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文：王世權 編輯：田果
2023年9月7日，由國務院臺辦經濟局、廣東省政府臺辦、廣東省商務廳、東莞市政府、全國臺企聯主辦，兩岸企業家峰會、廣東省大灣區辦支持，東莞市臺港澳局、市發改局、市商務局、市工商聯、東莞市臺商投資企業協會承辦的“第十四屆東莞臺灣名品博覽會”在廣東現代國際會展中心成功舉辦，中共廣東省委書記黃坤明宣布活動啟動，并在活動開幕前與中共中央臺辦、國務院臺辦主任宋濤等領導會見了臺灣方面以兩岸企業家峰會大陸方面理事長郭金龍為代表的主要嘉賓，雙方充分肯定了東莞臺灣名品博覽會在兩地產業科技交流合作、合力共建穩定的產業鏈供應鏈中的揮橋梁紐帶作用，是廣大臺商臺企拓展內銷市場的重要平臺和兩岸企業交流合作的重要載體。
本次臺博會為期5天，設置制造業高質量發展主題館、人工智能與半導體館、青年創新創業館、兩岸農業科技館等特色展館，共有2100多個展位，臺灣地區22個縣市均組團參展，參會的兩岸相關工商團體負責人、臺胞臺商、專家學者總計約4500人。
亞太芯谷科技研究院院長、北京水木梧桐創業投資管理有限公司資深管理合伙人、深圳市芯榜信息科技有限公司執行董事、深圳市天微電子股份有限公司執行董事馮明憲博士受邀參加博覽會的“AI 賦能·粵港澳大灣區產業高質量發展論壇”，作為開場嘉賓作了“人工智能(AI)半導體的現狀與未來”主題報告。報告詳盡分析了AI半導體對全球半導體產業發展的重要影響、產業生態的構建及衍生的投資機遇，并依據區域產業發展現況提出了粵港澳臺AI半導體融合發展策略倡議，下面與大家分享馮明憲博士的部分報告內容：
五蘊出自《般若波羅蜜多心經》，指的是色蘊、受蘊、想蘊、行蘊、識蘊，其中“蘊”是“坎蘊”（巴利語：khandha）的簡稱，意義是積聚或者和合。在五蘊中，除了第一個色蘊是屬物質性的事物現象之外，其余四蘊都屬五蘊里的精神現象。
佛祖通過修行，以五蘊觀照、審察世間萬物萬事，以佛法修行洞徹其空相本質。此過程正如以CPU、GPU為代表的AI半導體硬件結合軟件系統將外部存在性事物轉變成不可見的數據信息進行處理。
資料來源：亞太芯谷科技研究院
AI半導體對數據信息的處理能力，即算力，也同樣與佛教經典典籍中的論述有相應的對照。在《金剛經·無為福勝分第十一》寫到“以七寶滿爾所恒河沙數三千大世界，以用布施”，三千年前即提出了“恒河沙”的數量單位，1052~1056。目前一塊半導體異構芯片的晶體管數量最高達到2000億顆，1011量級，相對應的算力級別為1 EFLOPS（FLOPS是指的是每秒浮點運算次數，全稱是：floating-point operations per second ，而E 代表的是一百京，1EFLOPS即為每秒一百京次浮點運算），算力量級為1018。
對照恒河沙的量級單位，在可見未來，半導體異構芯片（Chiplet）仍將有巨大的發展空間，相信萬億顆晶體管時代即將到來。
資料來源：亞太芯谷科技研究院
二、算力是數據文明發展階段的主要經濟驅動力
根據美國之音報道，美國商務部長雷蒙多9月3日在美國有線電視新聞網（CNN）的訪問中說：“美國在半導體設計方面已經處在世界領先地位，從人工智能（AI）芯片的發展就可以看到這點，美國在軟件方面領先世界，并有望在2030年前“建立一個龐大、深入、世界上最好的半導體生態系統”。雷蒙多還說到美國將繼續向中國出售“數十億美元”芯片，但永遠不會向中國出售其“最強大”“最尖端”的人工智能芯片。
美國不愿意把高端人工智能AI芯片賣給中國，是源于人類已經進入數據文明發展階段，在這個階段算力是最主要的經濟發展驅動力。
資料來源：亞太芯谷科技研究院
第一根電子管的出現改變了傳統的計算方式，之后晶體管、集成電路的問世更是大幅提高了計算機的計算速度，從上世紀每秒幾萬次提升到現在的幾十億、幾百億、幾千億次甚至更高的計算量級。與此同時，多元化的場景應用和不斷迭代的新計算技術，推動計算和算力不再局限于數據中心，開始擴展到云、網、邊、端全場景，計算開始超脫工具屬性和物理屬性，演進為一種泛在能力，實現新蛻變。小到智能電腦、智能手機、平板等電子產品，大到天氣預報、便捷出行、醫療保障、清潔能源等民用領域拓展應用，都離不開計算的賦能支撐。計算已經實現從“舊”到“新”的徹底蛻變，成為人類能力的延伸，賦能數字經濟各行各業的數字化轉型升級，算力已經成為標志一個國家或地區綜合競爭力與發展潛力最重要的核心因素。
計算力指數與GDP回歸分析趨勢
資料來源：IDC 2021
根據IDC 2021數據分析，算力規模與經濟發展水平呈現出顯著的正相關關系，算力規模越大，經濟發展水平越高，計算力指數平均每提高1個百分點，數字經濟和GDP將分別增長3.5‰和1.8‰，如上圖所示，如果我們再擴展一下，隨著計算力指數擴展到1000甚至10000，可以看到計算力指數其實和GDP是指數級關系的。
因此，在當前的數據文明階段，美國正盡一切手段遏制中國算力水平的發展，以此打斷中國的快速追趕節奏。AI半導體是實現算力提升的核心硬件基礎，是中美科技戰的最關鍵競爭較量領域，美國如果能壟斷高端AI芯片，將進一步鞏固其在數據文明時代的領先地位，人均GDP將很快到達10萬美元。而原本緊追在后的中國將會被逐漸拉開距離，要跨過中等收入陷阱也就越加困難。
自2022年12月ChatGPT橫空出世并席卷全球，英偉達就被推到了風口浪尖，作為全球人工智能大模型進行訓練、推理學習的最主要核心硬件供應商，其高端GPU產品A100與H100已經成為全球市場最火的芯片，被爆買至缺貨，市場價格高漲的同時，在資本市場上也是一路狂飆，截至2023年9月2日，其股票市值達到了1.2萬億美元。
AI半導體從廣義上講是只要能夠運行人工智能算法的半導體都被可以包含在內，但是通常意義上的 AI 半導體指的是針對人工智能算法做了特殊加速設計的芯片，現階段，這些人工智能算法一般以深度學習算法為主，也可以包括其它機器學習算法。
當前，廣義通用型的AI半導體主要包括CPU、GPU、FPGA、ASIC等，其中GPU通用性強、速度快、效率高，特別適合用在深度學習訓練方面，是AI半導體中的中流砥柱。
根據國際數據公司（IDC）的數據，預計到2025年之前 GPU 將持續占據AI芯片80%以上的市場份額。而在全球GPU市場中，基本被Nvidia、Intel和AMD三家壟斷。獨顯市場中，Nvidia與AMD雙雄壟斷市場，其2022年Q2市占率分別約為80%和20%，可以看到近年來Nvidia不斷鞏固自己的優勢，其獨立顯卡市占率整體呈現上升趨勢，其中，性能最強的AI訓練H100 GPU更是成為搶手貨，市價達到25000至30000美元，而其成本僅為3320美元。
獨顯GPU市場份額變化情況
下面我們對英偉達產品成本分解，并以此分析其產業生態。H100 的物料成本（Bill of Materials, BOM）有三大主要構成：核心邏輯芯片、HBM存儲芯片、CoWoS封裝，合計成本約$2500左右，其中臺積電占1000美金（邏輯芯片+CoWoS），SK海力士占1500美金（未來三星會染指），再算上PCB等其他材料，整體物料成本不超過3000美金，目前售價約35000美金，約10倍利潤，仍然供不應求。目前瓶頸主要卡在CoWoS封裝上，從下單到收貨至少要等3～6個月。
英偉達H100 GPU
核心邏輯芯片：面積為814mm2的Die（裸晶），由臺積電臺南18號工廠生產，工藝節點用的是“4N”，其實并非真正的4nm，叫做5nm+或許更合適。臺積電一片4N工藝的12寸晶圓價格為13400美元，面積大概70695 mm2，理論上能切80多塊，考慮到良率和損耗，至少也能切65塊，預計單塊價格在200美元左右。
HBM3存儲芯片：一共6顆，圍繞著GPU，左右各3塊，采購自韓國廠商SK海力士。每個HBM芯片容量16GB，每GB大概15美元，6顆芯片加起來大概要1500美金左右。
CoWoS封裝：2.5D的封裝工藝，是臺積電的獨家技術。根據臺積電財報，CoWoS工藝目前占總營收7%，客戶只有英偉達和AMD，海外分析師Robert Castellano據此做了一個測算，大概封裝一塊H100需要723美金。
通過上述分解，結合半導體制造工藝，我們可以初步構建一幅相對完整的AI半導體產業生態，如下圖所示：
AI半導體產業生態
資料來源：亞太芯谷科技研究院
AI半導體產業生態可以分為六個環節，包括制造、Chip、CoWoS/WoW先進封裝、異構芯片模組（Chiplet）、AI半導體異構產品以及數據終端。其中，制造與Chip部分是傳統的半導體產業鏈環節，CoWoS/WoW先進封裝技術及異構芯片模組（Chiplet）是后摩爾時代繼續推升半導體產品性能的新主流工藝技術，目前仍然處于初步發展階段。
根據AI半導體產業生態圖解，我們對其各環節的市場情況進行了初估（由于時間急迫資源有限，僅做概念性估算），如下圖所示：
GPU產業鏈規模預估
資料來源：亞太芯谷科技研究院
初步分析顯示，臺積電基本壟斷了先進工藝制程制造以及先進封測環節，在邏輯芯片產品設計、異構芯片模組（Chiplet）以及AI產品部分為英偉達壟斷，SK海力士與鴻海集團則分別在存儲芯片與代工環節占據市場領先地位。
（未完待續）
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