数字经济时代,在算力浪潮之中,数据中心之于数据,犹如犀舟之于货物,起到承载、传输、存储等作用,为算力保驾护航。我们在本篇报告中重点分析了行业演变规律、美国发展经验以及上下游面临的痛点,聚焦行业未来发展趋势,我们认为头部集中化、区位分层化、运维专业化、服务智能化、技术融合化将IDC行业逐渐从无序扩张带入差异化竞争的下半场。建议关注在行业高速扩张中,提供更高服务价值、具备优质区位资源、专注技术降本增效的头部第三方IDC公司。

摘要

把握头部公司高增长确定性,估值随业绩扩张。2020年,IDC板块先后经历了政策、需求爆发推动的整体上涨,再到热潮退去估值分化,头部公司呈现了明显韧性,股价一路稳健上行,基本面维持强劲增长,持续的新订单和项目扩张支撑起未来高增长确定性,市场给予更高的溢价。我们认为,科技发展带动的数据量爆发是IDC行业未来5-10年繁荣的长逻辑,同时客户对高质量数据中心供给的诉求将持续提升,而高价值的服务来自于对客户需求的准确理解和前瞻判断,对核心资源可持续性的获取,以及抓住行业痛点、以技术引领行业趋势的能力。

随需而扩,市场需求决定供给的长期价值。回溯IDC的发展史和美国经验,数据中心的分布与区域发达程度、产业特性、客户的需求变化密切相关。正因为对时延最敏感、对价格最包容的业务需求始终围绕在一线城市及周边,供给侧受制于资源禀赋和政策管制,一线地区的IDC资产价值才能长期保持韧性。而随着更多低时延需求、价格敏感的业务向一线城市外溢出,高性价比服务成为新的需求考量。我们认为,IDC竞争的关键随着区位分层、业务需求迭代将分化,一线重核心资产积累,非一线重成本优势;在这个前提下,云计算短期兴起的自建并不会对真正能提供高价值服务的头部第三方IDC公司产生冲击,头部整合是大势所趋。

IDC的服务核心是将网力和电力高效转化为算力。如何降低网络时延、提供性价比且稳定的电力保障是非一线地区IDC公司需投入的重点。在时延优化上,缩短传输距离、优化网络结构是核心发力点,拥有全国一盘棋布局的头部IDC公司更能满足客户的多点IT部署和灵活扩容需求。在能耗上,IT和制冷是数据中心主要能耗来源,因此节能的关键就在于对机房架构和机电设备的优化,我们认为技术投入能力是竞争的前提,同时真正下沉贴近客户需求、通过技术手段为客户提供高性价比的服务才是第三方IDC的核心价值。

技术拓宽能力边界,规模化后的差异化服务将增厚竞争壁垒。传统数据中心以提供托管服务为主,我们认为IDC一方面连接云计算厂商,一方面汇聚了互联网公司和各产业的客户,数据中心内部间的东西流量诉求在提升,如何在规模扩张后,突破托管服务的边界,利用规模和技术能力向下游输出差异化服务,是长期看第三方IDC在多云生态中扬帆远航的核心。

我们认为具有优质区位资源、专注技术降本增效的专业第三方数据中心在IDC行业中将具有更强的竞争力,行业头部整合趋势明显。

风险

一线城市指标政策收紧;新技术发展与应用不达预期

正文

极往知来,以美为鉴,中国IDC板块往后看如何投资?

估值走势分化,市场更青睐龙头增长确定性

回顾2020年IDC板块的走势,受新基建政策和下游数字化、在线化需求带动,上半年板块估值中枢整体上移,第一、第二梯队标的期间涨幅在50%-200%之间,IDC公司的订单动态、项目扩张、能频指标、收并购等变化也被市场密切关注。从2020年下半年开始,我们看到板块内的走势开始出现分化,万国数据、世纪互联、宝信软件等龙头公司继续保持稳健上行的走势,秦淮数据9月上市后也逐步受到市场的认可,第二梯队公司则明显后劲不足。

我们认为头部公司均呈现了存量订单有序交付、存量客户高粘性并持续贡献新订单、新客户获取持续取得突破、新项目拓展和收并购积极扩张的共性,把握住了2020年IDC行业跑马圈地的窗口期,进一步夯实了头部地位,基本面的增长指引保持强劲。市场基于龙头稳健的高增速和更高的增长确定性给予估值溢价。

同时,IDC下游的核心需求方包括云计算、互联网、金融客户需要有能力提供高质量服务、全栈式解决方案能力的供给方。我们认为行业无序扩张后将迎来更快的市场整合,继续呈头部集中的趋势,2021年我们继续推荐IDC板块的头部公司,上行空间随业绩扩张,估值水平以增长确定性为准绳。

在本篇报告中,我们深入分析了IDC行业演进的脉络、美国IDC的发展趋势、供给端和需求端的核心痛点、新技术如何赋能,以论证未来行业如何演变、第三方IDC应如何构建竞争壁垒,在快速变化的市场格局中占有一席之地。

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图表: IDC公司近一年股价走势

资料来源:万得资讯,中金公司研究部

IDC:基于网络和能源两大基础设施的算力中心

美国作为全球IDC市场的发源地及领军者,从上世纪90年代发展至今,占全球近40%的市场份额,欧洲及亚太地区也保持较快增长,目前中、日、英、德、澳五国市场份额合计约占全球的30%,尤以亚太地区发展潜力更大。我们以美国IDC发展进程为借鉴,从网络、电力、需求等角度分析美国IDC市场的发展规律,推演中国IDC市场未来发展趋势和投资机遇。

► 数据中心初期随网而建,随后逐步主动加强网络布局。数据中心早期建设“就地取材”,选择毗邻主电信机房及骨干网络节点建址。随着数据量的爆发,用户需求分布不断分散,用户区位分布也逐渐向外扩张,加之用户对时延性要求的日益提升,自建网络成为扩大覆盖缓解时延的重要方式。由于目前中国自建网络受监管牌照限制,缩短传输距离及优化网络架构是当前主要手段。

► IDC作为电力能耗大户,节能、绿色化是发展趋势。据统计,2019年美国数据中心耗电量约占全社会耗电量的2%,中国数据中心占全社会耗电量的1.4%,随着数据中心的不断扩张,预计中国数据中心2022年总能耗将突破2,000亿千瓦时,因此降低能耗、建设绿色数据中心成为发展趋势。我们认为政策支持、技术创新两个层面将有效推动数据中心绿色化、节能化演进。

► 下游客户需求直接决定IDC发展方向。从区位分布来看,数据中心发展分布与人口分布、经济发达程度、商业需求密度等呈正向关系,美国逐渐形成了如北弗吉尼亚的产业集群中心。从下游需求分布看,随着云计算市场规模的不断扩大,对数据中心的需求将同步放量,客户IT部署复杂性的提升将呼唤对高质量数据中心供给的需求,具备专业化、差异化、全栈式解决方案能力的第三方IDC将收割份额。

► 数据中心作为算力基础设施,有望向下游拓展能力边界,实现网络能力与IT能力融合发展。传统数据中心仅提供托管业务,美国IDC公司凭借网间互联、云交换等技术能力帮助企业在全球部署和使用多云服务。随着模块化、AI定义等技术的普及,我们认为数据中心将从粗放式扩张步入精细化、技术赋能时代。

从美国数据中心行业的演变展望中国行业格局:头部整合是大势所趋

美国IDC行业格局呈头部整合趋势

头部IDC公司市场份额逐年提升。在美国市场,IDC服务最早由电信运营商提供,逐渐发展为第三方IDC占主导,同时头部IDC份额扩张明显。美国规模前三的IDC公司,Equinix、Digital Realty和CyrusOne除了提供传统托管服务外,都积极拥抱技术,提供与互联业务相关的增值服务,基于领先规模、技术能力和客户资源,三家的市场份额均呈上升趋势。

图表: 全球IDC市场规模,及Equinix、Digital Realty、CyrusOne市场份额

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资料来源:公司公告,中金公司研究部

IDC并购交易数量增多,未来向超大规模数据中心发展。随着行业不断发展,小型IDC逐渐被大型IDC公司兼并,超大规模数据中心(按照美国标准:单数据中心服务器超过5000架为超大规模数据中心;按照中国标准:数据中心标准机架数量超过或等于10000架为超大规模数据中心)成为未来的发展趋势。

Equinix通过兼并整合实现扩张。Equinix是全球数据中心龙头,通过自建和收购双重扩张,丰富客户资源,并在体量规模化的基础上发展互联、多云生态,夯实竞争壁垒。Equinix主要经历了初创期、成长期和成熟期三个发展阶段。初创期主要向运营商提供中立的IDC业务;成长期通过收购完成规模扩张,基于云计算需求驱动增长。Equinix2007年收购IX Europe, 进军欧洲市场,2011年收购ALog部分股权进入巴西市场。成熟期,公司加快了数据中心自建与收购,2016年收购Telecity Group,2017年耗资逾40亿美元完成了对美国运营商Verizon的29个数据中心、英国IO、西班牙数据中心Itconic等资产的收购。

图表:全球IDC并购数量;超大规模数据中心市场规模

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资料来源:SynergyResearch,中金公司研究部

中国IDC格局分化进入下半场,看好头部第三方整合趋势

我们认为,中国IDC市场也将复刻美国IDC行业的发展脉络,头部公司将通过并购中小区域型公司,锁定稀缺资源,提升市场份额。在扩大规模领先优势的同时,挖掘客户需求和痛点,通过技术赋能找到需求新突破口,巩固竞争壁垒,跻身为多云时代的数字基础设施综合服务商。

图表: 中国IDC市场竞争格局(左为2019年,右为3Q 2020)

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注:市场份额根据机柜数测算资料来源:工信部,公司公告,中金公司研究部

随网而建,随需而扩

美国:初期起源于主电信机房网络附近,后逐步主动型扩张网络触角

1991年至2011年,美国诞生了一大批互联网企业,信息技术加速更迭带来互联网数据流量井喷式增长,政府及企业在数字化转型中对数据中心的迫切需求带动了大中小型数据中心的建设。因此,美国数据中心在建设初期就地取材,在华盛顿(首都)、纽约及芝加哥(金融中心)、硅谷(互联网及科技中心)、洛杉矶(传媒中心)等经济发达地区率先布局,依托光纤网络所汇聚的骨干网节点,逐步形成20余个分布于都市圈的主电信机房。

图表: 美国主要数据中心及主电信机房主要分布于沿海发达地区

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资料来源:Google,TelX,中金公司研究部。注:以上数据截至2020年9月30日,粉色区域代表数据中心较为密集区域,虚线框代表美国主电信机房分布,橙色框代表美国数据中心分布。以华盛顿特区图例为例,橙色框表示华盛顿地区拥有数据中心有124个。

2013到2019年间,4G通信技术的发展造就了繁荣的互联网时代,数据互联需求攀升,单纯依赖向IDC运营商租借带宽已不能满足互联网巨头的高速发展需求,2016年起微软、Facebook等互联网企业及数据中心开始参与海缆建设,主要用于数据中心互联,实现海缆提供信息传输通道、数据中心承担信息存储处理的分工。据TeleGeography统计,截至2020年3月,全球在用海底光缆462条,独立的基础设施提供商和超大规模内容提供商(亚马逊、Facebook、谷歌和微软等)占海底光缆带宽容量增长的三分之二以上。

美国IDC公司可以选择自行建设光缆和传输网络,实现全球范围内数据中心的联通。以Equinix为例,其搭建的Equinix Cloud Exchange Fabric™分布式基础架构和数字生态系统能满足高速率、低时延的洲际级数据中心互联。在中国,IDC公司不同数据中心之间的数据互通还需租用电信运营商的专线服务。

中国:邻近骨干网节点,多层级网络架构互联互通

国内的数据中心在发展初期,同样邻近骨干网节点建设。截至目前,核心节点已覆盖全国14个城市,其中北京、上海、广州三个核心节点承担与其他节点以及国际Internet互联的属性,2019年北上广及周边地区的IDC机柜数量占全国份额约为27%、25%和14%。

我们认为随着网络架构不断优化,网络质量持续改善,将帮助形成多层级、均衡化分布的全国互联互通网络,以顺应日益提升的数据中心之间东西向流量传输的诉求。

图表: 截至2021年1月,国家级骨干直联点已增长到14个

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资料来源:中国信通院,中金公司研究部

降低网络时延是IDC扩张关键诉求

由于中国IDC服务商主要跟随电信运营商网络建设路径,无法像美国IDC运营商一样通过自建网络扩展版图,我们认为随着通信技术发展和服务器性能的提升,网络时延问题有望缓解,周边地区将部分承载一线溢出的增量需求。

► 通过缩短数据中心与用户距离降低时延。

网络延迟取决于传输网络拓扑结构和流量条件。在光纤通信系统中,网络延迟本质上由三部分内容构成:光纤的长度除以光在纤芯中的速度+由光学和电光元件引起的延迟+系统所需的任何额外处理时间。

而在裸光纤中,时延有三大主要构成:光纤本身、光学元件、光电元件。光纤本身引起的传输时延占总时延的70-80%。我们测算,200km的双向时延约为2.75ms,500km的双向时延约为6.28ms。

图表: 裸光纤中的时延测算

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资料来源:《Latency in Fiber Optic Networks》,中金公司研究部

按照开放式系统互联通信参考模型(OSI)的层次分类,除了物理层的L1层延时,实际的光传输过程中还受到更高层次的延迟影响,如路由器、交换机、二层交换机都会带来1-10ms量级的延迟。网络层次越高,给网络传输带来的延迟越高,相较之下物理层中裸光纤的延时仅占一小部分。实际的信息传输过程中,由业务承载网络选择传输路径,将底层的网络与骨干网相连,途经的路由网络越复杂,则延时越长。

图表: OSI层次中的延迟

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资料来源:《Latency in Fiber Optic Networks》,中金公司研究部

优化传输距离是优化网络时延的最有效方式之一。在现有的光传输网络中,每减少1km的传输距离将减少往返时延约10微秒,如果时延需求在10毫秒以内,一般数据中心与信息业务用户端的距离应在200km以内。若能够采用裸光纤进行光传输,200km的双向传输仅需要2.75ms,已经能够满足大部分时延敏感的业务(如云游戏、人脸识别、工业控制等)。但实际中,运营商的裸光纤业务收费昂贵,第三方数据中心鲜少租用,租专线是更常用的模式。事实上,在数据中心网络传输需求中,客户对IDC的内网传输(即东西向传输)需求占总网络需求85%以上,促进数据中心之间内联是实现数据高效传输、缓解时延痛点的重要途径。

图表: 业务时延要求对于数据中心的选择影响

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资料来源:数据通信《网络时延对数据中心布局的影响研究》,中金公司研究部

► 通过优化网络架构降低时延。

根据工信部,目前数据中心40%的网络接入是先通过省网或城域网上联至骨干网汇聚点再连接到骨干网核心节点,这样会增加网络转发跳数导致时延增加。针对网间传输量较大的业务,往往优先考虑在国家互联网骨干直联点设置数据中心;在备份数据中心之间,则采用专用传输链路直联减少IP 层面的跳转,降低相互访问的时延。

为缩小和一线城市相比的网络资源不足,各地也在持续优化网络连接,铺设光网信息高速公路。贵州持续推进“光网贵州”建设,优化贵安骨干节点,增强直联带宽,升级互联网区域交换中心,提高交换能力,促进国际数据资源的汇聚及应用。内蒙古乌兰察布建成了直连北京的光纤链路,端到端的光缆传输时延低至5毫秒内,

► 从两地三中心到异地多活架构,数据一致性和延时是挑战

多活架构本质上是对第三方IDC的区位选址、项目资源的可拓展性、规模性提出更高要求。随着云计算行业发展,激增的海量数据存储对于服务器故障的容忍度也明显降低,根据波洛蒙研究所测算,数据中心宕机每分钟将造成1万美元的经济损失。传统的两地三中心架构(同城,异地;生产型数据中心,同城灾备中心,异地灾备中心)在同城双中心的基础上增加了异地灾备功能,异地灾备中心为冷数据中心,机房出现问题后数据迁移需要较长时间。为了降低数据调用的时延以及提高数据中心资源利用率,逐渐演变为多活架构,能做到不同区位的系统同时提供业务服务,实现持续的应用可用性和灾难备份能力。

异地多活的本质是通过异地的资源冗余,保证极端情况发生下业务的正常运行。多活架构的核心是数据同步,存在复杂业务场景下频繁跨机房调用导致响应时间延长的弊端,合理的多点多活之间直线距离一般不超过50-100公里,我们认为,随着对异地多活架构、异地灾备的需求提升,已进行同城多地布局、并形成全国性网状结构的头部IDC公司能满足客户就近、合理范围之间的IT部署和扩容需求,提升客户粘性和服务价值。

电力转换为算力,IDC本质是能源生意

当比特遇上瓦特,能源供给是IDC扩张首要瓶颈

数据中心本质是将电力高效转换为算力的基础设施,作为电力能耗大户,根据美国能源信息局,2019年美国数据中心耗电约790亿千瓦时,占全美全年电力消耗2%左右。根据我们测算,2020年美国数据中心整体耗电约1140亿千瓦时,占全美电力消耗约2.9%。

《中国数据中心能耗与可再生能源使用潜力研究》报告预测,2018年中国数据中心总用电量占全社会用电量2.35%,预计2018-2023年国内数据中心用电量将增长 66%至2,668亿kWh,年均增长率达到10.64%,相当于两个三峡大坝年发电量。数据中心绿色节能化不仅是从企业角度的降本增效考量,体现IDC规模化后的精细化运营能力,实现成本集约,也是实现碳中和目标的重要路径。

图表: 按区域划分全球数据中心能源需求变化

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资料来源:IEA,中金公司研究部

图表: 我国数据中心用电量预测

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资料来源:工信部,中金公司研究部

成本拆分:电力成本是数据中心运营成本主要构成

美国成熟的IDC企业中,电力成本占比普遍较高。Equinix电力成本约占总成本的22-23%,占收入比连续多年保持在11%-12%区间;DLR电力成本占总成本18-20%,占收入14-16%。国内数据中心电费普遍占收入比20%以上,一方面由于美国电价相对较低,一方面得益于出色的电力成本管理能力。体现在:1)技术手段,如能源管控软件提升能源使用效率;2)积极的电价谈判能力,美国发电价和上网价分离,也就是电力交易更市场化,IDC能够直接向电厂招标采购一揽子电力,并与下游客户签订合约管控电价变动风险,用户可以选择含电租金定价或单独按量支付电费。

图表: Equinix电费在收入与成本中占比

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资料来源:公司公告,中金公司研究部

图表: DLR电费在收入与成本中占比

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资料来源:公司公告,中金公司研究部

图表: 国内数据中心公司电费占收入比

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资料来源:公司公告,中金公司研究部

图表: 国内数据中心公司电费占成本比

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资料来源:公司公告,中金公司研究部

继续拆分电力成本可以发现,IT和空调制冷设备是数据中心的主要能耗来源,两者合计约占数据中心总能耗的85%,能耗优化集中体现在PUE的下降。2019年全球IDC平均PUE为1.69,目前Equinix的PUE目标值为1.29-1.40,根据我国发改委目标,2025年中国IDC平均PUE达1.3以下。

图表: 数据中心平均能耗构成

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资料来源:IDC咨询,中金公司研究部

图表: 数据中心平均IT设备能耗占比

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资料来源:IDC咨询,中金公司研究部

降低总能耗是重要课题,技术能力是重要手段

政策端加码推进数据中心绿色转型

► 美国在过去十年的IDC高速发展期持续推出绿色节能管控政策:

1)美国管理预算办公室2010年启动了美国联邦数据中心整合计划(FDCCI),以清理整顿昂贵低效老旧的数据中心;

2)2016年,出台数据中心优化倡议(DCOI),要求美国政府机构实现数据中心电能、PUE、 虚拟化、服务器利用率以及设备利用率等五个指标的优化。

上述政策的出台,导致美国25%的大型数据中心及60%的中小型数据中心关闭,新建数据中心量减少31%,帮助清理美国庞大的数据中心库存,三年内共节省运营费用约 27 亿美元。

► 展望中国,未来电能利用效率持续提升成为刚性的政策要求,碳中和是绿色转型的新目标。中国积极引导全国数据中心往绿色化、节能化方向发展:在2019年《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》中提出到2022年,新建大型、超大型数据中心PUE达到1.4以下;2020年底《关于加快构建全国一体化大数据中心的指导意见》中,要求2025年全国大型、超大型数据中心PUE降低到1.3以下。电力是数据中心运转的根基,未来电力能耗将随着需求扩张持续扩大,相较美国成熟的绿电交易市场,我国当前的能源供给仍以煤炭消费为主,推动清洁能源比例提升将有助于实现高碳-低碳-零碳的转型。

图表: 数据中心绿色节能是发展趋势

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资料来源:中国信通院,中金公司研究部

技术手段降本增效,机电设备标准化、模块化是趋势

► 模块化数据中心受到国家政策推动,在工信部颁布的《云计算三年行动计划(2017-2019 年)》中明确要在模块化数据中心方面实现技术与产品的突破。预制模块化数据中心是一种预工程化的方案式产品,在工厂内部完成数据中心所需基础设施单元的有机组合,到项目现场重新拼装即可投入使用。数据中心引入模块化设计,能实现业务快速部署,满足高密度机柜共享基础设施,节省机房空间和电费,优化PUE。

图表: 模块化数据中心类型

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资料来源:Delta,中金公司研究部

► IDC运营中,IT和制冷是耗电主要来源,占比约85%。IDC所提供的机电设备服务,核心是提供电力和制冷资源,借鉴云计算、IDC的底层逻辑共享经济,将机电资源池化、按需切割也是一种新思路。综合来看,我们认为对机房系统架构的前瞻性把控是IDC运营核心的能力要素,涵盖对IT负荷能力、机电布局方式、密度上升后散热能力等环节的判断,这其中进一步隐含了对客户需求的准确理解,决定了IDC服务商的弹性拓展能力、机房设计能力是否能和客户需求紧密匹配。在这个前提下,技术本身并不是最大的壁垒,对IDC服务商而言,真正下沉贴近客户需求,通过技术手段为客户提供高性价比的服务才是第三方IDC的核心价值。

► 模块化设计本质是满足了机房的灵活弹性部署,实现同一机房内Tier 2-3-4不同等级灵活升降,不同单位功耗密度的机柜随时扩容,批发、零售客户和谐共处,模块化技术体现了对IT设备的技术掌控力和预判能力。然而,IT和网络设备的技术迭代周期远快于基础设施,我们认为合理地规划机房架构,使机电模块更具适用性和经济性以适配ICT技术的快速变革才是核心,效率最优的设备模块化、标准化需要从整个系统架构出发。

需求分化,区位分层,资源禀赋和成本优势是核心能力

选址逻辑:产业政策决定短期供给,市场需求决定资产长期价值

按需规划

云计算、互联网公司和IDC服务商对数据中心选址的着眼点不同:

大型互联网公司自建考虑到成本、优惠政策、一线资源自身获取不经济的问题,多选择非一线偏远地区,低成本满足灾备需求。

而对于第三方IDC运营商,需要考虑下游需求是否刚性且可持续:以北上广为代表的一线城市,汇聚对时延性要求较高的金融结算、交易、人脸识别等业务,客户对这类业务的付费能力和意愿较强,同时供给稀缺、受政策强管控,因此第三方IDC愿以高溢价锁定一线稀缺资源;对于时延需求低的业务如冷数据备份、离线计算分析,环一线地区逐渐成为一线替代,通过技术手段能部分解决缓解时延影响,在成本和需求间取得平衡。

图表: 市场需求是数据中心选址的首要考量

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资料来源:CCID,中金公司研究部

► 政策支持

政策支持是吸引数据中心短期形成集群的催化剂。美国各州对数据中心服务商实行不同程度的销售税、不动产税减免优惠。中国多地也出台支持大数据产业发展的政策,采取税收、补贴等优惠,初步形成贵州贵安、河北张家口、廊坊、山西大同等数据中心产业集聚区。

► 电力及网络保障

数据中心具有高能耗的属性,电力供给充足稳定以及电价合理是吸引数据中心选址的重要考量。以乌兰察布为例,其规划有效风场6,828平方公里,技术可开发量为6800万千瓦, 0.26元/千瓦时的大数据产业电价在全国范围内颇具竞争力。山西支持数据中心参与电力直接交易,鼓励风光等清洁能源发电,对大型及特大型数据中心设定了 0.35元/千瓦时的目标电价。

从电力供应的富余度看,以贵州、内蒙、山西为代表的中西部地区能源充足,根据2017年数据,生活消费用电量分别仅占本省市一次能源生产量的12%、4%、3%,内蒙古净调出量占当年一次能源生产量达70%。而以北京、上海、深圳为代表的一线城市一次能源生产量较小,对外省能源的需求量大,仅生活用电就需外省能源支援,IDC建设受到严格的监管和能源限制。

图表: 各省能源情况

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资料来源:国家统计局,中金公司研究部,注:为2017年统计数据

IDC需求分布:与区域发达程度、区位产业特性密切相关

► 从人口分布看,美国人口高度城镇化(80%以上),人口中心持续向西南倾斜,德州、加州等西南各州人口增长较快,东北部各州人口增长相对乏力。

► 从商业分布看,计算机和电子产业主导西海岸,石油天然气行业集中于西南各州,保险行业集中于中西部北边区域,东部集中了金融及教育业公司,南部拥有最多的医疗服务行业。我们发现数据中心分布与人口及商业分布高度拟合,原因为居民日常对数据流量的需求以及产业对数据中心的需求决定了数据中心的最优区位分布。

► 以Equinix为例,其数量排名前三的机房分别位于华盛顿、硅谷、纽约,我们分析Equinix的选址依据如下:东西海岸发达地区有着丰富的网络服务和数据连接资源,客户拥有更加灵活的选择,享受该地区数字生态资源。同时,东部地区如华盛顿、纽约等,有政府及金融客户基础,西部地区如硅谷、洛杉矶有大量互联网及传媒企业;另一部分数据中心分布于中部城市,起到承接过渡及灾害预防备用作用。我们认为,国内数据中心同理,因短期内物理距离难以逾越,一线地区天然聚集高密度流量和线上业务需求,需求决定供给,供给稀缺下,核心资源具有长期溢价。

图表: Equinix数据中心在美国分布情况

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资料来源:Equinix官网,中金公司研究部。注:以上数据截至2020年9月30日,以华盛顿特区图例为例,13表示华盛顿地区在用数据中心有13个,330/1175表示服务的1,175家公司中,云服务及IT服务的公司有330家,以此类推。

中国IDC分布与美国分布逻辑也不尽相同,我们认为中国IDC市场需求将进一步分化:一线城市及周边地区将聚焦高时效性的需求,提供附加值更高的IDC服务;中西部地区将聚集超大型数据中心,依托规模优势和成本优势提供更性价比的服务。

图表:北上广数据中心分布情况

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资料来源:工信部,中金公司研究部;截至2020年末

北弗吉尼亚数据中心集群的示范作用

美国北弗吉尼亚地区是全球最大、最活跃的数据中心集群地之一,邻近华盛顿特区,截至2020年上半年,北弗吉尼亚累计电力库存约1,276MW,较15年初电力库存增加117.3%,发展速度远超其他地区,一线市场市占率达47%,在建项目239MW,平均电费5.7-6.3美分/kWh。

图表: 截至2020年上半年,美国主要地区批发型数据中心电力库存量

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资料来源:CBRE,中金公司研究部

图表: 一线市场各区域2020年上半年较2015年初增速

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资料来源:CBRE,中金公司研究部

图表: 截至1H20北弗吉尼亚占一线市场的市场份额

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资料来源:CBRE,中金公司研究部

我们认为北弗吉尼亚成为世界最大数据中心市场可归因于几点要素:“天时”、“地利”、“人和”:

► 天时:先入优势。上世纪90年代后期,美国在线(AOL)作为最早一批ISP互联网服务提供商迁移到了北弗吉尼亚Ashburn,为当地带来了光纤和电力基础设施,其他科技公司也紧随其后蜂拥而入,逐渐形成世界上最早的互联网交换所之一MAE-East。随着亚马逊、谷歌、Verizon、微软等大型互联网公司入驻,该地区数据基础设施配套逐渐完善,形成良性循环,区位特色优势逐步成型。

► 地利:优越的地理位置。Ashburn距离美国首府华盛顿特区34 英里,可以方便地连接密集的通信网络;Ashburn拥有大片廉价农业用地,随着需求集中,如今该地区每亩土地售价超100万美元。在周边政府、教育、金融机构对数据中心需求的带动下,当地政府也为引进优质数据中心项目提供优先审核、商业计划奖励、税收减免等优惠政策。同时,Ashburn地区电价较全美平均水平低约28%,电力供给稳定,区位需求及本土资源禀赋确定了其发展数据中心的相对优势。

► 人和:优秀的人才储备。弗吉尼亚州的科技从业者密度居全美第二,超过60%劳动力拥有本科及以上学历。根据2016年美国人口普查局,北弗吉尼亚的Loudon Country是全美家庭年收入中位数最高的郡,因毗邻华盛顿特区,高校、政府外包技术公司的人才储备丰富。

对标美国,我们认为中国非一线地区也有潜力成为数据中心之谷,如贵州贵安新区已聚集苹果、戴尔、谷歌、阿里巴巴、腾讯等全球头部互联网企业数据中心,贵州、张家口、山西等地也具备和北弗吉尼亚Ashburn相似的天时、地利、人和特性。

天时:乘5G带动数据流量井喷之势。随着5G快速发展,以物联网、大数据、云计算和人工智能为代表的新应用推动产业互联网百花齐放,从而带动数据生态转型升级,是中国IDC行业未来5-10年高速增长的底层核心逻辑。

地利:得天独厚的自然环境。以贵州为例,位于北纬24度至29度之间,气候凉爽,夏季平均气温约25℃,冬季平均气温约9℃,可以明显降低数据中心耗电,从而降低运行成本。同时贵州作为我国西电东输的主要省份之一,电力资源丰富,电费优势显著,全国数据中心平均用电价格为0.87元/kWh,贵州平均工业电价低至0.42元/kWh左右。我国如山西、乌兰察布等地亦具备类似自然禀赋及电力优惠支持。

人和:政策扶持。2020年底,发改委出台《关于加快构建全国一体化大数据中心》指导意见,提出根据能源结构、产业布局、市场发展、气候环境等,在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝等重点区域,以及部分能源丰富、气候适宜的地区布局数据中心枢纽节点;节点内部优化网络、能源等配套资源,引导数据中心集群化发展。

图表:全国各地区数据中心集群资源禀赋对比

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资料来源:各政府官网,中金公司研究部

云计算:为需求引入新变量,推动规模扩张与模式创新

规模:云计算、互联网公司是长期下游需求主导

数字经济时代的核心是数据量的扩张,IDC行业的天花板在于数据量所衍生的对于基础设施的需求。美国IDC的发展已逐渐步入稳态阶段,美国互联网公司、云计算厂商、金融企业已成为需求的主导。

图表:Equinix近五年客户结构保持稳定

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资料来源:公司公告,中金公司研究部

图表:CyrusOne云厂商客户占比持续攀升

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资料来源:公司公告,中金公司研究部

云厂商需为数据量的跃升提前储备服务器资源,故数字基础设施需求先行于下游应用放量。对比美国,中国的云计算行业仍处于高速扩张阶段, 2016-2017年国内云计算厂商的资本开支经历了快速上行周期,公有云市场规模迅速扩大,我们认为5G推动的下游大流量应用崛起将是支撑IDC服务商顺应行业发展趋势实现高速扩张的关键。

图表: 全球头部云计算厂商资本开支变化

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资料来源:FactSet,公司公告,中金公司研究部

注:FAAMG为Facebook, Amazon, Apple, Microsoft, Google

图表: 中国云计算厂商资本开支变化

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资料来源:公司公告,中金公司研究部

注:统计的云计算厂商包括阿里巴巴、腾讯、百度、金山云、Ucloud

模式:自建需求短期兴起,长期来看第三方外包仍是主要模式

随着业务发展成熟,IT规模扩张到一定体量,美国互联网巨头开始加码数据中心自建。2019年,亚马逊投资上亿美元用于北弗吉尼亚地区数据中心扩建,2020年旗下子公司Amazon Data 投资了7,300万美元购买弗吉尼亚土地。谷歌早在2006年就参与自建数据中心,2020年对未来数据中心建设的资本开支计划达百亿美元。

中国头部互联网公司也在非一线地区拥有自建数据中心集群,阿里云目前已建成张北、河源、南通、杭州和乌兰察布五座大规模数据中心。2020年是各厂商加速发力的一年,阿里巴巴宣布未来三年投资2,000亿元用于重大核心技术研发及数据中心建设,腾讯计划未来五年投入5,000亿元用于建设多个百万级服务器规模的大型数据中心。

图表: 2014-2020年头部互联网公司自建数据中心时间线

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资料来源:公司公告,中金公司研究部

► 互联网巨头及云厂商自建为何?

我们认为自建数据中心主要出于节奏把控、安全性及适配性三个角度:

1) 因头部互联网企业及云厂商业务增长较快,采取传统的租赁模式很难满足业务扩张所需,因此会根据自身规划和需求节奏提前自建数据中心,数据中心的集中化能便利日后IT部署调整与扩容,满足长远发展需求。

2) 从安全性来讲,与其他企业共同租用数据中心,存在数据信息泄露、外部人员误操作、数据易遭受攻击等风险,自建数据中心能够取得对数据物理环境的完全控制,提高数据安全性,同时避免第三方数据中心机房资产变更或经营不善等风险。

3) 传统数据中心设备更多是针对普适性需求进行研发,对于云数据中心的适配性较低,难以适应客户自身IT设备的快速迭代,自建、自研数据中心设备可以更好地满足云厂商的定制化需求,尽管前期研发费用较高,但后续纠偏及维护成本会明显降低。

► 向第三方数据中心外包需求仍是主要趋势

尽管自建数据中心具备多方面优势,根据美国Iron Mountain预测,目前约51%的美国数据中心仍为第三方外包租赁,需求端保持年复合增速约16.1%的增长趋势,我们认为长期看国内外云计算厂商对第三方数据中心的需求仍然刚性:

1) 自建成本较高。IDC的核心价值是通过资源复用共享降低数据基础设施使用成本,根据Iron Mountain,数据中心建成后的十五年内,租用第三方数据中心相较于自建数据中心在成本上平均低25%,同时自建数据中心项目落地时间较长,不利于现金快速回流。

2) 土地、电力、网络等资源禀赋。政府部门在电力及土地资源批复上会优先考虑具备大量项目经验及丰富资质的企业,第三方数据中心在建设经验上较为丰富,因此政府会更倾向于将电力及土地指标分发给第三方数据中心来保证项目存活率及拉动当地产业经济。网络资源方面,我们认为随着国内数据中心规模提升,以及骨干网络的不断优化,第三方数据中心有望具备类似Equinix的广泛网络连接互通能力,提供更多增值服务。

3) 管理能力边界。随着云计算技术发展,对高密机柜的需求提升会推动对高质量数据中心供给的诉求,在机房建设和运营方面,对大规模供电容量的预判、UPS负载能力、送风制冷方式、温感和烟感火灾监测报警系统等都有严格的设计及运营监控要求,需要第三方数据中心实现“术业有专攻”的建设。

4) 云计算厂商的业务目标放在更软件化的云业务中,在成本下沉方面不具有优势,以租用数据中心的方式将硬件设施运营交付给专业第三方将享有更低的成本。我们简单测算云厂商自建数据中心的成本:一线城市,单标准5kw机柜固定资产投入约为15万元,每年固定资产折旧+租房+机柜+带宽+电费+人工的硬性成本已超过7万元,加上可变成本以及突发事件处理成本,自建单机柜的成本并不占明显优势。从行业平均水平看,一线城市数据中心标准5kw机柜年租金约为7-10万元;秦淮数据通过前店后厂模式,经过我们测算,单标准机柜年租金约为5-6万元。

图表: 云厂商自建成本测算

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资料来源:中金公司研究部

图表:数据中心建设成本对比

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资料来源:公司公告,中金公司研究部

图表:数据中心不同模式IRR对比

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资料来源:公司公告,中金公司研究部

趋势:IDC与新技术的融合

技术驱动:从托管服务向下游输出网络+IT服务能力,拓宽价值边界

打通东西向流量通道,网间互联需求迫切

► 连接各数据中心边缘节点的网间互联能力是海外第三方IDC公司在规模化基础上拓展能力边界、为客户提升服务价值的成熟应用。美国IDC龙头Equinix建立了网间互联平台Platform Equinix和Equinix Internet Exchange等多种解决方案,随着更多边缘节点的部署,网间互联业务为客户建立起网络间的私有连接,提升组织的协作效率,同时帮助云计算厂商灵活分配算力,实现降本增效;IDC公司则通过高毛利的增值服务驱动盈利侧持续改善。我们认为中国数据中心随着托管业务的逐步成熟及饱和,需重视发展增值服务,提升差异化服务能力、增强用户粘性的同时提升盈利水平。

► 数据中心网间互联需求随着云计算发展成为刚性需求。在云计算的发展下,以搜索、并行计算为代表的业务迅速起量,这需要大量的服务器组成集群系统,协同完成工作,导致服务器之间的流量需求上升,因此数据中心内部服务器互联成为迫切需求。从云计算IaaS层面的服务来说,对于计算的虚拟化技术已经相对比较成熟,但网络的虚拟化技术相对比较滞后,并且云服务厂商要考虑东西向流量的安全防护问题,这可能会牵扯到对其现有网络方案的改动,带动下游包括云厂商、互联网公司在内的客户对数据中心网间互联的要求日益增高。

图表:Equinix收入结构:托管收入占比逐渐下降,网间互联业务收入占比逐渐提升

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资料来源:公司公告,中金公司研究部

► 多数据中心网络互联技术要求网络结构升级、网络能力提升。1)高带宽、高可靠性,即数据中心互联网络需要提供高带宽的传输能力,架构应具备可靠性;2)端到端安全转发,即同一安全域内的东西向流量在中心间转发,网络必须提供端到端的安全隔离手段,保证不同网络区域、租户的安全防护;3)灵活性,即对于能够提供多活架构的应用,需使用三层互联模式,有利于应用在多个数据中心之间灵活扩展。

► 中国第三方IDC在网间互联领域的发展前景。从目前发展看,1)电信运营商在数据中心互联方面占有较强主动性,业务范围主要为城域间互联、跨骨干互联。城域网范围可以基于传输专线提供独占带宽的DCI(数据中心直连)服务,对于跨骨干的DCI服务则通过延伸交换机连接到骨干DCI/CN2。2)第三方IDC主要通过向电信运营商租用线路和带宽,因此目前实现网络互联的难度较大。根据国家发改委2020年12月发布的《加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系》,提到推进网络互通互联,优化数据中心跨网、跨地域数据交互,从此可看出国家对于网间互联、开放数据传输的重视。我们认为,未来头部第三方IDC有望深化和电信运营商、云服务商的合作,增厚能力壁垒。

突破托管服务局限,规模化后的业务多元化将带来增长新动能

► 把握多云生态趋势。当单一的公有云或私有云不再能够满足企业的生产业务需求时,多种云环境并存成为让企业IT能力适应业务发展的选择。我们认为未来云计算的格局是,客户会将核心数据存储在私有云上,次级数据放置在公有云,再对数据进行整合。这种模式对公有云和私有云连接时的网速要求很高,因此降低连接时的网速延迟是技术难点之一,IDC作为云计算的基础架构,需根据技术的发展需求为不同云服务商提供适配的连接环境。

► Equinix的云交换技术:联通多家云服务商和本地数据中心是核心优势。以Equinix为例,公司通过多年外延并购逐步积累了全面的技术能力,涵盖混合云、数据存储、数字化转型IT咨询等增值服务,与主流云计算厂商合作推出低延时、大带宽的专网直连服务,在公有云和托管的私有云架构之间提供安全互联服务,帮助中小企业客户在全球部署和使用多云服务,同时保障连接的安全性、合规性和可控性。

► Equinix Fabric提供的互联网交换及云交换技术,即直接虚拟专用网连接平台,是其能够融入多云生态价值链、提升规模优势的重要能力。由于Equinix在单个节点聚合了多家云服务商,客户仅需一个网络门户,就可以接入Equinix在本地所接入的云服务商。从技术层面来说,客户通过Equinix Fabric专线,可以经不同网络供应商,降低网络延迟,确保客户对于混合云网络的使用;并帮助没有交换协议的运营商通过互联网交换合理分布数据流量,减少分组转发的时间和成本;客户利用Equinix作主机托管,无须途经广域网,可以在OSI模型的第二层(数据链路层)交换数据,更加安全。

图表:Equinix Cloud Exchange连接了企业、网络设备供应商和云计算供应商

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资料来源:Equinix官网,中金公司研究部

图表:互联网交换技术为没有交换协议的运营商之间提供直连、合理分配流量

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资料来源:SynergyResearch,中金公司研究部

国内第三方IDC需开拓新的增值服务模式。Equinix把握了IDC下游最重要的增量,云计算厂商发展的诉求,并通过外延收购不断增厚自身的技术能力和资源优势,形成了难以复制的竞争壁垒。目前在中国,云交换技术对于第三方IDC公司还很难适用。我国三大运营商对电信资源相对垄断,中立、开放的互联网交换很难在中国快速发展。国内第三方IDC公司的客户体量和项目规模还处于快速扩张期,需优先聚焦壮大客户和数据中心体量,夯实资产和资源优势,再根据下游客户的需求变化,开拓新的增值服务模式,在未来多云生态中占有一席之地。

AI将与数据中心相辅相成

► 数据中心是AI发展的后勤保障

AI作为下游需求方,对数据中心的需求主要有两个维度——训练和推理。训练需求场景下,由于对时延等要求不高,未来对IDC需求将以偏远地区的超大型数据中心为主;推理场景下因只需要基于某一特定应用场景解决特定问题,因此只需贴近边缘的数据中心而无需大型的计算集群数据中心。我们认为针对AI场景的边缘侧数据中心将逐渐起量,同时对应GPU功率也将不断提升。

► AI是数据中心运维的智慧管家

在IDC管理和运维中,AI技术已经在故障预测分析、系统性能调优、内部服务等方面有所应用,通过人工智能可实时对数据中心环境控制,如冷却系统实时资源调配以降低能耗。谷歌公司已通过人工智能监控数据中心环境,DeepMind AI将谷歌数据中心的冷却费用减少40%。国内头部IDC公司万国数据也率先布局AI数据中心,弱电和软件开发设计确保未来能够做到AI适用,实现基于AI算法进行控温,以及利用机器人(12.970, -0.05, -0.38%)进行自动巡检,故障自动应急等,帮助降低对运维人力的需求,提升灾难预警的敏捷性。

► AI是数据中心网络自动化的基石

传统数据中心由于网络与所支持的开发与服务分离,无法满足应用和开发者的需要,数据中心网络与存储等架构的自动化保持一致成为迫切需要。其次,传统数据中心的网络敏感性较低,长期以来形成的离散网元部署配置和手动管理办法增加了网络的配置时间和复杂度,实现网络自动化能更好地适应未来的技术需求。

软件定义网络(SDN)、AI技术的发展将会助力网络自动化,SDN通过软件对网络进行控制,让IT管理人员以编程方式控制网络资源的分配,以此克服网络的分散性和复杂性,降低人工出错风险。AI则实现流量、质量和故障智能预测,帮助网络自动化的部署和验证、故障排除补救、自动化管理优化。我们认为,长远看,国内头部第三方IDC应在建立规模优势的基础上,借助大数据分析、云计算、AI技术赋能,引领数据中心网络自动化、智能化运营的发展趋势。

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