近日有两则消息，将一个“未来十年最佳赛道”推至市场。
在日前举办的世界5G大会上，国家信息中心信息化和产业发展部主任表示，全国国家数据中心集群建设中，2022年新开工项目25个，投资超过1900亿元。其中，西部地区投资比去年同期增长6倍。在世界的另一个角落，美国总统拜登正式签署了“芯片和科学法案"。
中美在全球巅峰的算力大战中各自出招。美国费尽心机，封锁中国芯片产业，抑制中国算力崛起。中国国家数据中心集群则谋划多时，意味深远。国家花如此大代价加速推进数据中心建设，意义何在？究竟还需要投入多少资源建设多少数据中心？未来哪些环节是受益最大的？
一、这是一场算力之战，算力即国力
第二次世界大战期间，美国研发了全世界第一台电子计算机，把人类带入了新时代。这台计算机不是为了写PPT或者打游戏，而是美国军方定制用于弹道计算。当时人们算40点弹道计算，需要两个小时，而这台机器只需要3秒钟。这，就是算力霸权的雏形。
今年3月，由IDC、浪潮信息、清华大学全球产业研究院联合编制了一份《2021-2022全球计算力指数评估报告》，量化揭示了今时今日“算力与国力”的基本关系：全球各国算力规模与经济发展水平显著正相关，算力规模越大，经济发展水平越高；计算力指数平均每提高1点，数字经济和GDP将分别增长3.5‰和1.8‰；美国和中国的计算力指数分别为77分和70分，同属国别计算力的领跑者，明显领先其他国家的计算力指数。
从经济意义上来说，“算力”是挖掘看不见的金矿的铲子。从人民福祉和国家利益的角度来说，小至子弹、耳机、手机、PC，大到汽车、互联网、人工智能（AI）、数据中心、超级计算机、航天火箭，“元宇宙”概念以及48万亿元规模的中国数字经济等，“算力”都在其中发挥着基础核心作用。算力主权的羸弱甚至是丧失，意味着任人鱼肉。
去年5月，国家提出“东数西算”工程，明确围绕8个国家算力枢纽，推进国家数据中心集群以及城市内部数据中心建设。国家数据中心集群支撑工业互联网、金融证券、灾害预警、远程医疗、视频通话、人工智能推理。城市内的数据中心作为算力“边缘”端，服务金融市场高频交易、虚拟现实/增强现实（VR/AR）、超高清视频、车联网、联网无人机、智慧电力、智能工厂、智能安防等。
而美国在其掌握了计算机和半导体的核心技术之后，就一直在想尽办法抑制其他国家的算力崛起。去年4月，美国商务部对中国国家超级计算济南中心、深圳中心、无锡中心、郑州中心等中国超算实体列入“实体清单”。而如今，“芯片和科学法案”则希望在源头卡脖子。对于和平崛起的中国而言，算力崛起要芯片的国产替代，更需要能够承载算力的自主可控的数据中心。
二、提升算力：更多更强的数据中心
作为算力的主要承载，数据中心就是一个容纳核心计算服务和基础设施的服务器机房（物理场所），可用于存储和计算数据。打个不太恰当的比方，数据中心数量好比汽车燃油发动机的缸数，或者新能源车的电池容量，又多有大肯定完爆又少又小。
《人民日报》8月4日报道了2022中国算力大会上披露的一组数据：截至今年6月底，我国在用数据中心机架总规模超过590万标准机架，服务器规模约2000万台，算力总规模超过150EFlops（每秒15000京次浮点运算次数），排名全球第二。那排名第一的美国有多少数据中心呢？《2021~2022全球计算力指数评估报告》指出，目前世界上大约有600个超大规模的数据中心，每个都拥有超过5000台服务器，其中约39％在美国，是中国的4倍，而中国、日本、英国、德国和澳大利亚的服务器数量总和约占总数的30％。
人类生产生活方方面面的网络化、数字化与智能化，带来了数据爆炸。数据存储、云计算、AI算法，直接驱动了数据中心的持续建设。
相关数据显示，全世界在2018年创建、捕获、复制和消耗的数据总量为33ZB（1ZB约相当于1万亿GB），2020年这一数字增长到59ZB，预计到2025年将达到令人难以想象的175ZB。其中，中国数据生成速度以超过全球平均3％的速度增长，预计到2025年当年将产生约48ZB，超过美国的约30ZB，成为第一大数据国。（1ZB数据什么概念？假设每一个比特都是一枚1英镑的硬币，大约3毫米（0.1英寸）厚。由一摞硬币组成的1ZB将有2550光年高，可以让你到达最近的恒星系统半人马座阿尔法星600次。）
越来越多的数据流向数据中心，云计算成为未来算力主要供给。2019年全球云数据中心资本开支首超本地，并仍在以年复合20％以上速度增长。全球Top5云厂商每年资本开支的绝大部分都投入在数据中心，并期望以自研服务器、创新网络结构、代建数据中心等降低投资和运营成本。AI算法对算力需求的增长更是远超摩尔定律演进速度。OpenAI的模型显示，2010年以来业内最复杂的AI模型算力需求涨了100亿倍。人工智能训练模型算力需求水涨船高，目前解决的办法80％靠并行计算和增加投资，10％靠AI算法进步，10％靠芯片单位算力进步。
总结一下，更多的数据，更复杂的算法，需要更多的超级数据中心，需要配备更先进且自主可控的设备。这其中包含采用先进制程的数据中心芯片，更需要类似Chiplet的创新辅助国产替代弯道超车，还需要服务器、交换机、温控技术等等。据中国信息通信研究院测算，截至2021年底，中国算力核心产业规模超过1.5万亿元，关联产业规模超过8万亿元。其中，云计算市场规模超过3000亿元，互联网数据中心（服务器）市场规模超过1500亿元，AI 核心产业规模超过4000亿元。
三、产业链机会：IT硬件 芯片国产替代 高成长可期
8月9日，谷歌位于美国艾奥瓦州康瑟尔布拉夫斯一处数据中心遭遇电力事故，现场发生爆炸起火，并造成3人受重伤，也导致了这家全球互联网巨头服务中断。据报道，这个数据中心造价高达50亿美元（约合330亿元人民币左右），谷歌在美国就有14个数据中心。
一个动辄上百亿的数据中心，涉及到复杂的产业链。
产业链上游为IT硬件和基础设施。IT硬件分为计算设备（IT）和通信设备（CT）。计算设备主要为服务器，这其中最重要的又是CPU和内存。通信设备包括交换机、路由器等网络设备和光模块，这些构成了算力与网络传输的基础。基础设施：分为电力设备、监控设备、温控设备和发电机组，主要为 IT硬件提供稳定电力供应和适宜的温度环境。然后中游是数据中心运营商，狭义的运营商指为下游客户提供机房托管及增值服务，参与者只有电信运营商和第三方 IDC运营商两类，广义的 IDC运营商还包括云厂商自建自用 IDC机房。产业链最下游是云计算服务。
考虑到大量已经动工和规划中的数据中心项目，重点考虑资本支出领域，也就是建设数据中心拉动的细分领域。从典型的数据中心建设成本拆解来看，IT硬件占据了大头。根据亚马逊等巨头近年的数据，交换机、网络设备和光模块增长迅猛。此外，考虑到国家对数据中心能耗PUE的管控，数据中心温控赛道也极具确定性。
（一）温控系统：PUE降低到合理水平的关键因素
数据中心的能耗是原罪。根据美国能源署的资料，全美数据中心耗电量约占总发电量的2％左右，以2020年全美发电总量为4.4万亿度来算，2020年年全美数据中心消耗的能源大约在800亿度左右。为了让数据中心更加有效地使用能源，人们提出数据中心PUE值（Power Usage Effectiveness，电源使用效率）的概念。具体算法是数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源之比，理想值是1，也就是全部能源都用在了数据中心的计算设备上。早期的数据中心PUE平均值在2以上，也就是说有一半电量是消耗在计算设备以外。2022年6月工信部等六部门发布《工业能效提升行动计划》中明确规定，到2025年，新建大型、超大型数据中心PUE优于1.3。
温控系统能耗是除IT能耗之外占比最高的。据 CDCC《数据中心间接蒸发冷却白皮书》，PUE为1.98/1.5/1.3时温控系 统的能耗占比分别为38％/26％/17.5％，说明提升机房温控效率是降低数据中心PUE的有效手段。因此，温控系统的能耗是PUE是否能降低到合理水平的关键因素之一，温控系统朝高端化、模块化发展，是必然趋势。
依米康：公司精密温控设备、微模块数据中心以及智慧运营管理软件等产品和技术广泛应用于运营商、银行、政府、电力、交通、第三方数据中心等多个行业/客户。承包了川西数据IDC机房及配套设施建设项目（一期）、马鞍山智能装备及大数据产业园一期数据中心区域机电工程项目、长三角（合肥）数字科技中心项目一期机电工程等多个项目。间接蒸发冷却技术及机组成功入选《国家绿色数据中心先进适用技术产品目录（2020）》，旗下公司与华为联合开发智能基站温控器，节能可达20-90％，主要应用于海外业务。
佳力图：拥有多项核心技术，同时有包含带封闭式高效冷却循环的通信模块、高精度微型定点制冷机组、数据中心冷冻站集中控制系统、机房空调VRF系统、CPU液冷技术、VRF技术在机房空调领域的初级应用等多项在研项目。公司系华为供应商，主要为华为提供数据中心温控节能设备。此外客户还涵盖政府部门以及通信、金融、互联网、医疗、轨道交通、航空、能源等众多行业。
英维克：机房温控节能产品主要针对数据中心等领域的房间级专用温控节能解决方案，包括XFlex模块化间接蒸发冷却机组等。客户包括腾讯、阿里、秦淮数据、万国数据、数据港、中国移动、中国电信、中国联通等；机柜设备温控领域，与华为、Eltek等客户建立了合作关系；新能源客车空调领域客户包括比亚迪、南京金龙等电动客车整车厂。
申菱环境：2021年年报收入17.98亿元，31.86％来自数据服务空调，27.58％来自工业空调，22.05％来自特种空调。公司产品有服务于华为数据中心、特斯拉上海超级工厂等众多客户。公司拟向特定对象发行股票募集资金总额不超过8亿元，扣除发行费用后的净额将用于新基建领域智能温控设备智能制造项目、专业特种环境系统研发制造基地项目（二期）。
（二）交换机：未来五年的累计支出接近1000亿美元
根据IDC数据，22Q1全球以太网交换机市场收入为76亿美元（约507亿人民币），同比增长 12.7％，尽管全球供应链面临宏观经济隐患、地缘政治冲突、新冠疫情等多方面不确定性的挑战，全球交换机市场在22Q1仍体现了卓越的抗压性和稳健性，数据中心的持续扩容需求以及园区交换机健康有序的更新周期为市场增长提供了稳定动力。
分类别看，22Q1全球非数据中心交换机营收占比为53.7％，收入同比增长6.4％，端口出货量同比增长4.7％；数据中心交换机营收占比为46.3％，收入同比增长20.8％，端口出货量增长 3.7％。数据中心交换机收入和出货量的背离主因为高端交换机占比提升，核心为超大规模业主和云服务提供商的持续扩容的需求推动。分地区看，中国市场同比增长22.8％，为全球最高。美国、加拿大、西欧、中东欧、亚太（不含中日）、拉丁美洲、中东和非洲市场分别同比增长 17.9％、14.9％、11.7％、9.0％、8.8％、5.6％、2.6％，而日本市场则同比下降 17.9％。
市场研究公司Dell＇Oro Group发布最新报告称，预计全球数据中心以太网交换机市场在2021年至2026年之间的复合年增长率接近两位数，未来五年的累计支出接近1000亿美元。预计400Gbps和更高的速度将占支出的一半，到2025年，800Gbps将超过400Gbps。
菲菱科思：公司主要为网络设备提供整机设计及芯片应用设计，涵盖以太网交换机（2021年占比87％），路由器/网关（2021年占比12％）等产品，产品广泛应用于政府办公、教育、金融、交通、企业、电力能源、酒店场馆、互联网系统、电信运营商及广电运营商等诸多行业和领域。菲菱科思已进入了新华三、S客户、小米、神州数码、惠普、D-Link、LEA、迈普技术、烽火通信、浪潮思科等国内外知名网络设备品牌商的供应链体系，形成了强大的资质壁垒。
星网锐捷：公司主要营业业务为企业级网络设备，产品涵盖交换机、路由器、WLAN、物联网、云桌面、网关、安全、认证计费、智慧教室等。2021年，锐捷网络在中国移动 2021年至2022年高端路由器和高端交换机集采中，标包7和标包8分别中标30％份额；2022年，在中国移动2022年至2023年数据中心交换机集采（新建部分）中，标包 1、2、3 分别中标 23％、23％、30％。
紫光股份：旗下新华三集团在中国以太网交换机、企业网交换机、数据中心交换机市场，分别以38.7％、39.8％、37.7％的市场份额独揽三项第一。中国移动近日完成2022年至2023年数据中心管理交换机产品集采，新华三集团再次成功入围并中标第一名，获得70％份额。
（三）光模块：向800G/1.6T展望
光模块是数据中心能运转下去的关键之一，其作用就是发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。
据了解，随着元宇宙、云计算、AI、5G等新兴技术的兴起，对流量和数据传输需求也是日渐庞大，通信运营商和云服务厂商的资本开支也逐步加大。目前，国内光模块企业已经在传输速率为10G、5G、40G，100G、400G的产品领域实现了全产品布局，而在下一代产品800G的布局当中，已有多家国内厂商的推出速度快于海外厂商，逐步构建起了先发优势。国内400/800G光模块即将进入量产爆发期。
据业内人士介绍，数据中心（DC）率先开启向400G的过渡，2019年400G已开启应用，2023年将成为主导。与此同时，公用电信网在网络边缘也开启向400G的过渡，流量驱动方面，400G是未来5年光模块的主要增长点，复合增长率44％。
目前主流市场10G光模块为50元/个左右，40G光模块为170元左右，100G光模块的价格为300元左右，而400G光模块的批发价格为3500元以内，以上均以双模批发价计算（现货商询价）。所以可以计算2022年国内光模块市场的规模应大致为689亿元，这还是在没有计算800G光模块投入市场以及更高价格的单模光模块（用于长距离传输）的前提下得出的结果。
数据中心光技术迭代通常领先于交换机电口，业界正在向800G/1.6T展望。以博通为例，交换机容量通常每两年翻倍，那么在同样1U面板上实现IO翻倍也需要光模块速率每两年翻倍。光模块带宽提升的主要方式有单通道波特率提升、更多通道以及更高阶调制三种方式。由于光模块DSPGearbox功能的出现，光模块单通道速率通常提前电口SerDes翻倍。展望未来，800G、1.6T将分别在2023/2025年上量。
新易盛：领先的光收发器服务提供商，专注于光模块研发、制造和销售。公司是国内为数不多的100G 光模块规模化生产厂商。400G光模块产品已在数据中心领域广泛运用。
光迅科技：国内最大光通信器件供货商之一，主要产品有光电子器件、模块和子系统产品，在全球十大光模块厂商排名第四，去年在国内数通市场份额为21％左右，将受益于国内200G/400G网络升级投资。公司最新募投扩产400G/800G数通模块年产能70万只，预计公司数通业务将保持20％左右的复合增长。
华工科技：子公司华工正源面向5G网络的多款光模块产品实现行业首发，快速推出数据中心100G、400G全系列产品。
中际旭创：主营业务包括光模块业务及电机绕组装备制造业务，专注高端光通信模块及器件，提供优质的高速光模块解决方案，市场份额稳居全球前列。作为我国中高速光模块龙头，产品领先、上游芯片器件供应链稳定，目前大力拓展电信市场，未来将受益于 5G 建设带来的电信光模块需求的增长。中际旭创背靠互联网巨头谷歌，同时进入微软、Facebook等 IDC建设供应链。
剑桥科技：公司高速光模块产能扩张驱动收入结构改善。400G 中长距离竞争力突出，开启高增长通道：公司承接Oclaro 在中长距离高端光模块技术和产品实力，在400G 10km（LR4）和2km（FR4）场景具备成熟产品，在亚马逊和思科等大客户实现批量出货，500m（DR4）也逐渐成熟。
（四）服务器：荣耀艰难的国产替代之路
毫无疑问，服务器是数字中心的核心，是算力的基础。我国市场空间较大，增速明显。2021年中国服务器市场销售额达到250.9亿美元，同比增长12.7％，持续领涨全球，在全球市场占比 25.3％，同比提升1.4个百分点，出货量达到391.1万台，同比增长8.4％。
新冠疫情使线上需求呈现较大增长，推动了互联网厂商、云服务商的采购需求，带动了云服务器的增长，但政企客户对服务器的采购需求却因新冠疫情而放缓。2021年上半年，中国服务器市场出货量为170.6万台，市场规模为108.1亿美元。受益于新基建的推进， 我国X86服务器市场需求未来将持续增长。
但是！值得注意的是，当前服务器产业计算、存储、通信各条线国产化率均非常低，网络设备在华为芯片产能受限下，绝大部分份额由思科、博通、Marvell等海外公司把控。而光模块25G PAM4以上电芯片替代能力也几乎为零。
随着国家的不断扶持与投入，半导体产业国产替代的前景已经越来越明朗。虽然数据中心逻辑芯片制程要求通常较高， 但我们已经可以看到国产28nm、14nm带来的重大机遇。而正如此前证通社分析的，Chiplet技术也能带来国产替代弯道超车的绝佳机遇。
浪潮信息：服务器产品位居全球前二，持续以30％ 的市占率位居中国市场第一；浪潮信息的AI服务器产品市场占有率位居中国第一，市占率超过 20％，在全球存储市场排名第二。
中科曙光：公司在高端计算、存储、安全、数据中心等领域拥有深厚的技术 积淀和领先的市场份额，在云计算、分布式存储以及数据库等领域具有一定的技术积累，在数据中心领域拥有液冷节能、高端计算、底层安全等领先技术与能力，参与制定首批液冷数据中心标准。
龙芯中科：龙芯中科作为行业领先的自主CPU设计研发企业，2021年推出了龙芯首款16核服务器专用的3C5000L处理器芯片。龙芯3C5000L服务器芯片，主频 2.0-2.2GHz，16核，支持2-4路多片互联，具备架构自主、性能卓越、生态兼容和安全融合的特点，性能较 3B4000 提升了7-8倍。目前基于龙芯3C5000L处理器的多款分布式存储产品已经在项目中得到应用，可有效满足大型数据中心、云计算中心的业务应用需求。
澜起科技：公司DDR5内存接口芯片及内存模组配套芯片已正式量产出货，并在2022年第一季度持续出货。2021年4月，澜起第三代津逮 CPU 量产上市，津逮产品获得多家国产服务器厂商积极响应，如新华三、联想、宝德、长城等均已推出支持津逮 CPU 的服务器产品，津逮平台已应用到政务、交通、金融等领域中。服务器平台产品线实现销售收入6.90亿元，同比增长17.3倍。
海光信息：公司是国内稀缺的X86指令集CPU、兼容“类CUDA”环境DCU厂商；公司X86指令集CPU产品兼具“生态、性能、安全”三大特点，在国产替代趋势下极具稀缺性；DCU产品兼容“类CUDA”环境，具备成为NVIDIA替代者的潜力；多个产品成功进入专项目录，营收大幅增长，2022年H1营收已超过2021年。
（五）中下游：向大型、核心区、国资运营商倾斜
2017到2020，在移动互联网快速发展和云计算的茁壮成长下，国内IDC市场增速达32％。2020年下半年开始，IDC能耗指标逐渐收紧，行业增速明显下滑。随着《新型数据中心发展三年行动计划》的出台，IDC逻辑转向供给侧变化。其中，全国IDC机架规模年均增速保持在20％左右，上架率目标2023年为60％以上，有望引导行业落后产能出清。长期来看，IDC主要份额将向大型、核心区、国资运营商倾斜。
“这不是结束，甚至不是结束的开始。但是，也许，现在是开始的结束。“——丘吉尔
本文源自财通社
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