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芯派科技股份有限公司-行業(yè)資訊-從ChatGPT看芯片產(chǎn)業(yè)機(jī)遇

從ChatGPT看芯片產(chǎn)業(yè)機(jī)遇

時(shí)間:2023/3/29 12:47:15瀏覽次數(shù):4111

一、ChatGPT激起AI浪潮,多場(chǎng)景創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)鏈空間廣闊

1.1、AI創(chuàng)新浪潮興起,多模態(tài)賦能下游行業(yè)

ChatGPT快速滲透,AI產(chǎn)業(yè)迎發(fā)展新機(jī)

ChatGPT是由OpenAI公司開(kāi)發(fā)的人工智能聊天機(jī)器人程序,于2022年11月發(fā)布,推出不久便在全球范圍內(nèi)爆火。根據(jù) World of Engineering數(shù)據(jù)顯示,ChatGPT達(dá)到1億用戶量用時(shí)僅2個(gè)月,成為史上用戶增長(zhǎng)速度最快的消費(fèi)級(jí)應(yīng)用程序。與之 相比,TikTok達(dá)到1億用戶用了9個(gè)月,Instagram則花了2年半的時(shí)間。從用戶體驗(yàn)來(lái)看,ChatGPT不僅能實(shí)現(xiàn)流暢的文字聊 天,還可以勝任翻譯、作詩(shī)、寫新聞、做報(bào)表、編代碼等相對(duì)復(fù)雜的語(yǔ)言工作。

ChatGPT爆火的背后是人工智能算法的迭代升級(jí)。ChatGPT是基于GPT-3.5微調(diào)得到的新版本模型,能夠借助人類反饋的強(qiáng) 化學(xué)習(xí)(RLHF)技術(shù)來(lái)指導(dǎo)模型訓(xùn)練,實(shí)現(xiàn)模型輸出與人類預(yù)期的需求,使對(duì)話內(nèi)容更加人性化和富有邏輯性。從2008年 第一代生成式預(yù)訓(xùn)練模型GPT-1誕生以來(lái),GPT系列模型幾乎按照每年一代的速度進(jìn)行迭代升級(jí),未來(lái)隨著大語(yǔ)言模型 (LLM)技術(shù)的不斷突破,AI相關(guān)應(yīng)用有望加速落地,AI產(chǎn)業(yè)或?qū)⒂瓉?lái)新一輪發(fā)展機(jī)遇。

ChatGPT激起AI浪潮,大算力芯片迎來(lái)產(chǎn)業(yè)機(jī)遇

ChatGPT是生成式人工智能技術(shù)(AIGC)的一種,與傳統(tǒng)的決策/分析式AI相比,生成式AI并非通過(guò)簡(jiǎn)單分析已有數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn) 行分析與決策,而是在學(xué)習(xí)歸納已有數(shù)據(jù)后進(jìn)行演技創(chuàng)造,基于歷史進(jìn)行模仿式、縫合式創(chuàng)作,生成全新的內(nèi)容。AIGC的應(yīng) 用非常廣泛,包括自然語(yǔ)言生成、圖像生成、視頻生成、音樂(lè)生成、藝術(shù)創(chuàng)作等領(lǐng)域。 AIGC產(chǎn)業(yè)鏈主要分為上游算力硬件層、中游數(shù)據(jù)/算法軟件層和下游行業(yè)應(yīng)用層。硬件層依靠高性能AI芯片、服務(wù)器和數(shù)據(jù) 中心為AIGC模型的訓(xùn)練提供算力支持,是承載行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施;數(shù)據(jù)/算法層軟件層主要負(fù)責(zé)AI數(shù)據(jù)的采集、清洗、標(biāo)注 及模型的開(kāi)發(fā)與訓(xùn)練,多方廠商入局自然語(yǔ)言處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、多模態(tài)模型等領(lǐng)域;行業(yè)應(yīng)用層目前主要涉及搜索、對(duì)話、 推薦等場(chǎng)景,未來(lái)有望在多個(gè)行業(yè)呈現(xiàn)井噴式革新。

多模態(tài)賦能下游行業(yè)智慧化升級(jí)

多模態(tài)大模型有望成為AI主流,賦能下游行業(yè)智能升級(jí)。生成式AI主要依賴于人工智能大模型,如Transformer、BERT、 GPT系列等。這些模型通常包含數(shù)十億至數(shù)萬(wàn)億個(gè)參數(shù),需要龐大的數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練,致使AI算力的需求也呈現(xiàn)出指數(shù)級(jí)的 增長(zhǎng)。多模態(tài)是一種全新的交互、生成模式,集合了圖像、語(yǔ)音、文本等方式,因其可以結(jié)合多種數(shù)據(jù)類型和模態(tài)的學(xué)習(xí), 將有望徹底改變我們與機(jī)器互動(dòng)的方式,快速占據(jù)人工智能主導(dǎo)地位。我們認(rèn)為多模態(tài)大模型長(zhǎng)期來(lái)看不僅可以從成本端 降本增效,需求端也將通過(guò)快速滲透推廣為下游行業(yè)帶來(lái)持續(xù)增長(zhǎng)需求,從而快速推動(dòng)下游行業(yè)智慧化應(yīng)用升級(jí)。

GPT-4性能提升顯著,AIGC應(yīng)用市場(chǎng)空間廣闊

多模態(tài)模型是實(shí)現(xiàn)人工智能應(yīng)用的關(guān)鍵。3月14日OpenAI發(fā)布GPT-4多模態(tài)大模型,擁有1)強(qiáng)大的識(shí)圖能力;2)文字輸 入限制提升至2.5萬(wàn)字;3)回答準(zhǔn)確性顯著提高;4)能夠生成歌詞、創(chuàng)意文本、實(shí)現(xiàn)風(fēng)格變化。在各種專業(yè)和學(xué)術(shù)基準(zhǔn)上, GPT-4已具備與人類水平相當(dāng)表現(xiàn)。如在模擬律師考試中,其分?jǐn)?shù)在應(yīng)試者前10%,相比下GPT-3.5在倒數(shù)10%左右。多模態(tài) 大模型在整體復(fù)雜度及交互性上已有較大提升,模型升級(jí)有望加速細(xì)分垂直應(yīng)用成熟,賦能下游智慧化升級(jí),帶動(dòng)需求快 速增長(zhǎng)。

1.2、算力芯片迎來(lái)產(chǎn)業(yè)機(jī)遇

AI芯片是人工智能的底層基石

AI人工智能的發(fā)展主要依賴兩個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新和演進(jìn):一是模仿人腦建立起來(lái)的數(shù)學(xué)模型和算法,其次是半導(dǎo)體集成電路AI 芯片。AI的發(fā)展一直伴隨著半導(dǎo)體芯片的演進(jìn)過(guò)程,20世紀(jì)90年代,貝爾實(shí)驗(yàn)室的楊立昆(Yann LeCun)等人一起開(kāi)發(fā)了 可以通過(guò)訓(xùn)練來(lái)識(shí)別手寫郵政編碼的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),但在那個(gè)時(shí)期,訓(xùn)練一個(gè)深度學(xué)習(xí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Convolutional Neural Network,CNN)需要3天的時(shí)間,因此無(wú)法實(shí)際使用,而硬件計(jì)算能力的不足,也導(dǎo)致了當(dāng)時(shí)AI科技泡沫的破滅。

ChatGPT激起AI浪潮,大算力芯片迎來(lái)產(chǎn)業(yè)機(jī)遇

算力硬件層是構(gòu)成AIGC產(chǎn)業(yè)的核心底座,主要包括AI芯片、AI服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心。 AI芯片是算力硬件層的基石。AI芯片主要分為CPU、GPU、FPGA和ASIC四類,CPU是AI計(jì)算的基礎(chǔ),GPU、FPGA、ASIC 作為加速芯片協(xié)助CPU進(jìn)行大規(guī)模計(jì)算。目前AI芯片主要被國(guó)際廠商壟斷,根據(jù)Counterpoint、IDC數(shù)據(jù),Intel和AMD共計(jì) 占2022年全球數(shù)據(jù)中心 CPU 市場(chǎng)收入的92.45%,Nvidia占2021年中國(guó)加速卡市場(chǎng)份額的80%以上。

AI 服務(wù)器是AI芯片的系統(tǒng)集成。AI服務(wù)器采用CPU+加速芯片的架構(gòu)形式,在進(jìn)行模型的訓(xùn)練和推斷時(shí)會(huì)更具有效率優(yōu)勢(shì)。 與國(guó)外AI芯片廠商的壟斷局面不同,中國(guó)AI服務(wù)器水平位于世界前列。據(jù)IDC數(shù)據(jù),在2021H1全球 AI 服務(wù)器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局 中,浪潮信息以20.2%的份額排名第一,聯(lián)想和華為分別以6.1%和4.8%的份額位列第四、五名。數(shù)據(jù)中心的計(jì)算服務(wù)是承接AI算力需求的直接形式。AIGC的模型訓(xùn)練是通常是通過(guò)云計(jì)算服務(wù)完成的,其本質(zhì)是AIGC模型 廠商借助IDC的算力資源,在云端實(shí)現(xiàn)模型的訓(xùn)練。目前國(guó)內(nèi)的數(shù)據(jù)中心廠商主要包括三大運(yùn)營(yíng)商、華為、聯(lián)想、中科曙光 等,提供云計(jì)算的廠商主要有阿里、騰訊等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)。

二、芯片是ChatGPT底層土壤

2.1、AI芯片有望率先受益,CPU+XPU異構(gòu)形式成為主流

AI芯片根據(jù)下游應(yīng)用可分為訓(xùn)練、推斷兩類

機(jī)器學(xué)習(xí)主要包括訓(xùn)練(training)和推斷(inference)兩個(gè)步驟,通常需要不同類型的AI芯片來(lái)執(zhí)行。訓(xùn)練是指通過(guò)大數(shù) 據(jù)訓(xùn)練出一個(gè)復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,通過(guò)大量標(biāo)記過(guò)的數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練相應(yīng)的系統(tǒng),使其能夠適應(yīng)特定的功能;推理是指利用 訓(xùn)練好的模型,使用新數(shù)據(jù)推理出各種結(jié)論。 訓(xùn)練芯片:通過(guò)大量的數(shù)據(jù)輸入,構(gòu)建復(fù)雜的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的一種AI芯片。需要較高的計(jì)算性能、能夠處理海量的數(shù) 據(jù)、具有一定的通用性,以便完成各種各樣的學(xué)習(xí)任務(wù),注重絕對(duì)的計(jì)算能力。 推斷芯片:推斷芯片主要是指利用訓(xùn)練出來(lái)的模型加載數(shù)據(jù),計(jì)算“推理”出各種結(jié)論的一種AI芯片,注重綜合指標(biāo),側(cè) 重考慮單位能耗算力、時(shí)延、成本等性能。

全球AI芯片有望達(dá)到726億美元規(guī)模

AI芯片是AI算力的核心,需求有望率先擴(kuò)張。AI芯片是用于加速人工智能訓(xùn)練和推理任務(wù)的專用硬件,主要包括GPU、 FPGA、ASIC等,具有高度并行性和能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗高效計(jì)算的特點(diǎn)。 隨著AI應(yīng)用的普及和算力需求的不斷擴(kuò)大,AI芯片需求有望率先擴(kuò)張。根據(jù)IDC預(yù)測(cè),中國(guó)AI算力規(guī)模將保持高速增長(zhǎng),預(yù) 計(jì)到2026年將達(dá)1271.4EFLOPS,CAGRA(2022-2026年)達(dá)52.3%。在此背景下,IDC預(yù)測(cè)異構(gòu)計(jì)算將成為主流趨勢(shì),未來(lái) 18個(gè)月全球人工智能服務(wù)器GPU、ASIC和FPGA的搭載率均會(huì)上升,2025年人工智能芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)726億美元。

云端/邊緣端芯片同步發(fā)展

深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)可分成云端與邊緣側(cè)兩大部分。云端指的是數(shù)據(jù)中心或超級(jí)計(jì)算機(jī),具有強(qiáng)大的計(jì)算能力,利用海量 數(shù)據(jù)進(jìn)行模型訓(xùn)練,也可以進(jìn)行推理。邊緣側(cè)指的是數(shù)據(jù)中心外的設(shè)備,如自動(dòng)駕駛汽車、機(jī)器人、智能手機(jī)、無(wú)人機(jī)或 IoT設(shè)備,用訓(xùn)練好的模型進(jìn)行推理。根據(jù)場(chǎng)景不同,形成了兩種不同要求的AI芯片: 云端芯片:具有最大的計(jì)算能力和最高的性能,主要對(duì)深度學(xué)習(xí)算法模型進(jìn)行訓(xùn)練,有時(shí)也進(jìn)行推斷。目前云端主要以 CPU+GPU異構(gòu)計(jì)算為主,根據(jù)wind數(shù)據(jù),在機(jī)器學(xué)習(xí)服務(wù)器和高性能服務(wù)器中,CPU+GPU的成本占比分別為83%與51%。

邊緣端芯片:計(jì)算性能有限,主要使用從云端傳來(lái)的訓(xùn)練好的模型和數(shù)據(jù)進(jìn)行推斷。在邊緣側(cè)或手機(jī)等端側(cè)設(shè)備中,很少 有獨(dú)立的芯片,AI加速通常由 SoC上的一個(gè)IP實(shí)現(xiàn)。例如,蘋果智能手機(jī)里最大的應(yīng)用處理器(Application Processor,AP) 芯片就是一塊帶有AI核的SoC,這類SoC的性能一般可以達(dá)到5~10 TOPS。

AI芯片有望率先受益,CPU+XPU異構(gòu)形式成為主流

云端訓(xùn)練和推斷計(jì)算主要由 Al 服務(wù)器完成,底層算力芯片包括 CPU、GPU、FPGA、ASIC 等。 CPU是AI計(jì)算的基礎(chǔ),負(fù)責(zé)控制和協(xié)調(diào)所有的計(jì)算操作。在AI計(jì)算過(guò)程中,CPU用于讀取和準(zhǔn)備數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)來(lái)傳輸?shù)?GPU等協(xié)處理器進(jìn)行計(jì)算,最后輸出計(jì)算結(jié)果,是整個(gè)計(jì)算過(guò)程的控制核心。根據(jù)IDC數(shù)據(jù),CPU在基礎(chǔ)型、高性能型、推 理型、訓(xùn)練型服務(wù)器中成本占比分別為32%、23.3%、25%、9.8%,是各類服務(wù)器處理計(jì)算任務(wù)的基礎(chǔ)硬件。

GPU、FPGA、ASIC是AI計(jì)算的核心,作為加速芯片處理大規(guī)模并行計(jì)算。具體來(lái)看,GPU通用性較強(qiáng),適合大規(guī)模并行計(jì) 算,且設(shè)計(jì)及制造工藝較成熟,目前占據(jù)AI芯片市場(chǎng)的主要份額;FPGA具有開(kāi)發(fā)周期短、上市速度快、可配置性等特點(diǎn), 目前被大量應(yīng)用于線上數(shù)據(jù)處理中心和軍工單位;ASIC根據(jù)特定需求進(jìn)行設(shè)計(jì),在性能、能效、成本均極大的超越了標(biāo)準(zhǔn) 芯片,非常適合 AI 計(jì)算場(chǎng)景,是當(dāng)前大部分AI初創(chuàng)公司開(kāi)發(fā)的目標(biāo)產(chǎn)品。

CPU:底層核心算力芯片

CPU(Central Processing Unit)中央處理器:是計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和控制核心(Control Unit),是信息處理、程序運(yùn)行的最終執(zhí) 行單元,主要功能是完成計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)運(yùn)算以及系統(tǒng)控制功能。 CPU擅長(zhǎng)邏輯控制,在深度學(xué)習(xí)中可用于推理/預(yù)測(cè)。在深度學(xué)習(xí)中,模型的訓(xùn)練和推理是兩個(gè)不同的過(guò)程: 在訓(xùn)練過(guò)程中,模型需要進(jìn)行大量的矩陣運(yùn)算,因此通常使用GPU等擅長(zhǎng)并行計(jì)算的芯片進(jìn)行處理; 在推理過(guò)程中,需要對(duì)大量的已經(jīng)訓(xùn)練好的模型進(jìn)行實(shí)時(shí)的推理/預(yù)測(cè)操作,而這種操作通常需要高效的邏輯控制能力和低 延遲的響應(yīng)速度,這正是CPU所擅長(zhǎng)的。

GPU:AI高性能計(jì)算王者

GPU(Graphics Processing Unit)圖形處理器:GPU最初是為了滿足計(jì)算機(jī)游戲等圖形處理需求而被開(kāi)發(fā)出來(lái)的,但憑借 高并行計(jì)算和大規(guī)模數(shù)據(jù)處理能力,逐漸開(kāi)始用于通用計(jì)算。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和處理任務(wù)的不同,GPU形成兩條分支: 傳統(tǒng)GPU:用于圖形圖像處理,因此內(nèi)置了一系列專用運(yùn)算模塊,如視頻編解碼加速引擎、2D加速引擎、圖像渲染等。 GPGPU:通用計(jì)算圖形處理器(general-purpose GPU)。為了更好地支持通用計(jì)算,GPGPU減弱了GPU圖形顯示部分的能 力,將其余部分全部投入到通用計(jì)算中,同時(shí)增加了專用向量、張量、矩陣運(yùn)算指令,提升了浮點(diǎn)運(yùn)算的精度和性能,以 實(shí)現(xiàn)人工智能、專業(yè)計(jì)算等加速應(yīng)用。

FPGA:可編程芯片加速替代

FPGA(Field Programmable Gate Array)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列:FPGA最大的特點(diǎn)在于其現(xiàn)場(chǎng)可編程的特性,無(wú)論是CPU、 GPU還是ASIC,在芯片制造完成后功能會(huì)被固定,用戶無(wú)法對(duì)硬件功能做出更改,而FPGA在制造完成后仍可使用配套軟件 對(duì)芯片進(jìn)行功能配置,將芯片上空白的模塊轉(zhuǎn)化為自身所需的具備特定功能的模塊。 可編程性、高并行性、低延遲、低功耗等特點(diǎn),使得FPGA在AI推斷領(lǐng)域潛力巨大。FPGA可以在運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行動(dòng)態(tài) 配置和優(yōu)化功耗,同時(shí)擁有流水線并行和數(shù)據(jù)并行能力,既可以使用數(shù)據(jù)并行來(lái)處理大量數(shù)據(jù),也能夠憑借流水線并行來(lái) 提高計(jì)算的吞吐量和降低延遲。根據(jù)與非網(wǎng)數(shù)據(jù),F(xiàn)PGA(Stratix 10)在計(jì)算密集型任務(wù)的吞吐量約為CPU的10倍,延遲與 功耗均為GPU的1/10。

ASIC:云計(jì)算專用高端芯片

ASIC(Application Specific Integrated Circuit)專用集成電路:是一種為專門應(yīng)特定用戶要求和特定電子系統(tǒng)的需要而設(shè) 計(jì)、制造的集成電路。ASIC具有較高的能效比和算力水平,但通用性和靈活性較差。能效方面:由于ASIC是為特定應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的,其電路可以被高度優(yōu)化,以最大程度地減少功耗。根據(jù)Bob Broderson數(shù)據(jù), FPGA的能效比集中在1-10 MOPS/mW之間。ASIC的能效比處于專用硬件水平,超過(guò)100MOPS/mW,是FPGA的10倍以上。算力方面:由于ASIC芯片的設(shè)計(jì)目標(biāo)非常明確,專門為特定的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化,因此其性能通常比通用芯片更高。根據(jù) 頭豹研究院數(shù)據(jù),按照CPU、GPU、FPGA、ASIC順序,芯片算力水平逐漸增加,其中ASIC算力水平最高,在1萬(wàn)-1000萬(wàn) Mhash/s之間。

2.2、國(guó)產(chǎn)芯片廠商加速布局

國(guó)產(chǎn)CPU多點(diǎn)開(kāi)花加速追趕

全球服務(wù)器CPU市場(chǎng)目前被Intel和AMD所壟斷,國(guó)產(chǎn) CPU 在性能方面與國(guó)際領(lǐng)先水平仍有差距。根據(jù)Counterpoint數(shù)據(jù), 在2022年全球數(shù)據(jù)中心CPU市場(chǎng)中,Intel以70.77%的市場(chǎng)份額排名第一,AMD以19.84%的份額緊隨其后,剩余廠商僅占據(jù) 9.39%的市場(chǎng)份額,整體上處于壟斷局面;目前國(guó)內(nèi)CPU廠商主有海光、海思、飛騰、龍芯、申威等。通過(guò)產(chǎn)品對(duì)比發(fā)現(xiàn), 目前國(guó)產(chǎn)服務(wù)器CPU性能已接近Intel中端產(chǎn)品水平,但整體上國(guó)內(nèi)CPU廠商仍在工藝制程、運(yùn)算速度(主頻)、多任務(wù)處理 (核心與線程數(shù))方面落后于國(guó)際先進(jìn)水平。

生態(tài)體系逐步完善,國(guó)產(chǎn)GPU多領(lǐng)域追趕

全球GPU芯片市場(chǎng)主要由海外廠商占據(jù)壟斷地位,國(guó)產(chǎn)廠商加速布局。全球GPU市場(chǎng)被英偉達(dá)、英特爾和AMD三強(qiáng)壟斷, 英偉達(dá)憑借其自身CUDA生態(tài)在AI及高性能計(jì)算占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位;國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中,景嘉微在圖形渲染GPU領(lǐng)域持續(xù)深耕,另 外天數(shù)智芯、壁仞科技、登臨科技等一批主打AI及高性能計(jì)算的GPGPU初創(chuàng)企業(yè)正加速涌入。 圖形渲染GPU:目前國(guó)內(nèi)廠商在圖形渲染GPU方面與國(guó)外龍頭廠商差距不斷縮小。芯動(dòng)科技的“風(fēng)華2號(hào)”GPU采用5nm工 藝制程,與Nvidia最新一代產(chǎn)品RTX40系列持平,實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)圖形渲染GPU破局。景嘉微在工藝制程、核心頻率、浮點(diǎn)性能等 方面雖落后于Nvidia同代產(chǎn)品,但差距正逐漸縮小。

FPGA/ASIC國(guó)產(chǎn)替代正當(dāng)時(shí)

FPGA全球市場(chǎng)呈現(xiàn)“兩大兩小”格局,Altera與Xilinx市占率共計(jì)超80%,Lattice和Microsemi市占率共計(jì)超10%;整體來(lái) 看,安路科技、紫光同創(chuàng)等廠商處于國(guó)際中端水平,仍需進(jìn)一步突破。工藝制程方面,當(dāng)前國(guó)產(chǎn)廠商先進(jìn)制程集中在28nm, 落后于國(guó)際16nm水平;在等效LUT數(shù)量上,國(guó)產(chǎn)廠商旗艦產(chǎn)品處于200K水平,僅為XILINX高端產(chǎn)品的25%左右。 ASIC不同于CPU、GPU、FPGA,目前全球ASIC市場(chǎng)并未形成明顯的頭部廠商,國(guó)產(chǎn)廠商快速發(fā)展;通過(guò)產(chǎn)品對(duì)比發(fā)現(xiàn), 目前國(guó)產(chǎn)廠商集中采用7nm工藝制程,與國(guó)外ASIC廠商相同;算力方面,海思的昇騰910在BF16浮點(diǎn)算力和INT8定點(diǎn)算力方 面超越Googel最新一代產(chǎn)品TPUv4,遂原科技和寒武紀(jì)的產(chǎn)品在整體性能上也與Googel比肩。未來(lái)國(guó)產(chǎn)廠商有望在ASIC領(lǐng) 域繼續(xù)保持技術(shù)優(yōu)勢(shì),突破國(guó)外廠商在AI芯片的壟斷格局。

2.3、AI算力需求,存儲(chǔ)芯片受益

AI算力需求,存儲(chǔ)芯片受益

ChatGPT帶動(dòng)AI服務(wù)器需求,存儲(chǔ)芯片受益。 ChatGPT的數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)整理、訓(xùn)練、推理除大算力芯片外,還需存儲(chǔ)芯片支持。 服務(wù)器成本構(gòu)成:服務(wù)器成本包括算力芯片、存儲(chǔ)器等,根據(jù)IDC 2018年服務(wù)器成本構(gòu)成,在高性能服務(wù)器/推理型服務(wù)器/機(jī) 器學(xué)習(xí)型服務(wù)器中存儲(chǔ)占比29%/25%/16%。AI服務(wù)器,除了內(nèi)存需要128GB或更大容量的高性能HBM和高容量服務(wù)器DRAM, 還需硬盤去存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。 存儲(chǔ)下游市場(chǎng):智能手機(jī)+服務(wù)器+PC是主要下游。智能手機(jī)端出貨量增速有限,單機(jī)容量提升是主要推動(dòng)力;服務(wù)器端,受 益人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等應(yīng)用興起,服務(wù)器出貨量及單機(jī)容量提升推動(dòng)增長(zhǎng)。

AI高算力對(duì)高帶寬內(nèi)存的需求

AI大算力需要的內(nèi)存:大容量服務(wù) 器DRAM和高帶寬內(nèi)存HBM。 按照應(yīng)用場(chǎng)景,DRAM分成標(biāo)準(zhǔn) DDR、LPDDR、GDDR三類。 JEDEC定義并開(kāi)發(fā)了以下三類 SDRAM 標(biāo)準(zhǔn),以幫助設(shè)計(jì)人員滿足 其目標(biāo)應(yīng)用的功率、性能和尺寸要求。 1)標(biāo)準(zhǔn)型DDR:針對(duì)服務(wù)器、云計(jì) 算、網(wǎng)絡(luò)、筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)和消 費(fèi)類應(yīng)用程序,與CPU配套使用 。2)LPDDR:Low Power DDR,針對(duì) 尺寸和功率非常敏感的移動(dòng)和汽車領(lǐng) 域,有低功耗的特點(diǎn)。3)GDDR:Graphics DDR,針對(duì)高 帶寬(例如顯卡和 AI)的兩種不同的存 儲(chǔ)器架構(gòu)是 GDDR 和 HBM。

AI助力企業(yè)級(jí)SSD市場(chǎng)擴(kuò)容

AI助力企業(yè)級(jí)SSD市場(chǎng)擴(kuò)容。 SSD為固態(tài)硬盤,由NAND顆粒、主控芯片等構(gòu)成,其中NAND顆粒占成本的70%。SSD按照用途分為消費(fèi)級(jí)、企業(yè)級(jí) 及其他行業(yè)級(jí)產(chǎn)品。近年來(lái)隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)加速普及,企業(yè)加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型,數(shù)據(jù)呈現(xiàn)井噴狀 態(tài),企業(yè)級(jí)SSD市場(chǎng)需求與規(guī)模不斷攀升。 IDC 數(shù)據(jù)顯示,企業(yè)級(jí) SSD 全球出貨量將從 2020 年的約 4750萬(wàn)塊增長(zhǎng)到 2021 年的 5264 萬(wàn)塊左右,年均增長(zhǎng)率為 10.7%,預(yù)計(jì)到 2025 年,將增加到 7436 萬(wàn)塊左右。

三、芯片需求增長(zhǎng)拉動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)會(huì)

3.1、封測(cè):Chiplet是AI芯片大勢(shì)所趨

AI產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)-封測(cè):Chiplet是AI芯片大勢(shì)所趨

當(dāng)前AI芯片呈現(xiàn)幾大趨勢(shì): 1)制程越來(lái)越先進(jìn)。從2017年英偉達(dá)發(fā)布Tesla V100 AI芯片的12nm制程開(kāi)始,業(yè)界一直在推進(jìn)先進(jìn)制程在AI芯片上的應(yīng)用。 英偉達(dá)、英特爾、AMD一路將AI芯片制程從16nm推進(jìn)至4/5nm。 2)Chiplet封裝初露頭角。2022年英偉達(dá)發(fā)布H100 AI芯片,其芯片主體為單芯片架構(gòu),但其GPU與HBM3存儲(chǔ)芯片的連接, 采用Chiplet封裝。在此之前,英偉達(dá)憑借NVlink-C2C實(shí)現(xiàn)內(nèi)部芯片之間的高速連接,且Nvlink芯片的連接標(biāo)準(zhǔn)可與Chiplet業(yè) 界的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)Ucle共通。而AMD2023年發(fā)布的Instinct MI300是業(yè)界首次在AI芯片上采用更底層的Chiplet架構(gòu),實(shí)現(xiàn)CPU和 GPU這類核心之間的連接。3)2020年以來(lái)頭部廠商加速在AI芯片的布局。AI芯片先行者是英偉達(dá),其在2017年即發(fā)布Tesla V100芯片,此后2020以來(lái) 英特爾、AMD紛紛跟進(jìn)發(fā)布AI芯片,并在2022、2023年接連發(fā)布新款A(yù)I芯片,發(fā)布節(jié)奏明顯加快。

AI產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)-封測(cè):Chiplet是AI芯片大勢(shì)所趨

制程越先進(jìn)、芯片組面積越大、小芯片(Chips)數(shù)量越多,Chiplet封裝較SoC單芯片封裝,成本上越有優(yōu)勢(shì): Chiplet主要封裝形式有MCM/InFO/2.5D這三種。 14nm制程下,當(dāng)芯片面積超過(guò)700mm2時(shí),Chiplet封裝中的MCM成本開(kāi)始較SoC低,當(dāng)面積達(dá)900mm2時(shí),MCM較SoC成本 低近10%(2顆chips)、或低20%(3顆chips)、或低25%(5顆chips); 7nm制程下,芯片面積超過(guò)400mm2時(shí),MCM成本開(kāi)始低于SoC,面積超過(guò)600mm2時(shí),InFO成本開(kāi)始低于SoC,當(dāng)面積達(dá) 900mm2時(shí),5顆chips情況下,MCM較SoC成本低40%、InFO較SoC成本低20%; 5nm制程下,芯片面積超過(guò)300mm2時(shí),MCM成本開(kāi)始低于SoC,成本超過(guò)500mm2時(shí),InFO成本開(kāi)始低于SoC,當(dāng)面積達(dá) 900mm2時(shí),5顆chips情況下,MCM較SoC成本低50%、InFO較SoC成本低40%、2.5D較SoC成本低28%。

鑒于當(dāng)前AI芯片朝高算力、高集成方向演進(jìn),制程越來(lái)越先進(jìn),Chiplet在更先進(jìn)制程、更復(fù)雜集成中降本優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯, 未來(lái)有望成為AI芯片封裝的主要形式。

3.2、PCB:AI服務(wù)器基石

AI產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)-PCB:AI服務(wù)器基石

ChatGPT數(shù)據(jù)運(yùn)算量增長(zhǎng)快速,帶動(dòng)服務(wù)器/交換機(jī)/顯卡等用量提升,布局相應(yīng)領(lǐng)域PCB公司顯著受益。 ChatGPT帶來(lái)了算力需求的激增,與之對(duì)應(yīng)亦帶來(lái)相應(yīng)服務(wù)器/交換機(jī)等作為算力核心載體和傳輸?shù)挠布?,帶?lái)PCB需求大幅 增長(zhǎng),同時(shí)隨著對(duì)算力的要求越來(lái)越高,對(duì)于大容量、高速、高性能的云計(jì)算服務(wù)器的需求將不斷增長(zhǎng),對(duì)PCB的設(shè)計(jì)要求 也將不斷升級(jí),提升對(duì)于高層數(shù)、大尺寸、高速材料等的應(yīng)用。

以23年發(fā)布的新服務(wù)器平臺(tái)為例,Pcie 5.0服務(wù)器用PCB層數(shù)、材料、設(shè)計(jì)工藝均有升級(jí),PCB價(jià)格提升顯著,其層數(shù)從4.0 的12-16層升級(jí)至16-20層,根據(jù) Prismark 的數(shù)據(jù),2021 年 8-16 層板的價(jià)格為 456 美元/平米,而18 層以上板的價(jià)格為 1538 美元/平米,PCB 價(jià)值量增幅明顯;另外配套新服務(wù)器,交換機(jī)、傳輸網(wǎng)產(chǎn)品都需要同步升級(jí),預(yù)計(jì)400G、800G交換機(jī)對(duì) PCB板子拉動(dòng)巨大,進(jìn)一步帶動(dòng)數(shù)通板景氣度提升。


ChatGPT帶動(dòng)服務(wù)器用量增長(zhǎng)及平臺(tái)升級(jí),預(yù)計(jì)2025年服務(wù)器PCB市場(chǎng)超160億美元,2021-2025CAGR達(dá)21%。 隨著ChatGPT對(duì)服務(wù)器用量增長(zhǎng)及平臺(tái)升級(jí),對(duì)應(yīng)PCB的板材、層數(shù)、工藝復(fù)雜的均顯著提升,預(yù)計(jì)2025年全球服務(wù)器PCB 市場(chǎng)規(guī)模超160億美元,2021-2025年CAGR達(dá)21%,成為PCB增長(zhǎng)最快的下游之一。



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