算力即國力，ASIC 芯片：國產(chǎn)算力芯片“彎道超車”的機(jī)會(huì)

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2025-02-19 13:38:10 742

摘要：

近日，博通發(fā)布財(cái)報(bào)業(yè)績，2024財(cái)年公司AI收入增長220%，達(dá)到122億美元。受此消息提振，周五博通股價(jià)大漲24.4%，成為繼英偉達(dá)、臺(tái)積電之后，全球第三家市值過萬億美元的半導(dǎo)體公司。

隨著人工智能對(duì)算力提出更高的要求，傳統(tǒng)的CPU架構(gòu)難以滿足，因此具有海量數(shù)據(jù)并行計(jì)算能力、能加速計(jì)算處理的AI算力芯片應(yīng)運(yùn)而生，根據(jù)技術(shù)架構(gòu)，AI芯片主要分為三類：GPU、ASIC、FPGA。

GPU和FPGA是比較成熟的通用性芯片。ASIC與GPU芯片相比，ASIC的單位算力成本更低，滿足一定的降本需求。因其成本較低，功耗也更低，展現(xiàn)出了更高的性價(jià)比。

一、什么是ASIC芯片？

ASIC，英文全稱：Application-Specific Integrated Circuits, 即專用集成電路。是一種專用型芯片，針對(duì)特定用戶要求和場景應(yīng)用而設(shè)計(jì)，在特定任務(wù)上的計(jì)算能力強(qiáng)大，通常具有較高的能效比。

與FPGA相比，ASIC靈活性差、專用度高、但體積小、功耗低、計(jì)算性能更好。ASIC全球頭部廠商為谷歌、博通、Marvell。

ASIC芯片可分為TPU、DPU、NPU：

（1）TPU即張量處理器，專用于機(jī)器學(xué)習(xí)。

（2）DPU為數(shù)據(jù)中心等計(jì)算場景提供計(jì)算引警.

（3）NPU即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，在電路層模擬人類神經(jīng)元和突觸，并用深度學(xué)習(xí)指令集處理數(shù)據(jù)。

AISC屬于定制款芯片，因此性能更強(qiáng)、能耗更低，但研發(fā)門檻高、設(shè)計(jì)周期長，所以價(jià)格更貴，但大規(guī)模量產(chǎn)后成本顯著降低。

二、市場規(guī)模:

AI ASIC具備功耗、成本優(yōu)勢(shì)，目前仍處于發(fā)展初期，市場規(guī)模有望高速增長。目前ASIC在AI加速計(jì)算芯片市場占有率較低，預(yù)計(jì)增速快于通用加速芯片。據(jù)Marvell預(yù)測，2023年，定制芯片僅占數(shù)據(jù)中心加速計(jì)算芯片的16%，其規(guī)模約66億美元，預(yù)計(jì)2028年數(shù)據(jù)中心定制加速計(jì)算芯片規(guī)模有望超400億美元。

ASIC單卡算力與GPU仍有差距，但單卡性價(jià)比和集群算力效率優(yōu)秀。ASIC中算力相對(duì)較高的谷歌TPU v6和微軟Maia 100算力約為H100非稀疏算力的90%、80%，同時(shí)ASIC的單價(jià)顯著低于GPU，故而在推理場景呈現(xiàn)更高的性價(jià)比；ASIC的芯片互聯(lián)以PCIe協(xié)議為主，處于追趕狀態(tài)，NVLink協(xié)議更具優(yōu)勢(shì)；在服務(wù)器互聯(lián)方面，ASIC主要采用以太網(wǎng)，正追平英偉達(dá)的IB網(wǎng)絡(luò)，目前H100集群可以做到10萬卡規(guī)模，ASIC中谷歌TPU相對(duì)更為*，TPU v5p單個(gè)Pod可達(dá)8960顆芯片，借助軟件能力，TPUv5e可拓展至5萬卡集群，且保持線性加速。由于ASIC專為特定場景設(shè)計(jì)，且云廠商對(duì)軟件生態(tài)掌握程度也較高，ASIC集群的算力利用率實(shí)際可能高于GPU（如TPU、MTIA等）。

軟件生態(tài)也是影響AI計(jì)算能力的重要因素，當(dāng)前CUDA生態(tài)占據(jù)主導(dǎo)，ASIC軟件生態(tài)有望逐步完善。云廠商普遍具備較強(qiáng)的研發(fā)能力，均為AI ASIC研發(fā)了配套的全棧軟件生態(tài)，開發(fā)了一系列的編譯器、底層中間件等，提升ASIC在特定場景下的計(jì)算效率。此外，一些商用芯片廠商也推出了開源平臺(tái)，如ROCm和oneAPI，未來ASIC的軟件生態(tài)將會(huì)愈發(fā)成熟、開放。

三、投資建議：

ASIC針對(duì)特定場景設(shè)計(jì)，有配套的通信互聯(lián)和軟件生態(tài)，雖然目前單顆ASIC算力相比最先進(jìn)的GPU仍有差距，但整個(gè)ASIC集群的算力利用效率可能會(huì)優(yōu)于可比的GPU，同時(shí)還具備明顯的價(jià)格、功耗優(yōu)勢(shì)，有望更廣泛地應(yīng)用于AI推理與訓(xùn)練。我們看好ASIC的大規(guī)模應(yīng)用帶來云廠商ROI提升，同時(shí)也建議關(guān)注定制芯片產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)標(biāo)的。

四、風(fēng)險(xiǎn)提示：AI算法技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)不及預(yù)期、芯片研發(fā)不及預(yù)期、AI產(chǎn)業(yè)發(fā)展不及預(yù)期

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