通信行业深度报告互联网数据中心深度分析.docx
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通信行业深度报告互联网数据中心深度分析
通信行业深度报告：
互联网数据中心深度分析
一、为什么要投资互联网数据中心？
根据功能的不同，宏观意义上的通信网络架构可以分为：
互联网数据中心（InternetDataCenter，简称IDC）、通信网络和用户设备三个部分。
其中：
互联网数据中心，主要存放各类互联网应用的内容和数据，投资主要来自云计算公司和各类互联网公司，例如阿里巴巴、腾讯、亚马逊、谷歌等；通信网络，主要负责传送和分发各类内容和数据至用户，投资来自通信运营商例如中国移动、中国电信等；用户设备，主要接收和处理各类内容和数据，包括手机、电脑、电视机等，投资来自消费者自身。
根据市场研究机构Omdia发布的研究数据显示：
互联网公司和通信运营商的资本开支总体规模在2019年达到了约4550亿美金，同比2014年的4350亿美金，增加了200亿美金，2010年到2018年的年均复合增速约1.5%。
需要注意的是，互联网公司资本规模在整体规模中的占比从2014年的13%增长到了2019年的25%，2014年到2019年的年均复合增速约15%，显著高于整体水平。
我们认为，互联网公司资本开支规模快速增长的原因主要来自于这些公司云计算业务的普及和渗透率的提升。
随着大数据技术的应用，互联网公司的营销将围绕与用户有关的一切数据而展开。
因此，内容和数据成为通信网络中的核心资产，而互联网公司将取代运营商成为通信网络的核心。
大数据技术的应用，需要有强大的计算力作为支撑；但是，受制于当前技术的限制，单个CPU计算能力的提升速度已经无法与计算力需求的快速增长形成良好的匹配。
为了满足大数据技术应用的需求，互联网公司需要建设更多的数据中心来部署更多的服务器才能提供足够的计算力。
1.1互联网数据中心产业链结构
互联网数据中心产业链以IDC服务为中心，向上通过网络建设延伸至IT基础设施，向下通过云计算连接终端客户。
产业链最上游为IT硬件和基础设施。
IT硬件：
分为计算设备（IT）和通信设备（CT），IT设备主要为服务器，CT设备包括交换机、路由器等网络设备和光模块（光模块是核心部件），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、空调设备和发电机组，主要为IT硬件提供稳定电力供应和适宜的温度环境。
产业链核心环节是IDC运营服务，狭义的IDC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，云计算服务商采购ICT设备托管在IDC运营商的机房，通过虚拟化技术实现IT基础设施云化，形成IaaS层（InfrastructureasaService，基础设施即服务）作为向终端客户提供服务的算力基础。
在IaaS层基础上，云厂商通过提供中间件、数据库等形成PaaS层（PlatformasaService，平台即服务），合作伙伴可以在PaaS层基础上开发应用软件SaaS（SoftwareasaService，软件即服务）供终端客户使用。
在这个产业链环节上，云计算厂商可以提供IaaS、PaaS、SaaS三个层级的产品给终端客户选择。
1.2计算力需求驱动互联网数据中心规模快速扩张
人工智能算法的实现需要强大的计算能力支撑。
深度模型参数多，计算量大，数据的规模更大，需要消耗很多计算资源。
在早期使用深度神经网络进行语音识别的模型中，拥有429个神经元的输入层，整个网络拥有156M个参数，训练时间超过75天；AndrewNg和JeffDean打造的GoogleBrain项目，使用包含16000个CPU核的并行计算平台训练超过10亿个神经元的深度神经网络。
进一步，如果模拟人类大脑的全脑级的神经系统，需要模拟1000亿个神经元，计算能力需要有数个数量级的提升。
因此，基于计算力的提升高性能计算重要的研究领域，其关键问题在实现众多计算节点的大规模集成和高效协同计算，核心技术涉及大规模并行应用程序和高性能计算机。
计算机硬件方面，摩尔定律完美预测了其后50年通用微处理器的发展轨迹，但提升速度仍不足以满足快速增长的计算需求，此后体系结构开始引领计算机的发展，相继出现了向量机、SMP、ccNUMA、MPP（massiveparallelprocessing）和机群五种主要架构。
2008年左右，能耗问题制约了处理器主频的大幅度提升。
为突破系统规模、计算密度、系统能耗这三个因素的制约，采用通用处理器和加速器协同计算的异构计算模式被提出，并成为系统性能提升的主要推动力，其中主流的加速器有GPU、众核处理器和FPGA。
2015年美国推出“国家战略计算计划”（NSCI）的行政命令来支持高性能计算机的继续发展，目标建造计算峰值达到百亿亿次的高性能计算机，也就是E级计算机系统。
中国也启动了在“十三五”期间建造E级系统的计划。
异构计算模式将是达到E级计算能力的必由之路。
由于系统功耗限制（功耗墙），E级系统之后，仅借助当前的异构计算模式难以再实现大幅性能提升。
人们寄希望于计算原理的突破来开启高性能计算机的下一个大发展阶段，量子计算或是这一方向的研究热点。
总体来看，在量子计算投入商用之前，若要实现计算力的提升，只能进行服务器的堆叠。
因此，全球云计算市场（IaaS）在过去几年实现了高速的增长。
根据Gartner发布的数据显示，2019年全球云计算市场（IaaS）规模达到了414亿美元；预计到2022年，市场规模将达到815亿美元。
1.3互联网公司开启新一轮资本开支扩张周期
根据SynergyResearch发布的数据显示，以亚马逊、脸书、谷歌、微软、阿里巴巴、腾讯以及XX为代表的全球头部互联网公司是超大规模数据中心的主要投资者。
2019年，亚马逊、脸书、谷歌以及微软等4家美国头部互联网公司的资本开支规模达到了648亿美金，2015年-2019年的年均复合增速约23%。
中国的阿里巴巴、腾讯以及XX等3家头部互联网公司2018年的资本开支规模达到了657亿人民币，是过去几年的最高值。
从全球头部的7家互联网公司发布的2020年Q2业绩报告来看，新一轮的资本开支投入周期将开启。
2020年Q2，全球头部互联网公司的资本开支规模达到了245亿美金，同比增长35%，环比也有显著增长。
主要原因来自于亚马逊、微软、阿里巴巴和腾讯资本开支规模的大规模增长。
其中亚马逊、微软已经给出全年资本开支增速双位数的预期值。
我们认为，全球头部互联网公司在未来三年将开启新一轮的资本开支投入周期。
来自中国的阿里巴巴、腾讯以及XX，在新基建政策的驱动下，都给出了新一轮的资本开支扩张计划。
2020年4月20日，阿里云宣布：
未来3年将投入2000亿元，用于云操作系统、服务器、芯片、网络等重大核心技术研发攻坚和面向未来的数据中心建设。
截止2020年1月，阿里巴巴拥有大约120万台服务器，预计未来三年将新增至少100万台服务器，对应大约10万个数据中心机柜。
2020年5月26日，腾讯云宣布：
未来五年将投入5000亿元，用于新基建的进一步布局；云计算、人工智能、区块链、服务器、大型数据中心、超算中心、物联网操作系统、5G网络、音视频通讯、网络安全、量子计算等都将是腾讯重点投入领域。
截止2020年1月，腾讯拥有大约100万台服务器，预计未来三年也将新增至少100万台服务器，对应大约10万个数据中心机柜。
2020年6月19日，XX宣布：
未来十年将继续加大在人工智能、芯片、云计算、数据中心等新基建领域的投入。
预计到2030年，XX智能云服务器台数超过500万台。
我们预计，新增服务器规模也将超过100万台。
1.4我国互联网数据中心规模仍有较大增长潜力
根据SynergyResearch发布的数据显示：
截止2020年Q2，全球超大规模数据中心达到了541个，与2018年Q1相比，增加了大约121个；还有176个处于建设或者规划阶段。
亚马逊、微软、谷歌以及IBM公司的互联网数据中心覆盖范围在同行中处于前列，每家公司都在全球范围内拥有60个或更多的互联网数据中心节点；与此同时，这些公司在北美区域、亚太区域、EMEA和拉美四个区域均拥有至少3个数据中心。
在全球541个超大规模数据中心中，中国占比大约为9%，与排名第一的美国仍有较大差距。
根据中国信通院发布的数据显示，2019年中国互联网数据中心机柜规模达到了244万个，同比2016年的124万个，规模增长了大约1倍。
可以看到，2017年-2019年每年新增的互联网数据中心机柜规模均在40万个左右。
从数据中心类型来看，超大型数据中心占比正在持续提升；截止2019年，超大型数据中心的占比已经从2016年的11%提升到了22%；但是与美国相比，占比仍处于较低水平，仍然具备提升空间。
（根据工信部的定义：
超大型数据中心是指规模大于等于10000个标准机柜的数据中心；大型数据中心是指规模大于等于3000个标准机柜小于10000个标准机柜的数据中心；中小型数据中心是指规模小于3000个标准机柜的数据中心。
）从区域分布来看，大约有65%的互联网数据中心机柜部署北京周边、上海周边以及广州周边等3个城市圈；西部地区是除上述3个区域外，部署机柜数量最多的区域，占比大约18%。
根据IDC发布的数据显示，2019年中国X86服务器的出货量在全球整体出货量中的占比约27.1%，同比2018年下降约0.9个百分点。
随着国内新基建政策的逐步推进、云计算在垂直行业中应用的进一步拓展以及互联网公司新一轮资本开支扩张周期的开始，中国X86服务器的出货量在全球整体出货量中的占比有望进一步提升，从而推动互联网数据中心机柜规模的进一步增长。
我们认为，中国互联网数据中心规模的持续增长将具备两个特性：
1、超大规模数据中心的数量占比会持续提升，数据中心拥有的机柜数量越多，将大幅提升电力等能源的使用效率，与此同时，还能大幅降低数据中心拥有者的维护成本，提高运维效率；2、北上广及周边区域数据中心机柜占比将会保持稳中有升，由于互联网数据中心对于网络条件的需求和业务部署需要等因素，互联网数据中的需求方会更倾向将自己的大部分服务器部署在这些区域的互联网数据中心内，从而为客户提供更加稳定的服务。
二、云计算和互联网公司主导互联网数据中心行业需求
UPS（UninterruptiblePowerSystem，不间断电源系统），是数据中心内部的主要组件，与服务器的使用量呈正比例关系。
赛迪顾问发布的数据显示，从需求端来看，互联网行业的UPS需求占比呈逐渐上升的态势；从2016年的11.6%提升到了2019年的15.0%；电信行业的UPS需求占比从2016年的13.8%提升到了20219年的17.6%，根据我们的行业调研情况，电信行业需求上升的原因是互联网数据中心运营服务业务的增长，而互联网公司是这项业务的主要客户。
总体来看，可以认为互联网公司是中国服务器市场的主要需求方，也将主导中国互联网数据中心运营服务市场的需求。
“云物移大智”产业的快速发展，刺激了数据存储和计算需求。
互联网企业“天生”的数字化、线上化特点，注定是数据中心最主要的需求方。
近年来，包括阿里、腾讯、XX和字节跳动在内的互联网企业都在积极拓展其业务生态，数据计算和存储需求进一步释放。
同时，这些互联网企业除了自用IDC之外，也在将数据中心向外部客户租用，并形成了稳定和可持续的商业模式。
从这些大的互联网厂商数据中心投资初衷来看，主要集中在以下方面：
1）企业和生态业务发展的需要；2）服务公司第三方客户的需要；3）服务企业出海的需要；4）公司打造自有基础设施体系的需要。
万国数据是国内领先的第三方数据中心服务商，数据中心机房面积从2017年Q3的近12万平方米增长到了2020年Q2的近40万平方米，在近三年的时间内实现了2倍以上的增长。
公司的主要客户分为云计算服务商、大型互联网公司以及金融机构和大型企业三类；前两类客户占比从2016年的64.3%提升到了2020年H1的88.9%。
公司前两大客户均为云计算服务商，截止2020年H1，两个客户租用了公司42个数据中心，总计租用面积达到了公司机房总面积的55%。
相比于2019年末，提升了4.3个百分点。
从万国数据的客户数量以及头部客户租用的机房面积来看，来自云计算服务商以及互联网公司快速增长的数据中心需求驱动了公司数据中心规模的快速增长。
从侧面印证了我们的观点：
云计算和互联网公司主导互联网数据中心行业需求。
2.1阿里巴巴：
满足核心商业板块、企业服务以及客户海外布局等方面的需求
阿里巴巴以电商为起点和核心，发展了数字媒体及娱乐、企业服务（云计算）等强势业务。
围绕着阿里生态圈的资源和业务，公司成就了一批电商和科技企业。
在这些板块中，包括阿里云、钉钉在内的品牌正在快速成长，有望在云上形成以云计算基础设施、操作系统（钉钉）为核心的新IT架构。
阿里云的快速成长，既满足了内部快速增长的IT需求，同时还在通过平台向生态企业赋能，实现共同发展。
阿里生态自身的特点，也要求公司持续加快上云速度，加大对数据中心的投资。
阿里巴巴大力发展数据中心业务，主要考虑的因素如下：
首先，核心商业板块激增的交易量和数据量，需要通过自建数据中心来满足其计算和存储需求。
2019年公司移动淘宝平均日活用户量为1.6亿左右，但是在双11当天，日活突然上升至4.6亿；阿里巴巴订单创建量也从10年前的400笔/秒上升至54.4万笔/秒。
2019年双11当天，阿里巴巴处理的数据量达到了970PB，公司需要以3.63TB/秒的速度对当时的行业销量与商家销量的数据进行分析，同时对商家提出实时的促销手段调整建议。
庞大的用户带来的是海量订单和数据需要处理，交易的顺畅和安全也需要得到保证。
除了交易之外，近年来盛行的直播带货给电商系统带来了巨大的流量冲击。
正是因为如此，2019年开始，阿里巴巴开始将核心系统全部迁移到阿里公有云上，依托其公有云强大的伸缩能力、存储计算分离等技术支撑大规模的峰值流量计算，双11其张北、河源和南通三大数据中心承担了70%的流量。
此外，公司核心商业生态衍生发展起来的境内、外物流体系，也需要依托庞大的数据中心去支持。
旗下的菜鸟物流云是菜鸟网络联合阿里云一起，为物流行业打造的一个基于云计算的物流基础信息服务平台。
物流云能提供安全稳定的云设施环境，依托阿里云强大的计算处理能力，帮助物流企业和物流订单涉及所有链路成员建立连接、沉淀大数据，并在此基础上提供多样化的智能产品
第二，客户大数据分析需求需要数据中心去满足。
阿里巴巴面临的竞争对手，不但有来自腾讯、XX等互联网企业，还有线下零售商，特别是建立电子商务网站的线下零售商。
这些竞争对手都拥有巨大的流量，并建立了品牌认知度、重要的技术能力和重要的资金资源。
公司通过构建数据中心，可以为卖家提供有用的服务，比如数据分析定位潜在买家、云计算等服务来吸引和留住卖家，提升其平台的竞争力和影响力。
当前，大量的卖家通过公司的云计算平台上支持其企业资源规划（ERP）和客户关系管理（CRM）系统，因此公司的云计算平台包含了与他们账户相关的大量数据、交易数据、买家信息和使卖家经营和管理业务的其他数据，后端的分析需求也在快速上涨。
第三，利用数据中心开放性特点，服务企业客户上云、出海。
数据中心的开放性将帮助国内公司更轻松地拓展海外业务。
现在，国内用户通过阿里云官方网站，经过简单的步骤，在中国本地就能实现位于海外的网站、移动应用部署，无需出国拓展市场。
此前，这些公司通常需要在海外租用部署服务器，面临语言、当地法律政策、换汇等多种不便。
海外公司也可以通过阿里云海外数据中心选择使用来自中国的云服务。
其中，国际物流业务对数据中心的需求最为迫切。
随着国内跨境电商和贸易的发展，很多物流企业希望把业务拓展到全球，但是在IT基础设施方面受到很大限制。
通过阿里的全球数据中心，这些企业可以快速建设物流信息网络，并充分利用各节点的合作伙伴，实现服务的快速全球触达。
第四，公司打造从基础设施到应用端产业链的需要。
对于阿里公司内部而言，“云钉一体”（阿里云、钉钉）将是这个生态的核心，打造云时代的“Wintel”和“Arm-Android”体系。
企业既需要云这样的新型计算架构，也需要钉钉这样的新型操作系统。
阿里云提供水电煤一样的算力基础设施，钉钉如同新时代的Windows，让企业可以快速开发管理组织和业务的所有应用。
其中底层数据中心是这个体系的基础。
阿里在数据中心上的投入将主要集中在底层技术（如服务器、节能等）和面向未来的数据中心。
目前，阿里已经建设了5大超级数据中心集群，包括乌兰察布、南通、河源、杭州和张北，未来阿里还将规划建设10座超级数据中心。
阿里重点研发的神龙服务器、节能技术和AI芯片等，都已经在现有的超级数据中心应用。
2.2腾讯公司：
支撑内部核心业务需求，支持行业客户上云以及重点客户出海
腾讯公司数据中心支持的业务也是伴随着其生态圈的拓展发展而来。
从最早的游戏和视频领域，到后面的金融、零售、民生、旅游及医疗保健等行业，数据中心都在持续提供支持。
公司数据中心对外业务，也是从游戏和音视频市场起步，逐步扩大。
首先，支撑公司内部业务发展需要，主要集中在游戏和音视频。
游戏的特点是数据量大，数据类型多样，且高并发，同时还需要保证传输的高速和安全可靠，数据中心的能力与之非常契合，建设需求较大。
2019年，全球日活量最大的十款游戏中，有5款都是由腾讯游戏开发的。
同年，公司游戏收入达到1147亿元，同比增长10%，占到公司收入的30%左右。
公司的音视频内容业务，主要包括电视剧、动画片和综艺节目等，2019年用户数高达1.06亿。
2019年，公司紧跟市场热点，在短视频等领域在发力。
2020年疫情以来，公司推出的腾讯会议等协同办公产品，用户量实现了爆发式的增长。
其次，支持企业数字化转型，提供基础设施和解决方案支持。
腾讯云是公司智慧产业解决方案的基础。
公司整合先进的云计算能力、数据分析、AI及安全解决方案，为零售、金融、交通运输、医疗保健及教育等不同产业提供定制解决方案，协助不同行业的数字化转型。
公司基于其独特的资源（如公众号及小程序）搭建零售云解决方案，以帮助零售商提高消费者参与度，凭借我们的目标消费者精准定向功能及防诈骗技术，帮助其提升营销投资回报率，并利用AI、LBS及大数据技术协助客户内部营运升级。
最后，同阿里类似，腾讯云也在通过全球的数据中心，支持客户和自有业务海外拓展。
腾讯拓展海外数据中心，主要基于两个方面考虑：
一，腾讯云的服务对象中有不少是游戏行业客户，而这些厂商天然地存在进军海外的需求，腾讯自己的游戏同样如此，这驱使腾讯云要具备海外的服务能力；二，除了服务客户，腾讯旗下微信、支付、视频等同样在海外有用户基础，这些产品如果想在海外拥有很好的服务体验，通过海外数据中心本地化部署就是可行的选择。
腾讯云目前在全球开放了27个地理区域，运营54个可用区。
腾讯云的海外业务的主力客群是国内出海的互联网公司，增量也主要来自于游戏、金融、视频等行业。
目前，腾讯云在海外业务中已经吸引了包括游族网络、绿洲游戏等一批龙头游戏企业，猎豹、快手、直播TV等视频直播平台，VIPKID等在线教育平台以及Shopee等跨境电商平台，更聚集了像Garena、Aiming、Supercell、Workpoint等海外知名公司。
2.3字节跳动：
满足自身业务发展和监管需求，海外数据中心布局将提速
第一，自身业务对基础设施建设需求大。
无论是抖音还是今日头条，自产内容较少，而是鼓励用户进行创作，并把用户创作的内容推荐给最适宜的用户群体。
视频上传需要存储并进行合规性检查，这需要使用计算机视觉技术对视频图像进行分析，同时利用语音识别技术对音频进行合规性分析；视频播放需要编解码，这需要消耗大量的计算资源；用户体验需要恰当的推荐系统与CDN，使用AI进行推荐，需要大量的数据进行训练才能达到更好的效果，仅今日头条一款产品30天的训练模型，其数据量就会超过4PB，而正常训练一个完整的模型则需要至少一年的数据量。
这些技术的大规模应用会对系统的基础设施带来极大的挑战，比如计算能力、网络带宽以及存储性能等等，数据中心就是一个很好的选择。
第二，数据量激增使得字节跳动原有的数据中心租赁模式变得不可行，必须自建数据中心。
近年来，公司的业务快速拓展，用户量增长快速，短视频等内容传输、存储及计算需求量大，外租数据中心难以满足公司业务拓展的需求，需要通过自建来彻底解决。
2018年，字节跳动就在怀来拥有了第一个自有数据中心。
在2017年初，字节跳动只有2-3万台服务器，新数据中心建成后，服务器数量一下猛增到17万台。
同阿里一样，字节跳动也开始向数据中心底层下功夫，以提高资源的利用率。
2018年字节跳动与Intel公司成立了创新实验室并签订战略合作备忘录。
英特尔与字节跳动的战略合作涵盖数据中心和底层基础架构的硬件和软件优化、市场合作以及成功案例推广等，包括大数据分析、人工智能等领域，双方合作效果明显，能够实现大约30%的能力提升，节省了前期投资和运营成本。
第三，为保证公司TikTok海外业务拓展，需要加快海外数据中心建设步伐。
字节跳动旗下Tiktok业务在海外市场发展快速，但也面临着来自隐私保护和版权上的问题。
公司也在通过海外数据中心建设，来解决所在国在隐私保护上的顾虑，同时改善当地用户体验。
其中，在印度市场，字节跳动承诺增加投资，表示未来3年将在印度投资10亿美元，1亿美元用于投资数据中心建设。
2020年8月，TikTok称将斥资5亿美元在爱尔兰建立欧洲首个数据中心，用于存储欧洲用户通过TikTok生成的视频、信息以及其他数据，计划于2022年初投入运营。
2.42020年-2022年中国互联网数据中心增量机柜数量将达108万个
2020年Q1和Q2，在经历了2019年Q4的低点后，阿里巴巴和腾讯公司的资本开支规模进入了持续增长的状态；而XX公司也在2020年Q2迎来恢复了双位数的资本开支规模。
结合三家公司的新基建政策，我们认为中国头部互联网公司的资本开支规模已经回到了增长通道。
根据阿里巴巴、腾讯公司以及XX公司发布的新基建计划中的投资规模，我们推算出这3家公司2020年-2022年采购的服务器规模将达到450万台以上。
根据我们行业调研的情况显示，字节跳动在2020年采购的服务器规模将达到38万台；考虑到字节跳动仍然处于快速增长阶段，我们推测其在2020年-2022年的服务器采购规模将达到135万台。
按照每个数据中心机柜部署10台服务器来看，阿里巴巴、腾讯公司、XX公司以及字节跳动4家公司在2020年-2022年的数据中心机柜需求将达到59万个。
考虑到其他互联网公司、金融机构和大型企业的需求，我们预测：
2020年-2022年，中国互联网数据中心机柜的增量规模将达到108万个。
与中国数据中心工作组预测的规模相比，我们的预测值更为保守。
中国数据中心工作组发布的数据显示，到2022年
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