AI芯片+AI服務(wù)器，受益于A(yíng)IGC+類(lèi)GPT等應用的鯰魚(yú)效應，帶來(lái)約百倍算力需求。原有英偉達等供給有限（根據IDC咨詢(xún)，預測2025年AI服務(wù)器市場(chǎng)空間僅僅318億美元，預計21-25年CAGR僅僅19.5%），因此國產(chǎn)AI芯片在邏輯上有爆發(fā)彈性，此外AI服務(wù)器也有成長(cháng)空間。
人工智能芯片主要分為“訓練（Training）”芯片和“推理（Inference）”芯片。從技術(shù)架構來(lái)看，AI芯片主要分為圖形處理器（GPU）、現場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）、專(zhuān)用集成電路（ASIC）、中央處理器（CPU）四大類(lèi)。其中，GPU是較為成熟的通用型人工智能芯片，FPGA和ASIC則是針對人工智能需求特征的半定制和全定制芯片，GPU、FPGA、ASIC作為加速芯片協(xié)助CPU進(jìn)行大規模計算。
三類(lèi)芯片用于深度學(xué)習時(shí)各有優(yōu)缺點(diǎn)：
（1）通用性：GPU>FPGA>ASIC，通用性越低，代表其適合支持的算法類(lèi)型越少。
（2）性能功耗比：GPU<FPGA<ASIC，性能功耗比越高越好，意味著(zhù)相同功耗下運算次數越多，訓練相同算法所需要的時(shí)間越短。
目前AI芯片主要被國際廠(chǎng)商壟斷，根據Counterpoint、IDC數據，Intel和AMD共計占2022年全球數據中心CPU市場(chǎng)收入的92.45%，Nvidia占2021年中國加速卡市場(chǎng)份額的80%以上。
在不同的應用場(chǎng)景之下，已經(jīng)形成了不同的AI芯片競爭格局。
1.云和數據中心AI芯片市場(chǎng)
在云和數據中心AI芯片市場(chǎng)，“訓練”和“推理”兩個(gè)環(huán)節都是英偉達GPU一家獨大，幾乎占據90%以上份額，包括AWS、微軟Azure、谷歌云、阿里云、華為云、騰訊云在內的大部分公有云廠(chǎng)商上線(xiàn)的AI加速計算公有云服務(wù)絕大部分都是基于英偉達Tesla系列GPU。
（1）云端訓練
云端訓練用的幾乎全部是英偉達GPU，公有云廠(chǎng)商中僅谷歌云一家除了提供以英偉達GPU為主的云計算加速服務(wù)之外，還推出了基于自研AI芯片TPU的深度學(xué)習訓練服務(wù)；
（2）云端推理
云端推理目前出現了基于GPU、FPGA、ASIC三種不同芯片云計算服務(wù)，但是市場(chǎng)份額仍然以英偉達GPU為主，其中AWS、阿里云、騰訊云、華為云等公有云廠(chǎng)商均推出了FPGA加速計算云服務(wù)，另外AWS推出了基于自研AI芯片Inferentia的ASIC加速計算服務(wù)，華為云推出了基于自研AI芯片昇騰310的ASIC加速計算服務(wù)。
2.設備端和邊緣計算“推理”市場(chǎng)
在設備端和邊緣計算“推理”市場(chǎng)，各類(lèi)型芯片各自為陣，尚無(wú)絕對優(yōu)勢地位的芯片廠(chǎng)商出現——手機市場(chǎng)以高通、華為、蘋(píng)果原主控芯片廠(chǎng)商為主，自動(dòng)駕駛、安防IPC領(lǐng)域英偉達暫時(shí)領(lǐng)先。
（1）國產(chǎn)CPU加速追趕
全球服務(wù)器CPU市場(chǎng)目前被Intel和AMD所壟斷，國產(chǎn)CPU在性能方面與國際領(lǐng)先水平仍有差距。根據Counterpoint數據，在2022年全球數據中心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(chǎng)商僅占據9.39%的市場(chǎng)份額，整體上處于壟斷局面；目前國內CPU廠(chǎng)商主有海光信息、海思、飛騰、龍芯中科、申威等。通過(guò)產(chǎn)品對比發(fā)現，目前國產(chǎn)服務(wù)器CPU性能已接近Intel中端產(chǎn)品水平。
值得一提的是，龍芯CPU從指令集、IP核、芯片模塊等完全自主設計，目前基于LoongArch(龍架構)的第四范式Sage AIOS平臺已完成與龍芯3C5000系列芯片的深度適配。通過(guò)軟硬件協(xié)同調優(yōu)，邏輯回歸、決策樹(shù)模型、深度稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等機器學(xué)習算法在龍芯3C5000系列上的性能，接近某國外主流CPU的水平。
龍芯中科CPU方案推薦
龍芯中科設計推出軌道交通專(zhuān)用無(wú)風(fēng)扇ECU，整機采用龍芯3號CPU，板貼4G DDR4內存顆粒，最大支持8G。支持3*VGA+1*LVDS顯示接口，最大支持4路獨立顯示。支持14個(gè)COM，6個(gè)USB，2個(gè)RJ45千兆網(wǎng)口，24路DIO。支持DC 9-36V寬壓輸入。該設備可廣泛應用于軌道交通、輕軌和高鐵行業(yè)各種自助售檢票系統、屏蔽門(mén)等場(chǎng)景。
龍芯3號工控機
全球GPU芯片市場(chǎng)主要由海外廠(chǎng)商占據壟斷地位，國產(chǎn)廠(chǎng)商加速布局。全球GPU市場(chǎng)被英偉達、英特爾和AMD三強壟斷，英偉達憑借其自身CUDA生態(tài)在A(yíng)I及高性能計算占據絕對主導地位；國內市場(chǎng)中，景嘉微在圖形渲染GPU領(lǐng)域持續深耕，另外天數智芯、壁仞科技、登臨科技等一批主打AI及高性能計算的GPGPU初創(chuàng )企業(yè)正加速涌入。
（3）FPGA/ASIC國產(chǎn)替代正當時(shí)
FPGA全球市場(chǎng)呈現“兩大兩小”格局，Altera與Xilinx市占率共計超80%，Lattice和Microsemi市占率共計超10%；整體來(lái)看，安路科技、紫光同創(chuàng )等廠(chǎng)商處于國際中端水平，仍需進(jìn)一步突破。工藝制程方面，當前國產(chǎn)廠(chǎng)商先進(jìn)制程集中在28nm，落后于國際16nm水平；在等效LUT數量上，國產(chǎn)廠(chǎng)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(chǎng)商，國產(chǎn)廠(chǎng)商快速發(fā)展；通過(guò)產(chǎn)品對比發(fā)現，目前國產(chǎn)廠(chǎng)商集中采用7nm工藝制程，與國外ASIC廠(chǎng)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，遂原科技和寒武紀的產(chǎn)品在整體性能上也與Googel比肩。未來(lái)國產(chǎn)廠(chǎng)商有望在A(yíng)SIC領(lǐng)域繼續保持技術(shù)優(yōu)勢，突破國外廠(chǎng)商在A(yíng)I芯片的壟斷格局。
END
