2024中国半导体投资深度分析与展望

半导体行业库存重回健康，景气度回升云岫资本 2023年半导体行业投资收紧，2024年Q1融资数量及金额同环比均下降云岫资本云岫资本 •据企名片数据，2023年中国半导体行业一级市场共计完成约650起投融资交易，融资规模约546亿元人民币云岫资本 •剔除长鑫科技108亿元大额融资极值影响，2024年Q1融资事件数量同环比均下降，2024年Q1融资金额环比下降37%，同比下降24%云岫资本云岫资本 AI大模型带动硬件基础设施和先进封装高速发展云岫资本 2023年成为AI大模型元年，大模型的预训练和生成能力以及多模态多场景应用能力大幅提升云岫资本 爆发期 探索期云岫资本 •OpenAl发布GPT-4•Meta开源Llama2•百度发布文心一言1.0•360发布360智脑•科大讯飞发布星火•阿里云发布通义千问云岫资本云岫资本 •商汤发布SenseChat5.0•KimiChat支持200万上下文•OpenAl发布原生多模态GPT-4O•……云岫资本 带动先进封装快速发展云岫资本 Ø先进封装技术将深度受益于超算、AI领域算力芯片的旺盛需求，预计实现高速增长；2023年英伟达、AMD的GPU、CPU等需求大幅增加云岫资本 英伟达主力产品A100/H100均采用台积电CoWoS2.5D封装云岫资本 AMD MI300 AI加速卡封装了13个Chiplets云岫资本 •CoWoS封装技术已经成为了众多国际算力芯片厂商的首选，是高端性能芯片封装的主流方案之一云岫资本 •通过引入3D混合键合和2.5D的硅中介层，实现了“3.5D封装”的技术，拥有13个小芯片和8颗HBM3芯片云岫资本 半导体管制范围持续扩大，瞄准用于更先进节点的半导体制造设备云岫资本云岫资本 荷兰针对先进半导体设备的额外出口管制新规正式生效云岫资本云岫资本 自2024年1月1日起，荷兰阿斯麦公司向中国大陆客户销售先进型号的浸没式DUV光刻机需要获得许可（即TWINSCAN NXT：2000i及后续推出的浸润式光刻系统），极紫外线光刻机先前已经受到出口限制云岫资本云岫资本 美国公布新的先进计算芯片、半导体制造设备出口管制规则云岫资本 AI硬件基础设施、先进封装、高端制造国产替代成为半导体投资热点云岫资本云岫资本 半导体制造、设备与材料云岫资本 AI硬件基础设施 （一）AI硬件基础设施篇云岫资本云岫资本云岫资本云岫资本 （1）算力篇云岫资本云岫资本 AI大模型高速发展，算力需求不断提高云岫资本 算力需求持续提升 为了实现多模态支持、拓展上下文长度、提升速率限制等更性能提升，大模型预训练使用的参数量和数据量呈爆炸性增长。云岫资本 •大模型发展的重点在算力提升：云岫资本 数据量的持续攀升对算力提出了更高的要求，如何进行大规模数据的高效处理和存储是当前算力设施面临的两大挑战。云岫资本云岫资本 大模型落地将推动AI推理算力需求激增 推理步骤多：Sora基于Diffusion模型，推理过程中需要多次迭代，而语言类模型GPT-4则无需多次迭代即可输出结果云岫资本 长Token：1分钟高清视频所对应的Token数量约长达1M云岫资本 Sora推理1分钟高清视频的算力需求是GPT-4生成2k Token的2000倍左右云岫资本云岫资本 AI场景CPU价值量占比提升，ARM处理器加速渗透云岫资本 大厂纷纷布局自研AI芯片+ARM服务器CPU 2023年发布新的Trainium2人工智能芯片和通用的Graviton4 ARM处理器云岫资本 2023年发布GH200 Grace Hopper采用ARM架构的GraceCPU和GH100 Hopper计算GPU云岫资本 云端AI芯片微软Azure Maia100+ ARM服务器CPU微软Azure Cobalt100云岫资本 打造ARM架构的鲲鹏+达芬奇架构的昇腾AI服务器云岫资本 GB200方案将大幅提升AI服务器中CPU价值量占比云岫资本 RISC-V与AI加速融合，2030年在主流应用占比或达30%云岫资本云岫资本 RISC-V在架构、生态、应用的发展远超预期云岫资本 RISC-V融资市场积极，2030年主流应用占比或达30% 较为封闭的特定场景云岫资本 GPU架构通用性优势显著，英伟达一家独大云岫资本 •从CNN发展至Transfomer，大模型仍在持续升级中，对AI芯片通用性提出更高要求。硬件端是否能持续兼容各类大模型的迭代升级成为重要标准，2023年全球AI服务器中65%为GPU架构芯片，GPU架构将成为未来主流架构。•GPU芯片领域英伟达一家独大，市占率达80%以上。英伟达稳固的龙头地位来自于软硬件结合形成的生态壁垒，硬件层面算力水平全球领先的同时搭配软件平台CUDA，为客户带来1+1>2的大模型训推成效。云岫资本云岫资本云岫资本云岫资本 政策制裁下，英伟达高性能GPU芯片亟需国产替代云岫资本 混合式AI时代来临，边缘/端侧AI计算迎来高速发展云岫资本 AI时代需要高能效、低成本的存算一体技术云岫资本 随着AIOT的发展，智能物联设备对边缘AI的需求愈发迫切，小算力场景下存算一体芯片将迎来旺盛需求云岫资本 随技术成熟，大算力场景下存算一体也在加速渗透，典型的近存计算如HBM与主芯片在同一中介层连接有效提升了带宽并且降低能耗，得到越来越多的应用云岫资本云岫资本 （2）存力篇云岫资本云岫资本 行业复苏叠加AI需求提振，存储芯片进入上涨周期云岫资本 当前GPU性能核心瓶颈在于存储，内存容量与带宽需突破云岫资本云岫资本 •随着模型规模的不断飙升，海量数据的处理、访存对GPU计算单元、存储子系统提出更高的要求。对于GPU架构而言，算力单元堆叠已不是难事，单元数量、性能密度均随制程提升不断提高。云岫资本云岫资本云岫资本云岫资本 •当前GPU性能瓶颈为存储容量、带宽不足：目前大型模型训推中大部分时间都在等待数据到达计算资源，如何将数据高效的通过存储子系统供给算力单元成为性能提升方向。云岫资本 •离计算单元越近，存储容量越小、访存带宽越高，数据传输越高效。因此突破存储子系统性能提升方向有三个：提高SRAM容量、提高DRAM带宽、提高SSD带宽。云岫资本 HBM突破内存容量与带宽瓶颈，市场需求强劲云岫资本 搭载HBM，GPU内存带宽大幅提升云岫资本 AI芯片核心成本项，巨头垄断供应紧张 pHBM具备高带宽、高容量、低延时和低功耗优势，目前已逐步成为AI服务器中GPU的搭载标配p英伟达推出的多款用于AI训练的芯片A100、H100和H200，都采用了HBM显存云岫资本云岫资本云岫资本 p产能紧张：2024年，SK海力士、美光已经宣布HBM产能全部售罄，三星宣布2024年芯片产量将提高2.5倍云岫资本云岫资本 3D Flash为国产厂商加速崛起创造机遇云岫资本 “性能”和“节能”需求推动新型存储发展云岫资本 高性能计算时代 功能机及PC时代 p代码存储；小体积、固态存储pNORFlash迎来爆发云岫资本 pAI/大算力下的低功耗，提升能耗比和能效比p新型存储技术将迎来爆发云岫资本 新兴应用场景推动新型存储市场增长 pAI、智能汽车等新兴应用对数据存储在速度、功耗、容量、可靠性等层面提出了更高要求p新兴的存储技术旨在集成SRAM的开关速度和DRAM的高密度特性，并具有Flash的非易失特性，具备千亿市场空间云岫资本云岫资本云岫资本 （3）运力篇云岫资本云岫资本 亟需更高性能的网络互联芯片提升AI基础设施计算效率云岫资本云岫资本 分布式AI集群系统已经从计算约束转换为网络通信约束，制约基础设施整体计算效率的提升云岫资本云岫资本 受网络通信能力限制，分布式AI集群的运算效率无法随算力规模线性增长云岫资本云岫资本 算力端：AI大模型推动高算力需求几何式增长云岫资本 •大模型训练对算力的需求约每3个月翻一倍，IDC预计，2021-2026年中国智能算力规模年复合增长率达52.3%•为了满足AI时代模型训练的算力需求，AI加速硬件GPU的算力持续增长，GPU厂商加速布局云岫资本 供需不匹配 运力端：缺乏大规模、高性能、低延时的网络互联基础云岫资本 •过去5年，GPU算力增长近90倍，而网络带宽仅增长10倍•当GPU集群达到一定规模后，随着计算节点数增加，节点之间的通信代价随之增加，集群训练效率不增反降云岫资本 交换机、光模块和片间通信芯片国产化替代之路仍大有可为云岫资本云岫资本 AI算力需求爆发带动互联硬件需求激增，交换机价值增量占比11%云岫资本云岫资本 u单数据中心算力服务器XPU从千台到万台量级，AI爆发推动再到百万台量级云岫资本 u需要的连接节点数量随XPU成指数级增长，数据中心互联硬件需求爆发云岫资本云岫资本 u节点每秒数据交互速率从每四年翻倍变为每两年翻倍增长，加速交换机升级与增长 运营商云带动国产交换芯片需求，国产中高端交换芯片亟待补足云岫资本云岫资本 交换芯片由海外厂商绝对主导， •交换机作为各种类型网络终端互联互通的关键设备，广泛应用于消费级市场、企业级市场、工业市场和云服务商市场，交换芯片是交换机的核心部件之一，负责交换机底层数据包的交换转发云岫资本云岫资本 •交换芯片由海外厂商绝对主导，2020年中国商用以太网交换芯片市场中CR3厂商均为境外品牌，大陆厂商盛科通信市占率为1.6%云岫资本 •国内交换机系统前三均为国内厂商，海外交换机龙头Cisco在国内的市场份额持续下滑，2021年市占率不到5%，我国在交换机整机环节已基本实现国产替代云岫资本云岫资本 •国产交换芯片尚落后海外2~3代，国内市场基本由境外厂商主导。根据各公司官网，主要 海 外 厂 商 产 品 交 换 容 量 均 已 迭 代 至25.6Tbps，博通2022年已发布51.2Tbps产品，盛科量产产品最高交换容量仅为2.4Tbps，中高端交换芯片亟待国内厂商补足云岫资本云岫资本云岫资本 •中国商用以太网交换芯片总体市场2020年达到90亿元，预计至2025年将达到171亿元，2020-2025年年均复合增长率为13.8%云岫资本 •云服务商市场为交换机最大下游市场，2021年三大运营商云业务收入达684亿，年增速超100%，运营商交换芯片国产化需求远高于互联网厂商，正加速交换芯片国产化云岫资本云岫资本 光模块市场广阔，出货量及市场规模均逐年稳定增长云岫资本云岫资本 •随着5G产业持续渗透和新一轮全球数据中心建设，全球光模块市场规模维持高速增长，2026年预计将超过170亿美元 •国内光模块厂商占据半壁江山，市场话语权不断增强。2022年全球十大光模块供应商中，中国厂商已占据6家云岫资本云岫资本 •数字经济高速发展，数据流量持续增加（5G物联网、东数西算、元宇宙、Chat GPT），促使光器件的需求持续高速增长云岫资本云岫资本 数据中心架构升级，800G光模块逐渐放量云岫资本 光模块需求敏感性预测分析 数据中心架构升级，驱动光模块量价齐升云岫资本 •ChatGPT大模型对GPU的需求量预估约2万颗，未来迈向商用将达到3万颗；云岫资本 •参考英伟达GPU H100网络架构，平均单个GPU大约可对应5个光模块•随着AI大模型的普及，将为光模块需求带来千万量级增量，并将会以高速率光模块为主云岫资本云岫资本云岫资本云岫资本 •全球超大型数据中心建设加速，现有光模块正在迅速过渡800G•800G在超规模数据中心、云计算及人工智能算力中心应用广泛•预计2024年800G光模块出货量大幅提升云岫资本云岫资本云岫资本云岫资本 AI高算力需求推动高速光芯片和电芯片快速发展云岫资本 •光芯片与电芯片是光模块最核心芯片，两者占光模块价值量近70%云岫资本 •光芯片可分为激光器芯片和探测器芯片，其中激光器芯片主要用于发射信号，将电信号转化为光信号，探测器芯片主要用于接收信号，将光信号转化为电信号云