高速互联系列之一：PCIe开放生态，AI拉动需求

证券研究报告|行业点评报告 2024年04月15日 高速互联系列之一：PCIe开放生态，AI拉动需求 评级及分析师信息 行业评级：推荐行业走势图 12% 4% -4% -12%-20%-28% 2023/042023/072023/102024/012024/04 通信沪深300 分析师：马军邮箱：majun@hx168.com.cnSACNO：51120523090003联系电话：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、跨越时代的高速互连：PCIe6.0的演进与PCIe7.0的发布PCIe技术诞生演进，开启高速互连新时代。自2003年PCIe 1.0标准的推出以来，PCIe技术经历了一系列重要的迭代，从PCIe2.0到3.0，再到4.0和5.0，每一代标准的发布都标志着传输速率的显著提升。到了2021年，PCIe6.0的发布将单向传输速率推至64GT/s的新高度，而最新的PCIe7.0标准更是预告了2025年将实现单向速率128GT/s的高速互连新时代。 2、PCIe与NvidiaNVLink的对比 2.1在技术架构与生态定位上，开放与封闭的技术较量：PCIe以其开放标准促进了广泛的技术融合和不同制造商和设备间的高效通信，而NVLink则专为NVIDIAGPU打造，形成了一个封闭但优化的性能高地。 2.2在性能指标上，灵活性和高效能各具优势：PCIe通过其高效的传输技术实现了高速数据吞吐，而NVLink则以其专为GPU设计的互联技术，在带宽和延迟上提供了显著优势。 2.3在应用领域上，广泛性与专业性各具特色：PCIe的通用性使其适用于多种计算环境，而NVLink则专注于为NVIDIAGPU提供优化的高性能解决方案。 3、相关投资逻辑 当前的PCIe生态涵盖了广泛的硬件设备和应用领域。从图形处理单元（GPU）到高速存储解决方案，如NVMeSSD，再到网络接口卡（NIC）以及各种加速卡与协处理器，PCIe技术正成为现代计算不可或缺的一部分。 随着PCIe6.0的推出和PCIe7.0的即将到来，将继续朝着更高的传输速率、更低的功耗、更强的兼容性和互操作性方向发展。我们认为PCIe7.0规范将重点关注800G以太网连接传输，并包括人工智能、机器学习、云计算和量子计算等内容，并加速在大型智算中心中的应用。 PCIe相关生态包括：CPU、GPU平台：intel、AMD、Nvdia；IP提供商Synopsys、Alphawave；测试仪器：keysight；PCIe芯片厂商：博通、Microchip、TI、澜起科技等。 4、通信板块观点 当前时点，面临全球地缘政治冲突及中美科技博弈的多重不确定性情况，TMT行业对国产替代、自主可控等政策发展具有阶段性影响，从而催化包括算力、卫星通信、鲲鹏体系等热点主题，我们近期持续推荐： 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 1）电信运营商：中国移动、中国电信、中国联通等； 2）持续推荐算力&通信基础设施 无线通信&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； 相关配套服务商：英维克（液冷）、新雷能（电源）； 算力第三方租赁：光环新网、奥飞数据、网宿科技、数据港等。 3）光网络升级 光模块及光放大器：光迅科技、天孚通信、德科立、中际旭创、新易盛； 激光器受益标的：源杰科技、长光华芯。 4）军工通信：海格通信（华西通信&军工联合覆盖）、烽火电子 （华西通信&军工联合覆盖）、七一二等；5）工业互联：金卡智能（华西通信&机械联合覆盖）、威胜信息等； 6）液晶面板：TCL科技（华西通信&电子联合覆盖）等。 5、风险提示 应用推广不及预期；算力需求不及预期；技术路线演进不及预期。 1.跨越时代的高速互连：PCIe的演进与革新 PCI技术问世，计算机互连技术迭代提升。自1991年PCI（PeripheralComponentInterconnect）技术的诞生以来，计算机互连技术经历了一系列的革新。最初的PCI总线在33MHz频率下提供132MB/s的传输带宽，随着技术的发展，PCI总线频率提升至66MHz，带宽达到264MB/s。然而，随着对更高性能的追求，PCI总线技术逐渐暴露出速率瓶颈，特别是在服务器和工作站领域。为此，PCI-X和PCIe技术相继被提出，以满足日益增长的带宽需求。 PCIe技术诞生演进，开启高速互连新时代。2003年，PCIe1.0标准推出，标志着PCIe时代的开始，其支持的传输速率显著提高。随后，PCIe2.0在2007年发布，进一步提升了传输速率。2010年，PCIe3.0的推出，最高速率可达8GT/s。2017年，PCIe4.0标准发布，带宽最高可达16GT/s。2019年，PCIe5.0标准发布，最高传输速率达到32GT/s。到了2021年，PCI-SIG组织发布了PCIe6.0标准，速率达到64GT/s。最新的PCIe7.0标准已于2024年公布，预计将在2025年正式推行，其单向速率可达128GT/s，在x16双向传输模式下，速率高达512GB/s。 图1PCIe技术迭代路线图图2PCIe6.0性能提升优势 资料来源：PCI-SIG官网，华西证券研究所资料来源：PCI-SIG官网，华西证券研究所 图3PCIe标准升级速率 资料来源：PCI-SIG官网，华西证券研究所 2.PCIe与NvidiaNVLink的对比 PCIe与NVLink作为当前高性能计算领域中的两种关键互连技术，各自承载着不同的技术理念和应用定位。 2.1.在技术架构与生态定位上，开放与封闭的技术较量 PCIe以其开放标准促进了广泛的技术融合和不同制造商和设备间的高效通信，而NVLink则专为NVIDIAGPU打造，形成了一个封闭但优化的性能高地。 PCIe：作为业界广泛采纳的开放标准，PCIe6.0继承了其前代产品的通用性和互操作性，旨在实现不同制造商和设备类型之间的高效通信。其开放的架构支持广泛的硬件生态系统，允许设备间的灵活解耦和快速集成，从而推动了技术创新和市场多样性。 NVLink：NVLink是NVIDIA为其GPU产品线专门设计的高速互联解决方案，形成了一个相对封闭的技术生态。这种封闭性使得NVLink能够针对NVIDIA的GPU进行深度优化，提供最大化的性能表现，但它的应用范围受限于NVIDIA的硬件平台，不具备PCIe的广泛兼容性。 2.2.在性能指标上，灵活性和高效能各具优势 PCIe通过其高效的传输技术实现了高速数据吞吐，而NVLink则以其专为GPU设计的互联技术，在带宽和延迟上提供了显著优势。 PCIe的灵活性与能效优势：PCIe6.0提供了高达64GT/s的单向传输速率，显著提高了数据吞吐量。在能效方面，PCIe6.0采用了先进的信号传输技术，如PAM-4，以优化功耗和信号完整性，确保在高速传输中维持高效率和可靠性。因此，PCIe6.0成为轻量级工作负载和推理应用部署的理想选择，支持服务器小型化和资源的高效分配。 NVLink的高性能定位：NVLink专注于GPU间的直接通信，能够提供比PCIe更高的带宽和更低的延迟。这种专为GPU设计的互联技术在NVIDIA的封闭生态中实现了极致的性能，特别是在需要大规模并行处理和极高带宽的AI模型训练等高性能计算的任务中。 2.3.在应用领域上，广泛性与专业性各具特色 PCIe的通用性使其适用于多种计算环境，而NVLink则专注于为NVIDIAGPU提供优化的高性能解决方案。 PCIe凭借其开放性和广泛的兼容性，适用于多种计算环境，包括数据中心、云计算平台、企业级存储解决方案、高性能网络设备等。这种灵活性使得PCIe能够迅速适应市场变化和技术演进。 NVLink：NVLink主要针对NVIDIAGPU优化的应用场景，如深度学习、复杂科学计算、高级图形渲染等。 总结而言，PCIe以其开放性和通用性在多样化的计算环境中占据重要地位，而NVLink则在NVIDIA的封闭生态中提供了针对特定硬件优化的高性能解决方案。两者的选择取决于对性能、兼容性和生态系统开放性的不同需求。随着技术的不断进步，PCIe6.0和NVLink都将继续在各自的领域内推动高性能计算的发展。 图4A100PCIe与A100SXM各项参数对比 资料来源：英伟达官网,华西证券研究所 图5PCle6.0技术在多样化市场中的应用图6PCIe的使用场景 资料来源：PCI-SIG官网，华西证券研究所资料来源：公众号处芯积虑，华西证券研究所 3.相关投资逻辑 当前的PCIe生态涵盖了广泛的硬件设备和应用领域。从图形处理单元（GPU）到高速存储解决方案，如NVMeSSD，再到网络接口卡（NIC）以及各种加速卡与协处理器，PCIe技术正成为现代计算不可或缺的一部分。它不仅为专业音频与视频采集卡提供了高速的数据通道，还在科研仪器与工业控制等领域发挥着至关重要的作用。通过PCIe接口，这些设备能够与计算机系统无缝连接，实现高速、低延迟的数据交换和处理。 随着PCIe6.0的推出和PCIe7.0的即将到来，将继续朝着更高的传输速率、更低的功耗、更强的兼容性和互操作性方向发展。我们认为PCIe7.0规范将重点关注800G以太网连接传输，并包括人工智能、机器学习、云计算和量子计算等内容，并加速在大型智算中心中的应用。 PCIe相关生态包括：CPU、GPU平台：intel、AMD、Nvdia；IP提供商Synopsys、Alphawave；测试仪器：keysight；PCIe芯片厂商：博通、Microchip、TI、澜起科技等。 4.近期通信板块观点及推荐逻辑 4.1.整体行业观点 当前时点，面临全球地缘政治冲突及中美科技博弈的多重不确定性情况，TMT行业对国产替代、自主可控等政策发展具有阶段性影响，从而催化包括算力、卫星通信、鲲鹏体系等热点主题，我们近期持续推荐： 1）电信运营商：中国移动、中国电信、中国联通等； 2）持续推荐算力&通信基础设施 无线通信&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；相关配套服务商：英维克（液冷）、新雷能（电源）； 算力第三方租赁：光环新网、奥飞数据、网宿科技、数据港等。3）光网络升级 光模块及光放大器：光迅科技、天孚通信、德科立、中际旭创、新易盛；激光器受益标的：源杰科技、长光华芯。 4）军工通信：海格通信（华西通信&军工联合覆盖）、烽火电子（华西通信&军工联合覆盖）、七一二等； 5）工业互联：金卡智能（华西通信&机械联合覆盖）、威胜信息等； 6）液晶面板：TCL科技（华西通信&电子联合覆盖）等。 4.2.中长期产业相关受益公司 1）设备商：中兴通讯、烽火通信、紫光股份、星网锐捷等； 2）军工通信：新雷能、七一二、上海瀚迅、海格通信等； 3）光通信：中天科技、亨通光电、中际旭创、天孚通信、新易盛、光迅科技等； 4）卫星互联网：雷科防务、震有科技、康拓红外等； 5）5G应用层面：高鸿股份、光环新网、亿联网络、会畅通讯、东方国信、天源迪科等； 6）其他低估值标的：平治信息、航天信息等。 5.风险提示 应用推广不及预期；算力需求不及预期；技术路线演进不及预期。 分析师与研究助理简介 马军：华西证券通信行业首席分析师。西安交大硕士，曾就职于工信部电信研究院、华创证券、方正证券，担任过副所长，通信互联网首席分析师等职位。20年通信互联网产业政策趋势研究经验，12年证券研究经验，前瞻性与脉动性行业趋势把握到位，连续多年荣获各种行业研究奖项，2017年获得包括新财富、水晶球、金牛奖、第一财经等通信行业研究第二名。著有 《科技时代新资本》等。 宋辉：3年电信运营商及互联网工作经验，6年证券研