Intel CPU平台和架构介绍

服务器主板上数据传输流依次为CPU 、内存、硬盘和网卡，针对图形加速特殊场景增加GPU 。具体过程表现为：数据经由网卡封装与解封、链路管理、数据编码与译码后，储存于外存硬盘为主 之中当程序需要执行时，将数据从外存经由一级存储器，传至CPU。其中一级存储器分为容量相对较大的主存储器（内存 DRAM ）和容量较小但速度接近 CPU 的高速缓存。

CPU发挥“大脑”的功能，负责数据的处理和运算， CPU 与 GPU 、内存、硬盘和网卡间并不能直接通信，需要通过内存控制芯片、 PCIe 控制芯片和 I/O 处理芯片等实现，这类通信协调芯片构成主板上的“芯片组”，芯片组通过各类不同总线（ PCIe 总线、 USB 总线和 SPI总线等）与 CPU 相连。如果说 CPU 是“大脑”、总线就是“神经结构”，芯片组就是“神经中枢”，决定了主板总线频率和带宽，以及扩展插槽和扩展接口的种类和数量。

围绕微架构和制造工艺CPU 本身 持续升级换代；同时由于 CPU 结构和功能设计影响芯片组的集成度和总线类型，CPU+ 芯片组 总线”构成“ CPU 平台升级”；平台升级带动服务器 主板和其他配件同步换代。

服务器 CPU 厂商 在新一代 CPU 正式发布之前 一般 提前 2 年左右将平台雏形、投放和测试性能以及样片给客户，做同步测试（兼容性和生态）和研发，确保芯片与使用该芯片的服务器同步上市。因而，除 CPU 和芯片组之外，还需要关注平台升级对其他服务器硬件的影响:

主板方面， 包括 PCIe 总线、内存、 GPU 和 SSD 。CPU 内部集成 PCIe 控制器和内存控制器， PCIe 总线点对点连接 CPU 与各类高速设备，包括 GPU 、 SSD 和网卡等，伴随 PCIe 升级至5.0 ，新一代 CPU 平台产品将兼容 PCIe5.0 标准，带动各类高速设备同步升级；而内存将从 DDR4 型号升级至DDR5 ，相关厂商或将逐步进入量产阶段。

配件方面， 包括电源和散热方案，主要原因是 CPU性能提升带来的功耗增加。

服务器CPU 架构包括 X86 、 ARM 和 MIPS 等， x86 为当前服务器 CPU 主流架构，几乎占据目前服务器全部市场份额，代表性厂商为 Intel 和 AMD 。国内方面，海光、兆芯和申威等也参与 X86 架构 CPU 的国产化替代，目前主要定位政务市场。短期来看， Intel 在服务器市场历史深厚，全球 CPU 市占率在 95% 左右 。未来 2~3 年内， Intel 仍有望保持行业龙头的地位，因而围绕其 CPU 平台的升级仍是影响服务器硬件产业链周期性变化的关键因素。

Intel以 Xeon 为品牌名称持续推出系列产品，产品型号命名复杂且动态变化：

1、CPU+ 芯片组 总线”构成不同的 CPU “平台”：如已经推出 Brickland 、 Grantley 、和Purley 平台，新一代 Whitley 和 Eagle Stream 预计将在 2020 年和 2021 年相继发布；

2、每一代平台产品具有多个子代，视 CPU 架构、工艺、 PCIe 控制器和内存控制器的不同 而有 差异：例如， 自 2017 年 7 月规模商用的 Purley 平台包括 SkyLake 和 CascadeLake两代，均采用 14nm 工艺最高 28 核心，但是支持的内存通道数从 6 通道升级至 8 通道， P CI e3. 0接口数增加。

3、不同平台的各个子代拥有多种型号 名称 2017 年 Purley 平台将产品型号 命名方式由此前连续使用四代的 E7 E5 变为“ 至强可扩展处理器（ Intel Xeon Scalable Processor SP系列型号按 铂金（ Platinum ）、金 Gold）、银 Silver ）、铜 Bronze 定义 。

从Tick Tock 到 PAO Intel CPU 升级按照 2~3 年周期持续向前推进：

2006 年， Intel 借意钟摆摆动周期提出“钟摆战略（ Tick Tock Tick 年（大年）改制程 工艺 Tock 年（小年）改 架构，按照两年的周期交替推进产品升级，该模式下 Intel成功推进了 22nm~14nm 系列芯片的迭代。

2016 年， Intel 终止“ T ick Tock ”转而采用“制程 架构 优化”（ PAO ）战略 P Process年改工艺， A Architecture ）年改架构 O Optimization ）年优化，按照三年的周期交替推进产品升级。背后原因主要在于芯片制造工艺升级的进度放缓。

新一代产品升级会带动CPU 性能提升一倍，价格增长 20%~30% 。CPU 由运算器、控制器和寄存器组成 ，在服务器中性能最重要，成本也最高，视不同参数而异，均价在 1500 元 片，占服务器硬件成本的 20% 以上。一个 CPU 可 以封装多个处理器内核， 称为“多核并行”， 多核 CPU 既可以提高运算性能，又可以延长服务器生命周期。

最新一代 Intel Xeon Cooperlake 10nm 工艺为 56 核心，使用周期为 3 年以上。下一代核心数和单核心性能有望同步跃升，带动价格上行。虽然考虑到兼容性问题，新产品上市后老产品仍会存在一定时间，且迎来降价，但新产品爬坡进度较快，甚至有望在一年内达到 50% 以上，而老产品逐步退场。事实上，从Intel 数据中心（ DCG ）业务收入 来看，新产品上市会带动相关业务持续 2~3 个季度的高增长。

受益于CPU 升级换代，服务器需求量有望迎来增长。主要是新平台上市前，下游厂商会部分延缓采购需求，而等到新平台上市后，将前期压抑的需求释放出来。在数据指标上，受产品出货顺序的影响， CPU 是服务器上游元器件，因而最先反映服务器市场需求情况， IntelDCG 业务增速 成为 行业景气度先验指标，大概提前 4~5 个季度 。2019 年上半年连续两个季度负增长后 Q3 开始出现回升 ，连续 Q3 和 Q4 两个季度增长，预示下游服务器需求企稳回升。

服务器需求量增长带动CPU 出货量提升，且增速高于服务器 出货 增速。单台 服务器 按性能需求 可以使用多个 CPU ，一个 CPU 称为单路，两个 CPU 称为双路。目前广泛使用的均为双路服务器，而四路、六路及以上服务器也有特定的应用场景。

一般而言，八路及以下服务器为普通机， 16 路及以上服务器为小型机，大型机则一般以定制化独立封闭系统为主。总体看，目前服务器市场以双路服务器为主，根据 ZDC 数据显示， 2018 年双路服务器受到47%的关注，四路服务器受到 29% 的关注。随着云计算大数据的普及，四路服务器展现出较广阔的市场空间，具体应用领域有 ERP 系统、商业智能分析和虚拟化应用等。

量价齐升，Intel 数据中心（ DCG ）业务回暖迹象明显 从以往来看， 新产品上市会带动 DCG业务持续 2~3 个季度的高增长 2020 年及 2021年 Intel Whitley 和 Eagle Stream 陆续上市， DCG 业务有望迎来 新一轮高增长。Intel 产品主要覆盖 PC 、数据中心、物联网、存储器和编程五大板块。

Grantley 平台于 2013 年底发布，带动 Intel DCG 收入增速自 2014 年 Q1 开始回暖向上，2014 年 Q2 、 Q3 和 Q4 连读 3 个季度增速 27、27% 和 37% 。

Purley 平台于 2017 年 7 月发布，带动 Intel DCG 收入增速自 2017 年 Q4 开始回暖向上，2018 年 Q2 和 Q3 分别带到24% 和 30% 的高增长。

新一代 Whitley 平台 Ice L ake 将于 2020 年 9 月推出 （根据 Intel 路线规划图），采用全新架构和10nm 制程 工艺 ，以及 PCIe 标准和内存控制标准的同步升级，有望带动 IntelDCG 业务新一轮高增长。

服务器芯片制造工艺已经从 2017 年普遍使用的 14nm 工艺向10nm 和 7nm 演进。芯片制造包括 IDM Integrated Device Manufacture ）和 Foundary 代工厂两种模式， IDM 厂商如 Intel 和三星等， Foundary 厂商如台积电和格芯等 但是主要参与者在工艺进度上存在差距。

从目前主流制造厂进度看， Intel 服务器 CPU 还停留在 14nm工艺，核心看点是 2020 年秋季发布的 Ice Lake Whitley 平台） 10nm 工艺以及 2021 年初Sapphire Rapids Eagl e Stream 平台） 7nm 工艺。相较之下，竞争对手 AMD 已经在 2019年 Q4 的 Rome 系列使用 7nm 工艺，代工厂为台积电。格芯于 2012 年从 ADM 拆分而来，目前在工艺制程上相对落后。

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