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英伟达、AMD或包下台积电先进封装产能,国产AI芯片又要落后?

2024-05-10科技

近日,【台湾经济日报】报道, AI巨头英伟达、AMD全力冲刺AI芯片市场,传出包下台积电今明两年的先进封装产能。

无论是台积电还是英伟达、AMD都对AI市场充满了信心。

英伟达CEO黄仁勋公开表示,AI已经成为了当今科技领域的核心驱动力,并在各行各业广泛应用,包括但不限于医疗、交通、农业、金融。

随着AI技术的不断发展和创新,将会带来更多以前所未有的机遇和突破。而英伟达作为全球领先的计算技术公司,已经成为AI技术创新的关键推动者。他认为,AI技术将在未来几年出现重大突破,并将对全球经济和社会产生深远的影响。

为此英伟达不断升级迭代,先后发布了A100、p00、p00等高速案例AI芯片。

作为英伟达潜在的竞争者AMD也没有闲着,在2023年12底发布了全新的MI300系列AI芯片,试图挑战英伟达在人工智能芯片领域的霸主地位。AMD声称,MI300系列芯片性能优于英伟达的p00显卡,且已经拿到了微软、甲骨文、Meta以及OpenAI的订单。

台积电认为,2024年AI服务器销售量将会翻倍提升,未来5年复合增长率50%,目前台积电的相关订单已经排到了2028年,届时相关营收将达到台积电总营收的20%以上。

事实上,亚马逊、微软、谷歌、Meta正在积极扩充AI服务器数量,导致英伟达、AMD订单暴涨,两家公司积极向台积电下单,以满足快速增长的AI服务器的需求。

这将加大对英伟达的主力产品p00、AMD的主力产品MI300系列的需求。

我们以英伟达p00为例,采用Hopper架构,集成了800亿个晶体管,拥有18432个CUDA核心、576个Tensor核心、60MB二级缓存,可以实现3TB/s 的显存带宽,5TB/s的互联网速度,算力达到了2000TFLOPS。

为了达到这些核心数据的要求,它需要更强大的制造、封装工艺,因此它采用了 台积电4nm制造工艺、以及台积电CoWoS封装工艺。

在制造方面,台积电依靠先进的EUV光刻机,经过多次重复光刻,最终实现了在一颗芯片上集成800亿个晶体管。

光刻之后,还要进行封装。

英伟达p00要保持强算力、高带宽,需要采用特殊封装—— CoWoS。

CoWoS即Chip on Wafer on Substrate,翻译成汉语就是 「芯片在晶圆上再在基板上」,可以理解为2.5D封装。

这种封装技术可以将GPU与内存更加紧密的联系在一起,它的最大特点就是可以缩短GPU与HBM(高带宽存储芯片)间的互联距离,可以使数据交换速度更快,并且降低能耗,节省空间。

因为绝大部分GPU都遵守 「存算分离」 ,即GPU负责运算,内存存储数据存储,运算时从内存中调用数据,运算完成后将数据传输至内存,这「一来一回」产生的时间,就可能造成延迟或者数据受限。

我们举例说明:从河北向北京运输物资,最开始依赖几条铁路、公路,运输物资速度慢、而且量也不大。

为了快速的进行物资交换,最大限度的把河北和北京的区域限制打开,形成京津冀一体化,这样的话物资交换可以数倍、百倍的提升。

台积电的CoWoS封装,就类似于「京津冀一体化」,它将GPU和内存封在了一起,传输距离大幅降低,数据交流通道大幅增加。

这就是为什么p00具备高算力、 高带宽、高互联特性的原因。

AMD的MI300系列芯片,采用了台积电5nm、6nm工艺制造,封装技术也和英伟达不同,采用了特殊的垂直堆叠,然后再与HBM 做 CoWoS 先进封装。

除了英伟达、AMD下单外,苹果、高通、博通等大厂也纷纷向台积电下订单,为了满足日益增长的需求,台积电斥资400亿美元,在亚利桑那州凤凰城新建了3座晶圆厂。

一座4nm晶圆厂、一座3nm晶圆厂、还有一座2nm晶圆厂,原计划2024年投产4nm晶圆厂,但因为工程进度原因,目前已经延期到了2025年,3nm、2nm晶圆厂也相继延期投产。

也就是说,台积电很有可能无法满足英伟达、AMD、苹果、高通的先进工艺,那么内地晶圆厂能够吸收这部分产能吗?

很难。

一方面、这些产能大部分为4nm以下,而内地最先进的工艺是中芯国际的N7工艺,无法满足客户需求,同时良品率方面也达不到要求。

另一方面、中芯国际在2020年12月18日被美商务部列入到实体清单,美、日、荷又在2023年相继出台了半导体设备限制政策,今年3月,美商务部又限制了半导体材料向中芯国际南方工厂供货。

这种种行为表明,中芯国际在技术、专利、半导体设备、半导体材料等多个方面受到了很大限制,在很大程度上看, 中芯国际已经与美脱钩了。

中芯国际的大股东也变成了大唐电信,新任董事长刘训峰也是国企背景(先后在上海石化、上海华谊集团、双钱集团任职)。

也就是说中芯国际的公司性质已经有了很大变化,它更倾向于「国企」,那么在这种大环境下, 中芯国际的产能更倾向于内地的关键领域提供。

在全球争夺AI制高点时,AI芯片自然就是关键领域,而国内在该领域最有建树的当属华为,可能有网友会说,壁仞科技发布的BR100,领先华为,甚至接近英伟达p00。

你要知道,壁仞科技的芯片研发团队很多员工来自英伟达、 AMD、英特尔和IBM等国际大厂,或多或少带来了别人的设计理念,短时间内会冲的很快,但是后劲不足。

反观华为,早在2019年8月就发布了自主研发的昇腾910,而英伟达A100是在2020年5月14日发布的。

也就是说,昇腾910刚发布时,就是AI最强的芯片。但由于打压限制,导致华为4年后才打造出昇腾910B,而这4年英伟达先后发布了p00、p00,将华为甩在了身后。

除此之外,华为海思还设计出了先进的麒麟芯片、巴龙基带、天罡芯片等等,华为海思一度成为全球第四大芯片设计公司,仅次于高通、博通、英伟达。

毫无疑问,华为能够设计出领先的AI芯片,所欠缺的就是生态和制造环节,生态需要国内厂商共同努力,尤其是腾讯、阿里、百度、字节、三大运营商的大力支持,不过有国家的号召,这个环节也不会太难。

最难的依然是制造环节,虽然制造工艺上我们可以做到5nm,实际上5nm也足够了,而3nm、2nm更多的是「制程陷阱」,没有想象中的那么强。

但是5nm需要EUV光刻机,这恰好我们缺少的,如何解决这个难题,又落在中科院、光机所、上海微电子、各大零部件厂商头上了,但是目前为止样机还没有做出来。

所以,国产芯片真正迎来曙光的时间,就是国产EUV光刻机问世的那一天,我相信以中国人的智慧,这一天会很快到来。

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