Yole：2024年數(shù)據(jù)中心半導(dǎo)體趨勢

  ICC訊（編譯：Nina）近日，Yole Intelligence發(fā)布《2024年數(shù)據(jù)中心半導(dǎo)體趨勢》報告。報告指出，在人工智能革命的推動下，業(yè)內(nèi)將開發(fā)創(chuàng)新的服務(wù)器半導(dǎo)體，以提高計算能力和帶寬，同時保持低能耗。到2029年，全球數(shù)據(jù)中心半導(dǎo)體市場將增長12.8%，達(dá)到2050億美元。

  數(shù)據(jù)中心半導(dǎo)體對整個半導(dǎo)體市場做出了巨大貢獻(xiàn)

  隨著AI和ML前沿模型的增長，用于存儲、處理和互連的硅含量增加，服務(wù)器中的半導(dǎo)體價值將增加。這一服務(wù)器半導(dǎo)體市場將有利于整個半導(dǎo)體市場。市場增長還將受到解決帶寬、延遲、處理能力和功耗等各種挑戰(zhàn)的新技術(shù)的驅(qū)動，例如GPGPU、AI ASIC、CXL、光學(xué)I/O、CPO或?qū)拵栋雽?dǎo)體。這些創(chuàng)新將為半導(dǎo)體市場增加更多價值。據(jù)預(yù)測，到2029年，數(shù)據(jù)中心的半導(dǎo)體價值約為2050億美元，復(fù)合年增長率為12.8%(2023-2029年)。這將占整個服務(wù)器市場的約65%。這2050億美元將占2029年整個半導(dǎo)體市場的26%。

  存儲器(Memory)和處理(Processing)將占據(jù)該市場的最高份額，而光子學(xué)(Photonics)將擁有最大的增長(約35%)，這是由新興的用于400G及以上光學(xué)收發(fā)器的光子芯片推動的，預(yù)計在2030年之前將達(dá)到3.2Tb。除了可插拔之外，光學(xué)I/O和CPO還將集成服務(wù)器

  和網(wǎng)絡(luò)。由于人工智能服務(wù)器的集成度不斷提高(耗電量幾乎是標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器的十倍)，高于3千瓦的電源單元(PSU)的市場價值將增加。相比之下，小于1千瓦的PSU的市場價值預(yù)計將略有下降。這一增長也將使代工廠受益。到2029年，數(shù)據(jù)中心將消耗約2500萬片晶圓，這約占全球產(chǎn)量的17%。

  數(shù)據(jù)中心的大量技術(shù)創(chuàng)新

  在服務(wù)器技術(shù)的動態(tài)環(huán)境中，分解(Disaggregation)的出現(xiàn)正在重塑數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施。人工智能(AI)進(jìn)化正在推動傳統(tǒng)上用于人工智能訓(xùn)練的GPU的細(xì)分。一種專門用于人工智能任務(wù)的變體GPGPU正在興起，同時人工智能ASIC因其專業(yè)化和能效而越來越突出。

  人工智能的普及正在提高旨在加速人工智能技術(shù)的協(xié)同處理器的連接率，目前GPU處于領(lǐng)先地位。在數(shù)據(jù)流升級的推動下，人工智能推理和訓(xùn)練越來越遠(yuǎn)離計算服務(wù)器中的CPU。GPU和AI ASIC加速器促進(jìn)了這種轉(zhuǎn)變。

  在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)中心分解和虛擬化利用SmartNIC和DPU來卸載CPU，這就需要在封裝、小芯片、高帶寬內(nèi)存(HBM)、內(nèi)存內(nèi)處理和non-x86架構(gòu)方面取得進(jìn)步。CXL利用PCIe物理層，旨在提高數(shù)據(jù)中心的緩存一致性、分解性和可組合性，并將內(nèi)存作為主要驅(qū)動。

  從2028年起，光子學(xué)在光學(xué)I/O、內(nèi)存和處理器之間的帶寬增加以及數(shù)據(jù)中心的潛在集成方面越來越受歡迎。在功率方面，越來越多的寬帶隙半導(dǎo)體(如SiC和GaN)被用于更高效的電源單元。創(chuàng)新的封裝方法，包括在中間層上堆疊HBM，探索光子學(xué)來解決半導(dǎo)體集成的挑戰(zhàn)。同時，內(nèi)存單元內(nèi)的計算和內(nèi)存創(chuàng)新，包括計算存儲和內(nèi)存處理，被認(rèn)為是優(yōu)化性能的關(guān)鍵。

  展望未來，該報告強調(diào)了神經(jīng)形態(tài)計算芯片、光學(xué)計算和量子計算等新興技術(shù)的潛力，這些技術(shù)將顯著提高服務(wù)器的長期性能。

  高度分散但活躍的數(shù)據(jù)中心供應(yīng)鏈

  數(shù)據(jù)中心供應(yīng)鏈的特點是嚴(yán)重分散，主要參與者如美國GAFAM(蘋果、亞馬遜、Meta、谷歌、微軟)和中國BAT(百度、阿里巴巴、騰訊)等主導(dǎo)著2022年超過1320億美元的大量投資，他們主要投資服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)。未來的趨勢表明，在向混合云服務(wù)和邊緣計算擴(kuò)展的同時，建設(shè)數(shù)據(jù)中心是重點。尤其是中國，在5G、加密貨幣、大數(shù)據(jù)、人工智能等應(yīng)用以及疫情期間遠(yuǎn)程工作/教育需求的推動下，政府將數(shù)據(jù)中心指定為其“新基礎(chǔ)設(shè)施”的關(guān)鍵要素。

  2024年的市場前景強調(diào)人工智能服務(wù)器的增長，惠普、戴爾和浪潮占據(jù)了很大的市場份額。這些公司與主要的數(shù)據(jù)中心所有者結(jié)盟，由于他們對設(shè)備供應(yīng)商的影響，擁有相當(dāng)大的議價能力。

  存儲設(shè)備由三星、SK海力士和美光主導(dǎo)，而英特爾、AMD、ARM和英偉達(dá)等主要芯片供應(yīng)商則積極開發(fā)用于AI、HPC和邊緣計算的設(shè)備和加速器，推動了云數(shù)據(jù)中心和企業(yè)的需求。

  在處理器市場，英特爾、AMD和英偉達(dá)控制著90%的CPU市場和幾乎所有的GPU市場，利用戰(zhàn)略投資和收購來構(gòu)建全面的生態(tài)系統(tǒng)。

  光子產(chǎn)品由Coherent、Lumentum、Broadcom和Trumpf控制，而功率器件則以英飛凌為首，其次是Onsemi和意法半導(dǎo)體。傳感器在數(shù)據(jù)中心的使用是有限的，主要集中在溫度傳感器和MEMS振蕩器上，SiTime MEMS計時器在為數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的高帶寬需求提供準(zhǔn)確的定時源方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。