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【世界时快讯】想要打败英伟达，这种芯片是最有实力的“选手”，国产率先突破
2023-06-16
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目前在AI芯片领域，英伟达可以说是没有对手。特别是ChatGPT的火爆，让英伟达跨过了1万亿美元市值大关，成为全球No.1的芯片企业。英伟达在AI芯片有多牛？说两个数字，大家就懂了。AI芯片主要分为训练芯片以及推理芯片两种。在AI训练芯片市场，Nvidia凭借V100 NVLink、V100PCIe等系列产品占据了90%的市场份额。在推理芯片市场，Nvidia凭借着T4、P4等产品占据约65%的份额。在全部 AI芯片市场，英伟达一家占了80%+以上的份额，而AMD占了15-20%左右的份额，其它玩家，可能只占了5%甚至不到5%的份额。
国内也有AI芯片，不过大多集中在推理领域，比如华为、寒武纪、比特大陆、阿里等，他们合计应该占了全球15-20%的份额，但在总的AI芯片上，合计可能不超过5%。毕竟国内的AI芯片，确实在性能、功耗、软件生态等指标上与英伟达等，差距巨大，所以尚未实现大规模应用。不过，业界普遍认为，在未来光芯片将挑战甚至颠覆现在的AI芯片，因为光芯片是利用光波作为载体进行信息处理的技术，具有大带宽、低延时、低功耗等优点，提供了一种“传输即计算，结构即功能”的计算架构。之前，以Lightmatter和Lightelligence为代表的国际玩家，已经推出了新型的硅光计算芯片，性能远超目前的AI算力芯片。特别是Lightmatter，他们推出了一款名为Envise的光芯片，其运行速度比英伟达的A100芯片快1.5到10倍。所以，这几年，国内众多企业都在研究光芯片，比如曦智科技、光子算数等，大家都想要换道超车，因为想在现有的硅基芯片上超过英伟达实在是太难了，光芯片或者是换道一次好机会。国产光芯片重要突破最近，中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室微波光电子课题组李明研究员-祝宁华院士团队研制出一款超高集成度光学卷积处理器。相关研究成果以Compact optical convolution processing unit based on multimode interference为题，发表在《自然-通讯》上。这标志着我国在光计算方面有了重大突破。中信建投更是直接喊出此项技术的突破在AI领域具有广阔前景。据了解，光计算是一种利用光波作为载体进行信息处理的技术，具有大带宽、低延时、低功耗等优点，提供了一种“传输即计算，结构即功能”的计算架构，有望避免冯·诺依曼计算范式中存在的数据潮汐传输问题。中信建投指出，近年来光计算在AI领域呈现高速的发展，具有广阔的应用前景。以Lightmatter和Lightelligence为代表的公司，推出了新型的硅光计算芯片，性能远超目前的AI算力芯片，据Lightmatter的数据，他们推出的Envise芯片的运行速度比英伟达的A100芯片快1.5到10倍。光芯片能够挑战英伟达的AI芯片吗？英伟达最大的对手AMD在周二展示了其即将推出的GPU专用的MI300X AI芯片（其称为加速器），该加速器可以加快ChatGPT和其他聊天机器人使用的生成式人工智能的处理速度，并可以使用高达192GB的内存，而英伟达的H100芯片只支持120GB内存，英伟达在这一新兴市场的主导地位或将受到挑战。
光模块需求暴增，国产替代加速今年的AI浪潮，促使光模块需求暴增，光芯片的性能直接决定光模块的传输速率，是产业链核心之一，相关数据显示，光模块成本构成当中，光芯片及组件占比达到50%，是其中最大的成本项。今年市场的共识就是，缺算力，从而导致光模块缺口大。光芯片作为光模块当中价值链最大的环节，自然也会存在供需缺口，也有量价齐升的预期。光芯片是实现光信号和电信号之间转换的芯片，根据材料的不同，光芯片的材质可以分为磷化铟（InP）、砷化镓（GaAs）、二氧化硅（SiO2）以及铌酸锂（LiNbO3）等。其中，随着光通信技术朝着CPO/LPO等先进封装方案持续演进，更高速率的DFB、EML芯片、硅光芯片、薄膜铌酸锂调制器芯片等会更加适配，应用场景会更加丰富。从光芯片的行业格局来看，低速率光芯片市场接近饱和，国产化率也很高，其中10G以下光芯片国产化率已经达到90%。但是，今年AI技术迭代，数据中心持续升级，主要是对高速率光芯片的需求大幅增长，机构预计，到2025年25G以上速率光芯片市场规模达43.4亿美元，年均复合增长率达21.40%。所以高速率光芯片的前景是非常广阔的。但是，我国25G以上速率光芯片的国产化率约为4%，国产化率非常低。对于整个半导体芯片行业，在各国打压和限制不断升级的背景下，我国早就认识到了国产替代的重要性。而受益于今年的AI浪潮，高速率光芯片需求将大幅增长，将助力我国高速率光芯片国产替代进一步加速。在行业高速发展的过程当中，就是抢占市场的好机会。这次中科院在光计算方面的重大突破，就有利于加速我国光芯片的国产替代。光芯片的增长逻辑是什么？我们认为光芯片增长逻辑是下游算力需求增长驱动光芯片放量，以及光芯片将迎来产品升级和技术迭代。根据LightCounting数据测算，全球光芯片市场规模将从2022年的27亿美元增长至2027年的56亿美元，CAGR为16%。
随着人工智能技术在世界范围内的兴起，基于 ChatGPT的大模型使 AIGC受到了广泛的关注。而在AIGC商业化应用加速落地的背景下，算力基础设施的海量增长和升级换代将成为必然趋势。AIGC等技术应用的背后是庞大的算力支撑，光纤接入、数据通讯等数据流量的高速增长将直接拉动光模块增量，光芯片作为光模块中最核心的器件将深度受益；AIGC的算力要求催生高速率、大带宽的网络需求，光模块向更高速率演进，将有力推动光芯片的技术升级和更新换代；AIGC等技术的应用需要巨大的算力做后盾，光纤接入和数据通信等数据传输的快速发展将会直接推动光模块的发展，而光模块的核心元件——光芯片将会深深受益；AIGC的算力要求催生高速率、大带宽的网络需求。同时，光模块的高速发展，也将会对光学芯片的技术升级与更新起到推动作用。数据中心的网络架构升级导致内部光连接增加，传统三层架构的数据中心正向叶脊架构过渡，意味着光模块需要更快的传输速率和更高的覆盖率，中高端光芯片有望快速放量。此外，激光雷达等应用的快速落地也将推动光芯片的增长。因此，光芯片也逐步被资本市场所关注到。
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