2023年，生成式人工智能在全球范圍內(nèi)掀起熱潮，大模型的競爭越發(fā)激烈。在2024年，人工智能將進(jìn)一步帶動芯片算力、存力（存儲性能）和能效的提升，推動半導(dǎo)體在架構(gòu)和先進(jìn)封裝等環(huán)節(jié)的創(chuàng)新，并帶來新的市場增量。


芯片架構(gòu)邁向多元化

ChatGPT的出現(xiàn)拓寬了AI芯片的市場空間，AI大模型訓(xùn)練需求激增，因此高算力芯片成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈本輪復(fù)蘇的主要驅(qū)動力。在AI浪潮中，英偉達(dá)2023年的數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)憑借著A100、H100等GPU（圖形處理器）產(chǎn)品實現(xiàn)了217%的同比增長，截止2024年3月6日，其市值突破2.1億美元。

作為當(dāng)前進(jìn)行AI運(yùn)算的主流處理器，GPU自身具備強(qiáng)大的并行計算能力，但在近幾年的市場驗證中，也暴露出成本較高、交付周期較長以及功耗偏高等問題。一方面，英偉達(dá)正在努力縮短交付周期；另一方面，各類企業(yè)正在創(chuàng)新芯片架構(gòu)，以期對AI處理器的功耗和成本進(jìn)行優(yōu)化。

因此，ASIC這類適用于特定場景的芯片開始被谷歌、微軟等云服務(wù)廠商關(guān)注。

谷歌自2016年開始研發(fā)專用于機(jī)器學(xué)習(xí)的TPU（張量處理器），并將其作為AlphaGo的算力底座。TPU采用低精度計算，在保證深度學(xué)習(xí)效果的同時降低功耗，并提升運(yùn)算效率。谷歌于今年1月發(fā)布的TPU v5p版本在大模型訓(xùn)練中的效率相較于v4提升了2.8倍。據(jù)悉，該系列芯片也將應(yīng)用于谷歌Gemini AI大模型的訓(xùn)練。

2月19日，由前谷歌TPU核心研發(fā)團(tuán)隊的工程師組建的初創(chuàng)公司Groq也開放了自家產(chǎn)品LPU（語言處理器）的體驗入口。在架構(gòu)方面，Groq的LPU使用了TSP（張量流處理器）來加速人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和高性能計算中的復(fù)雜工作負(fù)載。Groq相關(guān)發(fā)言人稱，該處理器的推理能力是英偉達(dá)H100的10倍。

此外，在AI從云端向終端滲透的過程中，諸多廠商認(rèn)為NPU（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元）是更加適合AI運(yùn)算的技術(shù)路線。高通的AI PC芯片X Elite和英特爾酷睿Ultra處理器中均集成了NPU以提升電腦端的AI性能。

架構(gòu)的多點開花既體現(xiàn)出各大企業(yè)對于通用芯片和專用芯片的取舍，也意味著更多芯片品類的供應(yīng)商及其上下游企業(yè)有機(jī)會分享AI時代的紅利。

“在過去幾年，GPU由于其完善的開發(fā)生態(tài)仍然是AI計算的主要選擇。然而，隨著模型參數(shù)不斷增大，芯片對于計算能效的要求相應(yīng)提升，專用處理器在某些特定AI應(yīng)用場景中的優(yōu)勢將會十分明顯。綜合考慮應(yīng)用場景、成本等多方面因素，未來AI計算的硬件芯片選擇將是多技術(shù)路線并存的?！北本┐髮W(xué)集成電路學(xué)院研究員賈天宇告訴《中國電子報》記者。


算力自主可控或成為趨勢

北京時間3月19日凌晨，英偉達(dá)聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛發(fā)表了主題演講《見證AI的變革時刻》，拉開了2024年英偉達(dá)GTC大會序幕。這次大會亮點多多，最矚目的是英偉達(dá)拿出了”真家伙“——被稱為“全球最強(qiáng)”的AI芯片要來了。

這款芯片叫Blackwell，它架構(gòu)的GPU擁有 2080 億個晶體管，無論是性能還是功耗均全面超越上一代。

算力提升成本下降，這款A(yù)I芯片還沒上市，就被許多大企業(yè)“預(yù)訂”了。黃仁勛透露，許多企業(yè)預(yù)計將采用Blackwell，如亞馬遜、谷歌、OpenAI等等。

英偉達(dá)更大算力GPU推出的背后，是在人工智能技術(shù)的進(jìn)步下，算力需求持續(xù)暴增，市場需要性能更強(qiáng)大的半導(dǎo)體芯片解決方案。

根據(jù)OpenAI的測算數(shù)據(jù)，2012年以來最大的AI訓(xùn)練運(yùn)行所使用的算力呈指數(shù)增長，每3-4個月增長一倍。未來伴隨國內(nèi)外巨頭先后加碼大模型領(lǐng)域投入，以及用戶規(guī)模的不斷攀升，AI算力需求有望持續(xù)高景氣。

A股的投資者可以關(guān)注哪些產(chǎn)業(yè)機(jī)遇？算力的自主可控或成為趨勢。

國泰君安認(rèn)為，英偉達(dá)最新芯片性能提升顯著，全球AI算力維持高景氣，同時，考慮到美國對AI芯片的制裁和算力供需趨緊，國產(chǎn)算力也有望超預(yù)期發(fā)展。

天風(fēng)證券認(rèn)為，2024年大模型正在各領(lǐng)域快速迭代，不斷取得突破。海外Sora、Claude3等大模型的發(fā)布，讓市場看到人工智能的迭代之快，以及廣闊的應(yīng)用前景而算力作為基石，有望率先在需求側(cè)反映出行業(yè)景氣度的提升。同時，考慮地緣政治等影響，算力的自主可控或成為趨勢。


存儲芯片成香餑餑

隨著AI在近幾年來的加速發(fā)展，算力需求持續(xù)攀升。在ChatGPT、Sora等生成式大模型的推動下，對AI服務(wù)器的需求也進(jìn)一步刺激。值得注意的是，SK海力士副社長Kim Ki-ate表示，該公司今年的HBM已經(jīng)售罄，并已開始為2025年做準(zhǔn)備。早些時候，美光科技CEO Sanjay Mehrotra也透露，美光2024年的HBM產(chǎn)能同樣預(yù)計已經(jīng)全部售罄。

其實在過去，HBM的位元需求在整體DRAM市場中的占比不足1%。這主要是由于其高昂的成本以及服務(wù)器市場中配備相關(guān)AI運(yùn)算卡的比例較低所限制的。然而，隨著今年年初AI服務(wù)器需求的激增，HBM的市場地位由此發(fā)生了顯著轉(zhuǎn)變，因為它已經(jīng)成為AI服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)配置。

根據(jù)TrendForce集邦咨詢披露的數(shù)據(jù)，2022年AI服務(wù)器出貨量86臺，預(yù)計2026年AI服務(wù)出貨量將超過200萬臺，年復(fù)合增速29%。AI服務(wù)器出貨量增長催化HBM芯片需求爆發(fā)，預(yù)期到2025年，全球HBM市場規(guī)模將達(dá)到約150億美元，增速超過50%。

在存儲市場中，相對于GDDR來說，HBM芯片并非是一種主流的存儲芯片選擇，所以過去布局HBM芯片的企業(yè)少之又少。一直以來，HBM芯片市場主要由外資企業(yè)SK海力士、三星和美光這三家企業(yè)主導(dǎo)，而國內(nèi)還尚未有量產(chǎn)HBM的企業(yè)出現(xiàn)。

芯片巨頭加速布局

英偉達(dá)的成功也引起了其他存儲芯片巨頭的惶恐。美光、西部數(shù)據(jù)和英特爾三家存儲芯片公司意識到,如果不采取行動,將在未來被英偉達(dá)徹底趕超。于是,它們開始了自己的"Allin"之路。

美光科技是第一個采取行動的公司。作為全球第三大存儲芯片制造商,美光深知存儲是未來人工智能和大數(shù)據(jù)時代的關(guān)鍵。因此,美光將目光轉(zhuǎn)向了3DXPoint等新興存儲技術(shù)的研發(fā)。3DXPoint被譽(yù)為"新一代存儲革命",具有高速度、高密度、持久性、低功耗等優(yōu)勢。2022年,美光成為首家量產(chǎn)3DXPoint的存儲芯片廠商,為其在人工智能和大數(shù)據(jù)市場提供了強(qiáng)有力的武器。

與此同時,西部數(shù)據(jù)也在加大3DNAND閃存的投資力度。作為存儲芯片行業(yè)的老牌公司,西部數(shù)據(jù)長期以來一直專注于硬盤驅(qū)動器(HDD)的生產(chǎn)。但隨著新技術(shù)的興起,公司意識到未來必須轉(zhuǎn)型。,西部數(shù)據(jù)推出了第六代3DNAND閃存,性能和存儲密度再次提升,為人工智能訓(xùn)練數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)存儲提供了解決方案。

至于英特爾,則是行家里手。英特爾不僅制造CPU處理器,也是存儲芯片的重要供應(yīng)商。為了保持競爭力,英特爾在3DXPoint和3DNAND等新存儲技術(shù)上也進(jìn)行了大規(guī)模投資。2024年,英特爾推出了"SSD革命"計劃,將3DXPoint和3DNAND完美融合,推動固態(tài)存儲產(chǎn)品的飛躍發(fā)展。

三家存儲芯片公司的"Allin"投資雖然各有側(cè)重,但目標(biāo)是一致的在與英偉達(dá)的競爭中分一杯羹。隨著人工智能和大數(shù)據(jù)應(yīng)用的不斷擴(kuò)展,對于高速、大容量、低功耗的存儲芯片需求將持續(xù)增長。而英偉達(dá)憑借其在GPU和AI加速芯片領(lǐng)域的優(yōu)勢,確實在這一領(lǐng)域占據(jù)了先機(jī)。但存儲芯片同樣是人工智能和大數(shù)據(jù)應(yīng)用不可或缺的一環(huán),只有存算一體,AI計算和存儲高度融合,才能最大限度釋放計算能力。

總的來說,這場"存儲芯片戰(zhàn)爭"是科技行業(yè)未來發(fā)展的一個縮影。它體現(xiàn)了人工智能時代帶來的新機(jī)遇和新挑戰(zhàn),也折射出傳統(tǒng)存儲芯片巨頭如何在變革中求生存。

因此,存儲芯片公司與英偉達(dá)之間的競爭將在未來幾年內(nèi)持續(xù)激烈。雙方都在為爭奪人工智能和大數(shù)據(jù)市場做著長期布局和發(fā)展規(guī)劃。這種持續(xù)較量將推動整個科技行業(yè)在新存儲技術(shù)、新算力架構(gòu)、軟硬件一體化等方面的創(chuàng)新,也將加速人工智能和大數(shù)據(jù)應(yīng)用在各行業(yè)的落地進(jìn)程。