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            【華泰計算機謝春生團隊】“基礎軟件+工業軟件”產業大機遇
            發布時間:2023-10-29 | 信息來源:本站 | 點擊量:153

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            軟件國產化:關注基礎軟件&工業軟件


            2021年計算機軟件板塊收入增速回升(同比變動9.8pct)、新勢力廠商層出不窮,產業蓬勃發展。政策端來看,國產化扶植政策陸續出臺,信創采購有望推動軟件行業快速發展。我們認為,國產化替代涉及從底層硬件到應用軟件的多個層次,正在從黨政試點進一步推廣。具體來看,硬件層面包括主機及外部設備,軟件層面包括基礎軟件及應用軟件,具體包括操作系統、數據庫、中間件、辦公軟件等。目前,國產化節奏正處于從“可用”向“好用”的進化階段,終極形態或為包含軟硬多個層次的生態系統,應用領域也從信創始于黨政及特殊領域,逐步向其他行業拓展。



            操作系統:國產化生態建設可期

            操作系統是計算系統的核心底層基礎軟件,負責控制、管理、調度整個計算系統的硬件資源和軟件資源。據億歐智庫預計,2021-2023年國產操作系統市場規模增速分別為29.98%、29.98%、30.01%。劃分技術路線來看,按照數據處理的實時性可以主要分為實時操作系統和分時操作系統。目前國產操作系統相比國外仍然存在差距,主要體現在硬件適配、內核理解以及基礎外圍軟件建設三個維度。我們認為,國產操作系統追趕的關鍵在于操作系統、用戶、配套軟硬件開發商共同推進,共同建設國產化生態。


            數據庫:分布式數據庫或成市場新增量

            隨著計算架構遷移、計算載體演進以及計算環境變化,數據規模大幅增加,數據結構發生變化,傳統的關系型數據庫在高并發、分析等方面存在一定的劣勢,應運而生的分布式數據庫能夠較好地滿足大數據分析的需求,或形成數據庫市場新的增量。我們預計2023年國產數據庫市場規模將達257.2億元,同比增長30.01%。目前國內數據庫市場呈現新興與傳統廠商并存態勢,主要細分技術路線包括關系型、非關系型、集中式、分布式等等。國產廠商在細分領域內各具優勢,國產化替代可期。


            工業軟件:長期看好工業軟件國產替代機遇

            2011年以來我國工業增加值穩居世界第一,工業軟件市場需求潛力龐大。據前瞻產業研究院預計,2021-2026年國內工業軟件市場規模CAGR將達13.4%,有望保持較快增長。工業軟件核心賽道包括研發設計、生產控制等環節。研發設計環節主要包括CAD、CAE、EDA等;生產控制環節主要包括MES、DCS、PLC等。我們認為,中國工業軟件行業發展的核心驅動因素來自于外部刺激下內生需求的釋放?;诖?,我們長期看好國產工業軟件發展,關注有行業整合能力和產業鏈輻射能力的龍頭公司。






            國產軟件:信創政策推動下,國產替代可期

            2021年計算機軟件板塊收入增速回升。我們對180家計算機軟件板塊上市公司進行了統計,2021年軟件板塊總營收3793億元,同比增長13.7%,同比增速出現回升。主要原因:2020年疫情爆發基數較低;2021年疫情逐步控制,收入有所恢復。22Q1軟件板塊總營收686億元,同比增長9.2%,增速較去年同期有所下滑,主要與今年一季度疫情反復有關。

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            疫情好轉有望帶動板塊估值修復。絕對估值方面,2021年初至今計算機行業估值整體呈現下降趨勢,PE(TTM)估值下從190倍左右下降至75倍左右,PS(TTM)估值下降近一倍;相對估值方面,計算機指數相對滬深300指數的PE比值下降明顯,2021年以來歷史最高點超過12倍,目前下降至5倍左右;PS比值略有波動,基本在1.5-2倍之間浮動。但自今年5月以來,行業估值下滑已趨緩,未來隨著疫情好轉,計算機板塊業績預計有望回暖,估值有望修復。image.png

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            企業端來看,過去一年國產軟件新勢力層出不窮。隨著智能制造與工業互聯網的推進,我國制造業信息化需求不斷上升,軟件賽道國產玩家持續增多。2021年6月至今,計算機軟件板塊新上市公司共21家,主營業務范圍涵蓋建筑信息化、醫療信息化、能源信息化等多個下游細分領域,覆蓋研發設計、生產制造、終端銷售等產業全流程。

            政策端來看,信創采購等扶植政策出臺有望推動軟件行業發展。2021年11月,工信部相繼發布工業綠色、軟件和信息技術服務業、信息化和工業化融合、大數據產業等“十四五”發展規劃,鼓勵軟件及相關行業發展的同時,也對綠色發展、產品迭代及技術創新方面提出了新的要求。12月,第八屆全國人大常委通過《中華人民共和國科學技術進步法》,首次對政府統籌采購科技創新產品進行規定。國家政策的支持與行業規范新要求的提出,促進軟件行業可持續發展。2022年,深圳和北京先后出臺信創產業扶持政策,其中深圳市發改委發布的《關于促進消費持續恢復的若干措施》明確指出,新增關鍵信息基礎設施中信創產品的采購比例,黨政機關、國資國企不低于40%。

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            國產化替代涉及硬件及軟件等層次,從黨政試點進一步推廣。國產化替代涉及從底層硬件到應用軟件的多個層次,具體來看,硬件層面包括主機及外部設備,具體涉及芯片、服務器、存儲、固件等領域;軟件層面包括基礎軟件及應用軟件,具體包括操作系統、數據庫、中間件、辦公軟件等。從推進節奏看,我國的自主創新起始于黨政辦公領域,2018年開始加速啟動,2019年實現了突飛猛進的發展。我們認為,自2020年開始,我國始于黨政及特殊領域、進一步拓展至央企國企乃至關鍵行業的自主創新替代將迎來黃金發展期。image.png

            國產化節奏正處于從“可用”向“好用”的進化階段。經過多年的產品研發積累,國產基礎軟硬件體系目前已經處于“可用”狀態,但相比成熟的Wintel體系,國產基礎軟硬件體系在產品性能、軟件生態、用戶使用體驗等,以及未來可預見的售后、運維等還面臨眾多難題,正處于從“可用”向“好用”的進化階段。

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            國產化終極形態或為包含軟硬多個層次的生態系統。從IT架構的組成看,底層芯片提供了重要的算力支持,固件則為重要的使用載體,操作系統提供了調度硬件資源,支撐上層應用的作用,應用軟件則是數據生成、沉淀的重要環節。對于自主創新、安全可控的需求貫穿了各個環節。我們認為,國產化的終極形態將包含CPU、桌面電腦、服務器等整機硬件產品和操作系統、數據庫、中間件等基礎軟件產品,辦公office、OA、安全軟件等應用產品以及在此基礎上的國產軟件集成。

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            基礎軟件:國產替代市場空間廣闊

            基礎軟件產業鏈上下游產品需要高度適配。基礎軟件上游主要是芯片、網絡設備、存儲器、固件/IO設備以及整機等基礎硬件廠商,基礎軟件在計算機系統中作為接觸硬件的第一層軟件,需要根據基礎硬件的架構、終端特點等進行開發,基礎硬件的下游主要是應用軟件以及系統集成廠商,應用軟件廠商需要根據上游基礎硬件及基礎軟件兩層架構完成進一步的軟件開發,系統集成廠商負責對軟硬件做最后的集成并銷售給下游客戶,可以看到每一環都需要產品之間的高度適配。

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            預計2023年國產操作系統市場規模將達56.2億元。預計國產操作系統市場將伴隨著各個行業信創的深入而快速增長,黨政市場方面,國產化替換節奏從公文系統拓展到電子政務系統,并且隨著向下沉市場的拓展,并入替換節奏的黨政機關體量也會激增。金融市場方面,國產化替代從由大型銀行、證券、保險等機構向中小型金融機構拓展,從郵件、OA等系統向核心及外圍業務拓展,并且在交通、能源、電信等多個行業也不斷涌現操作系統國產化替代的案例,據億歐智庫預測,國產操作系統市場規模會從2021年的33.3億元增長到2023年的56.2億元,CAGR達30%。

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            預計2023年國產數據庫市場規模將達257.2億元。據艾瑞咨詢,2020年中國數據庫市場規模為247億元,據億歐智庫,2020年國內數據庫市場國產化率約47.4%,計算得2020年中國國產數據庫市場規模為117.1億元。進一步,據億歐智庫預測,2021-2023年中國國產操作系統市場增速分別為29.98%、29.98%、30.01%,又因為操作系統和數據庫的替換節奏類似,因此我們假設,2021-2023年國產數據庫與國產操作系統市場規模的同比增速相同,計算得2021-2023年國產數據庫市場規模分別為152.2、197.8、257.2億元,對應國產化率52.1%、58.4%、65.9%。

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            操作系統:國產化生態建設可期

            操作系統是IT產品的底層核心。操作系統,一般存在于計算系統中,比如PC、服務器、手機、其他智能終端等。在計算系統中,操作系統是核心底層基礎軟件,負責控制、管理、調度整個計算系統的硬件資源和軟件資源。具體來看,操作系統負責:處理如管理與配置內存、決定系統資源供需的優先次序、控制輸入與輸出設備、操作網絡與管理文件系統,以及用戶的交互界面等。

            國產操作系統廠商的技術路線,按照數據處理的實時性可以分為實時操作系統和分時操作系統兩類。并且存在按照特定行業及應用場景的需求而選擇的特殊操作系統路線,主要包括網絡操作系統、分布式操作系統以及嵌入式操作系統。


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            分時操作系統,采用分時技術及多用戶交互的方式。作業處理上,其利用分時技術,面向不同終端做時間切割后形成時間片,然后采用平等的時間片輪轉的方式為多個終端服務,因為其作業運行輪轉速度極快,一般普通的終端用戶感受不到輪轉的時間間隔。交互上采取多用戶交互的方式,其在一臺主機上連接了多個終端,允許用戶根據系統響應結果進一步提出新請求,且多個用戶共享主機中的資源,以此為基礎分時操作系統對交互式計算機進行了推廣,并促進了交互式軟件的開發進程。

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            分時操作系統中的Linux發行版,是信創廠商的主流技術路線。分時操作系統的優點在于其采取多用戶交互的方式,有效增加了資源的使用率,并且可以進行的人機交互的深度比較高,因此在民用及商業領域應用很廣,典型應用終端如桌面系統、車載終端、智能手機以及服務器等,常見的Linux和Windows都是屬于分時操作系統。因為當前操作系統國產化替代核心發生在黨政、金融、電信等行業,主要涉及PC以及服務器,且分時操作系統中的Linux開源,且有很多成熟的發行版,廠商可以快速獲取其源代碼及資源并進行開發,所以國產信創廠商多選擇Linux發行版作為源系統進行二次開發。

            不同Linux發行版的差別,體現在軟件包內容、管理器以及維護方上。一個發行版包括內核以及其上的軟件包,并由不同的維護方進行收費和提供服務。內核上,一般都是基于統一的Linux內核,部分發行版可能進行了強化。軟件包,主要指附加的軟件以及桌面環境等,內容上存在豐富度的差異,并且高效且操作簡潔的軟件包管理器可以提升用戶體驗。維護方上,商業公司作為維護方,要付費但可以提供更好的技術支持,開源社區作為維護方,免費但一般沒有技術支持,社區貢獻的軟件資源可能更為豐富。國產廠商主要選的Linux發行版包括Debian系(Debian及其衍生)以及RedHat系(RedHat及其上游代碼、衍生)。


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            實時操作系統(RTOS),通過優先級排序實現實時任務處理。業務處理上,其根據優先級處理任務,通過時鐘管理功能將任務進行定時處理和延遲處理,以此保證當外界事件或數據產生時,能夠接受并以足夠快的速度予以處理,也就是核心保證實時性。互動上,系統會周期性地對多路現場信息進行采集,以及對多個對象或多個執行機構進行控制,在典型的非實時操作系統中,用戶一般對操作系統的調度功能沒有任何控制,或者僅能提供了概括性的指導,并且僅限于訪問系統中某些特定的專用服務程序。image.png

            實時操作系統多應用于工業以及汽車控制軟件領域。實時操作系統優點在于高優先級任務不需要時間片排隊,因此能優先響應緊急任務,在嚴格的時限內處理完事件,在工業自動化、航空航天、國防、自動駕駛、醫療等對時間敏感的場景應用很廣,因此國產主要是做工業以及汽車控制軟件的廠商會選擇該路線,工業實時操作系統產品比如INTEWELL(東土科技)、RT-Thread(睿賽德科技)、LiteOS(華為)、ReWorks Cert(中國電科)等,當前主要向工業物聯網領域發展,汽車實時操作系統產品主要負責處理車輛行駛過程中的控制能力,產品如AUTO SAR(普華軟件)、GoldOS(中興新支點)等。

            我們認為,目前國內操作系統相比國外仍然存在差距,主要體現在:

            硬件適配維度:國產操作系統適配硬件數量遠少于主流系統。以桌面操作系統為例,win10系統已完成對主流硬件的支持,但國產操作系統硬件適配情況卻與之存在較大差距,像中標麒麟桌面操作系統已完成的適配硬件數僅為40種。此外,國產操作系統基本都對國產芯片開發了不同版本,但由于缺乏統一標準,導致軟硬件廠商適配工作量劇增,增加調試成本。

            內核維度國產主流操作系統對國外內核依賴度較高,對內核理解不深。國內較少開發自有知識產權操作系統內核,主要因開發操作系統內核存在較高難度,要與廠商合作兼容多種硬件驅動,需要投入大量人力和資金。開發操作系統需要對內核具有較深理解。操作系統內核可實現支撐功能和管理功能。基于內核才可以進一步構建包括桌面環境、資源管理器等基礎應用。以桌面環境為例,如果對底層不夠熟悉,所有的修改能力則會限于修改主題、字符串替換的能力,無法統一操作接口,調整設計細節,產品質量也無法保證。

            基礎外圍軟件維度國內缺乏高質量高優化的編譯器。編譯器可將便于人編寫、閱讀的高級計算機語言源代碼程序翻譯為計算機能解讀、運行的低階機器語言程序。國內芯片廠商多依賴于國外編譯器,例如飛騰、華為海思、申威、龍芯主要借助GCC編譯器。這主要因1)國外編譯器支持較多編程語言,穩定度高。2)由于編譯器需參考指令集將高級語言轉化為機器編碼適配多種主流指令集架構。國內在底層指令集和IP設計上較為落后,因此多采用IP授權或指令集授權方式開發CPU產品,導致國內使用國外現成編譯器,對其依賴度較高。

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            我們認為,國產操作系統追趕的關鍵在于操作系統、用戶、配套軟硬件開發商共同推進:

            操作系統維度:從內核等角度提升操作系統可用性,吸引用戶使用,提升軟硬件開發廠商開發意愿。在通用操作系統領域,積累操作系統內核架構、多核/眾核CPU適配、內核安全、Runtime(運行時)優化、并發錯誤檢測等技術。在嵌入式操作系統領域,研發自動駕駛、高性能實時插件等技術,適配不同行業,擴大操作系統適用范圍。

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            軟硬件開發廠商維度:加強協作,開放平臺端口,優化適配問題,引導軟硬件開發商基于國產系統操作系統進行開發。借鑒安卓系統經驗,它憑借更開放的軟硬件生態實現了彎道超車。安卓系統由開源項目AOSP和GMS服務組成,可將核心軟件本體以開源形式供給移動設備廠商,提供手機產品差異化空間,帶動軟件硬件開發商搭建生態體系。GMS部分則可強化谷歌對軟件的控制和監管,收緊分散碎片化的安卓生態圈。正是基于這兩項架構的優勢,安卓得以在手機操作系統市場形成軟件生態優勢。

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            用戶維度:通過信創政策、校企合作等方式提升國產操作系統的滲透率,提高用戶對國產Linux操作系統的接受度。信創即信息技術應用創新,信創政策可推動信創產業在部委、央企、民營企業等范圍的實踐和應用,以培育市場,形成示范引路,并將其延伸至 “2+8+N”多個行業應用領域。目前國內對基于Linux的操作系統仍有較低的接受度,而增強校企合作,設立和推進中小學Linux課程,則可逐步提升學校、家長、學生乃至社會對國產操作系統的認知度。同時操作系統廠商也要加強院校的產教學研合作,為產業輸送源源不斷的動力人才。

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            數據庫:分布式數據庫或成市場新增量 

            數據庫的發展與計算載體緊密相關。數據庫是計算機行業的基礎核心軟件,所有應用軟件的運行和數據處理都要與其進行數據交互。數據庫的開發難度,不僅體現在與其他基礎器件的適配,更在于如何實現對數據高效、穩定、持續的管理。從數據庫的發展歷程來看,計算架構的變化,計算載體的變化、計算場景的變化,以及計算數據格式的變化都對數據庫的發展帶來一定的影響?;蛘哒f,在以上計算環境變化下,其需要的數據庫類型也發生了變化。

            從計算載體來看,數據的計算從原來的大型機、到小型機、個人電腦PC、互聯網、移動互聯網、云計算,以及未來更多終端的物聯網智能終端。計算的載體更加多樣化。

            從計算場景來看,數據計算也從單獨的單機計算,到互聯網多群體交互的聯網計算和云計算,以及萬物互聯的高并發、低時延的物聯網計算。

            從計算架構來看,傳統的IT架構也正逐步向云架構遷移。傳統的IT架構從C-S架構逐步發展到了B-S架構,而目前的云原生、分布式計算架構正對傳統計算架構帶來深刻變革。而新的計算架構也對計算的基礎軟件(操作系統、數據庫、芯片等)提出更高的需求。


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            在以上計算環境的變化下,我們看到,聯網的數據也在發生深刻變化。

            數據的大小。目前聯網數據量也在高速增長。通信技術的發展帶動從2G到3G、4G、5G的演進,每代通信技術之間,聯網的數據規模也呈現(幾個)數量級的增加。對大容量、高性能計算提出更高要求。

            數據的類型。計算場景的演變,我們對數據的定義也在發生變化。圖片、語音、視頻等非結構化數據成為增量數據的主要類型。聯網的數據類型也逐步從原來的結構化數據到非結構化數據演變,這就對計算的并發性提出了更高的要求。

            數據的快慢。對數據的高速計算是計算機一直以來的追求。但原有的IT架構下,計算速度的提升存在一定的物理條件限制。經典的IT架構已經存在了幾十年的歷史,當時的IT架構并沒有完全考慮到目前計算場景的變化。因此,新的計算場景下,對數據高速計算的追求,需要我們從底層基礎軟件的變革開始。我們看到無論芯片、操作系統還是數據庫,都在經歷深刻變革。

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            在以上計算和數據多個維度變化的情況下,我們認為,數據庫行業也正在經歷歷史演進的深刻變革。在傳統計算環境和數據類型方面,傳統數據庫依然發揮比較重要的作用。但在面向未來新的計算場景方面,我們需要的可能是新型的數據庫產品。這種新型數據庫,是計算架構遷移、計算載體演進以及計算環境變化之后的產物;同時,也是數據規模大幅增加,數據結構變化之后所需要的產品。

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            全球關系型數據庫市場增速漸趨平穩。數據庫誕生于上世紀60年代,傳統的數據庫產品面臨的是以事務型、交易處理為主的任務,事務支持性能較好的關系型數據庫如Oracle、DB2迅速興起。而近年來,傳統的關系型數據庫市場增長漸趨平穩,據Gartner,2021全球數據庫管理系統(DBMS)市場規模達800億美元,同比增長22.3%,增速達到近十年峰值。但關系型數據庫市場增長漸趨平緩,據T4.ai預測,全球關系型數據庫市場規模2018-2022E CAGR為6%。

            數據量上升催生分析需求,數據庫市場新機遇顯現。隨著智能移動手機的普及及云計算的興起,全球數據產生量不斷上升,從2010年的1.2ZB上升至2021年的54ZB。未來幾年內隨著各類智能物聯設備的推廣以及云計算的進一步應用,數據量有望進一步上升。隨著數據量上升,大數據分析的需求逐步顯現,傳統的關系型數據庫在高并發、分析等方面存在一定的劣勢,應運而生的分布式數據庫能夠較好滿足大數據分析的需求,或形成數據庫市場新的增量。


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            國產數據庫廠商的技術路線:按照數據庫存儲數據方式的不同分為關系型和非關系型兩條路線,按照不同的系統架構分為集中式和分布式兩類,按照數據庫應用類型的不同還可以分為OLTP、OLAP、HTAP。

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            關系型數據庫vs非關系型數據庫。根據數據存儲結構區分,可以分為關系型數據庫、非關系型數據庫,其中非關系型數據庫根據存儲方式又可以分為鍵值數據庫、列數據庫、文檔數據庫、圖數據庫等。非關系型數據庫在讀寫性能、擴展性上具有一定的優勢,因此較適應大數據、高并發等場景,而關系型數據庫具備強一致性,遵循ACID原則,因此在事務支持中具備優勢。

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            集中式數據庫vs分布式數據庫。根據系統架構分,可以分為集中式數據庫、分布式數據庫。分布式數據庫在可擴展性、高并發支持方面具有優勢,集中式數據庫在事務性支持上遵循ACID原則,在事務支持上具備優勢。分布式數據庫的優劣勢與非關系型數據庫類似,而近年來,分布式數據庫不斷發展,在提供高彈性、支持高并發的同時,與關系型數據庫強事務性支持的特性進一步結合。

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            OLTP vs OLAP vs HTAP:按照數據庫的應用類型,可以分為OLTP(事務型數據庫)、OLAP(分析型數據庫)以及HTAP(混合事務分析處理),OLTP主要針對實時數據,關注最近一段時間的數據,響應及時性要求很高,常見的事務型數據庫有Mysql、MangoDB等。OLAP主要用于在大量數據中分析規律的,通過查詢分析規律趨勢,用于產品決策等。隨著時間的推移,演進出了混合OLTP和OLAP的HTAP(混合事務分析處理),其既可以應用于事務型數據庫場景,亦可以應用于分析型數據庫場景。image.png






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