算力数据中心核心硬件深度全解析!

专栏头像

热门主题产业链

算力基础设施建设是本轮AI投资周期的重点。

北美科技公司陆续进入新一轮AI投资周期,资本支出大幅增加。

微软近期表示,计划在2025财年投入800亿美元用于建设人工智能数据中心,这一数字相比之前有了显著的增长。

国内以字节跳动、腾讯、百度等为代表的互联网大厂也在持续加大投入算力基础设施建设。

随着算力资本投入持续加大,以及AI集群高密度化发展,带来数据中心硬件的强劲需求。本文重点梳理数据中心服务器、高性能网络设备交换机、光模块等环节。

01  服务器

服务器是AI数据中心执行计算任务的核心设备,负责处理存储和传输数据,能够支持大规模数据处理、模型训练、推理计算等复杂任务。

AI服务器的硬件架构通常采用异构形式,如CPU+GPU、CPU+FPGA、CPU+TPU、CPU+ASIC或CPU+多种加速卡,以满足AI算法对大规模数据处理、高并发计算和低延迟响应的需求。AI服务器产业链全景梳理

数据中心核心硬件示意图:

在AI大模型发展早期,AI服务器需求以模型训练为主,随着生成式AI应用高速发展,未来推理型服务器有望逐渐成为市场主流。

AI服务器品牌厂商方面,全球代表厂商包括戴尔、超微电脑、HPE、甲骨文、惠普、联想集团、浪潮信息、新华三、宁畅、超聚变、中科曙光拓维信息等。

ODM代表厂商包括鸿海精密、富士康、英业达、广达电脑、纬创资通、工业富联、Supermicro等。

此外,随着AI集群算力加功耗上升,也将推动液冷散热和高端电源需求。

液冷服务器

AI带动服务器机柜功率及功率密度持续提升,加速液冷散热需求。

液冷服务器采用液体冷却技术的服务器系统,通过将液体(通常是水或其他特殊冷却液)注入服务器内部,利用冷热交换原理将服务器产生的热量带走,从而实现高效散热。液冷服务器全景梳理

液冷技术主要包括冷板式液冷、浸没式液冷和喷淋式液冷技术三种。目前冷板式液冷在我国液冷服务器市场中占据主导地位,市场占比高达65%左右。浸没式液冷控制更复杂、要求更高,其市场占比约为34%,浸没式液冷厂商以曙光数创(中科曙光控股)为代表,未来有望加速应用在超算中心。

根据IDC数据,2024年上半年,我国液冷服务器市场厂商份额前四大厂商分别为浪潮信息、超聚变、宁畅和新华三。

产业链各环节入局者众多,飞荣达科华数据光迅科技网宿科技工业富联拓维信息等一众厂商在各细分领域都有参与布局;第三方厂商也加速进入这一市场,专业温控厂商英维克申菱环境高澜股份同飞股份等已有多个项目成功落地。

海外层面,预计2025年英伟达GB200NVL36、NVL72配套液冷市场空间可达32亿美元;此外,国内昇腾Atlas900集群加速应用液冷,带动液冷渗透率快速提升。

AI服务器电源

服务器电源主要用于给服务器提供稳定电能。AI服务器电源一般需要冗余配置,同时随着服务器总功耗快速提升,电源模块功率密度同步提升。

服务器电源主要分为保障电路UPS、机架电源AC/DC、芯片电源模组DC/DC三级。

据MTC,全球前16大电源厂商中,中国台湾地区厂商上榜7家,其中前五大有四家为中国台湾地区厂商,台达电子为断层第一,市占率约为69%,依靠技术领先和高度垂直整合优势,成为英伟达新AI芯片的电源大赢家;光宝科技紧随其后排名第二,市占率约为15%-20%。中国大陆企业中,仅有麦格米特欧陆通跻身榜单。

此外,BBU电源作为服务器电源的一种特殊类型近年来兴起,该类型电源主要用于提供应急电力支持,确保服务器在市电故障时仍能继续运行一段时间,以保护数据和业务的连续性。国内已有蔚蓝锂芯欣旺达等厂商参与布局。

02  网络端设备

算力集群化趋势带动网络互联需求。

网络设备是AI数据中心内部和外部通信的关键组件,负责实现数据的高效传输和交换。

主要包括光模块、交换机、路由器等多种类型。

光模块

光模块是AI基础设施中网络端的重要环节,与训练端GPU出货量强相关,同时推理端流量需求爆发也有望带动需求增长。

光模块通过光电转换,实现数据中心内部、互联和终端等的连接,也应用于互联网厂商基础设施、电信运营商等,可提供高速和长距离的数据传输解决方案。

需求端看,全球主要客户都在积极推进基于以太网交换机的数据网络中心,与之配套的800G/400G光模块仍将保持强劲的需求。

随着光模块向更高速率迭代,技术周期缩短,下一代1.6T光模块将速度增长。算力产业链核心赛道:高速光模块全景解析

光模块速率演进路径:

光模块是我国的优势产业,我国厂商市场份额排名行业前列,具备世界竞争力。

根据光通信行业市场机构LightCounting公布的最新版2023年全球光模块TOP10榜单。

中国厂商的整体表现来看,共有7家厂商入围。2023年,旭创科技(排名第1)、华为(排名第3)、光迅科技(排名第5)、海信宽带(排名第6)、新易盛(排名第7)、华工正源(排名第8)、索尔思光电(排名第9)。(注:索尔思光电有中国公司华西股份参股,并有望进一步扩大控股权,可将其列为中国光模块厂商)。

CPO&OIO

从1.6T开始,传统可插拔速率升级或达到极限,后续CPO方案有望成为产业重要技术路线,并实现向真正的“光互连”的转变。

CPO(Co-packagedOptics)是在数据中心光互连领域应用的光电共封装方案,主要用于解决可插拔光模块的功耗问题。在CPO技术中,ASIC芯片和硅光引擎被协同封装在同一高速主板上,从而实现高度集成。

CPO路线图:

资料来源:YOLE

CPO技术存在壁垒,进入门槛较高。

目前整个产业链环节以海外厂商为主导,全球主要有博通、英特尔、Ranovus、英伟达、AyarLabs等少数公司具备向市场提供专有解决方案的内部能力。

国内方面,在光引擎、激光光源及最后的组装环节有望加速突破。

光引擎方面,由于光引擎中除了硅光芯片还需要FAU等无源器件,国内厂商例如天孚通信提供光通信系统中所需的各种光源组件,如激光器、光放大器等,有望凭借其丰富的无源器件产线进入供应链。

激光光源方面,国内厂商如源杰科技有望通过成本优势进入供应链。

国内光模块厂商也在相继布局CPO研发。据不完全统计,中际旭创新易盛联特科技罗博特科通宇通讯中京电子天孚通信光迅科技德科立仕佳光子亨通光电华工科技剑桥科技等多家国内公司已经开始布局CPO相关技术研发或业务。

CPO的下一步OIO,实现片间光互联。OIO需要关注的是switch内部的数据的速率,可以直接同步switch内部的并行数据的总线,总带宽可以通过光的不同波长来实现,在一定范围内的带宽的扩展降低能量代价,为其独特优势。目前仍处于行业早期阶段,随着AI和数据中心架构的拓展,OIO可能成为重要的互联方式,支持更高的带宽以及更低的延迟和更长的覆盖范围。

交换机

交换机广泛应用于局域网、广域网和数据中心等场景,实现各端口间的数据传输。

在数据中心中主要负责连接服务器、存储设备等网络设备。

产业链维度来看,交换机产业链上游主要包括芯片、电子元器件供应商与交换机代工商,产业链中游为交换机品牌商(白盒与非白盒),下游为重点应用客户。

交换芯片侧,2025年国产替代有望持续推进,机内GPU互联有望打开全新增长空间。

商用以太网交换芯片市场主要由博通、Marvell与Realtek主导,国内厂商盛科通信在商用以太网交换芯片国内排名第一,全球第四。

交换机品牌商与代工商侧,400G及以上交换机加速渗透,高速交换机方面,800G市场正在快速兴起。

国内交换机行业集中度较高,呈现寡头竞争的竞争格局。华为、新华三和锐捷网络占据大部分的市场份额,思科和中兴通讯紧随其后。

品牌商方面,新华三24年10月发布业界首款1.6T智算交换机,800G交换机开始小批量出货;锐捷网络订单集中于字节、阿里、腾讯等Tier1互联网客户智算中心建设领域,800G交换机实现对于Tier1互联网客户的小批量发货;中兴通讯51.2T盒式交换机已实现在互联网厂商侧规模商用。代工商方面菲菱科思与新华三等客户中高端交换机业务合作稳步推进;共进股份800G交换机已开始陆续交付。

液冷交换机方面,阿里和锐捷网络合作产品LiquidTigatron交换机采用先进的液冷技术;新华三提供多种型号的液冷交换机,如S5500V2-52C-EI等。

交换机市场份额占比情况:

此外,随着大数据和云计算技术的快速发展,数据中心存储的数据量急剧增长,对存储设备的性能和容量提出了更高的要求。算力核心赛道:存储芯片全解析

当前全球大厂加速开启AI算力军备竞赛,在全球AI算力基建加速建设背景下,超以太网、硅光、AEC等新方案也在不断加速导入。

来源:乐晴智库精选

展开阅读全文

相关标的