计算机行业报告:昇腾万里,鲲鹏展翅,华为算力乘风起

报告研读小助理 2024-03-06 09:06:38

报告出品方:开源证券

以下为报告原文节选

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1、 鲲鹏+昇腾双引擎,信创+AI 双驱动

基于“鲲鹏+昇腾”双引擎,华为正式全面启航计算战略。2019 年华为全链接

大会(HUAWEICONNECT)期间,华为基于“鲲鹏+昇腾”双引擎正式全面启航计

算战略,宣布开源服务器操作系统、GaussDBOLTP 单机版数据库,开放鲲鹏主板,

拥抱多样性计算时代。华为通过硬件开放、软件开源、使能合作伙伴,共同开拓万

亿级的计算产业大蓝海。

鲲鹏计算产业是基于鲲鹏处理器的基础软硬件设施、行业应用及服务,涵盖从底层硬件、基础软件到上层行业应用的全产业链条。纵观鲲鹏计算产业生态全景,硬件方面,围绕鲲鹏处理器,涵盖包括昇腾 AI 芯片、智能网卡芯片、底板管理控制器(BMC)芯片、固态硬盘(SSD)、磁盘阵列卡(RAID 卡)、主板等部件以及个人计算机、服务器、存储等整机产品。基础软件方面,涵盖操作系统、虚拟化软件、数据库、中间件、存储软件、大数据平台、数据保护和云服务等基础软件及平台软件。行业应用方面,鲲鹏计算产业生态覆盖政府、金融、电信、能源、大企业等各大行行业应用,提供全面、完整、一体化的信息化解决方案。

华为基于“硬件开放、软件开源、使能伙伴、发展人才”的策略推动鲲鹏计算产业发展。华为作为鲲鹏计算产业的成员,聚焦计算架构创新、处理器和开源基础软件的研发,以及华为云服务,致力于推动鲲鹏生态发展。通过战略性、长周期的研发投入,持续推进全栈计算技术的创新发展。同时,华为利用自己的硬件能力,对外提供鲲鹏主板、SSD、网卡、模组和板卡,优先支持合作伙伴发展服务器和 PC等计算产品,基于“硬件开放、软件开源、使能伙伴、发展人才”的策略推动鲲鹏计算产业发展。

昇腾计算产业是基于昇腾系列处理器和基础软件构建的全栈 AI 计算基础设施、行业应用及服务,包括昇腾系列处理器、系列硬件、CANN(异构计算架构)、AI计算框架、应用使能、开发工具链、管理运维工具、行业应用及服务等全产业链。

2、 昇腾万里,国产 AI 算力崛起

大模型不断涌现及性能升级,驱动 AI 算力景气高位向上。根据 OpenAI 于 2020年的数据,训练一次 1746 亿参数的 GPT-3 模型需要的算力约为 3640PFlop/s-day(假如每秒计算一千万亿次,需要计算 3640 天)。未来伴随国内外巨头先后加码大模型领域投入,以及各家大模型参数量快速增长、从单模态向多模态升级、生成式人工智能应用用户规模增长等催化,AI 算力需求有望持续高景气。

生成式人工智能发展显著拉动 AI 服务器需求增长。IDC 预计,全球人工智能服务器市场,将从 2022 年的 195 亿美元增长到 2026 年的 347 亿美元,五年年复合增长率达 17.3%;其中,用于运行生成式人工智能的服务器市场规模在整体人工智能服务器市场的占比将从 2023 年的 11.9%增长至 2026 年的 31.7%。

中国的人工智能服务器市场增速领跑全球。根据 IDC 数据,2023 年上半年,中国人工智能服务器市场规模达到 30 亿美元,同比增长 55.4%。同时 IDC 预计 2023年中国人工智能服务器市场规模将达到 91 亿美元,同比增长 82.5%,2027 年将达到134 亿美元,五年年复合增长率达 21.8%。

中国智能算力规模有望保持快速增长。从算力规模而言,智能算力规模方面,2022 年中国智能算力规模达 259.9 每秒百亿亿次浮点运算(EFLOPS),2023 年将达到 414.1EFLOPS,预计到 2027 年将达到 1117.4EFLOPS。

通用算力规模方面,2022 年中国通用算力规模达 54.5EFLOPS,预计到 2027 年通用算力规模将达到 117.3EFLOPS。2022-2027 年期间,中国智能算力规模年复合增长率达 33.9%,同期通用算力规模年复合增长率为 16.6%。

美国加码对华高端 AI 芯片限售力度,国产算力成长前景光明。2023 年 10 月 17日,美国商务部产业与安全局(BIS)发布对华半导体出口管制最终规则。最终规则在 2022 年 10 月 7 日出台的临时规则基础上,进一步加严对人工智能相关芯片、半导体制造设备的对华出口限制,并将多家中国实体增列入出口管制“实体清单”。此后英伟达公告 A100、A800、H100、H800、L40S 等芯片对华出口将受到影响。美国加码对华高端 AI 芯片限售力度,有望为国产算力厂商创造更多发展机遇。

华为发布全栈全场景 AI 解决方案。在 2018 年华为全联接大会上,华为首次发布了全栈全场景 AI 解决方案,包括芯片、芯片使能、训练和推理框架和应用使能全堆栈方案,可在公有云、私有云、各种边缘计算、物联网行业终端以及消费类终端等全场景部署。

华为已推出昇腾 910 和昇腾 310 两款 AI 芯片。昇腾(Ascend)系列 AI 处理器,采用华为自研的面向张量计算的达芬奇架构,通过独创的 3D Cube 设计,为人工智能提供强劲的算力支持。其中,昇腾 310 在 2018 年 10 月 10 日上市,面向推理场景,8W 功耗可以提供 16 TOPS INT8 的算力。昇腾 910 在 2019 年 8 月 23 日发布,总体技术表现超出预期,可应用于 AI 训练任务。

根据华为计算公众号公布的实际测试结果,昇腾 910 算力水平达到设计规格,即半精度(FP16)算力达到 256Tera-FLOPS,整数精度(INT8)算力达到 512Tera-OPS,此外昇腾 910 达到规格算力所需功耗仅 310W,明显低于设计规格的 350W。目前华为进一步升级推出昇腾 910B,根据科大讯飞 2023 年三季度业绩说明会公告,当前华为昇腾 910B 能力已经基本做到可对标英伟达 A100。

基于昇腾 AI 处理器,华为开发出 Atlas 系列人工智能产品。其中,Atlas 200 AI加速模块,可以嵌入到机器人、摄像头、无人机等实现终端智能;Atlas500 智能小站是面向边缘部署的智能小站,可实现交通、楼宇、园区等边缘智能场景;在数据中心面向训练和推理场景,华为提供了 Atlas 300 AI 加速卡和 Atlas 800 AI 服务器;同时面向广大开发者,华为提供 Atlas 200 DKAI 开发者套件,方便开发者快速熟悉Atlas 的开发环境。

华为开源全场景 AI 计算框架 MindSpore,推动 AI 软硬件应用开源生态繁荣发展。2020 年 3 月 28 日,在华为开发者大会 2020 上,华为宣布全场景 AI 计算框架MindSpore 在码云正式开源,企业级 AI 应用开发者套件 ModelArtsPro 在华为云上线,同时展示了各行业合作伙伴基于华为人工智能计算平台 Atlas 的云边端全场景开发实践。

华为全场景 AI 计算框架 MindSpore 具有开发态友好、运行态高效、部署态灵活等三大特性。开发态友好:通过自动微分、自动并行、自动调优等技术,代码减少 20%,效率提升 50%。运行态高效:通过图/算子编译加速以及神经网络并行执行,协同昇腾芯片实现 2 倍性能优势。部署态灵活:通过自适应部署技术,实现从 IoT设备到云灵活部署,可大可小(百 K 级-M 级)。

昇思 MindSpore 位居中国人工智能框架使用率排名前列。根据 Omdia《中国人工智能框架市场调研报告》发布的中国人工智能框架使用率排名结果,虽然TensorFlow 和 PyTorch 的先发优势仍然存在,但是昇思 MindSpore 已凭借 11%的使用率跻身国产框架第一梯队。

在支持超大规模模型训练开发方面,昇思 MindSpore 原生支持预训练大模型开发,已在中国市场上占据优势地位,并已经孵化出了一系列创新大模型。在中国本土市场上,百度飞桨和昇思 MindSpore 由于有独特的中国本土语言和数据优势,更能在支持本土预训练大模型方面取得成功。在科研创新领域,昇思 MindSpore 是最适合做“AIforScience”项目的国产人工智能框架之一,其对“AIforScience”的支持能力甚至超过了 PyTorch,并有赶超 TensorFlow 的趋势。

华为推出首个万卡 AI 集群,引领算力创新。2023 年 7 月 6 日,在 WAIC 2023期间举办的昇腾人工智能产业高峰论坛上,华为宣布昇腾 AI 集群全面升级,集群规模从最初的 4000 卡集群扩展至 16000 卡,是业界首个万卡 AI 集群,拥有更快的训练速度和 30 天以上的稳定训练周期。同时,华为携手伙伴联合发布昇腾 AI 大模型训推一体化解决方案,加速大模型在各行业应用落地,并有 23 家昇腾 AI 伙伴推出AI 服务器、智能边缘与终端新品,共同为行业智能化升级提供丰富的产品与解决方案。

华为昇腾 AI 集群解决方案落地全国多个人工智能计算中心。至顶智库统计,截至 2023 年 2 月,我国已投入运营和在建的人工智能计算中心达 23 个,其中有 16 家人工智能计算中心由华为参与建设,使用华为昇腾人工智能计算系统作为底层技术支持。2023 年 7 月 6 日,华为轮值董事长胡厚崑在昇腾人工智能产业高峰论坛宣布,昇腾 AI 集群解决方案,已经在全国 25 个城市的人工智能计算中心及重点实验室得到应用,其中有 7 个,包括武汉、西安等,成为科技部首批认可的“国家新一代人工智能公共算力开放创新平台”。

华为昇腾 AI 解决方案打造坚实国产 AI 算力底座。目前基于昇腾 AI 澎湃算力,原生研发、适配的大模型超过 30 个,占据中国大模型近一半数量。为进一步推动大模型创新,华为联合 26 家金融、运营商、互联网等行业领军企业,科研院所和高校,共同启动昇腾 AI 大模型联合创新。华为也助力中国移动、科大讯飞、南方电网等领先企业,构建企业坚实的算力基础设施,加速企业的智能化转型。

昇腾产业崛起,重视生态伙伴投资机遇。昇腾生态伙伴包括整机硬件伙伴、IHV硬件伙伴、应用软件伙伴、一体机解决方案伙伴、生态运营伙伴等五个类型。其中整机硬件伙伴为拥有自有品牌产品,能在昇腾产品基础上二次开发或加工生产,并销售与服务至最终用户的合作伙伴,目前昇腾生态伙伴包含 13 家整机硬件伙伴。昇腾需求高景气,有望为整机硬件伙伴带来高成长机遇。

昇腾万里伙伴计划根据伙伴的技术和市场能力,以及市场贡献、产业贡献,将伙伴分为注册级、认证级、领先级、优选级、战略级。13 家整机硬件伙伴中,包含2 家战略级伙伴华鲲振宇、昆仑技术,1 家领先级伙伴神州数码,6 家优选级伙伴清华同方、长江计算、广电五舟、湘江鲲鹏、宝德计算、百信信息等,以及 4 家认证级合作伙伴。

3、 鲲鹏展翅,乘信创东风腾飞

中国服务器市场保持较高速增长。伴随金融、电信等行业的数字化进程加速,企业的数字化、智慧化需求旺盛以及云计算、加速计算、边缘计算等在各行业的深度应用,中国服务器市场依然保持较高速增长。根据赛迪顾问,2022 年,中国服务器市场销售量规模达 447.8 万台,同比增长 12.7%;销售额达到 1651.2 亿元,同比增长 22.7%。2023 年上半年,中国服务器市场整体销量超过 150 万台,销售额约 800亿元。预计到 2025 年,中国服务器销售量、销售额将分别增长至 603.2 万台和 2412.3亿元。

国产 CPU 厂商崛起,华为位居前列。中国国产 CPU 的主要参与者包括华为、飞腾、海光、兆芯、龙芯、申威。根据众诚智库,从技术路线上看,以华为和飞腾为代表的 ARM 指令集授权厂商,拥有长期自主研发能力;以海光、兆芯为代表的X86 内核授权的厂商其生态最为完善,但发展存在自主程度低和技术授权两大壁垒,尤其是兆芯使用威盛电子的 X86 早期授权,性能相对落后;以龙芯和申威为代表的自研架构厂商,自主化程度最高,龙芯是基于 MIPS 架构的自研指令集,申威是 SW64的自研指令集,但在生态体系完善和丰富方面面临较大挑战。

鲲鹏 920 是目前业界领先的 ARM-based 处理器。2019 年 1 月,华为宣布推出ARM-based 处理器-鲲鹏 920(Kunpeng920)。鲲鹏 920 处理器采用 7nm 制造工艺,基于 ARM 架构授权,由华为公司自主设计完成。通过优化分支预测算法、提升运算单元数量、改进内存子系统架构等一系列微架构设计,大幅提高处理器性能。

典型主频下,SPECintBenchmark 评分超过 930,超出业界标杆 25%。同时,能效比优于业界标杆 30%,鲲鹏 920 以更低功耗为数据中心提供更强性能。

鲲鹏服务器在运营商、金融等领域大单密集落地。根据中国移动采购与招标网,2023 年 4 月,中国移动 2021 年至 2022 年 PC 服务器集中采购补充采购第二期中标结果公示,中标供应商均为鲲鹏生态合作伙伴。根据中国联通采购与招标网 2023 年7 月公示的 2023-2025 年中国联通国际服务器集中采购项目招标公告,标段四通用服务器采用鲲鹏芯片。根据采招网,中国电信 2022-2023 年服务器集中采购项目中标候选人含多个鲲鹏生态伙伴。

金融领域,多家国有大行已落地鲲鹏服务器采购项目。2023 年 9 月,中国邮政储蓄银行 2023 年 IT 及网络设备入围选型采购项目入围候选人公示,其中包 1 为 PC服务器(鲲鹏)项目。2023 年 7 月,中国工商银行 2023 年度国产芯片服务器项目招标公告发布,其中包含鲲鹏芯片服务器两路和四路项目。根据采招网,2022 年 12月,中国建设银行发布国产芯片服务器采购项目中标结果,其中第二包为鲲鹏芯片服务器采购项目。2022 年 6 月,中国农业银行 2021 年鲲鹏 PC 服务器入围项目中标结果公示,中标金额预估 14.87 亿元(不含税)。2022 年 1 月,交通银行数据中心鲲鹏芯片 PC 服务器采购项目中标结果公示,中标价格约 9897.75 万元(含税)。根据2021 年 8 月中国银行发布“国芯服务器选型”项目(第一包:ARM 服务器选型)采购公告,此次项目 ARM 服务器设备须采用鲲鹏芯片。

鲲鹏社区 3.0 正式上线,加速构建生态资源共建、共享平台。鲲鹏社区自 2019上线,经过持续优化,鲲鹏社区 3.0 在鲲鹏开发者峰会 2023 正式上线。鲲鹏社区 3.0全新升级了鲲鹏开发者中心,使得课程实验资源更丰富、成长学习路径更清晰,并增加了生态伙伴中心、高校育人中心,支持企业、科研院所、高校等更便捷的加入鲲鹏生态。

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