数字经济专题报告之二十：AI算力高成长，持续挖掘算力硬件新技术

证券研究报告|行业点评报告 2023年04月10日 数字经济专题报告之二十：AI算力高成长，持续挖掘算力硬件新技术 评级及分析师信息 行业评级：推荐行业走势图 37%27%16% 5% -6% -17% 2022/042022/072022/102023/012023/04 通信沪深300 分析师：宋辉邮箱：songhui@hx168.com.cnSACNO：S1120519080003联系电话：分析师：柳珏廷邮箱：liujt@hx168.com.cnSACNO：S1120520040002联系电话： 通信行业 1、AI算力板块投资机会及逻辑 1）AI时代算力的增长也远远超过了摩尔定律每18个月翻番的速率，AI的奇点的到来也将会成就算力领域的黄金时代。2）以英伟达DGXSuperPOD为例拆解AI算力基础设施产业链：SuperPOD基本硬件构成包括DGXH100服务器、NVSwitch交换机、光模块等。3）新技术层出不穷，重点关注光引擎、液冷等降低功耗技术 4）AI算力相关领域，行业受益方向及上市标的包括：AI服务器 （紫光股份、中兴通讯等）、服务器代工（菲菱科思、共进股份）、GPU液冷散热（高澜股份）、服务器电源（新雷能）、高速PCB（沪电股份、深南电路）、BIOS(卓易信息)、服务器高速背板连接器（中航光电）、光模块（中际旭创、新易盛、天孚通信、 德科立、光迅科技、联特科技）、激光器（源杰科技）、AI算力中心（光环新网、奥飞数据、首都在线等）。 2、通信板块观点 当前时间节点，结合业绩确定性及估值两方面因素考虑，我们建议关注包括军工通信、面板以及低估的算力基础设施及工业互联网个股： 1）持续推荐算力基础设施 服务器等设备商：紫光股份（华西通信&计算机联合覆盖）、中兴通讯等； 算力中心：光环新网；2）军工通信：新雷能、烽火电子（华西通信&军工联合覆盖）、海格通信（华西通信&军工联合覆盖）、七一二等；3）工业互联：金卡智能（华西通信&机械联合覆盖）等； 4)液晶面板拐点：TCL科技（华西通信&电子联合覆盖）等； 5)AI应用：航天信息（华西通信&计算机联合覆盖）等 3、风险提示 AI底层相关顶层政策滞缓影响行业应用落地；AI厂商相关资本开支不及预期。 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 1.AI算力高成长，持续挖掘算力硬件新技术 1.1.智能算力规模将持续高速增长，算力硬件黄金时代 未来五年中国智能算力规模将持续高速增长：IDC与浪潮信息联合发布 《2022-2023中国人工智能计算力发展评估报告》（以下简称《报告》）。报告指出，中国人工智能计算力继续保持快速增长，2022年智能算力规模达到268百亿亿次 /秒(EFLOPS)，超过通用算力规模。 IDC预测，2021年中国智能算力规模达155.2EFLOPS，预计到2026年将达 到1271.4EFLOPS。2021年中国通用算力规模达到47.7EFLOPS，预计到2026年将达到111.3EFLOPS；2021-2026年，预计中国智能算力规模复合增长率将达52.3%，同期通用算力规模复合增长率为18.5%。 图1中国智能算力市场规模 资料来源：IDC,华西证券研究所 OpenAl数据显示，从2012年到2020年，其算力消耗平均每3.4个月就翻倍一次，8年间算力增长了三十万倍。 此外，AI时代算力的增长也远远超过了摩尔定律每18个月翻番的速率，根据中国信息通信研究院的估算，2021年全球超算算力规模大约为14EFlops，预测到2030年全球超算算力将达到0.2ZFlops，平均年增速超过34%。（数据来源：元宇宙内参） AI的奇点的到来也将会成就算力领域的黄金时代。 图2OpenAl算力需求情况 资料来源：OPENAI,华西证券研究所 1.2.以英伟达DGXSuperPOD为例拆解AI算力基础设施产业链 NVIDIADGXSuperPOD是一个AI数据中心基础设施平台，可让IT为每个用户和工作负载提供高性能AI算力，SuperPOD基本硬件构成包括DGXH100服务器、NVSwitch交换机、光模块等，其中相关配置如下： 采用NVIDIADGXH100系统的DGXSuperPOD由8个机架组成，每个机架有4台DGXH100服务器，总共32台服务器，共256块H100GPU卡，可提供1exaFLOP(一百亿亿次)的FP8精度稀疏AI算力。 SuperPOD内通过NVLink网络连接，可以为256块GPU提供总共57.6TB/sall-to-all双向带宽，同时32台DGXH100服务器可以与IB交换机互联，提供25.6TB/s的双向带宽。 GPU与CPU的互联是通过CX7网卡内的PCIeGEN5Switch来连接:CX7以网卡芯片的形式做成2块板卡来插入服务器，每4个CX7芯片组成一块板卡并且对外输出2个800GOSFP口，8块CX7网卡芯片组成2块板卡，共4对OSFP800G（2*400G）端口。 GPU互联层面采用NVSwitch芯片（NVS），其中L2NVS代表NVSwitch物理交换机 （以下以满配置为假设条件）：每个DGXH100内的一个GPU向北伸出18个NVLink连接共18*50GB=900GB/s双向带宽，18个NVLink以5,4,4,5四组形式分别连接到4个板载的NVSwitch芯片上。每台DGXH100服务器8块GPU每个NVS芯片南向就连接了40,32,32,40共114根NVLink4，然后每个NVS芯片做2:1的收敛，北向以5,4,4,5四组形式分别连接到外置的18个L2NVS端口（NVSwitch1U交换机），交换机端口以5,4,4,5的形式分成了4组形成一个板载。NVS芯片北向一共是20,16,16,20共72个NVLink，而南向是114个NVLlink,形成了2:1的收敛比。每一个NVLink是2个112GPAM4通道组成,每4个NVLink链路就需要一对800GOSFP的模块来端到端连接。 图3英伟达DGXSuperPOD网络连接示意图 资料来源：MicroFlow,华西证券研究所 图4NVIDIADGXH100服务器（背面视角）图5NVIDIADGXH100服务器（顶部视角） 资料来源：HPCSYSTEMS，华西证券研究所资料来源：HPCSYSTEMS，华西证券研究所 图6英伟达DGXSuperPOD实物图 资料来源：智源社区,华西证券研究所 1.3.中国AI服务器市场规模 随着AI各行业渗透不断提高，AI加速服务器市场需求将越来越大，根据IDC预测，2025年中国加速服务器市场规模达到约110亿美元。AI服务器和传统通用服务器在设计方案上主要区别在于对高性能计算资源、内存和存储、网络连接（PCB）等。 AI服务器70%以上成本为GPU等加速芯片板卡，可以预计2025年国内AI加速芯片板卡市场约为77亿美元（约520亿元），2021-2025年复合增速17%以上。 中国加速服务器市场规模及市场占比（单位：亿美元） 12027.1%110.630.0% 27.0%9927.0%27.0% 100 25.9% 88 25.0% 22.9% 75 80 20.0% 5917.3% 60 15.0% 12.5% 11.7% 40 10.0% 20 5.0% 0 0.0% 2021年2022年E2023年E2024年E2025年E 中国计算加速服务器市场规模占整体服务器比例% 同比增速% 120.00%100.00% 80.00%60.00%40.00%20.00% 0.00% 高性能型 推理型 机器学习型 CPUGPU内存存储其他 不同类型服务器成本构成情况 72.80% 27.30% 25% 23.30% 25% 9.80% 图7中国加速服务器市场规模图8不同类型服务器成本构成 资料来源：IDC，华西证券研究所资料来源：IDC，华西证券研究所 1.4.新技术层出不穷，重点关注光引擎、液冷等降低功耗技术 NVIDIA为了将HopperGPU的强大算力引入主流服务器，推出了全新的融合加速器H100CNX。H100CNX将网卡与GPU直接相连，H100GPU与英伟达ConnectX-7400Gb/sInfiniBand和以太网智能网卡，使网络数据通过DMA以50GB/s的速度直接传输到H100，能够避免带宽瓶颈，为I/O密集型应用提供更强劲的性能。 图9H100CNX融合加速器 资料来源：搜狐,华西证券研究所 另外，英伟达与硅光公司AyarLabs签署了合作研发协议，同时英伟达还参与AyarLabsC轮融资，与其联合开发带外激光器与硅光互连方案。我们判断英伟达下阶段的发展目标是用硅光芯片做成光引擎，传输将功耗降低一半，并将设备间的传输距离提高到100米（NVSwitch结构使用的电信号传输范围约为300厘米）。 每个GPU对应两个光学引擎，每个光学引擎包含24根光纤，初步信号传输速率为200Gb/秒，总带宽为4.8Tb/秒，用以提供基于NVSwitch结构的双工传输带宽。包含 6个光学引擎的NVSwitch初始速率为28.8Tb/秒。 谷歌TPUv4（中间的ASIC加上4个HBM堆栈）和带有4个液冷封装的印刷电路板(PCB)。该板的前面板有4个顶部PCIe连接器和16个底部OSFP连接器。 图10GPU与NVSwitch使用光引擎将电信号转为光信号图11谷歌TPUV4与前两代产品对比 资料来源：置顶网，华西证券研究所资料来源：nextplatform，华西证券研究所 2.投资逻辑及机会 1）AI时代算力的增长也远远超过了摩尔定律每18个月翻番的速率，AI的奇点的到来也将会成就算力领域的黄金时代； 2）以英伟达DGXSuperPOD为例拆解AI算力基础设施产业链：SuperPOD基本硬件构成包括DGXH100服务器、NVSwitch交换机、光模块等； 3）新技术层出不穷，重点关注光引擎、液冷等降低功耗技术； 4）AI算力相关领域，行业受益方向及上市标的包括：AI服务器（紫光股份、中兴通讯等）、服务器代工（菲菱科思、共进股份）、GPU液冷散热（高澜股 份）、服务器电源（新雷能）、高速PCB（沪电股份、深南电路）、BIOS(卓易信息)、服务器高速背板连接器（中航光电）、光模块（中际旭创、新易盛、天孚通信、德科立、光迅科技、联特科技）、激光器（源杰科技）、AI算力中心 （光环新网、奥飞数据、首都在线等）。 表格1AI算力产业链受益方向及标的 AI产业链 相关受益标的 其他相关标的 算力方面 算力运营 中国移动、中国电信、中国联通 服务器产业链 服务器 紫光股份、中兴通讯 烽火通信 服务器代工 菲菱科思、共进股份 服务器上游 GPU散热 高澜股份 BIOS 卓易信息 高速PCB 沪电股份、深南电路 生益电子 高速背板连接器 中航光电 兆龙互联、立讯精密、华丰科技(已报材料) 服务器电源 新雷能 接口芯片 裕太微 数通设备 星网锐捷、紫光股份、中兴通讯 算力中心 光环新网、奥飞数据、首都在线 超讯通信、鸿博股份、铜牛信息、宝信软件、数据港 光通信 光模块 中际旭创、新易盛、天孚通信、光迅科技、联特科技、德科立 华工科技、光库科技、铭普光磁、博创科技 光连接器 太辰光、中航光电 意华股份、特发信息、兆龙互联 零组件 中瓷电子、腾景科技 激光器 源杰科技 仕佳光子 材料 砷化镓、磷化铟 云南锗业 铌酸锂材料 天通股份 装备 硅光及薄膜铌酸锂封测设备 罗博特科 AI应用 政务 航天信息 AIGC 平治信息 梦网科技 资料来源：华西证券研究所 3.近期通信板块观点及推荐逻辑 3.1.本周持续推荐 当前时间节点，结合业绩确定性及估值两方面因素考虑，我们建议关注包括军工通信、面板以及低估的算力基础设施及工业互联网个股： 1）持续推荐算力基础设施 服务器等设备商：紫光股份（华西通信&计算机联合覆盖）、中兴通讯等；算力中心