Yole：2024年數據中心半導體趨勢

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

  數據中心半導體對整個半導體市場做出了巨大貢獻

  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，服務器中的半導體價值將增加。這一服務器半導體市場將有利于整個半導體市場。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)的新技術的驅動，例如GPGPU、AI ASIC、CXL、光學I/O、CPO或寬帶隙半導體。這些創(chuàng)新將為半導體市場增加更多價值。據預測，到2029年，數據中心的半導體價值約為2050億美元，復合年增長率為12.8%(2023-2029年)。這將占整個服務器市場的約65%。這2050億美元將占2029年整個半導體市場的26%。

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

  和網絡。由于人工智能服務器的集成度不斷提高(耗電量幾乎是標準服務器的十倍)，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的市場價值預計將略有下降。這一增長也將使代工廠受益。到2029年，數據中心將消耗約2500萬片晶圓，這約占全球產量的17%。

  數據中心的大量技術創(chuàng)新

  在服務器技術的動態(tài)環(huán)境中，分解(Disaggregation)的出現正在重塑數據中心基礎設施。人工智能(AI)進化正在推動傳統(tǒng)上用于人工智能訓練的GPU的細分。一種專門用于人工智能任務的變體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的協同處理器的連接率，目前GPU處于領先地位。在數據流升級的推動下，人工智能推理和訓練越來越遠離計算服務器中的CPU。GPU和AI ASIC加速器促進了這種轉變。

  在網絡領域，數據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、高帶寬內存(HBM)、內存內處理和non-x86架構方面取得進步。CXL利用PCIe物理層，旨在提高數據中心的緩存一致性、分解性和可組合性，并將內存作為主要驅動。

  從2028年起，光子學在光學I/O、內存和處理器之間的帶寬增加以及數據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，探索光子學來解決半導體集成的挑戰(zhàn)。同時，內存單元內的計算和內存創(chuàng)新，包括計算存儲和內存處理，被認為是優(yōu)化性能的關鍵。

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

  高度分散但活躍的數據中心供應鏈

  數據中心供應鏈的特點是嚴重分散，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)等主導著2022年超過1320億美元的大量投資，他們主要投資服務器和網絡。未來的趨勢表明，在向混合云服務和邊緣計算擴展的同時，建設數據中心是重點。尤其是中國，在5G、加密貨幣、大數據、人工智能等應用以及疫情期間遠程工作/教育需求的推動下，政府將數據中心指定為其“新基礎設施”的關鍵要素。

  2024年的市場前景強調人工智能服務器的增長，惠普、戴爾和浪潮占據了很大的市場份額。這些公司與主要的數據中心所有者結盟，由于他們對設備供應商的影響，擁有相當大的議價能力。

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

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

  光子產品由Coherent、Lumentum、Broadcom和Trumpf控制，而功率器件則以英飛凌為首，其次是Onsemi和意法半導體。傳感器在數據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計時器在為數據中心服務器的高帶寬需求提供準確的定時源方面發(fā)揮著至關重要的作用。