电子元器件行业：PCIe总线标准升级，服务器PCB有望迎来新一轮景气周期

PCIe总线标准升级，服务器PCB有望迎来新一轮景气周期 ■PCIe作为服务器主流总线标准正逐步升级，CPU主流厂商加速推出新品：PCIe是Intel主导的高速串行计算机扩展总线标准，是当前服务器主流的总线解决方案。PCIe标准迭代周期约为3年/代，PCIe3.0是 目前消费市场的主流选择，4.0于2017年正式推出，自2021年下半年开始在数据中心逐步应用，并逐渐从企业级市场下沉到消费市场。目前Intel/AMD等主流CPU厂商正快速推出PCIe5.0产品，首先在高性能企业级服务器市场应用。PCIe6.0标准V1.0版本于2022年1月份正式发布，传输带宽和效率相较上一代产品又提高一倍，目前尚处于早期阶段。目前PCIe4.0将逐步渗透，5.0在高端市场陆续开始应用，未来几年内PCIe3.0/PCIe4.0/PCIe5.0三代共存将成为市场主旋律。 ■AI/边缘计算/云计算等新技术对IDC需求提升，服务器行业景气度向上：AI在金融业、能源制造业等传统场景中带来新应用，云计算、 边缘计算发展势头正盛，成为驱动服务器行业增长的重要引擎。IDC数据显示，2021年中国边缘计算市场规模为33.1亿美元，同比增长23.9%，预计未来五年边缘计算市场规模年复增长率达到22.2%。IDC数据显示，2019-2022年中国数据中心市场规模稳健增长，增速始终保持在25%以上。从上下游指标观察，BMC芯片龙头信骅科技2022年一月的收入同比继续维持60%增长，2021Q4季度Intel数据中心同比增长20.01%，2022Q1季度微软、谷歌等企业资本开支维持高位，预计服务器行业将进入新一轮景气周期。 ■PCIe标准升级对PCB要求提高，带来百亿增量市场：PCIe标准升级下信息交互速度不断提升，对PCB的设计、走线、板材选择等要求提高。目前PCB主流板材为8-16层，对应PCIe3.0一般为8-12层，4.0为12-16层，而5.0平台则在16层以上。从材料的选择上来看，PCIe 升级后服务器对CCL的材料要求将达到高频/超低损耗/极低损耗级别。据产业调研，目前支持PCIe3.0标准的Purley平台PCB价值量约2200-2400元，支持PCIe4.0的Whitley平台PCB价值量提升30%-40%，支持PCIe5.0的Eagle平台的PCB价值量比Purley高一倍。根据我们测算，PCIe5.0的升级有望为服务器平台PCB带来百亿的价值增量。 行业深度分析 电子元器件 2022年08月10日 证券研究报告 投资评级领先大市-A 维持评级 行业表现 2% -42%021-08 10% 16% 22% 28% 34% 40% 2021-12 2022-04 电子(中信)沪深300 - - - - - - 资料来源：Wind资讯 % 1M 3M 12M 相对收益 11.14 16.24 -2.90 绝对收益 4.99 22.28 -20.49 马良分析师 SAC执业证书编号：S1450518060001 maliang2@essence.com.cn 021-35082935 相关报告 消费电子产业月度跟踪：国内市场景气 6月复苏，折叠屏与VR/AR发展提速 2022-07-27 国产替代仍为主线，关注长景气产业上游 --2022年电子行业中期投资策略 2022-06-30 半导体产业月度跟踪：台湾晶圆厂5月营收表现亮眼，持续看好上游设备国产替代2022-06-28 消费电子产业月度跟踪：促消费政策密集发布，22H2需求有望回暖2022-06-24 产品智能化+需求多元化，安防行业稳中有进2022-06-16 ■相关标的：建议关注沪电股份、深南电路、景旺电子、胜宏科技、 生益电子、生益科技 ■风险提示：行业竞争加剧风险、上游原材料持续涨价风险、下游需求不及预期风险 内容目录 1.PCIe标准升级，带动服务器新一轮迭代周期5 1.1.PCIe总线连接CPU与PCIe设备，是CPU平台重要组成部分5 1.2.PCIe脱胎于PCI架构，是服务器主流总线解决方案7 1.3.PCIe标准持续演进升级，5.0正加速推进，三代共存成为市场主旋律9 1.3.1.迭代周期约为三年，几乎每轮升级传输效率翻倍9 1.3.2.市场需求分化，多代版本同期竞争10 1.3.3.全系列中生命周期最长的PCIe3.0，目前仍是消费市场的主流选择11 1.3.4.PCIe4.0在逐步构建生态，5.0标准已经推出11 1.3.5.PCIe5.0性能升级，各大厂商快速推进产品布局11 1.3.6.PCIe6.0规范标准已经出台，商用落地尚处于早期阶段12 1.4.服务器CPU更新迭代速度加快，Intel与AMD陆续推出PCIe5.0产品13 2.新技术需求带动行业发展，服务器行业景气度向上14 2.1.云计算/AI/边缘计算等新技术不断演进，对算力要求不断提高14 2.2.信创政策推动服务器国产化进程17 2.3.前瞻指标出现拐点，服务器行业有望迎来向上周期18 3.PCIe标准升级增加PCB的工艺难度，带来价值量提升20 3.1.PCIe升级对PCB设计、走线、板材选择等要求均有所提高20 3.2.未来5年有望实现百亿市场增量21 4.相关企业22 4.1.沪电股份22 4.2.深南电路23 4.3.景旺电子24 4.4.胜宏科技24 4.5.生益电子25 4.6.生益科技26 5.风险提示26 图表目录 图1：服务器主板总线类型5 图2：PCIe总线拓扑图6 图3：PCIeSwitch内部结构图6 图4：PCI-E插槽的四种形式6 图5：PCIe架构设计7 图6：OpenCAPI系统设计8 图7：CCIX分层架构8 图8：Gen-Z架构图9 图9：CXL协议架构图9 图10：PCIe技术迭代路线图10 图11：1TB的PCIe4.0SSD产品售价（2022.6.23）11 图12：1TB的PCIe3.0SSD产品售价（2022.6.23）11 图13：Cadence的PCIePHY和控制器解决方案12 图14：2016-2021年全球数据中心流量规模（ZB）14 图15：中国x86服务器出货量（万台）15 图16：2021年服务器行业市场份额15 图17：2021年金融业应用Al需求16 图18：2021年能源与制造行业中服务器需求16 图19：2019-2022年中国IDC市场规模及预测（亿元）16 图20：2019-2022年全球IDC市场规模及预测（亿美元）16 图21：中国边缘计算服务器市场规模及预测17 图22：中国数据经济增速高于GDP增速18 图23：信骅科技月度营收与成长率18 图24：Intel数据中心业务季度收入及增速19 图25：AMD季度收入及增速19 图26：微软资本支出19 图27：微软收入与增速19 图28：谷歌资本支出19 图29：谷歌收入与增速19 图30：亚马逊资本支出20 图31：亚马逊收入与增速20 图32：全球服务器出货额和增速预测（亿美元）20 图33：覆铜板按材质分类21 图34：覆铜板不同材料性能等级21 图35：沪电股份营业收入情况23 图36：沪电股份归母净利润情况23 图37：深南电路营业收入情况23 图38：深南电路归母净利润情况23 图39：景旺电子营业收入情况24 图40：景旺电子归母净利润情况24 图41：胜宏科技营业收入情况25 图42：胜宏科技归母净利润情况25 图43：生益电子营业收入情况25 图44：生益电子归母净利润情况25 图45：生益科技营业收入情况26 图46：生益科技归母净利润情况26 表1：PCIex1、x4、x8、x16的主要区别6 表2：PCIe与PCI总线技术对比7 表3：PCIe标准升级历程10 表4：各大厂商PCIe5.0产品进展12 表5：各大厂商PCIe6.0产品进展13 表6：CPU市场份额统计13 表7：Intel服务器CPU平台及产品升级规划14 表8：AMDEPYC霄龙架构升级路线图14 表9：信创相关国家政策17 表10：PCIe4.0与PCIe5.0的传输损耗要求20 表11：PCIe阻抗控制21 表12：增量价值计算22 1.PCIe标准升级，带动服务器新一轮迭代周期 1.1.PCIe总线连接CPU与PCIe设备，是CPU平台重要组成部分 CPU平台由“CPU+芯片组+总线”构成，PCIe总线标准是其重要组成部分。CPU平台由“CPU+芯片组+总线”构成，CPU内部集成PCIe控制器和内存控制器，PCIe标准每一代升级几乎能够实现传输速率翻倍，PCIe总线标准的演进推动CPU平台的升级迭代。 总线是主板传输数据的“道路”，负责CPU与芯片组的连接。总线包含QPI总线、PCIe总线、USB总线、SPI总线和DMI总线等。其中，CPU与CPU、CPU与PCIe设备分别 通过QPI总线和PCIe总线连接，PCH与USB、SATA硬盘、SAS硬盘和网卡等分别通过USB总线、SATA总线、SAS总线、PCIe总线等连接，BMC（BaseboardManagementController，基板管理控制器）与其他设备通过SPI总线连接。 图1：服务器主板总线类型 资料来源：CSDN，安信证券研究中心 PCIe（PeripheralComponentInterconnectExpress）是一种高速串行计算机扩展总线标准，最早由Intel于2001年提出，用于替代旧的ISA和PCI总线标准，从而满足更高的带宽和吞吐量需求。相比于PCI总线采用的并行总线结构，PCIe总线属于高速串行点对点双通 道高带宽传输，所连接的设备分配独享通道带宽，不共享总线带宽，可以使用更高的时钟频率、更少的信号线、更高的总线带宽。因此PCIe的传输效率更高、传输距离更远、功耗更低、抗干扰能力更强、可拓展性更好，能够连接多种高速扩展设备，如显卡、AI加速卡、固态硬盘、无线网卡、有线网卡、视频采集卡等。 图2：PCIe总线拓扑图图3：PCIeSwitch内部结构图 资料来源：电子发烧友，安信证券研究中心资料来源：电子发烧友，安信证券研究中心 从结构上看，PCIe总线是一个层次性很强的树状形总线接口，其主要功能为替CPU提供访问外部设备的总线接口，CPU是树根，承载了总线系统的主控角色，RootComplex是处理器接口、DRAM接口等模块的集合，可以被认为是CPU和PCIe拓扑之间的接口，各个设 备则是这棵树的子父节点和叶节点，Switch可以连接多个PCIe设备，PCIe桥则能够连接传统的PCI和PCI-X设备。作为点对点连接的总线，一条PCIe链路只能两端各连接一个设备，分别为数据发送端和数据接收端，传输数据量的大小由通道数决定，一般一条链路可以有1-32个通道数，对应PCIe总线接口有x1、x4、x8、x16这4种常见的规格尺寸。 表1：PCIex1、x4、x8、x16的主要区别 传输通道数 脚Pin总数 主接口区Pin数 总长度 主接口区长度 x1 36 14 25mm 7.65mm x4 64 42 39mm 21.65mm x8 98 76 56mm 38.65mm x16 164 142 89mm 71.65mm 资料来源：CSDN，安信证券研究中心 图4：PCI-E插槽的四种形式 资料来源：IBM，安信证券研究中心 PCIe设计规范包含三层架构，数据报文首先在设备的核心层(DeviceCore)中产生，然后经过该设备的事务层(TransactionLayer)、数据链路层(DataLinkLayer)和物理层(PhysicalLayer)发送出去。接收端的数据也需要通过物理层、数据链路和事务层，并最终到达Device Core。每一层都分为发送和接受两个功能块。 事务层接收来自PCIe设备核心层的数据，将其封装为TLP(TransactionLayerPacket) 后，发向数据链路层，并且事务层还可以从数据链路层