中电科电子装备集团有限公司董事长、党委书记景璀:国内半导体市场产能扩张有序推进,本土设备需求持续放量,所以2024年我国半导体产业应该会在复苏中行稳致远。

芯华章科技股份有限公司首席市场战略官谢仲辉:随着5G、物联网、人工智能等新兴技术的不断成熟,半导体行业的需求预计将逐步回暖。

北京奕斯伟计算技术股份有限公司高级副总裁、首席运营官胡巍浩:以ChatGPT为代表的AIGC在全球各行业得到广泛应用,AI对于基础硬件尤其是大算力芯片和高带宽存储器的需求持续快速增长;汽车行业“新三化(电动化、智能化、网联化)”趋势,尤其是新能源汽车的产销量快速增长,也将带动汽车半导体需求大幅增加。

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2022、2023年去库存过后,2024年全球半导体销售额预计将迎来复苏。

数据显示,2023年半导体行业销售额总计5268亿美元,与2022年创纪录的5741亿美元相比同比下降8.2%,但德勤(Deloitte)发布的《2024年全球半导体行业展望》中预测2024年全球半导体行业销售额将达到5880亿美元,不仅比2023年高出10.4%,而且比2022年收入高出2.5%。

2023年,生成式人工智能在全球范围内掀起热潮,大模型的竞争越发激烈。在2024年,人工智能将进一步带动芯片算力、存储性能和能效的提升,推动半导体在架构和先进封装等环节的创新,并带来新的市场增量。

AI推动半导体行业变革发展

AI服务器产业链上游主要由服务器元器件生产商组成,其中CPU、GPU作为核心组件,主要由Intel、AMD、英伟达供应,国产供应商占比较少,其他部件包括内存、SSD、PCB、光模块、电源等存在更多的国产供应商;产业链中游包括主板集成商和服务器厂商,先由主板集成商将众多芯片集成,再交由服务器厂商装配成整机销售。

本文整体聚焦服务器上游。

AI促进芯片架构的创新和多元化

AI技术的快速发展不仅推动了芯片市场的发展,也促进了芯片架构的创新和多元化,为未来的技术进步和应用提供了广阔的空间。

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在ChatGPT的推动下,AI行业大力开发大模型,致使对高算力芯片的需求激增,也使高算力芯片成为半导体产业链复苏的主要驱动力。英伟达也在大模型兴起的浪潮中,凭借其在图形处理器领域的领先地位,通过A100、H100等GPU产品,实现了数据中心业务的显著增长,成为全球市值最高的芯片公司,截止2024年3月6日,其市值突破2.1亿美元。同时AI芯片的高需求也吸引了Intel、AMD等竞争对手的加入,他们也试图在AI芯片领域占据一席之地。

AI技术的发展,也进一步推动了芯片架构呈现多元化。GPU虽然在AI运算中表现出强大的并行计算能力,但也存在成本高、交付周期长和功耗高等问题。为了解决这些问题,企业开始创新芯片架构,如谷歌的TPU和Groq的LPU,它们通过低精度计算降低功耗并提升运算效率。同时,NPU作为更适合AI运算的技术路线,被高通和英特尔等公司采用以提升电脑端的AI性能。

北京大学集成电路学院的贾天宇研究员指出,随着模型参数的增大,芯片对计算能效的要求提升,专用处理器在特定AI应用场景中的优势将变得明显。未来AI计算的硬件芯片选择将是多技术路线并存的。

在这一背景下,英特尔发布了新一代Gaudi3AI加速芯片,采用台积电5nm工艺,支持128GB HBMe2内存,性能优于英伟达H100 GPU,成本更低,预计第二季度起出货。

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谷歌推出了基于ARM架构的服务器芯片Axion和TPU v5p,微软自研了AI芯片Azure Maia 100,而AMD推出了MI300系列产品,这些产品在性能和内存密度上都有显著提升。

尽管竞争对手纷纷投产自研芯片,英伟达依然保持其市场领先地位,预计其尖端GPU H200和新一代AI半导体“B200”将进一步提升性能,降低成本和能耗。台积电作为先进制程的领导者,受益于AI相关需求的激增,特别是英伟达AI GPU的强劲需求,预计至2024年底,其5nm制程的产能将同比提升超过150%。

AI时代受益的芯片类型

AI相关应用的迅猛发展,导致系统对内存带宽和容量的需求正显著增长。这一趋势不仅推动了服务器内存接口及模组配套芯片需求的稳定上升,同时也进一步激发了对高带宽内存模组的需求。为了响应这一市场变化,美光科技近日宣布推出业界首款标准低功耗压缩附加内存模块(LPCAMM2),该模块提供了从16GB到64GB不等的多种容量选择。

随着AI应用领域的迅速扩张,越来越多的场景需要配置GPU BOX,这极大地推动了PCIe Retimer芯片的市场需求。当前,PCIe Retimer芯片的主要竞争者仅有美国的Astera Labs和澜起科技两家。其中澜起科技凭借其在PCIe技术领域的深厚积累,于2023年成功实现了PCIe 5.0/CXL 2.0 Retimer芯片的量产,成为全球领先的PCIe5.0/CXL 2.0 Retimer芯片供应商之一。目前,澜起科技的PCIe 5.0/CXL 2.0 Retimer芯片已经成功被部分境内外主流云计算和互联网厂商纳入其AI服务器的采购项目。

AI相关应用带动计算机内存需求呈指数增长,内存扩展和池化需求也随之攀升,为CXL内存扩展控制器芯片带来广阔成长空间。英特尔联合多家巨头成立CXL开放合作联盟,吸引众多厂商加入,其中包括阿里巴巴、思科、戴尔EMC、Facebook、谷歌、HPE、华为以及微软等公司。Gen-Z和Open CAPI联盟的将所以技术规格和资产转让给CXL,巩固CXL的行业标准地位。江波龙作为存储芯片龙头,已经推出了高性能复合式存储nMCP,其满足5G网络模块需求,并凭借深厚的DRAM技术积累和测试经验,构建了高效测试平台,从而降低成本,奠定长远发展基础。

AI技术在个人电脑(AI PC)领域的深入应用,需要更高带宽的内存提升整体运算性能,因此,市场对更高速率的DDR5内存的需求也随之增长。特别是当DDR5数据速率提升至6400MT/s及以上时,为了确保PC端内存的稳定性和高效性,必须采用一颗专用的CKD芯片。澜起科技是业界首家发布CKD芯片工程样片的企业,其相关技术均处于行业领先地位。通过自主研发的CKD芯片,澜起科技为市场提供了高效、稳定的解决方案,满足了AI PC对高速内存日益增长的需求。

作为全球功率半导体的最大消费国,中国自2018年以来,物联网、新能源以及新一代通信网络等新兴行业的蓬勃发展,显著提升了对上游功率半导体产品的需求。根据数据,2022年中国功率半导体市场规模已扩大至1368.86亿元,同比增长4.4%,中商产业研究院分析师预测,2023年中国功率半导体市场规模将增长至1519.36亿元,2024年将达1752.55亿元。

在全球半导体市场持续扩张的背景下,中国AI芯片企业纷纷崭露头角,带着宣称可以与英伟达的A100相媲美的自家AI芯片登场,意图挑战行业巨头的地位。值得注意的是,目前英伟达在中国市场上可售的H20芯片性能仅为中国AI芯片的一半,这无疑为国产AI芯片提供了抢占市场份额的良机。

在AI服务器产业中,算力芯片、DRAM、SSD、RAID芯片等核心零部件的市场集中度较高,主要由海外企业占据主导地位,头部厂商的市场占有率仍处于垄断地位。然而,近年来,国产厂商整体实力不断增强,正在加快国产替代的步伐。

未来,随着国产替代的进一步深入,对AI算力的需求也将持续增长,有望全面带动整个半导体算力产业链的快速发展。