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計算加速芯片項目可行性研究報告
1、計算加速芯片市場分析
在數(shù)字經(jīng)濟飛速發(fā)展、新質(zhì)生產(chǎn)力不斷提升的背景下,以GPU為代表的具備超強計算能力和卓越性能的邏輯芯片得到了迅速發(fā)展。特別是當前領(lǐng)先的GPU產(chǎn)品已經(jīng)展現(xiàn)出傳統(tǒng)CPU難以比擬的指數(shù)級計算能力。主流AI計算加速芯片包括以下幾類:
(1)GPU
GPU最初用于圖形渲染,逐漸發(fā)展為通用計算加速引擎,其大規(guī)模并行計算架構(gòu)可同時執(zhí)行海量計算任務(wù)。隨著深度學(xué)習(xí)的發(fā)展,GPU在AI訓(xùn)練與推理領(lǐng)域逐漸成為主流選擇。GPU的高帶寬內(nèi)存和并行計算結(jié)構(gòu)適合加速矩陣運算、卷積操作等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵環(huán)節(jié),并擴展至科學(xué)計算、數(shù)據(jù)分析等多領(lǐng)域,形成了成熟的開發(fā)生態(tài)與軟件支持,成為現(xiàn)代計算基礎(chǔ)設(shè)施的核心組件。
(2)ASIC
ASIC是為特定應(yīng)用或算法場景而設(shè)計的定制化芯片,其硬件結(jié)構(gòu)和電路都緊密圍繞特定功能需求設(shè)計。AIASIC通常針對特定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或算法進行優(yōu)化,能夠在功耗與性能之間達到較好的平衡。其優(yōu)勢在于較高的計算效率和低功耗,適合大規(guī)模量產(chǎn)及對計算性能和能效要求極高的應(yīng)用場景,例如數(shù)據(jù)中心AI加速器或邊緣設(shè)備等。
(3)FPGA
FPGA是一種可編程邏輯器件,通過編程硬件電路實現(xiàn)定制化功能。與ASIC相比,FPGA具備更高的靈活性,可根據(jù)算法需求進行硬件配置或更新,并行度與低時延表現(xiàn)也較為突出。其適用于算法迭代頻繁、對硬件配置要求靈活多變的AI場景,尤其是在邊緣計算或原型驗證階段,能夠迅速完成硬件加速方案的驗證與部署。
在AI主流計算加速芯片對比中,GPU較ASIC、FPGA具備顯著的綜合優(yōu)勢。從應(yīng)用覆蓋看,GPU同時適配AI訓(xùn)練與推理場景;在功能特性上,其憑借靈活可編程的通用屬性,無需永久性物理更改即可定義功能,相較FPGA的半定制局限與ASIC的完全定制且不可更改性,適配性更優(yōu);在計算能力維度,以英偉達B200為代表的GPU產(chǎn)品性能遠高于當前FPGA和ASIC相關(guān)產(chǎn)品;開發(fā)生態(tài)層面,GPU依托成熟開發(fā)環(huán)境與龐大開發(fā)者生態(tài)系統(tǒng),遠勝FPGA以及ASIC在開發(fā)工具兼容性上的事實表現(xiàn)。盡管GPU在能源效率上存在耗電量較高的特點,但其在應(yīng)用靈活性、計算性能、開發(fā)友好性上的突出優(yōu)勢,使其成為AI計算場景中兼具效率與普適性的優(yōu)選方案。
2、計算加速芯片產(chǎn)業(yè)鏈分析
計算加速芯片產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)圖
資料來源:普華有策整理
AI計算加速芯片產(chǎn)業(yè)鏈可分為上游、中游和下游三個部分。其中,芯片設(shè)計公司位于中游,是產(chǎn)業(yè)鏈的核心,決定了整個行業(yè)的技術(shù)走向和市場競爭力。這些公司可采用IDM模式(集設(shè)計、制造、封裝、測試與銷售等環(huán)節(jié)由同一家企業(yè)完成的商業(yè)模式),也可采取Fabless模式。此外,部分芯片設(shè)計公司具備自主開發(fā)EDA軟件和IP模塊的能力,這進一步增強了其在產(chǎn)業(yè)鏈中的核心地位。
上游環(huán)節(jié)提供芯片設(shè)計所需的EDA軟件、IP模塊等,以及制造所需的設(shè)備和材料。EDA軟件和IP供應(yīng)商為芯片設(shè)計提供工具支持,而設(shè)備和材料供應(yīng)商則為芯片制造、封裝和測試提供關(guān)鍵資源。
中游環(huán)節(jié),除AI計算加速芯片設(shè)計公司,還包括晶圓制造、封裝和測試環(huán)節(jié)。晶圓制造部分通常由外部晶圓代工廠提供,而封裝和測試環(huán)節(jié)則由封測廠商完成,包括IC封裝、組裝及測試工作,以確保芯片具備出色的性能和可靠性。
下游環(huán)節(jié)涵蓋AI芯片的分銷和系統(tǒng)制造。分銷商主要負責(zé)銷售圖案化晶圓或AI計算加速芯片,而系統(tǒng)制造商(ODM)則負責(zé)將AI計算加速芯片集成到終端產(chǎn)品中,并最終交付給品牌商。最終應(yīng)用下游包括AI計算加速、機器人、自動駕駛、元宇宙、數(shù)字孿生、科學(xué)計算、工業(yè)自動化、消費電子等眾多行業(yè)。
3、計算加速芯片行業(yè)細分領(lǐng)域市場需求分析
(1)中國算力市場規(guī)模
隨著AI和大數(shù)據(jù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,中國算力規(guī)模呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢,整體規(guī)模從2020年的136.20EFLOPs增長至2024年的617.00EFLOPs,期間年均復(fù)合增長率為45.9%;預(yù)計到2029年中國算力總規(guī)模將達到3,442.89EFLOPs,預(yù)測期年均復(fù)合增長率達40.0%。其中,智能算力是引領(lǐng)算力規(guī)模指數(shù)級增長的核心,其規(guī)模從2020年59.20EFLOPs增長至2024年的438.07EFLOPs,期間年均復(fù)合增長率高達64.9%,預(yù)計在2025年至2029年期間,智能算力將以45.3%的年均復(fù)合增長率增長至3,035.91EFLOPs,這一增長趨勢的主要推動力在于AI技術(shù)的深入應(yīng)用,促進了對高性能計算能力的強烈需求,推動智能算力持續(xù)擴容。與此同時,通用算力規(guī)模預(yù)計從2025年的215.55EFLOPs增長至2029年的406.98EFLOPs,市場增長主要得益于傳統(tǒng)行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,如企業(yè)日常辦公、數(shù)據(jù)存儲管理、業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行等常規(guī)計算場景釋放穩(wěn)定需求。
2020-2024年中國算力市場規(guī)模
資料來源:普華有策整理
2025-2029年中國算力市場規(guī)模預(yù)測
資料來源:普華有策整理
2020-2024年中國智能算力市場規(guī)模
資料來源:普華有策整理
2025-2029年中國智能算力市場規(guī)模預(yù)測
資料來源:普華有策整理
2020-2024年中國通用算力市場規(guī)模
資料來源:普華有策整理
2025-2029年中國通用算力市場規(guī)模預(yù)測
資料來源:普華有策整理
(2)AI計算加速芯片市場規(guī)模
隨著中國AI下游應(yīng)用市場的迅速擴張,AI計算加速芯片的市場需求呈現(xiàn)爆炸式增長,吸引各類芯片制造商的加入。目前,GPU依然是AI市場的主導(dǎo)芯片。不過,以ASIC和FPGA為代表的其他類型芯片也已實現(xiàn)商業(yè)化,并在市場中占據(jù)一定比例。
未來,隨著中國GPU企業(yè)在技術(shù)上的不斷突破,AI計算加速芯片的市場規(guī)模預(yù)計將實現(xiàn)快速增長。根據(jù)公開資料預(yù)測,到2029年,中國的AI芯片市場規(guī)模將從2024年的1,425.37億元激增至13,367.92億元,2025年至2029年期間年均復(fù)合增長率為53.7%。從細分市場上看,GPU的市場增長速度最快,其市場份額預(yù)計將從2024年的69.9%上升至2029年的77.3%。
2020-2024年中國AI計算加速芯片市場規(guī)模
資料來源:普華有策整理
2025-2029年中國AI計算加速芯片市場規(guī)模預(yù)測
資料來源:普華有策整理
4、計算加速芯片行業(yè)競爭格局分析
當前,全球計算加速芯片行業(yè)的競爭格局呈現(xiàn)多元化與層級化特征,市場主要由三大陣營主導(dǎo):一是以英偉達(NVIDIA)為代表的傳統(tǒng)GPU巨頭,憑借其強大的硬件性能、成熟的CUDA軟件生態(tài)及廣泛的開發(fā)者社區(qū),占據(jù)人工智能訓(xùn)練市場的絕對主導(dǎo)地位;二是以AMD、英特爾(Intel)為首的綜合半導(dǎo)體巨頭,依托其CPU生態(tài)優(yōu)勢,通過并購(如AMD收購賽靈思)和自研技術(shù)(如Intel的Gaudi)多路徑布局加速計算領(lǐng)域,試圖打破壟斷;三是以谷歌(TPU)、亞馬遜(AWS Graviton)、華為(昇騰)為代表的云計算及科技巨頭,基于自身垂直應(yīng)用場景需求,自研專用芯片,實現(xiàn)軟硬件協(xié)同優(yōu)化,構(gòu)建從云到端的全棧競爭力。
與此同時,眾多專注于特定架構(gòu)或場景的初創(chuàng)企業(yè)(如Graphcore、Cerebras等)以前沿技術(shù)(如存算一體、wafer-scale芯片等)為突破口,在細分領(lǐng)域?qū)で蟛町惢瘍?yōu)勢。競爭核心已從單純的硬件算力比拼,升級為“芯片架構(gòu)創(chuàng)新+軟件開發(fā)平臺+行業(yè)應(yīng)用生態(tài)”的全方位較量。行業(yè)壁壘極高,不僅需要雄厚的資本投入和尖端技術(shù)積累,更取決于能否構(gòu)建吸引開發(fā)者的軟件工具鏈和可持續(xù)的商業(yè)化落地場景,未來市場將進一步向具備生態(tài)聚合能力的頭部企業(yè)集中。
5、計算加速芯片行業(yè)發(fā)展趨勢及前景分析
隨著人工智能、大數(shù)據(jù)和云計算等技術(shù)的快速發(fā)展,對計算性能的需求日益增加,加速芯片成為推動這些技術(shù)進步的關(guān)鍵因素。近年來,專為AI推理和訓(xùn)練、圖像處理、科學(xué)計算等領(lǐng)域設(shè)計的加速芯片,已成為技術(shù)創(chuàng)新的核心動力。尤其是在GPU、TPU、FPGA和ASIC等加速芯片的不斷演進下,行業(yè)迎來了快速增長的窗口期。這些芯片通過高效的數(shù)據(jù)并行處理和特定算法優(yōu)化,極大提升了計算效率和處理速度,滿足了海量數(shù)據(jù)處理的需求。隨著5G、自動駕駛、邊緣計算等新興應(yīng)用場景的崛起,加速芯片的需求將進一步擴大,成為各行業(yè)技術(shù)競爭的制高點。
未來,加速芯片行業(yè)的前景十分廣闊。隨著技術(shù)的不斷成熟和創(chuàng)新,特別是在量子計算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理和深度學(xué)習(xí)等前沿技術(shù)領(lǐng)域的突破,未來幾年內(nèi)加速芯片市場將呈現(xiàn)出更為多元化的應(yīng)用趨勢。當前,由于市場對高效能、低功耗芯片的需求日益增長,各大科技公司和芯片廠商正加大在研發(fā)方面的投入,推動產(chǎn)品迭代和生態(tài)建設(shè)。此外,開源硬件和軟件的普及,也為中小型企業(yè)提供了更多的創(chuàng)新機會,進一步推動了行業(yè)的多樣化和全球化發(fā)展??傊S著計算需求的持續(xù)增長和技術(shù)的不斷進步,加速芯片行業(yè)將在未來幾年內(nèi)迎來黃金發(fā)展期,市場規(guī)模和應(yīng)用場景都將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。
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