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计算机行业报告:IT基础软硬件与工业软件是国家安全的重要支撑

工控参考 2022-04-30 12:44:35 17

IT 基础软硬件与工业软件是国家安全的重要支撑


1.1 数字技术是社会发展重要推动力,也成为国家安全的重要内容

人类历史发展经历了农业革命、工业革命,目前正处于信息革命时代。当今世界,新一轮科技革命和产业变革风起云涌,互联网、大数据、云计算、人工智能、区块链等信息化与数字化技术加速创新,日益融入经济社会发展的各领域、全过程,正成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全球竞争格局的关键力量。


中国数字经济蓬勃发展,已成为国民经济最重要的发展驱动力之一。我国数字经济增加值规模由 2008 年的 4.8 万亿增长到 2020 年的 39.2 万亿,数字经济规模占GDP 比重不断提升,2020 年数 字经济占 GDP 比重达到 38.6%,而 2022 年 1月发布的《“十四五”数字经济发展规划》明确到 2025年数字经济核心产业增加值占GDP 比重要达到 10%。我们认为,数字经济的发展与国家的 经济安全密切相关。


数字技术支撑着众多行业的发展与运营,是产业安全的重要保障。数字技术正与制造业、服务业、 农业等产业深度融合,而通过“云、大、物、移、智”等新技术,传统行业正迎来全方位、全链条的改造。对各类企业而言,基础 IT 软硬件以及各类生产控制系统、核心业务系统和管理信息化 系统已经成为了其运营的必要支撑,相关系统的安全和稳定已成为产业安全的重要保障。




国家通过多角度着手,为国产 IT 产业发展提供支持。虽然中国在基础硬件的组装生产领域位于全球较为领先的地位,在各类应用系统方面也有着较高国产化率,但是,在芯片、操作系统、数据 库等最核心、最关键的领域,英特尔、微软、甲骨文等国外厂商依然占据垄断地位,从而给国家 安全带来一定的影响和隐患。在以数字技术为代表的科技安全成为国家安全重要组成部分的背景 下,从 “十一五”期间“核高基”重大专项开始,国家一直通过财政、投融资、研发、知识产权、 市场应用等角度着手,为国产 IT 产业发展提供良好的环境和政策支持。


1.2 基础软硬件与工业软件多数领域,国外巨头依然占垄断性地位

虽然 IT 基础软硬件和工业软件的安全性对国家而言意义重大,但是国内大部分相关领域目前依然 处于国外厂商垄断的状态。


在国内基础软硬件领域,海外企业仍处于垄断地位。根据 Statcounter 统计,2019 年国内 PC 端 操作系统市场份额 87.59%被微软占据,8.64%被苹果公司占据,而包括国产厂商、开源品牌在内的其他厂商份额仅为 3.77%;在国内 CPU 市场,两家海外公司 Intel、AMD 在中国市场收入达到1581 亿元(2020 年),而同期的 3 家重要国产 CPU 厂商合计收入仅 33.74 亿元,国外 CPU 品牌在 国内市场的收入是国产品牌的 46.8 倍。由此可见,在操作系统和 CPU 这两个最重要、最基础的 软硬件领域,国内市场整体仍处于海外品牌的垄断中,国内厂商整体实力距离海外巨头品牌差距 较大。


另外,作为软件的重要分支,工业软件对工业设计、生产过程管理中发挥着重要作用,相关产品 对产业安全有着重大的影响。目前来看,国内在工业控制系统领域已经有了一定的竞争力,而在 CAD、EDA 等设计环节软件看,依然处于较落后的状况。


从当前 CAD 行业的竞争格局来看,海外的头部厂商无论是在国内还是世界范围内都占据着明显 的优势。根据华经产业研究院数据,在 2019 年全球 CAD 软件市场中,Siemens、Dassault、 Autodesk 合计占据了约 70%的市场份额。其中,Siemens 的产品适用于通用机械设计,Dassault 的客户主要覆盖航空航天等高端装备制造领域,Autodesk 则在建筑设计领域处于行业领先地位



而在 EDA 领域,海外三巨头于 20 世纪 80 年代起家,通过持续的收并购完善产品矩阵,逐步形 成全工具链、全流程的覆盖。Siemens EDA成立于1981年(前身为Mentor Graphics),是EDA 三巨头中成立最早的公司,之后 Synopsys 与 Cadence 分别于 1986 年、1988 年成立。历史上, 海外三巨头共发起过 200 多次收并购,正是通过不断地兼并和收购,三家公司不断扩张自身的业 务和产品线边界。目前,海外 EDA 三巨头均已覆盖了芯片设计所有环节,并选择了相应主攻的细 分领域,打造了自身的明星产品。


从全球及国内的竞争格局来看,海外三巨头具有明显优势,国产 EDA 厂商还有较大差距。EDA 行业市场集中度较高,全球 EDA 行业主要由 Synopsys、Cadence 和 Siemens EDA 垄断,三巨 头属于具有显著领先优势的第一梯队,共占据了全球市场 78%的份额。华大九天与其他几家企业 凭借部分领域的全流程工具或在局部领域的领先优势,位列全球 EDA 行业的第二梯队,共占据了 全球市场 15%的份额。第三梯队的企业主要聚焦于某些特定领域或用途的点工具,整体规模和产 品完整度与前两大梯队的企业存在明显的差距。


1.3 关键技术领域“卡脖子”后将严重影响产业发展甚至国家安全

自 2018 年中美贸易摩擦爆发以来,中国众多科技实体遭遇了美国的各项制裁。以覆盖面最广的 “实体清单”为例,截至 2021 年 12 月,美国商务部工业和安全局以各种理由,将 611 家中国公 司、机构和个人列入到实体清单(Entity List)中。据了解,实体清单是美国以维护国家安全利益 为名义设立的出口管制条例,被列入实体清单中的主体在未获许可证前无法获得受相关条例管辖 的相关物项,从而对相关主体正常运营产生重大影响。


中国被列入实体清单的主要涉及三类主体。一类是与信息技术、核电、国防军工有关的高校和研 究机构;一类是与国防军工及航天科技有关的机构及产业公司;一类是与通信、半导体、人工智 等相关的技术产业实体,其中包含华为、中国移动、海康威视等巨头,也包含中芯国际、科大讯 飞、中科曙光等众多 ICT 行业龙头企业。从中可以看出,军工和科技行业是被制裁的主要领域, 而从过去两年相关企业经营情况看,部分企业由于无法从获得核心元器件等资源,业务受到了不 同程度的影响。


华为首当其冲承受美国“制裁”,“实体清单”中的中国公司发展均受到一定影响。以受美国制 裁最为严重的企业华为为例,公司在两年多时间内经历了美国多制裁,第一轮是 2019 年 5 月 15日被列入实体清单,华为无法购买美国技术占比超 25%的各类产品,包括高通芯片、安卓系统、 英特尔高端芯片等;一年之后,华为受到了第二轮制裁,被严格限制使用美国的技术、软件设计 和制造半导体芯片,这轮制裁导致华为自主研发芯片无法通过台积电等代工厂流片生产;2020 年 8 月 17日,美国商务部进一步收紧了对华为获取美国技术的限制,同时将华为在全球 21 个国家 的 38 家子公司列入“实体清单”。


在美国一轮又一轮的制裁影响下,华为的业务发展遭遇了较大的 困难,以手机为代表的消费者业务下滑最为明显,市场份额由 2017 年的 20.4%下降至 2021 年的 10%,并不得不将荣耀进行剥离,而 B 端业务也受到较大影响,如华为的服务器业务也由 18 年的 17.9%降至 21H1 的 11.2%,其鲲鹏服务器主要靠消耗历史芯片库存来供货。而其他在实体清单 内的企业,也不同程度受到影响,比如国内高端服务器龙头中科曙光,在被列入实体清单之后, 公司收入增速近两年来明显降速,企业发展受到一定影响。


“俄乌冲突”中欧美多家科技巨头宣布对俄制裁,预计对俄国家发展产生较大不利影响。此次俄 罗斯与乌克兰爆发军事冲突以来,众多欧美科技巨头宣布了对俄罗斯进行“极限制裁”,暂停对 俄罗斯供货开展业务,包括芯片巨头英特尔、AMD、英伟达等,操作系统、办公软件与公有云巨 头微软、谷歌,公有云巨头亚马逊,数据库巨头 oracle,ERP 龙头 SAP 等 20 多家科技巨头。这 些科技巨头停止产品销售和技术服务,预计将对俄罗斯产业和经济安全产生较大影响,例如, Oracle 数据库被广泛使用于银行、电力、航空订票等领域,一旦数据库系统出现问题,这些关系 国计民生的行业会面临瘫痪的风险。


IT 技术已日渐成为众多行业的技术底座,国外科技巨头对我国的“制裁”风险或将影响国家安全。在 IT 技术已成为众多行业不可避免的技术底座的情况下,如果国外科技巨头也对中国进行“断供” 或者“停服”,将对国内的数字产业以及关乎国计民生的重要行业产生较大冲击,影响国家的经 济与产业安全。



1.4 从“核高基”到“信创”,政策推进基础软硬件自主化体系建设

由于美国在基础软硬件体系领域有着显著的先发优势,中国自 2000 年以来,通过政策推动行业 三步走:1)选择适当的技术路线,形成自主版本,基本达到“可用”状态;2)通过政策驱动, 形成初步而稳定的用户群体,在实践打磨中,从“可用”向“好用”升级,国产软硬件经历了系 统性的实践考验,在实践中不断接收真实用户群体的需求反馈、实现产品和技术迭代成熟;3) 随着产品与生态的逐步成熟,最终进入市场化的良性循环阶段,可实现自主造血,而最终不再需 要政策扶植。


在现实中,我国基础软硬件自主化建设,确实是在政策的推进下,以 2006 年的“核高基”为基 础,沿着“预研—好用—可用—大范围商用推广”的路线逐渐升级:


1)自主版本形成,初步达到“可用”阶段:2006 年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲 要(2006 年-2020 年)》,将“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”列为 16 个科技 重大专项之首,简称“核高基重大专项”。2008 年,“核高基”经审议通过并正式实施。“十二 五”(2011-2015)期间,核高基重大专项以满足国家信息产业发展重大需求的战略性基础产品为重 点,突破高端通用芯片和基础软件关键技术,研发自主可控的国产中央处理器(CPU)、操作系 统和软件平台、新型移动智能终端、高效能嵌入式中央处理器、系统芯片(SOC)和网络化软件, 实现产业化和批量应用,初步形成自主核心电子器件产品保障体系。整体来看,2015 年是国产基 础软硬件进入“可用”阶段的分水岭。


2)初具规模的用户群体的建立:2019 年-2021 年,在党政端,信创战略进行了顺利推广。国产 生态在这个过程中,已经形成了系统化、专业化、全面化推进的局面,为未来在广阔 B 端甚至 C 端领域的推广,奠定了坚实的基础。


国产基础软硬件产业已经形成体系化、生态化的建设局面。在相关政策的引导下,经过前期的探 索和积累,国产软硬件产业形成了整体推进的局面:国产芯片的性能已经足够强大,而中间件、 数据库、办公软件、行业应用软件,也涌现了一批优秀的国产企业。



3)行业信创拉开帷幕,B 端重点行业国产化进程推进:政务信创在 19-21 年得到顺利推广,为国 产基础软硬件产业提供了规模化、体系化的的推广和实践经验。行业信创也在过去几年间开始启 动。我们认为,经历了过去 2 年的试点,行业信创趋势已经基本确立,推广的节奏、范围、力度 都有望提升,有望在“十四五”期间贯彻推进。在信创推进的过程中,国产芯片和重要基础软件 也经历了升级迭代和产品打磨,国产生态因此不断完善。


我们认为,行业信创仍然有较大的发展空间,信创的推进节奏、强度和范围也有望在 2022 年进 入新的阶段。行业客户场景应用的实践需求将促进国产厂商技术和服务的更新迭代和持续完善, 从而带动整个国产生态的不断进步。


基础软硬件生态体系建立,生态和性能不断强化


2.1 国产算力芯片蓄势待发

2.1.1 海光信息:国产 x86 生态引领者

海光信息是国产 x86 生态的引领者,作为主要产品的海光芯片具有较高的性能和生态适配性。公 司目前的芯片产品包括 CPU、DCU 芯片,其中,CPU 基于 x86 架构,而 DCU 的构成与 CPU 类 似,其结构逻辑相对 CPU 简单,但计算单元数量较多,主要用于加速计算。海光CPU分为7000 、 5000 、3000 三个系列,高端的 7000 系列与英特尔在售的高端产品在性能上仅有较小的差别,已 经具备较强的竞争力。公司 DCU 产品与英伟达、AMD 对标产品相比,性能差距也不显著。



海光 CPU 从 1 号到 4 号持续迭代,自主化能力不断提升。海光 1 号研发启动于 2016 年,并于 2018 年 4 月实现量产,2 号产品则在 2020 年 1 月推出市场,目前是公司 CPU 领域的主要在售产 品,同时,海光 3 号研发工作于 2018 年 2 月启动,3 号芯片将对核心和片上网络微结构进行设计 优化,基于新的工艺节点进行设计,目前已进入实验室验证阶段,而海光 4 号研发工作已经于 2019 年 7 月启动。每一代产品都在上一代基础上进行性能和工艺上的提升,从而验证了海光在引 进消化技术后,具备较好的吸收和再创新能力。


海光 DCU 第一代产品已经贡献收入,第二代产品也在研发推进中,代际之间也呈现研发-量产有 序交叠的状态。2018 年 10 月,公司启动深算一号 DCU 产品设计,这代 DCU 已经在 2021 年实现量产并于 2021H2 产生销售收入,2021 出货量达到 1.2 万片,均价为 1.9 万元,而二代 DCU 的 产品研发工作于 2020 年 1 月启动,目前各项研发工作进展正常。


2.1.2 鲲鹏:国产 ARM 生态建设者,曾经的性能王者,供应链有待恢复

鲲鹏处理器由华为海思团队研发,基于 Armv8架构永久授权。鲲鹏背靠华为集团强大的研发与产 业生态,近年来已成为国产 CPU 领域的重要厂商。鲲鹏的处理器核、微架构和芯片均由华为自主 研发设计,鲲鹏计算产业兼容全球 Arm 生态。在被美国制裁前,已经在服务器 CPU 领域取得了 良好的市场份额与客户认可。


鲲鹏 CPU 目前主要集中在服务器领域。鲲鹏 920 服务器 CPU 基于 ARM V8,最高集成 64 个 物理核,主频最高 2.6GHz,通过多核来提升算力。鲲鹏 CPU 是性能较高的国产芯片,部分性能 参数堪比国际水平:根据华为开发者大会 2020(cloud)公布的数据,相比英特尔 Skylake 服务器 CPU,华为鲲鹏 920 系列芯片的性能更高,功耗更低,主要得益于鲲鹏 920 的工艺升级到了 7nm, 内核数量更多,而且进行了多核优化处理。


目前,鲲鹏生态在全国多个省份和地区建立了生态创新中心。鲲鹏生态创新中心是华为与各级政 府在鲲鹏产业合作的载体,是华为在区域生态的抓手。通过聚焦当地优势产业,聚合产业合作伙 伴,共同建设软件生态、培养人才、孵化标准,一起做大产业空间和实现区域产业快速落地。而 且,鲲鹏整机也已经形成稳定的厂商团队,包括神州鲲泰、新华三、宝德、黄河等多个著名品牌。



鲲鹏生态仍面临供应链限制,尚未实现全面恢复。从 2019 年 5 月 15 日开始,美国就宣布将把华 为及其子公司列入出口管制清单。而且,美国一再修改其对华为的禁令进行技术封锁:2020 年 5 月 15 日从禁止华为使用美国芯片设计软件,到 2020 年 8 月 17 日禁止含有美国技术的代工企业 生产芯片给华为,再到 2020 年 9 月 15 日禁止拥有美国技术成分的芯片出口给华为。整体来看, 鲲鹏供应链仍处于尚未恢复状态,对鲲鹏生态建设形成一定的压力。


2.1.3 飞腾:依托 CEC 集团资源,全面发力国产 ARM 生态

飞腾有 20 多年的 CPU 研制积累,背后依托中国电子集团(CEC)。飞腾的核心技术和研发团队则 拥有 20 多年自主 CPU 研制经验,背后依托的是中国电子集团雄厚的科研和产业实力。飞腾早期 基于的是 SPARC 架构,而 2014 年至今,主要是基于 ARM 架构进行服务器、PC 和嵌入式芯片 的开发。


芯片迭代不断推进,性能不断实现超越。2014 年,飞腾基于 ARM 架构的 FT-1500A 推出,性能 相当于 Intel Xeon E3,2017 年推出 64 核的 FT-2000+系列,而 2019 年飞腾桌面版 FT-2000/4 问 世,采用 16nm 工艺,性能相当于 Intel Core i3 系列。截至 2020 年 8 月,桌面版 FT-2000/4 系列 芯片销量突破 100 万片。2020 年 7 月,飞腾发布新一代多路服务器 CPU 腾云 S2500,而且,更 为先进的服务器芯片 S5000 和 S6000 系列也在推进过程中。


飞腾服务器 CPU 代际更迭顺利进行,每 3 年推出更强性能的产品。继 2014 年量产的 FT1500A/16 和 2017 年量产 FT-2000+/64 后,飞腾 2020 年推出最新一代服务器 CPU 产品腾云 S2500,集成 64 个飞腾自研 FTC-663 核,主频 2.0-2.2GHz,单芯片典型功耗 136W,支持 2-8 路直连,性能与 Intel Xeon Gold5118 系列芯片相当。在计算性能上,基于腾云 S2500 的多路服 务器可以实现 2 至 6 倍的算力提升,双路服务器 SPEC2006 整型分值超过 1000 分,四路服务器 分值超过 1800 分,八路服务器分值则更高。



在生态建设方

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