IDC产业深度报告:关注第三方服务商和上游产业链机会

核心观点:

◆ IDC 规模扩张的底层逻辑为数据量的增长,5G+云计算推动数据量规模 加速上行。IDC 产业诞生于上世纪九十年代,其规模随着全社会数据 量的增长而不断扩张,在目前节点,全球范围内 5G 商用持续推进, 下游 2B、2C 应用有望带来移动互联网数据流量的爆发,云计算产业 则在需求与政策驱动下进入又一黄金十年,预计 5G+云计算共同推动 数据流量规模回到加速上升期,全社会数据量规模将进一步提升。资 金面上,从 2019Q2 开始,国内及海外的互联网和云巨头资本开支回 暖,不断加大对云计算领域的投资,IDC 作为基础设施将直接受益。 根据信通院的统计和预测数据,到 2021 年,全球 IDC 市场规模有望 超过 1070 亿美元,相比于 2019 年有超过 40%的增长,国内 IDC 市场 规模将达到近 400 亿美元,相比于 2019 年有超过 75%的增长,市场空 间广阔。

◆ IDC 的供需存在区域性不平衡,关注布局一线商圈的第三方 IDC 服务 商。在客户群分布及资源优势驱动下,我国 IDC 资源倾向于围绕一线 城市及周边布局。但我国一线城市土地、电力资源相对有限,近年来 陆续出台的 IDC 的能耗考核指标趋严,对于 IDC 的新建和改造项目持 续收紧,在数据量增速远超 IDC 建设规模增速的情况下,一线区域 IDC 资源供给出现较大缺口。在数据流量爆发及云计算的旺盛需求刺激 下,一线城市 IDC 供不应求的状况或将持续,提前布局一线商圈的第 三方 IDC 服务商的公司价值有望逐步提升。

◆ IDC 规模持续扩张的趋势下,上游 IT 设备将持续受益。IT 设备位于 IDC 产业链的上游,是建设 IDC 所需的重要基础元素,决定了 IDC 的 数据储存和处理能力,其需求量随着 IDC 规模的变化而变化。在全球 云化趋势下,IDC 规模快速扩张,上游 IT 设备持续受益。其中,服务 器是云计算系统中的基础节点,近年来数据量的增长对计算、储存和 传输能力的要求提高,特别是疫情常态化带来的云化趋势加快,将直 接驱动云计算厂商购买更多的服务器。交换机方面,随着云计算产商 进军 IDC 市场和 SDN 架构的出现,品牌 IT 设备搭配软件的优势被弱 化,白盒设备高性价比、高灵活性和迭代快速等优势逐渐被发现,参 照海外的经验,白盒交换机在国内的渗透率有望提升。

◆ IDC 能耗占全社会用电量比重持续提升,绿色化为发展趋势。IDC 属 于高能耗产业,近年来随着规模的扩张,其能耗总量在全社会用电量 中的比重持续攀升,在成本和政策的共同驱动下,绿色数据中心成为 发展趋势。供配电及制冷系统占传统数据中心用电量 50%以上,数据 中心的绿色化将推动供配电和制冷系统架构的升级。巴拿马电源系统 和液冷技术优势显著,有望成为未来数据中心建设的主流选择。

1.数据量是推动 IDC 产业发展的核心驱动力

1.1.IDC 是互联网的重要基础设施

互联网数据中心(Internet Data Center,简称 IDC)是互联网重要的基 础设施之一,是一种拥有可靠机房、完善设备、高速带宽、专业化管理和完善 服务的平台化资源。在这个平台上,IDC 服务商能够为客户提供如场地租用、 服务器托管、虚拟化主机、数据库系统、数据备份等各种服务,从而收取租赁 费用和服务费用。

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IDC 产业诞生于上世纪九十年代的美国,当地电信运营商基于自身业务需 求而建设,以储存日益增长的电信数据和公司数据。到 2000 年左右,固网及 移动通信渗透率提升,互联网产业成熟,IDC 的功能性得到了广泛认可,电信 运营商所供应的 IDC 资源逐渐无法满足全社会数据量持续增长所带来的需求, 于是美国开始出现提供 IDC 机房出租、业务托管和后期运维服务的第三方 IDC 服务商,目前全球第三方 IDC 龙头 Equinix 也成立于这一时期,在这一阶段 IDC 服务商主要提供主机托管服务,同时也提供数据储存管理、网络互联、安全管 理等服务,IDC 成为信息基础设施的核心。2005 年后,得益于通信网络技术的 不断升级和 WEB2.0 概念的提出,全球数据量进入快速增长期,信息数字产业 逐渐成为社会经济的主导产业之一,IDC 开始出现大型化、虚拟化和综合化的 特征。尤其是云计算概念出现后,IDC 服务商除了提供传统的机柜出租、线路 带宽共享、主机托管维护、应用托管等服务外,也开始关注数据存储和计算能 力的虚拟化以及设备维护管理的综合化。在这一阶段,IDC 行业逐渐从资源消 耗型向应用服务型升级与转型,IDC 资源整合升级加速,下游需求旺盛,运营 商、IDC 服务商、云计算厂商加快 IDC 的投资建设,各国政府也鼓励和支持大 力发展云计算、大数据产业,IDC 产业进入投资高峰期。

1.2. 数据量增长推动全球 IDC 规模上行,5G+云计算将是未来增长的 重要驱动力

IDC 是数据计算与储存的物理空间,是承载数据存储与传输的基础设施, 数据量的增长是推动 IDC 规模快速提升的核心因素。根据 IDC《数据时代 2025》 的统计和预测数据,全球数据量大约每过两年就翻一倍,过去十年增长约 30 倍,而到 2025 年,这个数字将疯狂攀升至 175ZB,2020-2025 年间复合增长率 约为 28%;华为全球产业展望 GIV2025 亦预测,到 2025 年,全球年存储数据量 将高达 180ZB。在这一过程中全球 IDC 规模随之提升,根据信通院的统计和预 测数据来看,全球 IDC 市场规模过去十年增长约 6 倍,到 2021 年规模有望超 过 1070 亿美元。

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目前阶段,5G 和云计算等技术飞速发展,渗透率不断提升,预计将是未来 数据量增长的主要来源和 IDC 规模增长的重要驱动力。3G 时代开始移动端数据 传输能力实现了突破,峰值速率可达数十 Mbps,社交网络与门户网站渗透率迅 速提升,移动多媒体应用开始发展,根据工信部数据,在 3G 时代末期的 2013年,全国移动互联网接入流量规模为 12.7 亿 GB。4G 时代,技术的升级使传输 能力大大提升,理论峰值速率可达 1Gbps,短视频、手游、移动支付等应用崛 起,移动端流量规模迅速增长,根据工信部数据,2019 年全国移动互联网接入 流量超过 1200 亿 GB,较 3G 时代增长近百倍。

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5G 将为移动互联网带来重要数据流量增量。从 3G 和 4G 时代的经验可以看 出,通信技术和下游应用是推动流量规模增长的关键因素。5G 的峰值速率是 4G 的 10 倍,并且具备 eMBB(增强移动带宽)、mMTC(海量物联)和 uRLLC(高 可靠低时延)三大特色应用场景。2019 年 6 月国内 5G 商用牌照正式发放,海 外国家也陆续推进 5G 商用进程,随着 5G 技术的成熟,在全面商用后,下游应 用如 AR、VR、云游戏、4K 高清视频、物联网和车联网等有望推动移动端互联 网流量进入新一轮的加速增长阶段。根据爱立信的统计和预测,2019 年全球移 动互联网接入流量为 33EB/月,到 2025 年将达到 164EB/月,复合增长率超过 30%,平均每部手机每月将使用 25GB 的流量,5G 的渗透率将达到 45%;应用的 流量占比方面,预计 2025 年视频应用所消耗的流量占比仍为第一位,得益于 高清视频的发展,其份额将由 2019 年的 63%提升至 76%。

云计算进入全面发展期,将迎来又一黄金十年。云计算集成了计算、储存、 网络等能力,能够降低信息技术的使用成本,提升全社会 IT 资源的使用效率 和信息的流通效率,是提高全社会信息化和数字化水平的关键技术,其重要作 用逐渐被各国政企重视并大力投入。2010 年后,云计算市场进入快速发展阶段, 经过 10 年的发展,目前全球的云计算市场达到万亿规模,我国的云计算市场 规模也由十亿级增长到千亿级。从今年开始,又将有多个因素驱动云计算产业 进入全面发展期迎来又一个黄金十年:1)在全球数字经济快速发展的趋势下, 企业数字化转型为大势所趋,而云计算从部署效率和性价比上来讲是企业数字 化建设的最优解;2)目前处于 4G 向 5G 升级的关键节点,5G 带来的众多应用 场景将驱动移动数据流量增长 10 倍以上,将促进云计算在不同领域的快速发 展;3)新冠疫情在全球的持续蔓延加速了线上线下的融合,云化进程加快, 进一步推动云计算产业快速发展。根据信通院《云计算发展白皮书 2020》中的 预测数据,到 2023 年,全球云计算市场规模将达到约 3600 亿美元,年平均增 速超过 15%,中国云计算市场规模将达到约 3750 亿元,年平均增速超过 25%, 其中私有云市场规模将达到约 1450 亿元,公有云市场规模增速相对更快,2023 年将达到约 2300 亿元。

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IDC 是“云”的物理实体,和云计算规模同步增长。近年来,数据云化趋 势明显,下游对云计算服务的需求旺盛,直接带动云数据中心流量规模迅速提 升,根据思科的统计和预测,2016 年全球云数据中心流量约为 6ZB,到 2021 年预计将达到 19.5ZB,年复合增长率超 25%。IDC 是云数据的载体,是“云” 的物理实体,云计算的需求提升将促进云计算巨头资本开支回暖,IDC 作为云 实体成为云厂商巨头资本开支的主要方向之一,其规模增速与资本开支的变化 趋势具有高度相关性。海外方面,北美互联网巨头谷歌、亚马逊、微软、Facebook 的资本开支季度同比增速从 2019Q2 年开始回暖,截至 2020Q3 整体仍保持较高 增速。国内方面,受下游需求刺激和“新基建”政策推动,运营商和云计算巨 头从今年开始将对云计算产业不断加码,年初中国移动计划 3 年投入千亿发展 公有云,4 月阿里云宣布未来 3 年将投入 2000 亿用于数据中心建设和核心技术 攻坚,5 月腾讯云宣布 5 年投入 5000 亿用于云计算、人工智能、区块链、数据 中心、超算中心等新基建,还有京东、字节跳动、美团等互联网巨头均加大了 对于 IDC 的投入和布局。种种迹象表明 IDC 产业将受益于云计算的持续高景气 而进入新一轮的高增长阶段。

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1.3.政策持续扶持,国内 IDC 产业呈快速增长趋势

纳入“新基建”,国内 IDC 产业有望迎来黄金发展期。自 2012 年 7 月国 务院发布《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》中首次提及布局绿色数 据中心以来,国务院、工信部、科技部等部门陆续出台相关政策,涉及 IDC 的 准入要求、门槛、总体建设布局、发展规划及建设指南等,不断加大对 IDC 产 业的重视程度和扶持力度。2020 年 3 月,中央政治局会议强调加快新基建建 设进度,其中包括 IDC 建设,IDC 首获中央定调。2020 年 4 月 20 日,国家发 改委首次就“新基建”概念做出解释,数据中心被列入“新基建”中信息基础 设施概念,IDC 建设有望迎来黄金发展期。

国内 IDC 产业规模呈快速增长趋势,互联网和电信行业依旧是投资主力。 据中国 IDC 圈的统计和预测,2019 年,国内 IDC 市场规模达到 1562.5 亿元, 同比增长 27.2%,市场规模绝对值相比 2018 年增长超过 300 亿元,预计 2019-2022 年,中国 IDC 业务市场规模复合增长率为 26.9%,2020 年将超过 3200 亿元。行业方面,根据赛迪顾问统计数据,2019 年互联网与电信行业依然是 IDC 产业投资来源的主力,其中包含了电信运营商、互联网企业、第三方 IDC 服务商、云计算服务商,合计占总体市场规模 44.3%。

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2.关注布局一线城市的第三方 IDC 服务商

2.1.第三方 IDC 服务商份额持续提升

前文提到目前国内投资 IDC 的主力包括电信运营商、互联网企业、云计算 服务商和第三方 IDC 服务商。过去电信运营商所建设的 IDC 多是基于其自身业 务需求,近年来随着云计算的渗透率提升,市场对 IDC 的需求快速增加,于是运营商也拓展了对外业务。运营商在 IDC 行业的竞争优势在于其在骨干网络带 宽资源和互联网国际出口带宽方面具有垄断性优势,并且天然拥有庞大数量的 客户资源。互联网和云计算服务商投资建设 IDC 是基于自身的业务需要,目前 主要是通过自建或者合建、代建的形式掌握 IDC 资源,国内代表厂商如 BAT 和 旗下的百度云、阿里云、腾讯云等。第三方 IDC 服务商是采用自建或者租用运 营商 IDC 的模式为客户提供相关服务,在运营商与客户之间处于中立,选择宽 带资源会更加自由,更重要的是能够提供较为灵活的 IDC 服务特别是定制化服 务,国内代表厂商为万国数据、数据港、光环新网、宝信软件和鹏博士等。

运营商也拓展了对外业务。运营商在 IDC 行业的竞争优势在于其在骨干网络带 宽资源和互联网国际出口带宽方面具有垄断性优势,并且天然拥有庞大数量的 客户资源。互联网和云计算服务商投资建设 IDC 是基于自身的业务需要,目前 主要是通过自建或者合建、代建的形式掌握 IDC 资源,国内代表厂商如 BAT 和 旗下的百度云、阿里云、腾讯云等。第三方 IDC 服务商是采用自建或者租用运 营商 IDC 的模式为客户提供相关服务,在运营商与客户之间处于中立,选择宽 带资源会更加自由,更重要的是能够提供较为灵活的 IDC 服务特别是定制化服 务,国内代表厂商为万国数据、数据港、光环新网、宝信软件和鹏博士等。

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2.2.一线城市政策收紧,供需关系将改善

从需求侧来看,我国大型企业多沿经济发达地区的商圈布局,据中国企业 联合会数据显示,2019 年我国 500 强企业总部主要分布在北京、广东、山东、 江苏、浙江等地区,其中北京和广东、江苏、浙江、上海等沿海发达地区的 500 强企业总部数量合计达到 280 家,区域集中度明显,特别是大型互联网和云计 算公司的总部,基本处于一线城市商圈。IDC 公司收入的主要来源为大中型企 业,布局发达区域有利于方便获取客户资源,更快速地响应客户需求,从而提 升运营效率和扩大营收规模。从资源供给上来看,由于发达地区的经济发展程 度较高,通信网络、带宽资源、供电系统等基础设施的建设更为成熟,为大规 模的 IDC 建设提供了全面的支撑,相较于偏远地区能够运行的更加稳定,同时 有更低的延时。因此,发达地区,特别是一线城市商圈是 IDC 公司更为合适的 布局地点。目前国内的 IDC 资源分布符合这样的规律,主要围绕一线城市商圈 进行布局,根据信通院数据,2019 年北京、上海、广东、浙江和江苏共占据了 国内约 56.8%的 IDC 资源。

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IDC 能耗面临区域分布严重失衡的问题,部分城市审批政策收紧。IDC 在 运营时除了保证服务器、交换机等 IT 设备的供电外,还要保证内部散热设备 的长期运行,从而对机房进行持续的物理降温,因此,IDC 整体的能耗水平较 高,电费是 IDC 运营支出的一大部分,属于高能耗行业。而目前由于 IDC 资源 在区域上的分布不均的问题,IDC 能耗面临着区域分布严重失衡,北京和上海 等一线城市的 IDC 总能耗占总体发电量的比例远高于国内其他区域,在一线城 市环保考核指标趋严的状况下,新建和改造 IDC 的难度增加。近年来部分城市 已经开始出台一系列限制政策,要求进一步控制 IDC 的规模,提高 IDC 能效水 平,实现“减量基础上的增量获批”。从目前情况来看,预计未来一线城市商 圈的 IDC 行业将逐渐进入存量市场,在数据量增速远超 IDC 建设规模增速的情 况下,区域内的 IDC 资源稀缺性开始凸显,预计在一线城市商圈有丰富 IDC 资 源的企业将持续受益。

2.3.REITs 有望给第三方 IDC 服务商注入更多成长动力

目前国内的 IDC 行业具有明显的重资产属性,非流动资产比例高,行业内 公司尤其是第三方 IDC 服务商的扩张主要靠收购为主,融资渠道主要依赖于贷 款、债权和股权融资的方式,通常有较高的财务杠杆率和负债率,而公司的主 要的盈利来源是为客户提供机柜出租服务而收取的租金,现金流较为稳定但回 收周期较长。综合来看,IDC 与商业地产的运作模式类似,所以也被称为数字 世界的商业地产。因此,资金实力和融资能力成为行业的主要壁垒,也是决定 行业内企业是否能够实现长期成长的重要因素。

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REITs 的运作模式可以很好的减轻第三方 IDC 服务商的运营压力。REITs 全称为房地产信托投资基金,是房地产类资产证券化的重要手段,主要作用是 把流动性较低的房地产类资产直接转化为资本市场上的证券资产,其收益主要 来源于租金收入和房地产的升值部分,得到收益后大部分用于给投资人发放分 红,实质上是将项目的所有权和经营权分离。根据海外 IDC 行业的发展经验, 转型成 REITs 后,可以将资产、折旧摊销等实现出表,同时可以将商誉剥离, 有助于提升公司整体的ROE水平。在收入端,第三方IDC服务商可以为IDC REITs 提供代运营服务,和 IDC REITs 签约,对机柜资源进行转租,IDC 企业仍可延 续转型前的业务模式,收入稳定且轻资产化。利润端,虽然 REITs 项目出表将 对公司当期的 EBITDA、净利润等造成一定压力,但可通过 REITs 融资带来的资 金进行后续的发展和扩张,有利于长期盈利能力的提升。目前在美国上市的第 三方 IDC 服务商均采用 REITs 结构运作,从全球来看,超过 30%的 IDC 企业已 经转型成为 REITs。

Equinix 是转型后受益较大的第三方 IDC 服务商之一,转型后即步入新成 长阶段。Equinix 成立于 1998 年,是全球 IDC 行业的龙头企业,2003 年在纳 斯达克上市,业务遍及五大洲,在全球拥有 211 个数据中心,是目前全球最大 的 IDC REITs。公司的主要成长历程可以分为 2012 年以前和 2015 年之后两个 阶段,2012 年之前公司的成长主要是依靠大量并购获取 IDC 资源,这一阶段公 司客户数量快速增长,营收增速长期高于 30%,但是由于一系列并购和对 IDC 资源的投资,公司开始面临现金流紧张、财务成本高和资产负债率高企等问题, 从 2011 年开始公司营收增速开始出现下滑现象。2012 年 9 月,公司宣布计划 申请变更为 REITs,在 2015 年正式转型成为 REITs,转型后公司的融资渠道和 成本都得到改善,重新开启了大规模并购,当年度新增 5 个数据中心,营收增 速回到较高水平,财务指标也有明显改善,公司进入新的成长阶段,估值持续 提升,2015 至今公司股价上涨近 250%。

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我国从 2018 年开始对 REITs 发展保持积极的态势,相关政策利好持续推 出,当年度证监会首次提出研究出台公募 REITs 相关业务细则。到今年 4 月 30 日,证监会、国家发改委联合发布了《关于推进基础设施领域不动产投资信 托基金(REITs)试点相关工作的通知》,拉开了我国在基础设施领域建设公募REITs 市场的帷幕,将重点实施在交通、市政、新基建等基础设施上。其中, 数据中心作为新基建的重要组成部分,具备重资产、收益稳定和回收周期长等 属性,是未来 REITs 试点的重要行业。从目前公布的内容来看,预计国内公募 REITs 的组织形式将以契约型为主。

目前来说,国内的 IDC REITs 还处于早期探索阶段,无论未来发展的模式 是公司型还是契约型,因为涉及到土地产权、设备归属等问题,预计都将倾向 于做有稳定的现金流和分红,并且是资产完整性高的项目,尤其是当前刚开始 进行试点,要求势必会更加严格,所以目前拥有自有物业并且是自建模式的 IDC 项目发行 REITs 的成功率较高,预计其他的 IDC 项目推进难度较大。我们建议 关注拥有自有物业、采用自建模式为主的第三方 IDC 服务商。

3.IDC 规模持续扩张,关注上游 IT 设备机会

3.1.服务器:有望进入新一轮增长期

服务器的主要功能是数据计算和储存,是 IDC 的基础节点,其需求的根源 是数据量的提升, 5G 和云计算时代数据量将出现爆发式增长,同时“新基建” 政策推动了政企私有云的建设和公有云的发展,极大的提升了全社会对数字基 础设施数据负载量的需求,服务器行业将受益于 IDC 规模的扩张将迎来新一轮 景气周期。

从服务器产业链上来看,直接采购服务器的主体主要包括互联网\云计算 公司、电信运营商、第三方 IDC 服务商和政企客户。过去服务器的主要需求主 要来自电信运营商和政企客户,近年来随着云计算产业的蓬勃发展,需求的增 量主要来源于互联网/云计算公司和提供算力资源的第三方 IDC 服务商,服务 器销售规模的变动和这些客户的资本开支情况息息相关。服务器产业链的上游 主要是内部的电子元器件,如 CPU、GPU 和存储设备等,决定了服务器的整体 性能,其中 CPU 是服务器的核心,基于虚拟化技术的成熟度,目前服务器所使 用的 CPU 主要以 x86 架构为主,英特尔作为 x86 CPU 的领导品牌在服务器的上 游市场中处于垄断地位,考虑到服务器的生产周期,英特尔 x86 CPU 的收入情 况可以作为服务器市场的先行指标。

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英特尔服务器 x86 CPU 产品的销售主要由英特尔数据中心集团(DCG)负 责,英特尔 DCG 业务收入从 2018Q3 开始连续 4 个季度同比增速下滑,到 2019Q3 开始回暖并持续维持在较高增速水平,2020 年前两个季度营收同比增 速都在 40%以上。全球服务器行业销售表现方面,根据 IDC 的统计数据,从 2018Q4 开始,服务器销售额增速出现显著下滑,到 2019Q4 回归正增长,单季 度同比增长近 8%,达到近年来最高的 254 亿美元,2020Q1 受新冠疫情影响再 次出现下滑,2020Q2 重新恢复较高的增速水平。可以发现,除特殊情况外,服 务器全球销售额的增速和英特尔DCG的营收增速具有较高相关性,走势滞后1-2 个季度,根据最近几个季度英特尔 DCG 的营收表现来看,全球服务器行业将处 于持续回暖状态。

国内云计算市场提升空间巨大,服务器行业将持续受益。国内方面,和较 为领先的美国市场相比,中国云计算的发展相对落后,上云率较低,根据 IBM 大中华区董事长在“工业互联网与中国工厂”制造业论坛上的发言内容,美国 的企业上云率约为 86%,欧洲约为 75%,而中国企业目前的上云率约为 40%,如 果除去互联网企业的部分,中国的企业上云的比率相当低。在整体市场规模方 面,2019 年,中国的 GDP 约为美国的 67%,但是我们的云市场只相当于美国的 8%,提升空间巨大。根据国务院发展研究中心《中国云计算产业发展与应用白 皮书》中的预测,到 2023 年我国政府和企业上云率将超过 60%,云计算产业规 模将超过 3000 亿元,未来三年云计算市场规模的发展速度将维持较高水平, 从而带动相关产业链的发展,国内的服务器市场将迎来旺盛需求。根据 IDC 中 国最新的预测数据,由于疫情推动国内云化速度加快,预计 2020 年中国服务 器市场规模将同比增长 15.6%,高于 2019 年 12 月时预测的 12.4%;而 2021 至 2024 年每年的同比增长率预计也将高于疫情前预测的增速,到 2024 年国内的 服务器市场规模有望超过 350 亿美元。

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服务器的市场格局方面,从全球服务器厂家营收来看,根据 IDC 数据,2019 年戴尔和 HPE 分别以 17.8%和 13.8%的市场份额排名前两位,浪潮以 7%的市场 份额排在全球第三位,其中 2019 年浪潮服务器市场份额较 2018 年同期提升 1.2%,成为全球主流服务器厂商中份额提升最大的厂商,体现了较强的竞争力, 而位列第一第二的戴尔与 HPE 市场份额同期均下降 1%。国内市场方面,从 2018 年以来,浪潮长期处于领先地位,根据 IDC 的统计数据,2019 年浪潮在国内 x86 服务器市场出货量份额为 28.7%,几乎是华为和新华三的总和,具备一定的规 模优势。

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3.2.交换机:关注国内 IDC 网络设备的白盒化趋势

交换机(Switch)是用于转发电或光信号的网络设备,是集线器的升级产 品,位于 OSI 七层模型的第二层数据链路层,依靠识别和储存 MAC 地址实现特 定节点之间的信息传输。从分类上来看,按照使用范围可分为广域交换机和局 域交换机,广域网交换机主要应用于电信领域,提供通信用的基础平台,而局 域网交换机则应用于局域网络,比如 IDC 的内部,用于连接局域网内的终端设 备。从品牌分类的话则可以分为品牌交换机、白牌交换机和裸机交换机,品牌 交换机由品牌商负责整合交换机的硬件、软件和操作系统等,给客户提供完整、 成熟的交换机解决方案,但是系统较为封闭,对客户来说后期改造和维护成本 较高,企业用户较多选择品牌交换机。白牌交换机也称白盒交换机,提供给客 户的产品包含交换机硬件和基本的操作系统,和品牌交换机相比具有价格优势, 也更易于部署、管理和维护,客户的自由度较高,但需要客户具备一定的 IT能力,目前北美的互联网、云计算公司更倾向于选择白盒交换机。而裸机交换 机是只包含硬件的产品,价格最低,但需要客户有专业的团队对产品进行二次 开发,学习和部署成本较高,目前终端客户较少选用。

通过综合对比可以发现,白盒交换机是具备一定 IT 能力的客户的最优解 决方案。北美的互联网和云计算巨头起步较早,从 2011 年开始,Facebook 联 合 Intel、Rackspace、Arista 发起开源硬件组织 OCP,组织的目标是为互联网 和云计算行业提供高效开源的网络设备、服务器、储存等硬件技术,以降低基 础设施成本和实现技术的快速迭代升级。2014 年第五届 OCP 峰会上,Facebook 宣布三年来开源硬件方案帮助公司节约 12 亿美元的开支。另外,软件定义网 络(SDN)的发展也拉动了 IDC 对于白盒交换机的需求,SDN 是一种新型网络架 构,通过将网络的控制平面与数据转发平面分离,实现网络的可灵活编程能力, 能简化网络,提升部署速度和运维效率,并且适合使用白盒化设备组网,和传 统的 IDC 网络架构相比具备明显优势,在海外应用较为广泛。到目前为止,北 美互联网和云计算巨头的 IDC 中已经基本实现交换机和服务器的白盒化。

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Arista 是海外 IDC 网络设备白盒化的最大受益者,依靠其“硬件+开源 OS” 的产品模式迅速获得市场,北美的互联网和云计算巨头如谷歌、微软、亚马逊、 Facebook,国内的阿里、腾讯、百度等都是其客户。2015 到 2019 年,Arista 的营收复合增速约为 30%,净利润复合增速超过 60%,根据 IDC 的统计数据,在全球交换机市场中,Arista 的份额由 2013 年的 1.5%提升至 2019 年的 7%, 位列第三,在 100G 以上的 IDC 交换机市场中份额位列第一。

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国内云计算厂商自建 IDC 起步较晚,白盒化设备渗透率有待提升。国内的 IDC 市场份额目前还是集中于电信运营商和第三方 IDC 服务商,互联网和云计 算厂商起步较晚,近年来随着自身业务规模的扩大和云计算需求日益旺盛,国 内的云计算厂商也开始大力投入 IDC 建设,未来有望成为国内建设 IDC 资源的 主力。以阿里为例,截至今年七月,阿里云在全国已经建成 5 大超大规模数据 中心,并且在服务器方面基本实现白盒化(神龙云服务器),交换机方面也已 部分实现白盒化的部署。从阿里云的发展路线来看,国内云计算厂商预计将延 续北美云计算巨头的发展方向,自建 IDC 和使用白盒化设备的比例都将提升。

从国内交换机市场的竞争格局来看,华为和新华三常年占据大多数份额, 2018 年二者的市占率合计约为 73%,第三、四名分别为思科和锐捷网络。 2019-2020 年 , 根 据 锐 捷 网 络 官 网 援 引 的 IDC 数 据 显 示 , 锐 捷 网 络 2019Q1-2020Q1连续5个季度市场份额增速第一,并且在国内市场超越了思科, 市占率到达第三位,成长势头迅猛。目前来看,锐捷网络在国内的白盒交换机 领域还没有强有力的竞争者,在国内 IDC 行业白盒设备渗透率提升的过程中, 有望持续受益成为中国版的 Arista。

4.规模持续扩张趋势下关注 IDC 节能升级方案

4.1.供配电系统和制冷系统是 IDC 节能的关键

前文提到 IDC 属于高能耗产业,其快速发展推动耗电量增速近年来维持在 高位,虽然目前高效能、低 PUE 的大型化、集约化 IDC 占比持续提升,但由于 云计算和移动网络发展带来的 IDC 需求持续旺盛,预计未来几年 IDC 耗电量增 速依然将处于较高水平,并且占全社会用电量的比重也将持续上升。根据中国 产业信息网的预测数据,预计未来 5 年国内 IDC 耗电量复合增速超过 14%,2025 年 IDC 耗电量占全社会用电量比重将由 2020 的 2.7%升至 4.1%。为了 IDC 的成 本控制和实现国家的碳达峰、碳中和的战略目标,采用更为节能的建设方案成 为目前 IDC 产业升级改造的重点方向。

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根据《中国数据中心能耗与可再生能源使用潜力研究》中提供的数据,目 前 IDC 的能耗主要来自于 IT 设备、制冷系统、供配电系统及照明系统,其中 IT 设备占总能耗的比重为 40%,制冷系统和供配电系统占到 IDC 总能耗的 50%。IT 设备主要为服务器、交换机等设备,负责数据的处理、储存和传输等工作, 整体的功耗和性能成正比,为了保障 IDC 的算力,IT 设备部分功耗难以降低。 因此,制冷系统和供配电系统的功耗控制成为 IDC 节能的主要努力方向,也是 降低 IDC 整体 PUE 的关键。

4.2.巴拿马电源系统作为供配电方案优势显著

IDC 内部 IT 设备储存了大量的用户数据,并且随时会面临数据的储存、运 算和调研,安全可靠、不间断的供配电系统是 IDC 正常运营的重要保障。在我 国出台的《电子信息系统机房设计规范》中也重点指出,数据中心应采用双路 供电并配置 UPS(不间断电源系统),在发电系统和用电容量上也需要做到冗余 配置。

目前在 IDC 行业内应用最为广泛的供配电系统方案为 AC UPS 方案和 HVDC 方案:AC UPS 方案主要由整流器、电池组、逆变器、静态开关等组成,市电正 常时通过整流器将交流市电转变为直流电,既可为电池组充电,也可通过逆变 器输出纯净的交流电,为 IT 设备提供电能;市电异常或中断时,电池组提供 直流电,通过逆变器转化为交流电为 IT 设备提供电能。HVDC 方案主要由交流 配电屏、整流屏、电池组和直流配电屏等组成,市电通过整流屏转换为高压直 流电,再通过直流配电屏将直流电输送给 IT 设备,并给电池组充电;当市电 异常或中断时,可通过电池组为 IT 设备提供正常的高压直流电,使设备保持 正常工作。

通过两种方案的过程对比可以发现,由于大部分 IT 设备都需要直流电源 供电,使用 AC UPS 方案进行供电的话存在两次交流整流为直流和一次直流逆 变为交流的过程,每一次转换都会存在能量的损失,系统效率下降较多。而使 用 HVDC 方案只通过一次整流将交流电源整流为直流电源进行供电,和 AC UPS 方案相比减少了 2 次转换,提升了系统效率。根据《数据中心白皮书(2018)》 中的数据显示,采用“HVDC+市电直供”相结合的模式,供电效率可提升至 94%-95%,若采用 HVDC 离线模式,其供电效率可提升至 97%以上,目前 HVDC 已 在 BAT 等大型互联网公司得到了广泛应用。

但随着 IDC 建设朝着大型化、集约化的趋势发展,单个 IDC 对电力容量需 求也越来越大,需要提高供电的电压来满足电力容量需求,这种情况下使用 HVDC 方案需要通过增加降压变压器将中高压电源降压,再由 HVDC 为 IT 设备供 电,变压器在降压的过程中也会造成能量的损失,将降压和整流部分合二为一 成为提升系统效率的又一个方向。阿里联合中恒电气和台达于 2019 年 11 月推 出的巴拿马电源方案完成了这一构想,彻底颠覆传统的从市电到终端设备之间 多级转换分配的架构。

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巴拿马电源方案推动了 IDC 供配电技术向着预制化、一体化的方向快速迭 代,该项技术重新定义了 10kV 到 240V 的供电链路,提出最高 2.5MW、一体化、 模块化、高效、高可靠直流不间断电源,省去传统低压配电环节,采用第三代 半导体技术大幅度优化电源内部结构,实现了变配电设备的高度集成化,提升 了系统的效率,减少了 IDC 供配电系统的设计和施工难度,并且减少了使用面 积,可以使 IDC 的机柜密度得到提升。阿里巴巴数据中心基础架构高级专家刘 水旺表示,与传统 IDC 供电方案相比,10kV 到 240V 的配电链路投资成本较传 统方式下降 40%以上,功率模块效率达 98.5%,安装空间可减少一半。目前阿 里在浙江、江苏和内蒙的部分 IDC 已经成功应用了巴拿马电源方案。

参考光环新网在最近的公告中披露的数据,供配电系统在 IDC 的建设成本 中占比接近 45%,巴拿马电源方案对降低 IDC 建设成本方面将起到较大作用。 此外,由于供配电系统效率的提升,巴拿马电源方案有望推动 IDC 的能耗和 PUE 水平同步降低,在 IDC 规模持续扩张,并且呈现大型化、集约化的趋势下,我 们认为巴拿马电源方案将成为理想的供配电解决方案,未来市场前景广阔。

4.3.液冷散热方案有望成为主流

随着 5G 和云计算带来的数据量爆发式增长,大量的储存空间和算力需求 需要海量的服务器来支撑,但由于 IDC 的高能耗属性,目前新建和改造项目的 审批趋严,增加单机柜功率密度成为解决 IDC 规模受限情况下满足持续增长的 算力需求的关键方向。根据 Colocation America 预测的数据,今年全球 IDC 单机柜平均功率将达到 16.5kW,到 2025 年时,赛迪顾问预测全球 IDC 单机柜 的平均功率将达到 25kW。另一方面,根据摩尔定律的发展,芯片的升级也带来 了芯片温度的提升,在密度与性能的双重提升下,服务器的散热问题面临着前 所未有的挑战。目前在 IDC 中广泛使用的散热技术为风冷技术,但风冷系统的 热交换效率低,能耗较高,占据 IDC 整体能耗的约 40%,已经无法满足日益增 长的散热和能效需求,液冷技术逐渐成为关注的重点。信通院云计算与大数据 研究所所长何宝宏博士表示,和风冷技术相比,液体热传导能力是空气的 25 倍,同体积液体带走热量是空气的近 3000 倍,在同等散热水平时,液冷系统 比风冷系统节省电量 30%-50%。

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结合液冷技术的特点,我们认为将其作为数据中心的散热方案具备三方面 优势:(1)液冷技术的高效制冷效果能够有效提升数据中心服务器的效率和稳 定性,可以在单位空间内布置更多的服务器,提高数据中心的运算效率,同时 大幅降低散热所需的能耗;(2)液冷技术使用的循环系统比风冷技术的空调系 统噪声更小,建设成本更低,能够为数据中心降本、降噪;(3)液体的比热容 稳定,散热效果不受海拔和气压影响,保证数据中心在高海拔地区的散热效果。 综合来看,液冷数据中心效率高、成本低、效果稳定,有望成为未来数据中心 散热系统发展的重要方向。

目前主流的液冷技术可以分为间接冷却和直接冷却两种,间接冷却的代表 技术为冷板式,也是最早出现的液冷技术,广泛应用于高性能桌面 PC 的内部 散热,近年来也应用服务器散热;直接冷却的代表技术为浸没式和喷淋式,是 主要针对数据中心的散热方式,浸没式目前较为成熟,喷淋式为较新的技术。 它们的特点和简单原理图如下

海外厂商在数据中心液冷技术方面起步较早,2012 年英特尔和液冷设备厂 商 Green Revolution Cooling 就共同进行了浸没式液冷方面的尝试,将服务器浸入到矿物油中,通过热交换机保持油液的低温,通过为期一年的测试发现 使用矿物油冷却系统能够将数据中心 PUE 降至 1.02-1.03,充分验证了浸没式 液冷在节能降耗方面的优异表现。在英特尔之后,微软、IBM、HPE、谷歌、 Facebook 等厂商也纷纷在数据中心的液冷技术领域展开布局。谷歌在 2018 年 的 I/O 开发者大会上宣布首次在其数据中心内采用液冷技术,并表示今后其数 据中心的散热方式将向液冷技术转变。

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国内方面,阿里巴巴是较早开始探索数据中心液冷技术的厂商,2016 年推 出了全球首台浸没式液冷服务器,2018 年 7 月建成了全球互联网行业首个液冷 服务器集群,并在冬奥云数据中心进行了部署。今年 1 月阿里宣布将“浸没式 液冷数据中心技术规范”向全社会开放,规范涵盖了设计、施工、部署、运维 等各个环节,使数据中心能够通过一体化设计降低部署成本、提升稳定性,走 上高效、清洁、集约的绿色发展道路,9 月,阿里在杭州的首座超级数据中心 正式投入使用,是全球目前规模最大的全浸没液冷数据中心,PUE 低至 1.09, 为国内数据中心液冷技术的发展和应用积累了宝贵经验。据阿里云 IDC 研发事 业部总经理表示,未来阿里云还将在全国建立 10 座以上的绿色超级数据中心, 支持新基建发展。除了阿里之外,腾讯、华为等云计算巨头也在推动液冷技术 的应用,还有中科曙光、浪潮信息等服务器厂商,英维克、佳力图等温控厂商 也在加紧布局。在绿色化发展已经成为全社会共识的趋势下,能耗方面有显著 优势的液冷数据中心有望迎来爆发期。根据《中国液冷数据中心发展白皮书》 中的预测数据,到 2025 年,中国液冷数据中心的市场规模将超过千亿元,市 场前景广阔。

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