2022年，智能手機(jī)創(chuàng)有史以來最大降幅，全年出貨量?jī)H2.86億臺(tái)，同比下降13.2%。同年，素有“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)風(fēng)向標(biāo)”的臺(tái)積電，其HPC（高性能計(jì)算）季度營收占比，年內(nèi)三次超過智能手機(jī)業(yè)務(wù)。
這背后固然有全球經(jīng)濟(jì)影響造成的智能手機(jī)需求疲軟，但一個(gè)根本性的原因還有：隨著智能手機(jī)市場(chǎng)走向成熟期，以及市場(chǎng)對(duì)算力的需求越來越高，高增長的芯片走向在發(fā)生變化，算力格局的歷史性轉(zhuǎn)折點(diǎn)可能已經(jīng)到來了。
臺(tái)積電：至少2025年
HPC是最強(qiáng)勁增長引擎
臺(tái)積電的業(yè)務(wù)類型按應(yīng)用可劃分為：智能手機(jī)、高性能計(jì)算（HPC）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、汽車、數(shù)字消費(fèi)電子（DCE）。其中，HPC和智能手機(jī)合計(jì)占比約80%，對(duì)業(yè)績(jī)影響最大。
歷史上，智能手機(jī)業(yè)務(wù)長期占據(jù)臺(tái)積電收入支柱地位，但在2022年，HPC收入已經(jīng)連續(xù)三個(gè)季度超過智能手機(jī)，一舉成為臺(tái)積電最重要的收入增長引擎。放眼全年，HPC的收入占比也已超過智能手機(jī)。臺(tái)積電HPC業(yè)務(wù)開發(fā)主管去年表示，預(yù)計(jì)至少到2025年，HPC都持續(xù)是最強(qiáng)勁的增長平臺(tái)。
臺(tái)積電定義的HPC業(yè)務(wù)主要包含高性能CPU、GPU、FPGA和定制 ASIC，這方面的大客戶有英偉達(dá)、AMD、蘋果。
尚在2021年時(shí)，AMD就已向臺(tái)積電預(yù)訂了未來兩年5納米及3納米的產(chǎn)能，2022年推出了5納米Zen 4架構(gòu)處理器，2023～2024年間將推出3納米Zen 5架構(gòu)處理器，屆時(shí)將成為臺(tái)積電5納米及3納米HPC最大客戶。
英偉達(dá)方面，數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)已成長為核心支柱，進(jìn)入2023財(cái)年，該業(yè)務(wù)帶來的營收超過游戲業(yè)務(wù)，在第三財(cái)季占英偉達(dá)總營收比例提高至64%。有報(bào)道稱，2022年，英偉達(dá)數(shù)據(jù)中心HPC芯片的出貨量同比增長最高有望達(dá)到250%。目前在新產(chǎn)品推進(jìn)中，英偉達(dá)的高性能計(jì)算GPU芯片H100就使用了臺(tái)積電的4納米工藝。
Counterpoint預(yù)測(cè)，AMD與英偉達(dá)新產(chǎn)品都集中以4納米／5納米生產(chǎn)，預(yù)計(jì)2023年下半年之后陸續(xù)推出采用臺(tái)積電3納米制程的CPU／GPU產(chǎn)品。由于需求穩(wěn)定高速增長，估計(jì)2023年臺(tái)積電5納米家族產(chǎn)能約半數(shù)由AMD與英偉達(dá)包辦，另一半由蘋果拿下。
不過，不光是這幾家，其他半導(dǎo)體頭部廠商也在HPC領(lǐng)域積極布局。去年下半年就有消息稱，聯(lián)發(fā)科將在2023年量產(chǎn)HPC芯片，由臺(tái)積電代工，采用先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)和CoWoS封裝技術(shù)，主要用于元宇宙和AIoT等領(lǐng)域。
摩根大通亞太科技、媒體和電信研究聯(lián)席主管戈庫爾·哈里哈蘭（Gokul Hariharan）表示：“我們預(yù)計(jì)，臺(tái)積電乃至整個(gè)芯片市場(chǎng)，在2023年上半年將出現(xiàn)大幅下跌。但同時(shí)我們也看到，在高性能計(jì)算的推動(dòng)下，未來幾年將出現(xiàn)強(qiáng)勁的長期增長?！薄 ?/p>
梯子再高也上不了月球
得需要火箭才行
HPC領(lǐng)域近期一個(gè)標(biāo)志性事件就是火爆出圈的ChatGPT，該產(chǎn)品就是基于大模型、大數(shù)據(jù)的不斷訓(xùn)練，其背后經(jīng)歷的除了常規(guī)的萬億級(jí)別語料數(shù)據(jù)投喂訓(xùn)練之外，還依托于非常強(qiáng)大的算力。
有數(shù)據(jù)披露顯示，ChatGPT的總算力消耗約為3640PF-days。業(yè)界也有消息稱，ChatGPT已導(dǎo)入了至少1萬顆英偉達(dá)高端GPU。花旗集團(tuán)則預(yù)估，ChatGPT 使用量的快速增長，將可能使英偉達(dá)在12個(gè)月內(nèi)銷售額達(dá)到30億至110億美元。
HPC對(duì)行業(yè)應(yīng)用的意義是什么？黃仁勛曾說過一句話：梯子再高也上不了月球，得需要火箭才行。他指出，自采用深度學(xué)習(xí)以來，行業(yè)高性能計(jì)算應(yīng)用明顯增加，尤其是在數(shù)字生物學(xué)、藥物研發(fā)、金融服務(wù)、制造和運(yùn)輸領(lǐng)域。行業(yè)領(lǐng)軍者們看到了即將到來的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，正躍躍欲試，期待著高性能計(jì)算超指數(shù)級(jí)的進(jìn)步。
他認(rèn)為，行業(yè)面臨的問題不再是計(jì)算機(jī)能夠做什么，而是誰能率先利用它來推動(dòng)行業(yè)的革新。而AI與加速計(jì)算、高性能計(jì)算相結(jié)合，形成了推動(dòng)超指數(shù)級(jí)進(jìn)步的數(shù)字飛輪，而這場(chǎng)行業(yè)高性能計(jì)算革命將席卷數(shù)據(jù)中心、公有云和混合云以及邊緣網(wǎng)絡(luò)。
事實(shí)上，大模型、大算力、大數(shù)據(jù)是相輔相成的，通過高質(zhì)量的人工標(biāo)注數(shù)據(jù)+強(qiáng)化學(xué)習(xí)為底層邏輯，經(jīng)過萬億級(jí)別的語料投喂后不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)和迭代，最后依托于強(qiáng)大的算力為產(chǎn)品的學(xué)習(xí)和輸入輸出進(jìn)行支撐，才造就了ChatGPT這一開創(chuàng)性的產(chǎn)品。
如何預(yù)測(cè)HPC的未來？
從新冠疫情的檢測(cè)到氣候變化、再到金融風(fēng)險(xiǎn)分析等開發(fā)創(chuàng)新，有很多重大且具有挑戰(zhàn)性的問題需要解決。HPC高性能計(jì)算集群能夠應(yīng)對(duì)海量數(shù)據(jù)的分析處理，HPC系統(tǒng)具備快速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理能力，以及人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，通過分析、建模和模擬將海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作的見解。它使用戶能夠更快地處理大量數(shù)據(jù)，從而更快地獲得洞察，并使組織能夠在競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先地位。
未來的算力需求是巨大的。賽迪顧問的《先進(jìn)計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，隨著數(shù)字技術(shù)向經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域全面持續(xù)滲透，全社會(huì)對(duì)算力需求預(yù)計(jì)每年仍將以20%以上的速度快速增長。英特爾預(yù)計(jì)，到2025年，全球算力需求將提升1000倍。
HPC的高增長將如何影響芯片未來？可預(yù)見的是，在這場(chǎng)被數(shù)據(jù)中心主導(dǎo)的變革中，HPC將會(huì)和云、AI交織共生。
CPU+GPU將會(huì)是發(fā)展高性能計(jì)算的重要基石，除了乘風(fēng)而起的GPU，CPU方面也在努力適應(yīng)未來的計(jì)算需求。占據(jù)數(shù)據(jù)中心“王座”的英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器，目前已經(jīng)推出了第四代產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品針對(duì)高性能計(jì)算和AI領(lǐng)域要求嚴(yán)苛的各類工作負(fù)載已經(jīng)做出了明顯的調(diào)整，內(nèi)置人工智能加速，整合了CPU、GPU和oneAPI開放軟件生態(tài)系統(tǒng)。
同時(shí)，高性能計(jì)算的異構(gòu)體系在日漸豐富。高性能硬件正在轉(zhuǎn)向兼顧 AI、大數(shù)據(jù)處理、深度學(xué)習(xí)等應(yīng)用，高性能CPU/GPU、TPU、NPU、FPGA、ASIC 等深度學(xué)習(xí)處理器/加速部件都將得到廣泛應(yīng)用。此外還有DPU，它自帶CPU內(nèi)核和操作系統(tǒng)，可以動(dòng)態(tài)卸載網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以及一些高性能計(jì)算和復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)算任務(wù)，從而有助于提升數(shù)據(jù)中心的整體性能。
研究機(jī)構(gòu)普遍看好HPC的未來市場(chǎng)。根據(jù)MarketsandMarkets的研究報(bào)告，預(yù)計(jì)全球高性能計(jì)算HPC市場(chǎng)規(guī)模將從2020年的378億美元，增長到2025年的494億美元，意味著復(fù)合年增長率將達(dá)到5.5%。Report Ocean則預(yù)計(jì)，到2027年，全球HPC芯片組市場(chǎng)規(guī)模將從 2019年的43億美元增長至136.8億美元。
寫在最后
站在新的歷史節(jié)點(diǎn)，HPC 已超越智能手機(jī)成為半導(dǎo)體行業(yè)增長的主引擎。
隨著計(jì)算設(shè)備變得無處不在，通過全球網(wǎng)絡(luò)生成和通信的數(shù)據(jù)量（通常是實(shí)時(shí)的）呈指數(shù)級(jí)增長。為了跟上這種增長，HPC變得至關(guān)重要，它擁有高速處理數(shù)據(jù)和執(zhí)行復(fù)雜計(jì)算，以解決性能密集型問題的能力。
“大計(jì)算”與“大數(shù)據(jù)”的融合已成為最具確定性的應(yīng)用創(chuàng)新趨勢(shì)，日漸豐富的大數(shù)據(jù)、AI應(yīng)用迫切需要高性能的計(jì)算平臺(tái)，特別是在AI與大數(shù)據(jù)“滾雪球式”的互相推進(jìn)中，對(duì)于高性能的算力需求成為必然。
就比如當(dāng)我們談?wù)?ChatGPT 時(shí)，我們討論的是大模型與大數(shù)據(jù)創(chuàng)新，但其實(shí)背后的高算力也是創(chuàng)新的重要著眼點(diǎn)，HPC的大時(shí)代真正開始了。
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