近期，人工智能聊天機(jī)器人ChatGPT用戶數(shù)不斷攀升,，從100萬到1000萬,，再到1億，僅用兩個月,，刷新了人工智能聊天程序用戶數(shù)增長的記錄,。
ChatGPT有可能改變搜尋市場的游戲規(guī)則，AI聊天機(jī)器人熱潮席卷全球市場,。微軟Bing 搜尋引擎將整合ChatGPT,；Alphabet旗下谷歌搜尋服務(wù)將加入AI聊天機(jī)器人技術(shù)Bard；百度,、阿里巴巴,、“俄羅斯版谷歌”Yandex、韓國Naver,、Kakao等也紛紛涌入,，計劃發(fā)布各自的AI聊天機(jī)器人。
AI聊天機(jī)器人需要大規(guī)模數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)和快速運算,，對AI芯片的需求將暴增,，給低迷的半導(dǎo)體行業(yè)帶來一股暖流，英偉達(dá),、三星電子,、SK海力士等都將受益。但是英偉達(dá)服務(wù)器用AI芯片方案存在發(fā)熱和功耗過大的問題,，谷歌,、亞馬遜AWS、三星電子,、SK海力士,、百度等科技巨頭廠商也在開發(fā)各自的AI專用芯片，試圖在提升性能的同時降低功耗,，搶占AI芯片新高地。
半導(dǎo)體行業(yè)人士指出,，盡管目前傳統(tǒng)AI芯片占據(jù)主流,，AI專用芯片蓬勃發(fā)展，但是它們都遇到了物理極限,，AI芯片的未來可能是量子芯片,。
英偉達(dá)是ChatGPT熱潮最大受益者
英偉達(dá)是此次ChatGPT熱潮的最大受益者,，因為英偉達(dá)用于服務(wù)器的AI芯片對于超大型AI 模型的學(xué)習(xí)和推理至關(guān)重要，幾乎壟斷全球服務(wù)器用AI芯片市場,。
Open AI表示,，ChatGPT 是與英偉達(dá)和微軟合作完成的超級AI。準(zhǔn)確地說,，微軟已經(jīng)與英偉達(dá)合作,，在其云（Azure HPC Cloud）中構(gòu)建了由大量AI芯片組成的超級計算機(jī)（HPC）集群，并將其提供給OpenAI,。
據(jù)了解,，用于 ChatGTP 學(xué)習(xí)和推理的超級計算機(jī)擁有 285000個CPU（中央處理器）內(nèi)核和10000多顆AI芯片。事實上,，如果你問ChatGPT是如何學(xué)習(xí)的,，它會回答，“它正在使用英偉達(dá)AI芯片學(xué)習(xí)和執(zhí)行,?！?/p>
OpenAI CEO Sam Altman表示，ChatGPT處理用戶查詢的每筆成本約為2美分,。這是引入和使用英偉達(dá)AI芯片所需的成本,。如果ChatGPT用戶數(shù)量增加，云和AI芯片的使用將不可避免地增加,，這將增加英偉達(dá)的銷售額和營業(yè)利潤,。
研究人員Uh Gyu-jin表示：“如果說游戲?qū)τミ_(dá)的增長作出了貢獻(xiàn)，因為高性能GPU被用來驅(qū)動現(xiàn)有的高端游戲,，那么最近數(shù)據(jù)中心銷售的增長是急劇的,，因為GPU已被用作數(shù)據(jù)中心加速器?！彪S著超大型人工智能的需求增加,，英偉達(dá)的銷售額和營業(yè)利潤有望獲得大幅增長。
投資者也注意到了這一點,，并將英偉達(dá)列為ChatGPT熱潮的最大受益者,。花旗集團(tuán)分析師Atif Malik預(yù)估,，ChatGPT可能會在未來12個月內(nèi)為英偉達(dá)帶來30億美元至110億美元的銷售額,。
事實上，從今年開始,，英偉達(dá)在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的銷售額有望首次超過游戲,，占比達(dá)到57%。隨著人工智能概念被引入數(shù)據(jù)中心,，其銷售額占比將大幅提升,。特別是在應(yīng)用人工智能深度學(xué)習(xí)技術(shù)時,，收集和分析大規(guī)模信息的云服務(wù)必須得到有效管理。因此,，英偉達(dá)GPU安裝在需要深度學(xué)習(xí)技術(shù)的地方越來越多,，例如，提供云服務(wù)的亞馬遜,、微軟,、IBM和阿里巴巴。
英特爾和AMD等其他半導(dǎo)體公司也生產(chǎn)用于服務(wù)器的AI芯片,，但沒有英偉達(dá)AI芯片并行處理技術(shù)（CUDA）的優(yōu)勢,，它們的市場份額僅個位數(shù)；而蘋果,、高通等都專注于為智能手機(jī),、平板電腦和物聯(lián)網(wǎng)等邊緣設(shè)備開發(fā)AI芯片，因此英偉達(dá)有望在服務(wù)器用的AI芯片領(lǐng)域繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位,。
HBM需求攀升利好三星,、SK海力士
英偉達(dá)GPU搭載了包括高帶寬存儲器（HBM）在內(nèi)的大量DRAM。三星電子,、SK 海力士,、美光等有望直接或間接受益于英偉達(dá)AI芯片需求的快速增長。因為AI半導(dǎo)體需要“HBM3”才能學(xué)習(xí)和推理,，而 AI芯片僅用于推理需要“GDDR6”和“GDDR7”存儲器,。
ChatGPT等AI聊天機(jī)器人執(zhí)行大量計算的時候需要高性能和大容量內(nèi)存的支持。隨著AI聊天機(jī)器人服務(wù)市場爆發(fā),，對內(nèi)存的需求將會增加,。三星電子和 SK 海力士一致認(rèn)為，“ChatGPT 等AI聊天機(jī)器人服務(wù)中長期將對內(nèi)存半導(dǎo)體市場產(chǎn)生積極影響,?！?/p>
三星電子指出， HBM數(shù)據(jù)處理速度比DRAM快,，為GPU和人工智能加速器提供數(shù)據(jù)的高性能高帶寬內(nèi)存 (HBM) 的需求將會擴(kuò)大,。從長遠(yuǎn)來看，隨著AI聊天機(jī)器人服務(wù)的擴(kuò)展,，對用于CPU的128GB 或更大容量的高性能 HBM 和高容量服務(wù)器 DRAM 的需求預(yù)計會增加,。
SK海力士解釋說，從內(nèi)存的角度來看,，AI聊天機(jī)器人需要高性能的DRAM和高性能的計算存儲設(shè)備,，可能加快市場重心轉(zhuǎn)向大容量服務(wù)器內(nèi)存的時間。SK海力士提到，服務(wù)器內(nèi)存從64GB遷移到128GB的速度可能更快,。
HBM可以消除 CPU、GPU 和內(nèi)存之間的性能差距造成的瓶頸,，補(bǔ)充了現(xiàn)有 DRAM 的局限性,，被認(rèn)為是一種具有前景的下一代內(nèi)存產(chǎn)品。CPU和GPU的性能每年都在大幅提升,，但支撐它們的內(nèi)存半導(dǎo)體性能卻一直相對滯后,，HBM 作為替代方案應(yīng)運而生。目前,，通過與中央處理器 (CPU) 和圖形處理器 (GPU) 配對,，可以明顯提高服務(wù)器性能的HBM訂單正在明顯增加。今年第一季度,，HBM供應(yīng)商三星電子,、SK海力士相關(guān)業(yè)務(wù)咨詢呈指數(shù)級增長。特別是SK海力士,，客戶的需求電話紛至沓來,。一位業(yè)內(nèi)人士透露，“目前,，英偉達(dá)在大部分服務(wù)器 GPU產(chǎn)品中都使用 SK 海力士HBM3”,。
HBM唯一缺點是價格高。HBM盡管性能出色,，但平均售價至少比最高性能的 DRAM 高出三倍,，因為生產(chǎn)過程復(fù)雜且需要高水平的工藝。HBM2價格是16Gb DRAM的兩倍多,，SK海力士HBM3價格已飆升了五倍,。從存儲半導(dǎo)體企業(yè)的角度來看，HBM是一個高附加值領(lǐng)域,，供應(yīng)量越大,，利潤率就越高。
降功耗需開發(fā)專用AI芯片
像人腦一樣具有大容量學(xué)習(xí)能力的快速計算并產(chǎn)生結(jié)果的超級人工智能系統(tǒng)需要低功耗,、高速的人工智能半導(dǎo)體,。但是采用英偉達(dá)GPU的計算機(jī)系統(tǒng)在運行超級人工智能時存在一定技術(shù)瓶頸，存在性能下降,、發(fā)熱和功耗過大的問題,。一位半導(dǎo)體行業(yè)人士表示，“僅以目前的硬件實現(xiàn)人類水平的人工智能是有限度的,，因此各大公司都將重點放在低功耗和速度提升上,。”
GPU可能會因為與CPU之間的性能差異而出現(xiàn)瓶頸。也就是說,，無論GPU多快結(jié)束計算,，都要完成CPU的運算才能輸出，因此整體性能會受到限制,。對此,，有人提出了在存儲器半導(dǎo)體上疊加高運算的智能型半導(dǎo)體（PIM）的必要性。AI芯片可以在內(nèi)存內(nèi)部直接進(jìn)行AI運算,，具有速度快,、能耗低的優(yōu)點。在存儲芯片領(lǐng)域具有優(yōu)勢的韓國決定在2022年至2028年內(nèi)投資4027億韓元開發(fā)PIM芯片,，以加強(qiáng)人工智能芯片技術(shù),。
實際上，AI專用芯片已經(jīng)成為各國科技巨頭爭奪的下一個技術(shù)高地,。
三星電子,、SK海力士是韓國攻關(guān)AI芯片的主力軍。目前,，三星電子正在與韓國學(xué)術(shù)界,、美國哈佛大學(xué)和加拿大蒙特利爾大學(xué)合作研發(fā)NPU。去年12月,，三星電子公布了與 Naver 合作開發(fā)數(shù)據(jù)中心 AI芯片的計劃,。SK海力士通過其子公司 Sapion 開發(fā)了性能可與英偉達(dá)媲美的AI芯片。目前,，SK 海力士正在開發(fā)下一代 AI芯片,，通過加載HBM3內(nèi)存可以同時進(jìn)行學(xué)習(xí)和推理。
美國微軟,、亞馬遜AWS和谷歌云等科技巨頭正在努力開發(fā)自己的 AI芯片,，以確保在AI和云市場中的霸主地位。目前,，微軟引入了最多的英偉達(dá) AI芯片,，而且還在不斷加碼。亞馬遜AWS和谷歌云在推行雙軌戰(zhàn)略,，在大量引入英偉達(dá) AI芯片的同時開發(fā)自己的AI 芯片“Inferentia”和“TPU（TensorFlow Unit）”,。
國內(nèi)寒武紀(jì)、百度,、比特大陸,、深鑒科技等企業(yè)以及北京大學(xué)、清華大學(xué),、中國科學(xué)院等高校紛紛涌入AI芯片領(lǐng)域,。寒武紀(jì)近兩年發(fā)布第三代云端 AI 芯片思元370,。比特大陸發(fā)布了算豐第三代AI芯片BM1684。百度云智一體3.0的AI IaaS層核心的昆侖芯已量產(chǎn)數(shù)萬片,，實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化落地,，昆侖芯3代將于2024年初量產(chǎn)。
全球各國科技巨頭涌入AI芯片市場,，將不斷推動AI芯片市場增長,。據(jù)Gartner透露，2020年AI芯片市場規(guī)模為220億美元,，2023年將擴(kuò)大2.5倍以上，達(dá)到553億美元,；預(yù)計2026年將增長至861億美元,。
AI芯片突破還需量子芯片
但是目前芯片技術(shù)的發(fā)展遇到了物理極限，“摩爾定律”放緩,，除非量子計算等獲得新的突破,，否則AI產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐可能會停滯不前。韓國電子通信研究院（ETRI）量子技術(shù)研究中心高級研究員Park Seong-soo表示,，“ChatGPT也可以用大量的計算資源,，但如果與未來的量子計算機(jī)結(jié)合，它將成為一個更高智能的人工智能,?！?/p>
量子計算機(jī)被譽(yù)為新一輪科技革命的戰(zhàn)略制高點，能夠在眾多關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域提供超越經(jīng)典計算機(jī)極限的核心計算能力,，在新材料研發(fā),、生物醫(yī)療、金融分析乃至人工智能領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要的作用,。
但是目前還很難看到量子技術(shù)會在10到20年內(nèi)完全突破,，它是如此的困難和不確定。為了克服摩爾定律,，美國IBM計劃在2023年制造一臺擁有1121個量子比特的量子計算機(jī),。韓國SK Telecom 也在發(fā)展其在量子芯片設(shè)計能力，2011年成立了量子技術(shù)研究所,，進(jìn)行全面的量子研究,，2018年收購瑞士量子密碼公司IDQ。國內(nèi)的本源量子在2021年交付了第一臺量子計算機(jī),，使我國成為世界上第三個具備量子計算機(jī)整機(jī)交付能力的國家,。
敬請關(guān)注電子技術(shù)應(yīng)用2023年2月22日==>>商業(yè)航天研討會<<
