等。我们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。 

元宇宙：数据中心打造互联网的终极形态 

1、元宇宙是互联网发展的终极形态，巨头争相布局。整个互联网发展史伴随着传播媒介和交互方式的进化，从网页文字到音视频到目前的直播以及 未来的MR完全3D沉浸，甚至终极的脑机接口，意在打造数字平行世界。另一方面看，元宇宙催生了庞大的数字消费空间，各大互联网厂商打造的垂 直社交平台都有望成为元宇宙入口。今年10月，Facebook将公司更名为Meta，透露出公司未来以元宇宙为先的坚定战略。国内方面，腾讯提出“全真 互联网”，元宇宙布局愈发清晰。字节跳动收购了VR头显龙头Pico，元宇宙必将是重要选项。

 2、元宇宙搭建在数据中心的基础设施上，对算力的需求超乎想象。仅以最先进的自然语言学习模型Megatron=Turing为例，其变量就达到5300亿参数， 而元宇宙建立在亿万玩家的以秒为单位的交互和几乎将现实城市照搬的数字环境，其背后算力增长呈指数级。国外公司Genvid做了一场名为Rival Peak 的由虚拟偶像和观众组成的Live实验，这场实验复杂而有趣，几乎耗尽了AWS底层的GPU和CPU算力。

 3、元宇宙投资机会探讨。元宇宙的背后需要入口硬件设备、运算算力设施、高带宽低延时网络以及一系列引擎和建模工具。我们认为数据中心的投 资将受益于元宇宙的去中心化、空间计算和新型数字体验需求，尤其对于GPU和DPU的需求十分可观。

投资建议 

1、复盘市场，板块表现取决于当时对未来成长性的预期。如2020上半年的IDC新基建、2020Q3的芯片国产替代以及今年下半年的新能源行情向IDC基础设施的拉动。我们认为 未来整个数据中心产业链都将受益于算力和流量的需求增长，市场表现或仍有分化。

 2、上游芯片更大。中国是含硅量最高的数据中心赛道的全球第二大市场，国产替代将孕育从0到1的估值爆发和从1到100的持续成长，建议“由小及大”，由电源管理、信号链、 内存接口等细分赛道国产龙头入手，并等待市场更为广阔的CPU、GPU、DRAM、NAND等优质新股机会。 

3、中游硬件更稳。数据中心云基础设施未来仍主要由国内市场需求驱动，未来需求将保持平稳增长，同时建议关注边缘计算服务器、AI加速服务器、工业网关、400G/800G高 速光模块、CPO交换机、SDN路由器等由技术迭代和新兴市场驱动的结构性高成长赛道。

 4、中游基础设施更广。碳中和长目标下，数据中心的节能降耗将是永恒话题，也将带来微电网数据中心储能、SiC HVDC、高效能UPS、液冷等新兴市场需求，我们认为数据中 心基础厂商将迎来数据中心“拆小改旧”的整合热潮并有望向风光核能源互联、新能源汽车产业链横向扩张。

 5、下游IDC更长。我们认为本质来看IDC反映的是数据和算力的物理实体需求，且由于摩尔定律的放缓，未来算力堆叠将成为解决需求的主要方式，大型云数据中心、边缘数 据中心需求同在。我们建议关注布局四大核心枢纽的规模领先的IDC区域性龙头以及绑定大客户订单无忧的定制型IDC运营商。

设计的标的很多，我就选了光模块和服务器作为切入口，主要是位置够低，这几天动的最明显的就是光模块

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