AI芯片,未来大方向
作者：双月财论一、人工智能芯片基础知识
人工智能芯片也被称为AI加速器或计算卡，即专门用于处理人工智能应用中的大量计算任务的模块。
1、AI芯片发展史
第一阶段(1956-1990年)，AI算力最初起步在二十世纪五十年代，不过因为芯片算力不足，导致多项研究缓慢发展，神经网络没有受到足够重视。
第二阶段(1990-2010年)，随着互联网发展，推动人工智能不断创新并投入实际应用阶段，通用芯片CPU的算力大幅提升，AI芯片进入稳步发展阶段，但是仍然无法满足神经网络的需求。
第三阶段(2010-至今)，随着物联网、云计算等深度学习和大数据兴起带动了人工智能的大爆发，GPU和新架构的AI芯片推进人工智能落地，AI芯片进入蓬勃发展期。
2、AI芯片产业链剖析
人工智能芯片产业链主要分为上游的材料与设备，中游的产品制造，下游的应用市场。
以上材料来自前瞻产业研究院
3、AI芯片的分类：
AI芯片根据其技术架构可以分为GPU(图形处理器)、FPGA(现场可编程门阵列)、ASIC(专用集成电路)、类脑芯片;其中GPU是较为成熟的通用型人工智能芯片，FPGA和ASIC则是针对人工智能需求特征的半定制和全定制芯片。类脑芯片是模拟人脑神经元结构的芯片，仍在起步阶段。
AI芯片按照其在网络中的位置可以分为云端AI芯片、边缘AI芯片、终端AI芯片；根据其在实践中的目标可以分为训练芯片和推理芯片。其中AI芯片在云端同时承担人工智能“训练”和“推断”过程，在终端主要承担“推断”过程。
4、AI芯片产业谱
工艺过程
AI芯片名称
代表性企业
芯片设计
GPU
Intel、英伟达、AMD
ASIC
寒武纪、华为、谷歌、地平线、联发科（台湾）、云天励飞
FPGA
Intel、亚马逊、百度、微软、赛灵思
存算一体芯片
Intel、IBM、知存科技、时识科技
芯片制造
Intel、三星、台积电、中芯国际、格罗方德
芯片封测
Intel、长电科技、日月光集团、安靠科技、矽品精密
二、行业发展现状
1、国内外发展现状对比：
(1)国外：技术寡头、优势明显——发展进入成熟期
近年来GPU市场由英持尔、英伟达AMD三分天下，其中英特尔的市场占比份额在60%以上，其次是英伟达和AMD。英特尔的位领先主要得益于在家用机的集成GPU芯片市场的绝对主导地位，而在AI及高性能计算方面，则英伟达凭借其自身CUDA生态占据绝对主导地位。
从细分市场来看，在独显市场中，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。
英伟达是目前涉及面最广、市场份额最大人工智能领域的公司，其主要专注于GPU和无人驾驶领域
英特尔世界上最大的计算机芯片制造商，主要面向计算机视觉领域
(2)国内：百家齐鸣、各自为政--行业处于萌芽蓄力期
国内各个单位在人工智能处理器领域的发展和应用与国外相比依然存在很大的差距，国内人工智能处理器的发展呈现出百花齐放、百家争鸣的态势，这些单位的应用领域遍布股票交易、金融、商品推荐、安防、早教机器人以及无人驾驶等众多领域，催生了大量的人工智能芯片创业公司，如地平线、深鉴科技、中科寒武纪等。
在消费级独立PC市场上，我国国产GPU厂商市场份额普遍较小，国内主要代表性企业是芯动科技、摩尔线程。未来随着国内数据中心、智能驾驶及终端侧 GPU 市场需求的提升，国产GPU市场份额有望实现渗透。
在数据中心市场，国内在该领域布局者较多，产品性能逐渐向英伟达靠拢。主要代表性企业是壁仞科技，其推出的BR100P是国内算力最高的产品，采用了台积电7nm工艺，性能比英伟达的A100高出3倍以上。
在智能驾驶领域，代表性企业是地平线和华为，华为发布的昇腾 610、MDC810已经量产，MDC610平台，单组算力为200 TOPS，与英伟达ORIN产品差距较小。2023年上半年，中国市场乘用车自动驾驶计算方案市场份额中，英伟达以52.57%的份额位居第一，地平线占据30.71%的市场份额位居第二，华为海思占据4.05%的市场份额。
2、AI芯片市场规模情况
AI芯片主要应用于云计算、数据中心、边缘计算、消费电子、智能制造、智能驾驶、智能金融及智能教育等领域。近年来，我国AI芯片受到广泛关注，不断涌现出新的生产设计商，行业市场规模不断增长。数据显示，2021年，我国AI芯片达到427亿元，同比增长124%，预计2023年将增长至1206亿元。
以上材料来自中商产业研究院
3、AI市场投融资情况
2022年，我国AI芯片行业投资数量23起，投资金额达115.48亿元
4、AI芯片行业政策
目前，国内AI芯片高度依赖进口，不利于国家安全与行业发展。因此，近些年来，国家层面高度重视AI芯片产业发展，相继出台了一系列相关政策，支持、鼓励行业的发展，为人工智能芯片业建立了优良的政策环境
中国AI芯片政策材料来自智研咨询
5、国内市场现状简析
在2023年AI芯片领域中，市场排名前五位的企业，分别是华为海思、寒武纪、百度、中科院计算机所、深鉴科技。其中，华为海思的市场份额为24.8%，寒武纪市场份额为14.3%，百度、中科院计算机所、深鉴科技，市场份额分别为13.5%、12.8%、10.6%。
三、AI芯片市场未来发展情况
1、AI芯片市场未来规模
数据显示，2021年全球AI芯片市场规模为255亿美元。预计2023年将达到490亿美元，2025年人工智能芯片市场规模将达到726亿美元。
2、中国人工智能芯片市场需求广阔
随着第三代半导体技术的逐步发展，算力水平和终端应用逐渐落地;当前，我国人工智能芯片的发展尚处在生命周期的萌芽期，技术研发和终端应用的落地还有广阔的发展空间。未来，在政策、市场、技术等合力的作用下，中国人工智能芯片行业将持续稳步增长，预计2024年市场规模有望突破1000亿元;到2027年，中国人工智能芯片市场规模达到2881.9亿元。
3、中国行业发展前景
(1)“十四五”建设打造数字经济，聚焦人工智能芯片领域
人工智能芯片产业是信息产业的核心，是引领新一轮科技革命和产业变革的关键力量。随着云计算、大数据、物联网、自动驾驶等领域的飞速发展，更复杂的场景处理要求更高的算力基础，对人工智能芯片的数量以及性能需求加大，芯片成为硬件中最核心的部分，是产业互联网最核心的基础设施。
此外，国家“十四五”规划明确提出打造数字经济新优势，加强关键数字技术创新应用。未来五年，中国将在研发领域持续投入充足的经费，力争在人工智能芯片、量子计算等先进技术领域走在国际前列。
(2)AI芯片发展将受益国内需求和国产化进程
芯片是信息化时代、数字化时代的基石。中国作为全球最大的半导体消费市场，芯片自给率不足，严重依赖进口。为发展国产芯片，实现进口替代，近年来政府出台了一系列政策支持国产芯片行业发展。2020年8月，国务院发布的《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》提出将从财税、投融资、研究开发、进出口、人才、知识产权、市场应用、国际合作等8个方面对集成电路和软件产业进行扶持，以加快集成电路和软件产业发展。AI芯片的发展将受益于芯片国产化的政策支持和庞大的国内市场需求。
(3)AI芯片研发将从技术导向转向场景导向
目前AI芯片设计更多的是从技术需求的角度出发，如芯片架构的选择、芯片性能指标提升等。随着AI芯片领域的竞争越来越激烈，各芯片企业除了在技术层面有所突破，还需加大应用场景的布局，以抢占更多的发展机遇。为了适应碎片化的应用市场，未来的芯片设计需要以客户终端需求为导向，从需求量、商业落地模式、市场壁垒等各个方面综合分析落地的可行性，借助场景落地实现AI芯片的规模发展。
(4)AI芯片发展从侧重云端向端云一体化发展
云端芯片聚焦非实时、长周期数据的大数据分析，能够支持大量运算共同运行，目前云端AI芯片应用已经相对成熟。随着智能音箱、自动驾驶、无人机、安防监控等应用的丰富，云端的部分推理乃至训练算力将迁移至边缘和终端侧，支撑本地业务的实时智能化处理与执行。边缘和终端侧对AI芯片的需求更为多样、更强调低功耗低成本、技术要求相对较低。得益于人工智能等多种因素的推动，边缘计算将逐渐在公共安防、智能家居、智能交通等诸多领域应用。随着边缘计算兴起，端云一体化的算力布局方案渐成主流，不仅可以实现对算法结构的优化，还从本质上赋能各边缘和终端应用，提供更好更完整的解决方案。
(5)预测“文心一言”等LLM模型的推出将给国内GPU市场带来28.51亿美元的增量。
据百度官方数据，“文心一言”基于文心大模型，参数规模为100亿，目前已经向公众开放，并将与搜索引擎业务整合。假设“文心一言”将整合到百度搜索引擎中，单日运营算力需求为125.08PFlop/sday。根据经验假设日常算力利用率为30%，则短期LLM模型将给国内GPU市场带来28.51亿美元的增量。长期LLM模型有望与搜索引擎结合，为GPU带来447.51亿美元的增量空间。假设其他数据与测算方式不变，则ChatGPT与搜索引擎结合能够给GPU市场带来447.51亿美元的增量空间。
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