文：王世权 编辑：田果
2023年9月7日，由国务院台办经济局、广东省政府台办、广东省商务厅、东莞市政府、全国台企联主办，两岸企业家峰会、广东省大湾区办支持，东莞市台港澳局、市发改局、市商务局、市工商联、东莞市台商投资企业协会承办的“第十四届东莞台湾名品博览会”在广东现代国际会展中心成功举办，中共广东省委书记黄坤明宣布活动启动，并在活动开幕前与中共中央台办、国务院台办主任宋涛等领导会见了台湾方面以两岸企业家峰会大陆方面理事长郭金龙为代表的主要嘉宾，双方充分肯定了东莞台湾名品博览会在两地产业科技交流合作、合力共建稳定的产业链供应链中的挥桥梁纽带作用，是广大台商台企拓展内销市场的重要平台和两岸企业交流合作的重要载体。
本次台博会为期5天，设置制造业高质量发展主题馆、人工智能与半导体馆、青年创新创业馆、两岸农业科技馆等特色展馆，共有2100多个展位，台湾地区22个县市均组团参展，参会的两岸相关工商团体负责人、台胞台商、专家学者总计约4500人。
亚太芯谷科技研究院院长、北京水木梧桐创业投资管理有限公司资深管理合伙人、深圳市芯榜信息科技有限公司执行董事、深圳市天微电子股份有限公司执行董事冯明宪博士受邀参加博览会的“AI 赋能·粤港澳大湾区产业高质量发展论坛”，作为开场嘉宾作了“人工智能(AI)半导体的现状与未来”主题报告。报告详尽分析了AI半导体对全球半导体产业发展的重要影响、产业生态的构建及衍生的投资机遇，并依据区域产业发展现况提出了粤港澳台AI半导体融合发展策略倡议，下面与大家分享冯明宪博士的部分报告内容：
五蕴出自《般若波罗蜜多心经》，指的是色蕴、受蕴、想蕴、行蕴、识蕴，其中“蕴”是“坎蕴”（巴利语：khandha）的简称，意义是积聚或者和合。在五蕴中，除了第一个色蕴是属物质性的事物现象之外，其余四蕴都属五蕴里的精神现象。
佛祖通过修行，以五蕴观照、审察世间万物万事，以佛法修行洞彻其空相本质。此过程正如以CPU、GPU为代表的AI半导体硬件结合软件系统将外部存在性事物转变成不可见的数据信息进行处理。
资料来源：亚太芯谷科技研究院
AI半导体对数据信息的处理能力，即算力，也同样与佛教经典典籍中的论述有相应的对照。在《金刚经·无为福胜分第十一》写到“以七宝满尔所恒河沙数三千大世界，以用布施”，三千年前即提出了“恒河沙”的数量单位，1052~1056。目前一块半导体异构芯片的晶体管数量最高达到2000亿颗，1011量级，相对应的算力级别为1 EFLOPS（FLOPS是指的是每秒浮点运算次数，全称是：floating-point operations per second ，而E 代表的是一百京，1EFLOPS即为每秒一百京次浮点运算），算力量级为1018。
对照恒河沙的量级单位，在可见未来，半导体异构芯片（Chiplet）仍将有巨大的发展空间，相信万亿颗晶体管时代即将到来。
资料来源：亚太芯谷科技研究院
二、算力是数据文明发展阶段的主要经济驱动力
根据美国之音报道，美国商务部长雷蒙多9月3日在美国有线电视新闻网（CNN）的访问中说：“美国在半导体设计方面已经处在世界领先地位，从人工智能（AI）芯片的发展就可以看到这点，美国在软件方面领先世界，并有望在2030年前“建立一个庞大、深入、世界上最好的半导体生态系统”。雷蒙多还说到美国将继续向中国出售“数十亿美元”芯片，但永远不会向中国出售其“最强大”“最尖端”的人工智能芯片。
美国不愿意把高端人工智能AI芯片卖给中国，是源于人类已经进入数据文明发展阶段，在这个阶段算力是最主要的经济发展驱动力。
资料来源：亚太芯谷科技研究院
第一根电子管的出现改变了传统的计算方式，之后晶体管、集成电路的问世更是大幅提高了计算机的计算速度，从上世纪每秒几万次提升到现在的几十亿、几百亿、几千亿次甚至更高的计算量级。与此同时，多元化的场景应用和不断迭代的新计算技术，推动计算和算力不再局限于数据中心，开始扩展到云、网、边、端全场景，计算开始超脱工具属性和物理属性，演进为一种泛在能力，实现新蜕变。小到智能电脑、智能手机、平板等电子产品，大到天气预报、便捷出行、医疗保障、清洁能源等民用领域拓展应用，都离不开计算的赋能支撑。计算已经实现从“旧”到“新”的彻底蜕变，成为人类能力的延伸，赋能数字经济各行各业的数字化转型升级，算力已经成为标志一个国家或地区综合竞争力与发展潜力最重要的核心因素。
计算力指数与GDP回归分析趋势
资料来源：IDC 2021
根据IDC 2021数据分析，算力规模与经济发展水平呈现出显著的正相关关系，算力规模越大，经济发展水平越高，计算力指数平均每提高1个百分点，数字经济和GDP将分别增长3.5‰和1.8‰，如上图所示，如果我们再扩展一下，随着计算力指数扩展到1000甚至10000，可以看到计算力指数其实和GDP是指数级关系的。
因此，在当前的数据文明阶段，美国正尽一切手段遏制中国算力水平的发展，以此打断中国的快速追赶节奏。AI半导体是实现算力提升的核心硬件基础，是中美科技战的最关键竞争较量领域，美国如果能垄断高端AI芯片，将进一步巩固其在数据文明时代的领先地位，人均GDP将很快到达10万美元。而原本紧追在后的中国将会被逐渐拉开距离，要跨过中等收入陷阱也就越加困难。
自2022年12月ChatGPT横空出世并席卷全球，英伟达就被推到了风口浪尖，作为全球人工智能大模型进行训练、推理学习的最主要核心硬件供应商，其高端GPU产品A100与H100已经成为全球市场最火的芯片，被爆买至缺货，市场价格高涨的同时，在资本市场上也是一路狂飙，截至2023年9月2日，其股票市值达到了1.2万亿美元。
AI半导体从广义上讲是只要能够运行人工智能算法的半导体都被可以包含在内，但是通常意义上的 AI 半导体指的是针对人工智能算法做了特殊加速设计的芯片，现阶段，这些人工智能算法一般以深度学习算法为主，也可以包括其它机器学习算法。
当前，广义通用型的AI半导体主要包括CPU、GPU、FPGA、ASIC等，其中GPU通用性强、速度快、效率高，特别适合用在深度学习训练方面，是AI半导体中的中流砥柱。
根据国际数据公司（IDC）的数据，预计到2025年之前 GPU 将持续占据AI芯片80%以上的市场份额。而在全球GPU市场中，基本被Nvidia、Intel和AMD三家垄断。独显市场中，Nvidia与AMD双雄垄断市场，其2022年Q2市占率分别约为80%和20%，可以看到近年来Nvidia不断巩固自己的优势，其独立显卡市占率整体呈现上升趋势，其中，性能最强的AI训练H100 GPU更是成为抢手货，市价达到25000至30000美元，而其成本仅为3320美元。
独显GPU市场份额变化情况
下面我们对英伟达产品成本分解，并以此分析其产业生态。H100 的物料成本（Bill of Materials, BOM）有三大主要构成：核心逻辑芯片、HBM存储芯片、CoWoS封装，合计成本约$2500左右，其中台积电占1000美金（逻辑芯片+CoWoS），SK海力士占1500美金（未来三星会染指），再算上PCB等其他材料，整体物料成本不超过3000美金，目前售价约35000美金，约10倍利润，仍然供不应求。目前瓶颈主要卡在CoWoS封装上，从下单到收货至少要等3～6个月。
英伟达H100 GPU
核心逻辑芯片：面积为814mm2的Die（裸晶），由台积电台南18号工厂生产，工艺节点用的是“4N”，其实并非真正的4nm，叫做5nm+或许更合适。台积电一片4N工艺的12寸晶圆价格为13400美元，面积大概70695 mm2，理论上能切80多块，考虑到良率和损耗，至少也能切65块，预计单块价格在200美元左右。
HBM3存储芯片：一共6颗，围绕着GPU，左右各3块，采购自韩国厂商SK海力士。每个HBM芯片容量16GB，每GB大概15美元，6颗芯片加起来大概要1500美金左右。
CoWoS封装：2.5D的封装工艺，是台积电的独家技术。根据台积电财报，CoWoS工艺目前占总营收7%，客户只有英伟达和AMD，海外分析师Robert Castellano据此做了一个测算，大概封装一块H100需要723美金。
通过上述分解，结合半导体制造工艺，我们可以初步构建一幅相对完整的AI半导体产业生态，如下图所示：
AI半导体产业生态
资料来源：亚太芯谷科技研究院
AI半导体产业生态可以分为六个环节，包括制造、Chip、CoWoS/WoW先进封装、异构芯片模组（Chiplet）、AI半导体异构产品以及数据终端。其中，制造与Chip部分是传统的半导体产业链环节，CoWoS/WoW先进封装技术及异构芯片模组（Chiplet）是后摩尔时代继续推升半导体产品性能的新主流工艺技术，目前仍然处于初步发展阶段。
根据AI半导体产业生态图解，我们对其各环节的市场情况进行了初估（由于时间急迫资源有限，仅做概念性估算），如下图所示：
GPU产业链规模预估
资料来源：亚太芯谷科技研究院
初步分析显示，台积电基本垄断了先进工艺制程制造以及先进封测环节，在逻辑芯片产品设计、异构芯片模组（Chiplet）以及AI产品部分为英伟达垄断，SK海力士与鸿海集团则分别在存储芯片与代工环节占据市场领先地位。
（未完待续）
本文链接：http://www.28at.com/showinfo-27-9661-0.html冯明宪博士受邀参加“第十四届东莞台湾名品博览会- AI 赋能·粤港澳大湾区产业高质量发展论坛”（上）
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