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厉害!AI芯片可用电场而非电流,能效超越现有技术35倍至300倍【附AI芯片产业链剖析】

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 前瞻懂行帝 • 2024-02-11 14:37:01 来源:前瞻网 E5666G0
100大行业全景图谱

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瞻观前沿

运行生成式人工智能(AI)系统不仅硬件成本高昂,而且会带来惊人的能源消耗。

据TechCrunch最新报道,总部位于德国的初创公司塞姆龙最新开发出一种创新的AI芯片设计方法,率先使用新的神经网络控制设备——忆容器为其3D芯片供电。这有可能彻底改变节能计算技术,使消费电子设备更容易获得先进的AI功能。

不同于处理器中的晶体管,塞姆龙的芯片使用电场而不是电流。这些由传统半导体材料制成的忆容器可存储能量并控制电场,不仅提高了能源效率,还降低了制造成本,使消费电子产品更容易运行先进的AI模型。

电场方法最大限度地减少了电子在芯片中的运动,减少了能源使用和热量。塞姆龙旨在利用电场的降温特性,在单个芯片上放置数百层电容器,从而大大提高计算能力。

在《自然·电子学》杂志最近发表的一项研究中,塞姆龙芯片展示出显著的能效提升,其实现了超过3500TOPS/W(每瓦每秒万亿次运算)的卓越能效,超越现有技术35倍至300倍。这一指标表明AI模型训练期间能源消耗将可大幅减少。

技术价值观察

——AI芯片产业链剖析:该技术处于上游

人工智能芯片产业链结构清晰,链条较短,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;上游的材料与设备主要指半导体材料和半导体设备,半导体材料包括单晶硅、单晶锗、砷化镓、晶体管等材料,半导体设备包括光刻机、等离子刻蚀机等设备;中游的产品制造包括芯片设计和芯片制造,芯片设计的流程主要是通过EDA进行系统设计、RTL设计、物理设计等过程,芯片制造包括晶圆加工、晶圆测试、晶片切割、芯片封装等过程;下游的应用市场主要有云计算、自动驾驶、智能手机、无人机、智能音箱、智能安防等。

图表2:人工智能芯片行业产业链

全球AI芯片行业发展现状

2019年全球AI芯片市场规模为110亿美元。随着人工智能技术日趋成熟,数字化基础设施不断完善,人工智能商业化应用将加速落地,推动AI芯片市场高速增长,预计2025年全球人工智能芯片市场规模将达726亿美元。

图表4:2019-2025年全球AI芯片市场规模及预测(单位:亿美元)

——AI芯片竞争格局

从应用领域分类来看,英伟达在全球云端训练芯片市场一家独大,目前英伟达的GPU+CUDA计算平台是最成熟的AI训练方案。此之外还有第三方异构计算平台OpenCL+AMD GPU以及云计算服务商自研加速芯片这两种方案,全球各芯片厂商基于不同方案,都推出了针对于云端训练的人工智能芯片。

全球云端推断芯片竞争格局方面,云端推断芯片百家争鸣,各有千秋。相比训练芯片,推断芯片考虑的因素更加综合:单位功耗算力、时延、成本等。初期推断也采用GPU进行加速,但由于应用场景的特殊性,依据具体神经网络算法优化会带来更高的效率,FPGA/ASIC 的表现可能更突出。除了Nvidia、Google、Xilinx、Altera(Intel)等传统芯片大厂涉足云端推断芯片以外,Wave computing、Groq等初创公司也加入竞争。

图表5:全球主要AI芯片类型及企业

对于2024年,业内人士倾向于认为,全球芯片行业的恢复与增长将为主旋律,其中一个重要原因便是消费电子市场的复苏和人工智能行业的火爆。IDC乐观估计,全球半导体销售市场将在2024年复苏,年增长率为20%。

前瞻经济学人APP资讯组

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《2024-2029年中国人工智能芯片(AI芯片)行业发展前景预测与投资战略规划分析报告

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