Yole：2024年數(shù)據(jù)中心半導體趨勢

  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(shù)據(jù)中心半導體市場將增長12.8%，達到2050億美元。

  數(shù)據(jù)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(jù)預測，到2029年，數(shù)據(jù)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(jù)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(wǎng)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(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)中心的大量技術創(chuàng)新

  在服務器技術的動態(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(xié)同處理器的連接率，目前GPU處于領先地位。在數(shù)據(jù)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(wǎng)絡領域，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架構方面取得進步。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)存作為主要驅動。

  從2028年起，光子學在光學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(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，被認為是優(yōu)化性能的關鍵。

  展望未來，該報告強調了神經(jīng)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(shù)據(jù)中心供應鏈

  數(shù)據(jù)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(wǎng)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(shù)據(jù)中心是重點。尤其是中國，在5G、加密貨幣、大數(shù)據(jù)、人工智能等應用以及疫情期間遠程工作/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(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(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(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。