3、PCIe Retimer芯片市场空间将如何变化?

我们认为,在PCIe 4．0时代,Retimer的市场规模主要受主要市场需求驱动影响,具体来说:服务器厂商推出支持PCIe 4．0的服务器主板上留有对应插槽,当用户需要时可在服务器上安装有搭载Retimer的扩展板卡,用来支持对应的设备,如NVMe硬盘、GPU或网卡等等,当使用PCIe4．0的设备增加时,将逐步增加对Retimer的需求。在PCIe 5．0时代,Retimer有望直接配置在主板上以保证信号的稳定传输,市场规模则由服务器厂商的供给决定,即任何一块支持PCIe 5．0的服务器主板都将搭载相应的Retimer。我们测算,2021年PCIe 4．0 Retimer的市场规模约为7000-8000万美元,在2023-2025年PCIe 5．0大规模应用之后,市场规模有望增至当前内存接口芯片的水平,达到6亿美金。

3．1 PCIe Retimer有多种应用方案

简单的说,Retimer有装载在扩展卡和主板上两种方案。在PCIe4．0时代,Retimer主要装配在板卡上,当有需求时才会进行使用,如图10、图11所示。而到了PCIe 5．0时代,Retimer将随着主板上的PCIe插槽进行装配,如图12-图13所示,市场规模将快速增加。

目前的Retimer芯片主要有x4、x8与x16三种。下图展示了澜起一款x16的Retimer芯片在Riser板卡上的参考设计。

Retimer市场目前正经历从0到1,此时主要以需求为导向。若服务器市场未逐步迈入PCIe5．0时代,届时Retimer芯片市场将迎来从1到N的爆发。Retimer芯片的价格一般与其支援的通道数量相关,我们假设相应的价格在1．5美元/链路左右,根据该假设,我们可以大致测算出Retimer芯片在服务器GPU、服务器硬盘等应用中的市场空间。

3．2 服务器GPU增量明显

GPU大规模存在于AI服务器,在与CPU进行数据交互的过程中,GPU往往会使用PCIe总线直接来与CPU相连,这个过程中需要有Retimer芯片用以保障数据传输质量。同时考虑AI服务器市场规模受人工智能领域发展的影响,我们预测得到Retimer芯片在服务器GPU中的市场空间在1500万美元左右。

3．2．1 AI服务器中加速卡与主板的连接至少需要一颗Retimer

从具体的解决方案来看,很多AI服务器会配置数颗Retimer芯片,如Astera Labs提供的加速卡的解决方案中就使用了4颗Retimer。

但很多方案中,也会在加速卡内部使用Switch进行数据信号的稳定,Switch芯片在集成了Retimer功能的基础上,还能够做到多路调节,适用于一分多的总线架构中,其市场空间也是十分广袤,但由于与Retimer芯片应用场景有所不同,我们的测算中不会考虑Switch的市场。但无论加速卡内部结构如何,GPU与CPU的连接至少需要1颗Retimer,我们假设每台需要使用一个Retimer芯片来保障信号传输质量,并在本报告中进行测算。

3．2．2 服务器GPU需求带动Retimer市场蓬勃发展

根据IDC《2019年中国AI基础架构市场调查报告》显示,2019年国内AI服务器出货量达到79318台,同比增长46．7%,市场规模占全球23．5%,预计2019-2023年整体市场CAGR达到27．8%。据IDC与浪潮联合发布的《2020-2021中国人工智能计算力发展评估报告》最新显示,2019年国内AI服务器市场规模26．65亿美元,同比增长58．8%,2019-2024年国内AI服务器市场CAGR达到20%,在2024年预计市场规模为66．22亿美元。

为了预测AI服务器GPU部分创造的Retimer市场规模,我们进行了如下假设:

虽过于保守,但为了简便计算,我们假设每台AI服务器使用一颗Retimer。

市场规模增速近似等于服务器出货量增速,国内AI服务器市场占全球比例近似等于国内AI服务器出货量占全球出货量比值。

PCIe 4．0 Retimer芯片价格自2022年开始每年降低10%左右。

考虑相应的的渗透率,我们预测到2023年,PCIe 4．0 Retimer芯片在服务器GPU中的应用市场规模将达到0．16亿美元。

3．3 服务器硬盘未来三年将为Retimer芯片带来约1．36亿美元空间

除了受益于人工智能领域AI服务器的总线升级与扩张需求, Retimer芯片在大数据、云计算领域的存储服务器市场也是韶华可期。云计算、云服务厂商、数据中心等对存储资料高速读取、交互的需求已日益紧迫,在服务器应用中,传统的PCIe 3．0 NVMe SSD或者SATA SSD等将逐渐被PCIe 4．0的NVMe SSD所取代。据MKW预测,企业NVMe SSD将在2025年达到约4522万的出货量。

一般服务器的生产厂商在系统架构设计时,都会根据其下游客户的使用需求来提供灵活的系统配置能力,这些需求可能包括数据传输带宽、容量和外接设备I/O可用性等。对于大部分大数据、云存储、云计算厂商而言,NVMe的系统容量和读写带宽是其在选购存储服务器时的主要考量因素。存储服务器系统拓扑结构通常都会包含PCIe扩展卡(AIC),帮助实现多盘位NVMe SSD配置。

到了PCIe 4．0时代,一个扩展卡附近都会配置一颗Retimer芯片,用来保证NVMe SSD在读取过程中的数据传输质量。一个NVMe SSD一般会消耗4个PCIe链路,所以出于经济角度考虑,常见的解决方案会让四个NVMe SSD共用一颗x16 Retimer芯片来保障信号的传输质量。

我们假设每四个NVMe SSD使用一个x16 Retimer芯片,据此可以测算出在2023年PCIe Gen 5．0规模应用之前,仅PCIe 4．0 NVMe SSD市场就将为Retimer芯片带来1．36亿美元的市场空间。

3．4 PCIe 5．0时代下Retimer市场在2025年将达到约5．3亿美元

在前面的测算中,我们仅考虑了PCIe 4．0时代下Retimer芯片在服务器GPU与硬盘应用中的市场空间。在PCIe 4．0的时代,Retimer芯片大部分配置在扩展卡上,云计算、人工智能、大数据等下游客户多是按需选配。而到了PCIe 5．0时代,由于信号传输衰减距离进一步缩减(从Gen 4．0的13英寸缩减到9英寸),主板上部分较远的PCIe插槽距离CPU的距离超过了9英寸,将需要Retimer芯片来保障这些PCIe插槽与CPU间的信息交互质量。因此PCIe 5．0时代的Retimer芯片将被装配在服务器主板上,这是PCIe 4．0时代几乎不可见的装配方案。

根据Digitimes Research预测,2025年全球服务器出货量将达到2210万台。

我们假设未来PCIe 5．0时代中,对于云计算、人工智能、大数据等厂商所需的AI、存储服务器,一个主板需要3颗x16 Retimer芯片,价格为2美元/链路左右。考虑PCIe 5．0在全球服务器中的渗透率变化,我们预测在2025年,PCIe 5．0 Retimer市场空间将达到5．3亿美元,2023-2025年CAGR约为139．8%,这波爆发式增长很好的诠释了未来PCIe 4．0迈入5．0时代时,Retimer芯片从1-N的放量。

3．5 Retimer市场规模有望达到6亿美元

在前面部分,我们已经预测得到了PCIe 4．0时代下Retimer在服务器GPU与NVMe SSD应用中的市场规模,接下来为了更为完整的预测未来5年的整个Retimer市场规模,我们在预测模型中再做出以下几个假设:

全球AI服务器出货量在2023-2025年平均年增长20%。

服务器PCIe 4．0网卡对x16 Retimer的平均需求为1个/台。

PCIe 5．0时代下,在主板上使用了Retimer的服务器不会再需要额外Retimer来连接GPU、NVMe SSD、网卡等外接设备。

估算相关的渗透率,我们可以得到全球Retimer芯片市场2025年市场规模将达到6．22亿美元,2020-2025年CAGR约为98．9%。