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【华泰计算机谢春生团队】“基础软件+工业软件”产业大机遇
发布时间:2023-10-29 | 信息来源:本站 | 点击量:63

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软件国产化:关注基础软件&工业软件


2021年计算机软件板块收入增速回升(同比变动9.8pct)、新势力厂商层出不穷,产业蓬勃发展。政策端来看,国产化扶植政策陆续出台,信创采购有望推动软件行业快速发展。我们认为,国产化替代涉及从底层硬件到应用软件的多个层次,正在从党政试点进一步推广。具体来看,硬件层面包括主机及外部设备,软件层面包括基础软件及应用软件,具体包括操作系统、数据库、中间件、办公软件等。目前,国产化节奏正处于从“可用”向“好用”的进化阶段,终极形态或为包含软硬多个层次的生态系统,应用领域也从信创始于党政及特殊领域,逐步向其他行业拓展。



操作系统:国产化生态建设可期

操作系统是计算系统的核心底层基础软件,负责控制、管理、调度整个计算系统的硬件资源和软件资源。据亿欧智库预计,2021-2023年国产操作系统市场规模增速分别为29.98%、29.98%、30.01%。划分技术路线来看,按照数据处理的实时性可以主要分为实时操作系统和分时操作系统。目前国产操作系统相比国外仍然存在差距,主要体现在硬件适配、内核理解以及基础外围软件建设三个维度。我们认为,国产操作系统追赶的关键在于操作系统、用户、配套软硬件开发商共同推进,共同建设国产化生态。


数据库:分布式数据库或成市场新增量

随着计算架构迁移、计算载体演进以及计算环境变化,数据规模大幅增加,数据结构发生变化,传统的关系型数据库在高并发、分析等方面存在一定的劣势,应运而生的分布式数据库能够较好地满足大数据分析的需求,或形成数据库市场新的增量。我们预计2023年国产数据库市场规模将达257.2亿元,同比增长30.01%。目前国内数据库市场呈现新兴与传统厂商并存态势,主要细分技术路线包括关系型、非关系型、集中式、分布式等等。国产厂商在细分领域内各具优势,国产化替代可期。


工业软件:长期看好工业软件国产替代机遇

2011年以来我国工业增加值稳居世界第一,工业软件市场需求潜力庞大。据前瞻产业研究院预计,2021-2026年国内工业软件市场规模CAGR将达13.4%,有望保持较快增长。工业软件核心赛道包括研发设计、生产控制等环节。研发设计环节主要包括CAD、CAE、EDA等;生产控制环节主要包括MES、DCS、PLC等。我们认为,中国工业软件行业发展的核心驱动因素来自于外部刺激下内生需求的释放。基于此,我们长期看好国产工业软件发展,关注有行业整合能力和产业链辐射能力的龙头公司。






国产软件:信创政策推动下,国产替代可期

2021年计算机软件板块收入增速回升我们对180家计算机软件板块上市公司进行了统计,2021年软件板块总营收3793亿元,同比增长13.7%,同比增速出现回升。主要原因:2020年疫情爆发基数较低;2021年疫情逐步控制,收入有所恢复。22Q1软件板块总营收686亿元,同比增长9.2%,增速较去年同期有所下滑,主要与今年一季度疫情反复有关。

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疫情好转有望带动板块估值修复绝对估值方面,2021年初至今计算机行业估值整体呈现下降趋势,PE(TTM)估值下从190倍左右下降至75倍左右,PS(TTM)估值下降近一倍;相对估值方面,计算机指数相对沪深300指数的PE比值下降明显,2021年以来历史最高点超过12倍,目前下降至5倍左右;PS比值略有波动,基本在1.5-2倍之间浮动。但自今年5月以来,行业估值下滑已趋缓,未来随着疫情好转,计算机板块业绩预计有望回暖,估值有望修复。image.png

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企业端来看,过去一年国产软件新势力层出不穷。随着智能制造与工业互联网的推进,我国制造业信息化需求不断上升,软件赛道国产玩家持续增多。2021年6月至今,计算机软件板块新上市公司共21家,主营业务范围涵盖建筑信息化、医疗信息化、能源信息化等多个下游细分领域,覆盖研发设计、生产制造、终端销售等产业全流程。

政策端来看,信创采购等扶植政策出台有望推动软件行业发展2021年11月,工信部相继发布工业绿色、软件和信息技术服务业、信息化和工业化融合、大数据产业等“十四五”发展规划,鼓励软件及相关行业发展的同时,也对绿色发展、产品迭代及技术创新方面提出了新的要求。12月,第八届全国人大常委通过《中华人民共和国科学技术进步法》,首次对政府统筹采购科技创新产品进行规定。国家政策的支持与行业规范新要求的提出,促进软件行业可持续发展。2022年,深圳和北京先后出台信创产业扶持政策,其中深圳市发改委发布的《关于促进消费持续恢复的若干措施》明确指出,新增关键信息基础设施中信创产品的采购比例,党政机关、国资国企不低于40%。

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国产化替代涉及硬件及软件等层次,从党政试点进一步推广。国产化替代涉及从底层硬件到应用软件的多个层次,具体来看,硬件层面包括主机及外部设备,具体涉及芯片、服务器、存储、固件等领域;软件层面包括基础软件及应用软件,具体包括操作系统、数据库、中间件、办公软件等。从推进节奏看,我国的自主创新起始于党政办公领域,2018年开始加速启动,2019年实现了突飞猛进的发展。我们认为,自2020年开始,我国始于党政及特殊领域、进一步拓展至央企国企乃至关键行业的自主创新替代将迎来黄金发展期。image.png

国产化节奏正处于从“可用”向“好用”的进化阶段。经过多年的产品研发积累,国产基础软硬件体系目前已经处于“可用”状态,但相比成熟的Wintel体系,国产基础软硬件体系在产品性能、软件生态、用户使用体验等,以及未来可预见的售后、运维等还面临众多难题,正处于从“可用”向“好用”的进化阶段。

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国产化终极形态或为包含软硬多个层次的生态系统。从IT架构的组成看,底层芯片提供了重要的算力支持,固件则为重要的使用载体,操作系统提供了调度硬件资源,支撑上层应用的作用,应用软件则是数据生成、沉淀的重要环节。对于自主创新、安全可控的需求贯穿了各个环节。我们认为,国产化的终极形态将包含CPU、桌面电脑、服务器等整机硬件产品和操作系统、数据库、中间件等基础软件产品,办公office、OA、安全软件等应用产品以及在此基础上的国产软件集成。

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基础软件:国产替代市场空间广阔

基础软件产业链上下游产品需要高度适配基础软件上游主要是芯片、网络设备、存储器、固件/IO设备以及整机等基础硬件厂商,基础软件在计算机系统中作为接触硬件的第一层软件,需要根据基础硬件的架构、终端特点等进行开发,基础硬件的下游主要是应用软件以及系统集成厂商,应用软件厂商需要根据上游基础硬件及基础软件两层架构完成进一步的软件开发,系统集成厂商负责对软硬件做最后的集成并销售给下游客户,可以看到每一环都需要产品之间的高度适配。

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预计2023年国产操作系统市场规模将达56.2亿元。预计国产操作系统市场将伴随着各个行业信创的深入而快速增长,党政市场方面,国产化替换节奏从公文系统拓展到电子政务系统,并且随着向下沉市场的拓展,并入替换节奏的党政机关体量也会激增。金融市场方面,国产化替代从由大型银行、证券、保险等机构向中小型金融机构拓展,从邮件、OA等系统向核心及外围业务拓展,并且在交通、能源、电信等多个行业也不断涌现操作系统国产化替代的案例,据亿欧智库预测,国产操作系统市场规模会从2021年的33.3亿元增长到2023年的56.2亿元,CAGR达30%。

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预计2023年国产数据库市场规模将达257.2亿元据艾瑞咨询,2020年中国数据库市场规模为247亿元,据亿欧智库,2020年国内数据库市场国产化率约47.4%,计算得2020年中国国产数据库市场规模为117.1亿元。进一步,据亿欧智库预测,2021-2023年中国国产操作系统市场增速分别为29.98%、29.98%、30.01%,又因为操作系统和数据库的替换节奏类似,因此我们假设,2021-2023年国产数据库与国产操作系统市场规模的同比增速相同,计算得2021-2023年国产数据库市场规模分别为152.2、197.8、257.2亿元,对应国产化率52.1%、58.4%、65.9%。

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操作系统:国产化生态建设可期

操作系统是IT产品的底层核心操作系统,一般存在于计算系统中,比如PC、服务器、手机、其他智能终端等。在计算系统中,操作系统是核心底层基础软件,负责控制、管理、调度整个计算系统的硬件资源和软件资源。具体来看,操作系统负责:处理如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络与管理文件系统,以及用户的交互界面等。

国产操作系统厂商的技术路线,按照数据处理的实时性可以分为实时操作系统和分时操作系统两类。并且存在按照特定行业及应用场景的需求而选择的特殊操作系统路线,主要包括网络操作系统、分布式操作系统以及嵌入式操作系统。


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分时操作系统,采用分时技术及多用户交互的方式作业处理上,其利用分时技术,面向不同终端做时间切割后形成时间片,然后采用平等的时间片轮转的方式为多个终端服务,因为其作业运行轮转速度极快,一般普通的终端用户感受不到轮转的时间间隔。交互上采取多用户交互的方式,其在一台主机上连接了多个终端,允许用户根据系统响应结果进一步提出新请求,且多个用户共享主机中的资源,以此为基础分时操作系统对交互式计算机进行了推广,并促进了交互式软件的开发进程。

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分时操作系统中的Linux发行版,是信创厂商的主流技术路线。分时操作系统的优点在于其采取多用户交互的方式,有效增加了资源的使用率,并且可以进行的人机交互的深度比较高,因此在民用及商业领域应用很广,典型应用终端如桌面系统、车载终端、智能手机以及服务器等,常见的Linux和Windows都是属于分时操作系统。因为当前操作系统国产化替代核心发生在党政、金融、电信等行业,主要涉及PC以及服务器,且分时操作系统中的Linux开源,且有很多成熟的发行版,厂商可以快速获取其源代码及资源并进行开发,所以国产信创厂商多选择Linux发行版作为源系统进行二次开发。

不同Linux发行版的差别,体现在软件包内容、管理器以及维护方上一个发行版包括内核以及其上的软件包,并由不同的维护方进行收费和提供服务。内核上,一般都是基于统一的Linux内核,部分发行版可能进行了强化。软件包,主要指附加的软件以及桌面环境等,内容上存在丰富度的差异,并且高效且操作简洁的软件包管理器可以提升用户体验。维护方上,商业公司作为维护方,要付费但可以提供更好的技术支持,开源社区作为维护方,免费但一般没有技术支持,社区贡献的软件资源可能更为丰富。国产厂商主要选的Linux发行版包括Debian系(Debian及其衍生)以及RedHat系(RedHat及其上游代码、衍生)。


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实时操作系统(RTOS),通过优先级排序实现实时任务处理业务处理上,其根据优先级处理任务,通过时钟管理功能将任务进行定时处理和延迟处理,以此保证当外界事件或数据产生时,能够接受并以足够快的速度予以处理,也就是核心保证实时性。互动上,系统会周期性地对多路现场信息进行采集,以及对多个对象或多个执行机构进行控制,在典型的非实时操作系统中,用户一般对操作系统的调度功能没有任何控制,或者仅能提供了概括性的指导,并且仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。image.png

实时操作系统多应用于工业以及汽车控制软件领域。实时操作系统优点在于高优先级任务不需要时间片排队,因此能优先响应紧急任务,在严格的时限内处理完事件,在工业自动化、航空航天、国防、自动驾驶、医疗等对时间敏感的场景应用很广,因此国产主要是做工业以及汽车控制软件的厂商会选择该路线,工业实时操作系统产品比如INTEWELL(东土科技)、RT-Thread(睿赛德科技)、LiteOS(华为)、ReWorks Cert(中国电科)等,当前主要向工业物联网领域发展,汽车实时操作系统产品主要负责处理车辆行驶过程中的控制能力,产品如AUTO SAR(普华软件)、GoldOS(中兴新支点)等。

我们认为,目前国内操作系统相比国外仍然存在差距,主要体现在:

硬件适配维度:国产操作系统适配硬件数量远少于主流系统。以桌面操作系统为例,win10系统已完成对主流硬件的支持,但国产操作系统硬件适配情况却与之存在较大差距,像中标麒麟桌面操作系统已完成的适配硬件数仅为40种。此外,国产操作系统基本都对国产芯片开发了不同版本,但由于缺乏统一标准,导致软硬件厂商适配工作量剧增,增加调试成本。

内核维度国产主流操作系统对国外内核依赖度较高,对内核理解不深国内较少开发自有知识产权操作系统内核,主要因开发操作系统内核存在较高难度,要与厂商合作兼容多种硬件驱动,需要投入大量人力和资金。开发操作系统需要对内核具有较深理解。操作系统内核可实现支撑功能和管理功能。基于内核才可以进一步构建包括桌面环境、资源管理器等基础应用。以桌面环境为例,如果对底层不够熟悉,所有的修改能力则会限于修改主题、字符串替换的能力,无法统一操作接口,调整设计细节,产品质量也无法保证。

基础外围软件维度国内缺乏高质量高优化的编译器编译器可将便于人编写、阅读的高级计算机语言源代码程序翻译为计算机能解读、运行的低阶机器语言程序。国内芯片厂商多依赖于国外编译器,例如飞腾、华为海思、申威、龙芯主要借助GCC编译器。这主要因1)国外编译器支持较多编程语言,稳定度高。2)由于编译器需参考指令集将高级语言转化为机器编码适配多种主流指令集架构。国内在底层指令集和IP设计上较为落后,因此多采用IP授权或指令集授权方式开发CPU产品,导致国内使用国外现成编译器,对其依赖度较高。

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我们认为,国产操作系统追赶的关键在于操作系统、用户、配套软硬件开发商共同推进:

操作系统维度:从内核等角度提升操作系统可用性,吸引用户使用,提升软硬件开发厂商开发意愿。在通用操作系统领域,积累操作系统内核架构、多核/众核CPU适配、内核安全、Runtime(运行时)优化、并发错误检测等技术。在嵌入式操作系统领域,研发自动驾驶、高性能实时插件等技术,适配不同行业,扩大操作系统适用范围。

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软硬件开发厂商维度:加强协作,开放平台端口,优化适配问题,引导软硬件开发商基于国产系统操作系统进行开发。借鉴安卓系统经验,它凭借更开放的软硬件生态实现了弯道超车。安卓系统由开源项目AOSP和GMS服务组成,可将核心软件本体以开源形式供给移动设备厂商,提供手机产品差异化空间,带动软件硬件开发商搭建生态体系。GMS部分则可强化谷歌对软件的控制和监管,收紧分散碎片化的安卓生态圈。正是基于这两项架构的优势,安卓得以在手机操作系统市场形成软件生态优势。

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用户维度:通过信创政策、校企合作等方式提升国产操作系统的渗透率,提高用户对国产Linux操作系统的接受度。信创即信息技术应用创新,信创政策可推动信创产业在部委、央企、民营企业等范围的实践和应用,以培育市场,形成示范引路,并将其延伸至 “2+8+N”多个行业应用领域。目前国内对基于Linux的操作系统仍有较低的接受度,而增强校企合作,设立和推进中小学Linux课程,则可逐步提升学校、家长、学生乃至社会对国产操作系统的认知度。同时操作系统厂商也要加强院校的产教学研合作,为产业输送源源不断的动力人才。

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数据库:分布式数据库或成市场新增量 

数据库的发展与计算载体紧密相关。数据库是计算机行业的基础核心软件,所有应用软件的运行和数据处理都要与其进行数据交互。数据库的开发难度,不仅体现在与其他基础器件的适配,更在于如何实现对数据高效、稳定、持续的管理。从数据库的发展历程来看,计算架构的变化,计算载体的变化、计算场景的变化,以及计算数据格式的变化都对数据库的发展带来一定的影响。或者说,在以上计算环境变化下,其需要的数据库类型也发生了变化。

从计算载体来看,数据的计算从原来的大型机、到小型机、个人电脑PC、互联网、移动互联网、云计算,以及未来更多终端的物联网智能终端。计算的载体更加多样化。

从计算场景来看,数据计算也从单独的单机计算,到互联网多群体交互的联网计算和云计算,以及万物互联的高并发、低时延的物联网计算。

从计算架构来看,传统的IT架构也正逐步向云架构迁移。传统的IT架构从C-S架构逐步发展到了B-S架构,而目前的云原生、分布式计算架构正对传统计算架构带来深刻变革。而新的计算架构也对计算的基础软件(操作系统、数据库、芯片等)提出更高的需求。


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在以上计算环境的变化下,我们看到,联网的数据也在发生深刻变化。

数据的大小。目前联网数据量也在高速增长。通信技术的发展带动从2G到3G、4G、5G的演进,每代通信技术之间,联网的数据规模也呈现(几个)数量级的增加。对大容量、高性能计算提出更高要求。

数据的类型计算场景的演变,我们对数据的定义也在发生变化。图片、语音、视频等非结构化数据成为增量数据的主要类型。联网的数据类型也逐步从原来的结构化数据到非结构化数据演变,这就对计算的并发性提出了更高的要求。

数据的快慢对数据的高速计算是计算机一直以来的追求。但原有的IT架构下,计算速度的提升存在一定的物理条件限制。经典的IT架构已经存在了几十年的历史,当时的IT架构并没有完全考虑到目前计算场景的变化。因此,新的计算场景下,对数据高速计算的追求,需要我们从底层基础软件的变革开始。我们看到无论芯片、操作系统还是数据库,都在经历深刻变革。

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在以上计算和数据多个维度变化的情况下,我们认为,数据库行业也正在经历历史演进的深刻变革。在传统计算环境和数据类型方面,传统数据库依然发挥比较重要的作用。但在面向未来新的计算场景方面,我们需要的可能是新型的数据库产品。这种新型数据库,是计算架构迁移、计算载体演进以及计算环境变化之后的产物;同时,也是数据规模大幅增加,数据结构变化之后所需要的产品。

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全球关系型数据库市场增速渐趋平稳数据库诞生于上世纪60年代,传统的数据库产品面临的是以事务型、交易处理为主的任务,事务支持性能较好的关系型数据库如Oracle、DB2迅速兴起。而近年来,传统的关系型数据库市场增长渐趋平稳,据Gartner,2021全球数据库管理系统(DBMS)市场规模达800亿美元,同比增长22.3%,增速达到近十年峰值。但关系型数据库市场增长渐趋平缓,据T4.ai预测,全球关系型数据库市场规模2018-2022E CAGR为6%。

数据量上升催生分析需求,数据库市场新机遇显现。随着智能移动手机的普及及云计算的兴起,全球数据产生量不断上升,从2010年的1.2ZB上升至2021年的54ZB。未来几年内随着各类智能物联设备的推广以及云计算的进一步应用,数据量有望进一步上升。随着数据量上升,大数据分析的需求逐步显现,传统的关系型数据库在高并发、分析等方面存在一定的劣势,应运而生的分布式数据库能够较好满足大数据分析的需求,或形成数据库市场新的增量。


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国产数据库厂商的技术路线:按照数据库存储数据方式的不同分为关系型和非关系型两条路线,按照不同的系统架构分为集中式和分布式两类,按照数据库应用类型的不同还可以分为OLTP、OLAP、HTAP。

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关系型数据库vs非关系型数据库。根据数据存储结构区分,可以分为关系型数据库、非关系型数据库,其中非关系型数据库根据存储方式又可以分为键值数据库、列数据库、文档数据库、图数据库等。非关系型数据库在读写性能、扩展性上具有一定的优势,因此较适应大数据、高并发等场景,而关系型数据库具备强一致性,遵循ACID原则,因此在事务支持中具备优势。

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集中式数据库vs分布式数据库。根据系统架构分,可以分为集中式数据库、分布式数据库。分布式数据库在可扩展性、高并发支持方面具有优势,集中式数据库在事务性支持上遵循ACID原则,在事务支持上具备优势。分布式数据库的优劣势与非关系型数据库类似,而近年来,分布式数据库不断发展,在提供高弹性、支持高并发的同时,与关系型数据库强事务性支持的特性进一步结合。

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OLTP vs OLAP vs HTAP:按照数据库的应用类型,可以分为OLTP(事务型数据库)、OLAP(分析型数据库)以及HTAP(混合事务分析处理),OLTP主要针对实时数据,关注最近一段时间的数据,响应及时性要求很高,常见的事务型数据库有Mysql、MangoDB等。OLAP主要用于在大量数据中分析规律的,通过查询分析规律趋势,用于产品决策等。随着时间的推移,演进出了混合OLTP和OLAP的HTAP(混合事务分析处理),其既可以应用于事务型数据库场景,亦可以应用于分析型数据库场景。image.png






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