當下,，高性能計算（HPC）芯片成為半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要驅(qū)動力,，無論是 IC 設計、晶圓代工,，還是封裝測試企業(yè)，正在將越來越多的資源和精力由手機轉(zhuǎn)向 HPC 市場,，特別是人工智能（AI）服務器芯片,。

目前，稱霸 HPC 芯片市場的依然是以英特爾,、英偉達和 AMD 這三巨頭為代表的美國企業(yè),，不過，這些公司的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在 IC 設計上,，在芯片制造,，特別是晶圓代工，以及封裝測試方面,，美國企業(yè)在全球范圍內(nèi)沒有優(yōu)勢,。

在 HPC 芯片和系統(tǒng)方面，中國本土相關企業(yè)和產(chǎn)品一直處于追趕狀態(tài),，與國際領先技術和企業(yè)之間有明顯差距,。不過，受多種因素影響,，近幾年,，這種落后的局面正在悄然改變，無論是 IC 設計,，還是晶圓代工,，以及封裝測試,，中國本土企業(yè)的技術和產(chǎn)品力在加速提升。這些給美國 HPC 芯片大廠帶來了挑戰(zhàn),，在美國政策和中國本土產(chǎn)品競爭力提升的雙重壓力下,，這些美國芯片大廠也在想辦法突圍。

制程不夠,，封裝來湊

HPC 芯片對晶圓廠的制程工藝要求很高,，能夠完全提供這種產(chǎn)能的晶圓廠不多，這就是美國積極邀請臺積電和三星在其本土建設 5nm 及以下先進制程晶圓廠的主要原因,。但是,，這樣的產(chǎn)能建設需要時間和技術積累，短期內(nèi)難以形成規(guī)模,，做先進封裝相對容易一些,，而且很實用，因為異構芯片很受市場歡迎,，而先進封裝是實現(xiàn)異構芯片的關鍵一環(huán),，實現(xiàn)起來又比 5nm、3nm 這樣的芯片制造產(chǎn)線要容易,，因此,，無論是美國，還是中國大陸,，都把發(fā)展先進封裝技術和產(chǎn)線看得很重,。

市場對先進封裝有怎樣的需求呢？以 HPC 芯片大廠英偉達和 AMD 為例說明一下,。

業(yè)界估算,，2024 年，英偉達和 AMD 的 AI 芯片出貨量總計有望達到 150 萬個,。據(jù)悉,，AMD 的 MI300A 于今年第一季度開始量產(chǎn)出貨，采用了 Chiplet（小芯片）設計,，其中,，CPU 和 GPU 部分采用臺積電 5nm 制程，I/O 部分采用 6nm,，并通過臺積電全新系統(tǒng)整合芯片封裝（SoIC）和 CoWoS 整合。

與 H100 類似,，英偉達最新產(chǎn)品 H200 依然供不應求,，預計該公司在 2024 年底前還會推出采用臺積電 3nm 制程的 B100 和 GB200 等新產(chǎn)品，估計英偉達今年 AI 芯片出貨總量不會低于 100 萬個,，與 2023 年相比翻倍,。這些 Chiplet 設計產(chǎn)品都需要先進封裝,，臺積電的相關產(chǎn)能已經(jīng)供不應求，這也是 2023 全年高性能 GPU 供不應求的重要原因,，這些 GPU 多采用 CoWoS 封裝技術,，目前，CoWoS 供需缺口不低于 20%,，除了英偉達,，越來越的國際 IC 設計大廠也在持續(xù)增加訂單。預計到 2024 下半年,，臺積電 CoWoS 產(chǎn)能將增加 130%,，加上有更多廠商（日月光 ASE、Amkor,、矽品,、三星和 JCET 等）積極切入 CoWoS 供應鏈，先進封裝市場一片紅火,。

因此,，無論是美國企業(yè)（如英特爾和 Amkor），還是美國政府,，都在大力發(fā)展或扶持先進封裝產(chǎn)線,。

美國 DARPA 推出了一項名為下一代微電子制造（NGMM）的新計劃，主要關注點是 3D 異構集成微系統(tǒng) ( 3DHI ) ,，該計劃認為,，微電子創(chuàng)新的下一個主要浪潮將來自通過先進封裝集成異質(zhì)材料、器件和電路的能力,?？梢酝ㄟ^新的封裝和集成技術將內(nèi)存和處理器集成，顯著提高芯片性能,，芯片能夠在不增加更多晶體管的情況下大幅提高速度,。

DARPA 表示該計劃的目標是建立一個 3DHI 制造中心，并可供學術界,、政府和行業(yè)用戶使用,。衡量它成功的標準是能否以合理的成本支持設計、制造,、封裝和測試各種高性能 3DHI 微系統(tǒng),，且支持快節(jié)奏的創(chuàng)新研究。

去年 11 月,，美國政府宣布了國家先進封裝制造計劃愿景 ( NAPMP ) ,，NAPMP 是 4 個 CHIPS for America 研發(fā)計劃之一，政府預計向該計劃投入約 30 億美元,，該計劃的初始資助分配將于 2024 年初公布,。

企業(yè)方面,，美國最大，全球排名第二的封測企業(yè) Amkor 于 2023 年底宣布在亞利桑那州建設一座先進芯片封裝廠,，該項目將專注于高性能計算芯片的封裝和測試,。據(jù)悉，該工廠將在 2~3 年內(nèi)投入生產(chǎn),，并已向美國政府申請 CHIPS 補貼,。該工廠建成后，將與附近的臺積電新建晶圓廠配合,，為蘋果,、AMD、英偉達,、博通等本土大客戶提供先進制程芯片制造和封測服務,。

美國 HPC 芯片大廠遭遇挑戰(zhàn)

除了先進制程制造和封裝產(chǎn)能，美國 HPC 芯片大廠還面臨著銷售渠道不暢通,，以及更多競爭對手的挑戰(zhàn),。

以英偉達為例，中國大陸市場占其銷售額的 20% 左右,，該公司不得不多次改變 GPU 性能規(guī)格,，以滿足美國政府的出口要求。

2022 年 8 月,，美國政府禁止向中國大陸出口英偉達的 A100 和 H100 芯片,，AMD 的 MI250 也被納入限制名單，因為這些芯片的通信帶寬達到了 600GB/s 或更高,。針對中國大陸市場,，英偉達隨后推出了 A800 和 H800 處理器，通信帶寬都明顯低于 600GB/s,。

2023 年 10 月,，美國商務部工業(yè)與安全局（BIS）表示，將使用 " 性能密度 " 作為新參數(shù)對受限芯片進行分類,。根據(jù)新規(guī)定,，英偉達的 A800、H800,、L40,、L40S 和 RTX 4090 相關產(chǎn)品被禁止銷往中國大陸。針對這項規(guī)定,，英偉達又于去年 11 月推出了三款 AI 芯片—— H20,、L20 和 L2，但要到 2024 年第二季度才能量產(chǎn)交付,。

針對 RTX 4090 在中國大陸銷售受限問題,，英偉達開發(fā)出了 RTX 4090 D 顯卡，通過降低部份規(guī)格,，以符合美國出口管制要求,。據(jù)悉，RTX 4090 D 滿足綜合運算性能（TPP）4800 限制,，RTX 4090 的 TPP 是 5286,。

最近，英偉達推出了最新版本的中國特供 GPU 和顯卡 RTX 5880 Ada,，符合 4800 TPP 的限制規(guī)定,。英偉達將 AD102 芯片用于 RTX 6000 Ada 和 RTX 5000 Ada，RTX 5880 Ada 很可能使用相同芯片的變體,。AD102 擁有 18,432 個 CUDA 內(nèi)核,。

不止英偉達，由于受到同樣的出口限制,，英特爾和 AMD 也在向中國大陸市場推出定制化的 GPU 和 CPU 產(chǎn)品,。

2023 年 7 月，英特爾針對中國市場推出了一款定制版的 AI 訓練處理器 Gaudi2,。由于 MI300 系列產(chǎn)品受到美國新規(guī)限制,，AMD 也計劃向中國大陸市場推出特供版的 MI300。

這幾家美國處理器大廠如此熱衷于為中國大陸市場開發(fā)定制版產(chǎn)品,，主要原因是這里的市場巨大,，有足夠的賺錢空間。不過,，隨著近幾年美國限制政策的出臺,，以及中國本土企業(yè)和產(chǎn)品競爭力的提升，英偉達等廠商的技術和產(chǎn)品優(yōu)勢正在縮小,。例如,，英偉達的 H20 在性能和效率上仍比中國本土 AI 芯片具有優(yōu)勢，但這種優(yōu)勢正在縮小,，因為多家中國本土芯片廠商正在快速發(fā)展,。

事實上，一些中國大陸科技公司已經(jīng)轉(zhuǎn)向使用本地芯片,。

由于中國本土 AI 芯片與英偉達特供版產(chǎn)品之間的差距縮小,，進入 2024 年以來，多家中國互聯(lián)網(wǎng)大廠和云服務提供商表示,，今年下訂的英偉達 H20 等產(chǎn)品數(shù)量將遠少于原本想買的,，因為本土相關芯片的用量增加了。

測試結果顯示,，H20 能有效在多個處理器之間高效傳輸數(shù)據(jù),，比中國本土相關芯片更適合 AI 計算應用,，但是，需要更多 H20 才能表現(xiàn)出英偉達常規(guī) GPU 的算力,，這就大幅提高了成本,。相比之下，中國本土最先進的 AI 芯片也能處理 AI 相關應用,，只是處理任務的復雜度低于英偉達的,。知情人士表示，多家中國互聯(lián)網(wǎng)大廠和云服務提供商已經(jīng)把一些 AI 芯片訂單轉(zhuǎn)至本土廠商,。

不止中國市場,，英偉達、英特爾等 HPC 芯片大廠還要面對來自美國本土客戶的競爭,。微軟,、Meta、亞馬遜等云服務提供商為了降低芯片成本,，并使芯片供應鏈多元化,，減少對英偉達的依賴，不僅開始提升采購 AMD 的 MI300 系列產(chǎn)品數(shù)量,，要求 ODM 廠設計專門采用 MI300 系列產(chǎn)品的 AI 服務器,，還紛紛加強自研 HPC 芯片力度，爭取將更多自研芯片用于自家的互聯(lián)網(wǎng)和云計算系統(tǒng),。

這樣看來,，雖然英偉達和 AMD 依然很風光，但受限于先進制程,、封裝產(chǎn)能,，以及來自各級別芯片對手的競爭，這幾家處理器傳統(tǒng)大廠是有隱憂的,，未來的日子不會像現(xiàn)在這么好過,。

中國本土 AI 系統(tǒng)的崛起和不足

中國是電子信息制造和消費大國，對 GPU 和 CPU 需求量巨大,。近年來,，國產(chǎn) GPU 公司，如璧韌科技,、摩爾線程,、芯動科技、天數(shù)智能,、華為等紛紛發(fā)布新品,，且含金量越來越高,?？傮w來看,，中國本土 GPU 和 CPU 性能及生態(tài)系統(tǒng)正在逐步完善,。

以華為為例,，該公司自研的 Ascend 910 系列處理器,，特別是其最新版本芯片得到了越來越多中國本土 IT 系統(tǒng)設備和互聯(lián)網(wǎng)大廠的青睞,，訂單量持續(xù)提升,。除了芯片本身,，華為還提供相應的開發(fā)工具包和跨 AI 的云訓練服務,。2023 年 8 月，科大訊飛董事長劉慶峰高度評價了華為開發(fā)的處理器,，將它與英偉達的 A100 進行了比較,，劉慶峰表示，科大訊飛正在與華為合作進行硬件開發(fā),。當然,，不止科大訊飛一家，有幾家中國本土頭部 IT 和互聯(lián)網(wǎng)大廠都在與華為和其它本土 HPC 芯片企業(yè)合作,，開發(fā)高性能計算系統(tǒng),。

經(jīng)過多年的潛心研發(fā)和沉淀，近兩三年,，龍芯迎來了收獲季,。

2023 年底，龍芯正式推出了 3A6000 處理器,。3A6000 依然基于該公司自研的 LoongArch 指令集架構,，工藝制程依舊是 12nm，內(nèi)核升級為 LA664,，也就是 64 位,。3A6000 為 4 核處理器，所以擁有 4 個 LA664 核心,，支持 128 位向量處理擴展指令（LSX）和 256 位高級向量處理擴展指令（LASX）,。另外，3A6000 支持同步多線程技術,，也就是超線程技術,。測試數(shù)據(jù)顯示，3A6000 的 SPEC 性能達到了英特爾 10 代酷睿 4 核處理器的水準,。

龍芯還推出了服務器 CPU 芯片 3C6000 和 3D6000,，以及具有較高性價比的桌面級 CPU 芯片 2K3000，可用于上網(wǎng)本,、工控,、迷你主機等。

龍芯也在研發(fā) GPU，于 2023 年底推出了 9A1000,，對標 AMD 的 RX 550 顯卡,，計劃在 2024 年第三季度流片。9A1000 支持科學計算加速和 AI 加速,。

以華為和龍芯為代表的中國本土廠商不斷發(fā)力,，正在將國產(chǎn) GPU 和 CPU 推向新的高度，目前來看,，這些產(chǎn)品可以替換英偉達和英特爾的中國特供版芯片,。

不過，要想跟上國際大廠的最先進 HPC 芯片,，中國本土企業(yè)還有較長的路要走,，攻克其中的技術壁壘依然很難。開發(fā)高性能 GPU 和 CPU 是一項系統(tǒng)工程,，包含硬件架構,、算法、軟件生態(tài)等多個組成部分,，缺一不可,。

另外，HPC 系統(tǒng)設計也很復雜,，芯片只是其中的一個重要組成部分,，復雜系統(tǒng)不是簡單的處理器堆砌，如果體系結構設計,、高速互聯(lián)網(wǎng)絡,、并行文件系統(tǒng)、存儲列陣等不過關,，即使堆再多的 CPU,，整個系統(tǒng)性能也無法提高。

結語

從目前的發(fā)展情況來看,，未來,，美國和中國大陸的 HPC 芯片產(chǎn)業(yè)鏈綜合實力都將增強，美國的 IC 設計能力依然強大,，同時,，其制造、封測能力不斷提升,，同時,，中國大陸的 IC 設計和制造競爭力也會持續(xù)提升，并加快追趕傳統(tǒng)大廠的腳步,。

目前來看,，美國發(fā)展先進芯片制造和封測具有更多優(yōu)勢,，畢竟它們在獲得先進半導體設備，以及在本土建先進制程晶圓廠方面更具話語權和掌控力,。中國大陸在建先進制程晶圓產(chǎn)線方面,，困難較多。在這種情況下,，發(fā)展先進封裝技術和產(chǎn)線就顯得更加重要,。

近幾年，中國投資先進封裝技術的力度越來越大,。由于小芯片和異構集成已經(jīng)成為充分利用較為成熟制程節(jié)點的重要手段,，許多公司正在進入 FOWLP 或 FOPLP 等扇出型封裝業(yè)務，由于能夠?qū)崿F(xiàn)無基板（no-substrate）解決方案,，扇出技術廣受歡迎,。同時，CoWoS 和 3D 封裝技術也成為重點開發(fā)項目,。總體來看,，先進封裝已成為中國本土相關企業(yè)提升未來市場競爭力的戰(zhàn)略手段,。