近年來,，由于數(shù)據(jù)量迅速增長,，許多新型應用程序都受益于 HPC（高性能計算）能夠利用共享資源執(zhí)行計算密集型操作的強大功能,。與傳統(tǒng)計算相比，HPC 能夠以更低的成本,、在更短時間內(nèi)獲得結果,，HPC 硬件和軟件也變得更易于獲取，應用也更加廣泛,。因此,，全球HPC市場都呈現(xiàn)增長趨勢。
這一趨勢,，從全球龍頭企業(yè)晶圓代工廠商臺積電的業(yè)績報告中足以窺見,。
01
HPC 成代工新寵
前不久，臺積電公布了2022年第四季度營收,。根據(jù)產(chǎn)品類型來看,，臺積電第四季度智能手機營收占比38％，高性能計算42％,，物聯(lián)網(wǎng)8％,，車用電子7％,，消費電子2％。其中,，高性能計算業(yè)績季增10％,，占到 Q4將近一半的營收份額。其中,，臺積電定義的 HPC 領域包含 CPU,、GPU 和 AI 加速器等。
可以看到,，在2022年第一季度,，HPC就已超越曾經(jīng)多年占據(jù)臺積電第一大營收來源的智能手機，并在此后一直占據(jù)著不菲的營收貢獻,。這一業(yè)務強勢的營收得益于臺積電先進的封裝能力,。
臺積電的 CoWoS 技術是專門為 HPC 設備應用設計的 2．5D 晶圓級多芯片封裝技術，已經(jīng)投入生產(chǎn)近 10 年,。其傳統(tǒng)的帶硅中介層的 CoWoS 技術（CoWoS－S）已進入第五代,。CoWoS－S 的硅中介層可以達到 2 倍以上全光罩尺寸（1700mm2），將領先的 SoC 芯片與四個以上的 HBM2 ／ HBM2E 堆棧集成在一起,。據(jù)悉臺積電已確定其最新 CoWoS 工藝變體 CoWoS－L 是 2．5D 封裝 4 倍全光罩尺寸的唯一解決方案,，正與 HPC 芯片客戶合作，共同應對基板端的挑戰(zhàn),，預計將于 2023－2024 年開始商業(yè)生產(chǎn)。
憑借 CoWoS,，臺積電已經(jīng)從高性能計算處理器供應商如 AMD,、英偉達等公司，贏得了大量訂單,。
近兩年來,，AMD在服務器、筆記本電腦和臺式機的CPU和GPU市場份額顯著提升,，游戲芯片出貨量也大幅上升,。為了進一步增長，AMD除了增加與后端合作伙伴和ABF載板供應商的訂單外,，還大幅增加臺積電的7nm和6nm制造訂單,，并使用5nm制程來制造其新產(chǎn)品Zen4架構的銳龍7000，這進一步提高其對純晶圓代工廠的收入貢獻,。為了在產(chǎn)能不足的情況確保庫存,，AMD甚至在2021年就預定了兩年的5nm和3nm的產(chǎn)能。
另一邊,，英偉達已為其下一代Adalovelace架構的RTX40系列GPU采用臺積電的5nm工藝,。隨著英偉達訂單的回歸,，臺積電為了順利完成英偉達新HPC GPU 的訂單，其先進封裝CoWos所需的封裝基材與散熱材料在2022年訂單量暴增約3倍,，這也是臺積電HPC業(yè)務翻倍增長的原因之一,。
臺積電此前就已提出高性能計算（HPC）高景氣度持續(xù)，預計將成為長期增長的最強勁動力,，為公司營收的增長帶來最大貢獻,。臺積電 HPC 業(yè)務開發(fā)主管也表示，臺積電預計未來至少到 2025 年 HPC 都將持續(xù)為最強勁增長平臺,。
02
芯片巨頭爭做HPC領導者
HPC誕生于內(nèi)部數(shù)據(jù)中心,，擁有高速處理數(shù)據(jù)和執(zhí)行復雜計算，以解決性能密集型問題的能力,。為了做HPC領域的領導者,，英偉達、AMD,、英特爾在HPC應用領域也是進展不斷,，各公司數(shù)據(jù)中心所占的市場份額都占到了相當大的比重，甚至立下雄心勃勃的目標,。
英偉達：2022年HPC芯片業(yè)績年增200％—250％,。
英偉達這幾年在游戲、數(shù)據(jù)中心,、人工智能,、自動駕駛等各領域都有非常大的增長，對GPU的算力要求達到了一個前所未有的高度,。隨著客戶對超大規(guī)模計算,、云端和AI業(yè)務的需求增加，數(shù)據(jù)中心業(yè)務甚至逐漸超越游戲業(yè)務,。
2022 年 3 月 23 日,，英偉達推出首款面向 HPC 和 AI 基礎設施的基于 Arm Neoverse 的數(shù)據(jù)中心專屬 CPU——Grace CPU 超級芯片。同月,，英偉達收購了Bright Computing Inc．具體收購金額暫不明確,。縱觀Bright Computing,，為HPC裝置銷售大規(guī)模集群管理軟件,，其平臺支持x86和基于Arm的芯片以及英偉達的GPU，并且可以靈活地部署在數(shù)據(jù)中心,、跨公共云或網(wǎng)絡邊緣,。英偉達也表示此次收購將生產(chǎn)用于管理HPC系統(tǒng)的軟件。英偉達首席執(zhí)行官黃仁勛表示，世界正在經(jīng)歷一個“工業(yè) HPC 時代”,。
迄今為止,，英偉達已推出了面向HPC和AI訓練的Volta、Ampere,、Hopper等架構,，并以此為基礎推出了V100、A100,、H100等高端GPU,。其中Hopper H100采用臺積電4 nm工藝，具有800億個晶體管,，在性能,、效率上遠超Ampere A100，是英偉達專為超級計算機設計的產(chǎn)品,。
據(jù)英偉達內(nèi)部預計,，2022年數(shù)據(jù)中心 HPC 芯片業(yè)績將有年成長上 200％～250％ 左右的高目標，其中包括來自Hopper架構的數(shù)據(jù)中心,，以及AI芯片解決方案貢獻的出貨量,。
AMD：到2025年，AMD EPYC,、AMD Instinct能源效率提高30倍,。
2022年2月，AMD正式完成對賽靈思的收購,。AMD作為一家長期專注于CPU,、GPU的廠商，收購在FPGA,、可編程SoC及ACAP實力強勁的賽靈思之后,，AMD就將集齊CPU、GPU,、FPGA，加之自適應SOC及深厚的專業(yè)軟件知識,，將為云計算,、邊緣和智能終端設備提供領先的計算平臺。標志著AMD將確立為業(yè)界高性能計算的領導者,。
AMD一直致力于憑借高性能計算的最新技術和產(chǎn)品,，目前AMD EPYC在x86服務器CPU市場的份額已超過25％；其去年發(fā)布的 Instinct生態(tài)系統(tǒng)以及此前的ROCm生態(tài)系統(tǒng)正在為擁有廣泛基礎的HPC和AI客戶提供Exascale級（百億億次級）技術,，滿足計算加速的數(shù)據(jù)中心工作負載日益增長的需求,。此外AMD預計在2023年至2024年推出3nm Zen 5架構處理器。
AMD還宣布了一項雄心勃勃的計劃,，目標是到2025年,，在加速計算節(jié)點上運行的人工智能訓練和高性能計算應用中,，AMD EPYC系列處理器和AMD Instinct計算卡的能源效率將提高30倍。
英特爾：GPU成為自身業(yè)務增長的突破點,。
GPU市場雖然說是AMD和英偉達的天下,，但英特爾在GPU也有很多技術積累。
英特爾基于Xe HPC微架構的數(shù)據(jù)中心GPU Ponte Vecchio是其面向高性能計算市場的顯卡產(chǎn)品,。是英特爾迄今最復雜的SoC,，包含1000億個晶體管，提供領先的浮點運算和計算密度,，以加速AI,、HPC和高級分析工作負載。在英偉達推出Grace CPU之后,，英特爾計劃推出一款XPU——Falcon Shores架構芯片,，新架構包含了CPU和GPU，在內(nèi)存容量,、計算密度等性能都帶來了超過5倍的提升,，預計會在2024年發(fā)布該產(chǎn)品。
英特爾還通過 XPU 戰(zhàn)略,，推出了不同架構的硬件產(chǎn)品,，從原來的通用 CPU 到專用 GPU，到 ASIC,，到 FPGA 的產(chǎn)品組合支撐著 AI 和 HPC 的算力需求,。另外，未來計算架構的發(fā)展趨勢是CPU和GPU融合集成,，從而形成互聯(lián),、互補、互通的融合模式,，以縮小計算和存儲單元的通信成本,。作為在CPU領域引領多年的英特爾，在這一趨勢中也有著得天獨厚的優(yōu)勢,。英特爾GPU的愿景也逐漸清晰：在計算多元化,、算力需求爆發(fā)式增長的大趨勢下，英特爾GPU將成為驅(qū)動新興行業(yè)發(fā)展的算力基石,，同時也將成為英特爾自身業(yè)務增長的突破點,。
03
HPC芯片的市場潛力巨大
隨著HPC在云端的使用，將有更多HPC應用于消費導向的軟件程序開發(fā),，虛擬世界和元宇宙概念的出現(xiàn),，也讓HPC迎來新的發(fā)展機遇，既可用于游戲（AR／VR）等娛樂應用，也可用于數(shù)字孿生等模擬應用,。HPC 已超越智能手機成為半導體行業(yè)增長的主引擎,，擁有高速處理數(shù)據(jù)和執(zhí)行復雜計算，以解決性能密集型問題的能力,。
各種計算設備正在變得無處不在,，通過全球網(wǎng)絡生成和通信的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長。為了跟上這種增長,，HPC變得至關重要,，并且正在呈現(xiàn)爆炸式增長。據(jù)Report Ocean,，預計到2027 年,，全球 HPC 芯片組市場規(guī)模將從2019年的 43 億美元達到 136．8 億美元。
未來在HPC芯片市場的競爭,，勢必會更加激烈,。
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