计算机行业：服务器下ARM芯片的机遇

张晓飞（SAC号码：S0850523030002） 华晋书（SAC号码：S0850521090001） 2024年7月24日 服务器下ARM芯片的机遇 证券研究报告 （优于大市，维持）  1、众多企业入局Arm服务器市场，市场渗透率有望高增速。亚马逊云、甲骨文云、Azure和阿里云等巨头纷纷入局Arm服务器市场。IDC报告显示，2022年上半年全球服务器市场规模达到575.9亿美元，同比增长18.3%，中国服务器市场规模将达到134.8亿美元，同比增长18.4%。根据Trend Force数据预测，随着云数据中心的采用逐渐增长，预计到2025年，ARM架构在数据中心服务器市场渗透率将达到22％。  2、Arm相较X86具有独特优势。通过“堆核”的方式，使得Arm架构处理器在性能快速提升下，也能保持较低的功耗。据半导体产业纵横援引Ampere数据，其CPU的性能超越传统x86处理器3倍，性能功耗比领先近4倍。与x86服务器CPU相比Ampere Altra 系列可用50%的能耗，提供200%的性能。  投资建议：我们认为在服务器侧ARM芯片有望快速提高其渗透率，关注国内厂商进展。  风险提示：行业竞争加剧；渗透率不及预期；研发进度不及预期。 投资要点 2 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 概要 3 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 1.服务器CPU架构简介 1.1服务器CPU和民用CPU区别 1.2CISC和RISC的区别 1.3基于CISC的X86架构 1.4基于 RISC 的Arm架构 1.5基于RISC的PowerPC架构 1.6基于RISC的RISC-V架构 1.7基于RISC的mips架构 1.8CPU各个架构具体区别 1.9CPU + GPU异构计算逐渐流行 2.Arm在服务器行业大有可为 2.1Arm架构在服务器行业来势凶猛 2.2Arm服务器端生态伙伴数量增多 2.3Arm架构服务器相比X86能耗比有所提升 2.4Arm架构从V8走向V9 2.5NVIDIA入局Arm服务器芯片 2 6AWS采用Arm架构性能有所提升 2.7 Arm架构下的Graviton提升明显 2.8富士通芯片 A64FX & FUJITSU-MONAKA 2.9阿里云的倚天710性能强劲 2.10Google Ampere 纷纷自研Arm芯片 2.11未来Arm服务器架构的发展路径 服务器是通用计算产业的基石，是中国数字经济的底层算力支撑，在各行各业数智化转型的浪潮中将迎来需求爆发，特别是在“东数西算”加快推进的背景下。CPU处理器是服务器的核心部件，被誉为服务器的“大脑”，其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。服务器CPU同样也包括控制器、运算器，对计算机所有硬件资源进行控制调配。 资料来源：CSDN ，海通证券研究所 1.1服务器CPU和民用CPU区别 4 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 两者区别 服务器CPU 民用CPU 接口 接口搭配主板不同，服务器CPU主板没有显卡卡槽且CPU总线带宽更高 稳定性要求 一般服务器都是365天开机运行，对稳定性要求极高 按72个小时连续工作而设计的，稳定性要求低 是否多路互联 是 否 市场价格 主流产品价格基本千元以上，甚至过万 普通CPU价格都在百元到千元 表：服务器CPU和民用CPU区别 将 服 务 器 按 照 指 令 集 架 构 分 类 ， 可 以 将 服 务 器 分 成 两 类 ： 一 类 是 CISC（Complex Instruction Set Computer复杂指令集）架构服务器，即通常所用的PC服务器。这类服务器基于PC机体结构，采用英特尔或者与之兼容的其他处理器芯片，这一架构以小巧稳为特点。另一种则是RISC（Reduced Instruction Set Computing精简指令集）架构服务器。这类服务所采用的CPU与日常所用CPU完全不同，此类服务器价格昂贵，但性能和数据处理能力强大。 资料来源：中关村在线，海通证券研究所 1.2CISC和RISC的区别 5 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 CISC RISC 指令系统 复杂、庞大 简单、精简 指令数目 一般大于200条 一般小于100条 指令字长 不固定 等长 寻址方式 一般大于4 一般小于4 可访存指令 不加限制 只有Load/Store指令 各种指令执行时间 相差较大 绝大多数在一个周期内完成 通用寄存器数量 较少 多 表：CISC和RISC区别 X86泛指一系列基于Intel 8086且向后兼容的中央处理器指令集架构。最早的8086处理器于1978年由Intel推出，为16位微处理器。该系列较早期的处理器名称是以数字来表示80x86。由于以“86”作为结尾，包括Intel 8086、80186、80286、80386以及80486，因此其架构被称为“x86”。 资料来源：维基百科，海通证券研究所 1.3 基于CISC的X86架构 6 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 第一代至第二代 • 1978年第一代x86 • 1982年第二代 • 16位 第三代至第六代 • 1985年第三代发布 • 1989年第四代发布 • 1993年第五代发布 • 1995年第六代发布 • 32位 增强型平台至x64架构 • 2000年至今x86架构过度到x86-64架构 • 64位 图：X86架构服务器发展历史 Arm架构，过去称作高级精简指令集（Advanced RISC ），是一个精简指令集（RISC）处理器架构家族，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点，其在其他领域上也有很多作为。ARM处理器非常适用于移动通信领域，符合其主要设计目标为低成本、高性能、低耗电的特性。同时，在服务器领域超算消耗大量电能，Arm同样被视作更高效的选择。 资料来源：CSDN ，海通证券研究所 1.4基于RISC的Arm架构 7 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 精简指令集 ARM芯片使用精简指令集，即每条指令只完成一项简单的操作，从而提高指令的执行效率和处理器的性能。 负载/存储架构 ARM芯片使用负载，即只有专门的负载和存储指令可以访问内存，其他指令只能在寄存器之间进行操作。这样可以减少内存访问的次数和延迟，提高数据处理的速度。 统一寄存器文件 ARM芯片使用统一寄存器文件，即所有的通用寄存器都可以用于任何目的，没有专门的数据寄存器或地址寄存器。 条件执行 ARM芯片支持条件执行，即每条指令都可以根据一个条件码来决定是否执行。这样可以减少分支指令的使用，提高代码密度和流水线效率。 多种工作模式 ARM芯片支持多种工作模式，例如用户模式、系统模式、管理模式、中断模式、异常模式等。 表：Arm架构的特点 PowerPC(Performance Optimization With Enhanced RISC – Performance Computing)是一种RISC架构的CPU，其基本的设计源自IBM的POWER。PowerPC 处理器有非常强的嵌入式表现，因为它