2024年中國算力芯片行業(yè)現(xiàn)狀及趨勢(shì)研判：下游算力需求不斷攀升，算力芯片市場需求不斷增長 [圖]

內(nèi)容概況：算力芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游、中游和下游三個(gè)部分。上游主要涉及算力芯片設(shè)計(jì)所需的半導(dǎo)體原材料和半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)，主要原材料包括硅片、光刻膠、濺射靶材、電子特氣等。主要半導(dǎo)體設(shè)備包括單晶爐、光刻設(shè)備、PVD設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備等。中游則是芯片的設(shè)計(jì)、制造、封裝和測(cè)試環(huán)節(jié)，下游則是芯片的應(yīng)用領(lǐng)域，包括數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)行業(yè)。2023年中國GPU市場規(guī)模為807億元，較上年增長32.78%。隨著人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)高性能GPU的需求日益增長。近年來，中國CPU行業(yè)市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。2023年，中國CUP市場規(guī)模達(dá)到2160.32億元。并在未來幾年內(nèi)保持快速增長。這一增長趨勢(shì)得益于數(shù)據(jù)中心行業(yè)的快速發(fā)展以及信創(chuàng)政策的推動(dòng)，尤其是在高單價(jià)國產(chǎn)CPU應(yīng)用領(lǐng)域的增長。隨著中國在5G、數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)自動(dòng)化、汽車電子等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)FPGA芯片的需求呈現(xiàn)出快速增長的趨勢(shì)。2023年中國FPGA市場規(guī)模約為249.9億元，較上年增長19.68%。2023年全球ASIC市場規(guī)模為392億美元，較上年增長2.35%。

關(guān)鍵詞：算力芯片、CPU、GPU、ASIC、FPGA

一、算力芯片行業(yè)定義及分類

算力芯片是指專門設(shè)計(jì)用于進(jìn)行大規(guī)模計(jì)算和運(yùn)算的集成電路芯片，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的核心組件，負(fù)責(zé)執(zhí)行各種計(jì)算任務(wù)和數(shù)據(jù)處理工作。它是一種高度集成的半導(dǎo)體芯片，通過電路設(shè)計(jì)和算法實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、存儲(chǔ)和傳輸。算力芯片的性能直接影響著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)算速度、能效、響應(yīng)時(shí)間和處理復(fù)雜任務(wù)的能力。算力芯片可以分為多種類型，包括中央處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）、專用集成電路（ASIC）、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（NPU）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）等。

算力芯片分類

二、算力芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

算力芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游、中游和下游三個(gè)部分。上游主要涉及算力芯片設(shè)計(jì)所需的半導(dǎo)體原材料和半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)，主要原材料包括硅片、光刻膠、濺射靶材、電子特氣等。這些材料是芯片制造的基礎(chǔ)，其質(zhì)量和性能直接影響芯片的性能和可靠性；主要半導(dǎo)體設(shè)備包括單晶爐、光刻設(shè)備、PVD設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備等。這些設(shè)備是芯片制造過程中必不可少的工具，其技術(shù)水平和性能對(duì)芯片制造的質(zhì)量和效率有重要影響。中游則是芯片的設(shè)計(jì)、制造、封裝和測(cè)試環(huán)節(jié)，下游則是芯片的應(yīng)用領(lǐng)域，包括數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)行業(yè)。

算力芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

三、算力芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上游分析

光刻膠是半導(dǎo)體制造中的關(guān)鍵材料，用于在晶圓上形成電路圖案。我國光刻膠行業(yè)在過去幾年中取得了顯著的技術(shù)進(jìn)步，特別是在KrF、ArF等高端光刻膠領(lǐng)域，一些國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破，部分產(chǎn)品性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，開始進(jìn)入國內(nèi)外市場。2022年，我國光刻膠行業(yè)市場規(guī)模達(dá)到190.69億元。光刻膠在算力芯片制造過程中扮演著至關(guān)重要的角色。通過紫外線的照射，光刻膠能夠在硅片表面轉(zhuǎn)化成一個(gè)具有一定厚度的光刻膠層，并根據(jù)紫外線照射強(qiáng)度的不同形成不同線寬和間距的圖案。這一過程極大地提高了芯片圖形的制作精度，確保了算力芯片的高性能表現(xiàn)。在算力芯片追求高效能、低功耗、高密度的背景下，高精度的圖形制作是不可或缺的。

2019-2022年中國光刻膠市場規(guī)模情況

中國作為全球最大的半導(dǎo)體市場之一，其半導(dǎo)體硅片市場規(guī)模不斷增長。2023年中國半導(dǎo)體硅片市場規(guī)模約為164.85億元。半導(dǎo)體硅片是制造算力芯片的基石，幾乎所有的芯片都是在硅片上通過光刻、蝕刻、沉積等工藝制造而成。硅片的尺寸、純度、平整度等特性直接影響著芯片的性能和良率。大直徑硅片（如300mm）的使用能夠提高芯片制造的效率，降低成本，對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)高性能算力芯片至關(guān)重要。隨著算力需求的不斷增長，對(duì)芯片性能、功耗和成本的要求越來越高。這推動(dòng)了半導(dǎo)體硅片制備技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，如極低缺陷密度的硅片、大直徑硅片的量產(chǎn)、新型硅材料的開發(fā)等，為算力芯片的性能提升和成本優(yōu)化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

2019-2023年中國半導(dǎo)體硅片市場規(guī)模情況

相關(guān)報(bào)告：智研咨詢發(fā)布的《中國算力芯片行業(yè)市場競爭態(tài)勢(shì)及發(fā)展前景研判報(bào)告》

四、算力芯片行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

近年來，中國GPU行業(yè)在技術(shù)上取得了顯著進(jìn)步，尤其是在高性能計(jì)算、人工智能、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域。GPU不僅用于圖形處理，還廣泛用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)等需要大量并行計(jì)算的領(lǐng)域。在中國市場，GPU的應(yīng)用領(lǐng)域包括計(jì)算機(jī)游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能、圖像渲染、科學(xué)計(jì)算等。2023年中國GPU市場規(guī)模為807億元，較上年增長32.78%。隨著人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)高性能GPU的需求日益增長。中國作為全球第二大經(jīng)濟(jì)體和最大的互聯(lián)網(wǎng)市場，為GPU行業(yè)提供了廣闊的應(yīng)用場景和市場需求。

2020-2023年中國GPU市場規(guī)模情況

近年來，中國CPU行業(yè)市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。2023年，中國CUP市場規(guī)模達(dá)到2160.32億元。并在未來幾年內(nèi)保持快速增長。這一增長趨勢(shì)得益于數(shù)據(jù)中心行業(yè)的快速發(fā)展以及信創(chuàng)政策的推動(dòng)，尤其是在高單價(jià)國產(chǎn)CPU應(yīng)用領(lǐng)域的增長。中國CPU行業(yè)在技術(shù)上取得了顯著進(jìn)步，多家企業(yè)如龍芯、飛騰、申威、兆芯、海光等，已經(jīng)研發(fā)并推出了多款基于自主指令集架構(gòu)的CPU產(chǎn)品，涵蓋了服務(wù)器、個(gè)人電腦、嵌入式系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域。這些CPU在性能、功耗、安全性等方面持續(xù)提升，逐步縮小與國際先進(jìn)水平的技術(shù)差距。

2019-2023年中國CPU市場規(guī)模情況

隨著中國在5G、數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)自動(dòng)化、汽車電子等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)FPGA芯片的需求呈現(xiàn)出快速增長的趨勢(shì)。這些行業(yè)對(duì)高性能、高靈活性和可定制性的計(jì)算解決方案有強(qiáng)烈需求，而FPGA正好滿足了這些要求。2023年中國FPGA市場規(guī)模約為249.9億元，較上年增長19.68%。FPGA不同于傳統(tǒng)的CPU或GPU，它是一種可編程的集成電路，能夠在芯片出廠后由用戶通過軟件編程來定義其邏輯和功能。能夠提供高度并行的計(jì)算能力和靈活的硬件可編程性，非常適合于執(zhí)行特定的計(jì)算密集型任務(wù)。與CPU相比，F(xiàn)PGA可以提供更高的并行性和更低的延遲，對(duì)于某些特定算法和應(yīng)用，如信號(hào)處理、加密解密、圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)加速等，F(xiàn)PGA能夠提供比通用處理器更高的性能和能效。

2019-2023年中國FPGA市場規(guī)模情況

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，市場對(duì)高性能、低功耗、高集成度的定制化芯片需求顯著增加。ASIC能夠針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提供比通用芯片更高的效率和性價(jià)比，因此在這些領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。2023年全球ASIC市場規(guī)模為392億美元，較上年增長2.35%。ASIC是為特定應(yīng)用而定制的集成電路。與通用處理器（如CPU或GPU）相比，ASIC在設(shè)計(jì)之初就針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，因此在處理該應(yīng)用相關(guān)的任務(wù)時(shí)，能夠提供更高的性能和更低的功耗。這種優(yōu)化使得ASIC在處理特定算法或數(shù)據(jù)時(shí)，能夠展現(xiàn)出極高的算力，遠(yuǎn)超通用處理器。在算力芯片的范疇內(nèi)，ASIC占據(jù)了重要的一席之地。特別是在加密貨幣挖礦、數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、人工智能等領(lǐng)域，ASIC芯片以其卓越的性能和能效比，成為了這些領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵部件。

2019-2023年全球ASIC市場規(guī)模情況

五、中國算力芯片行業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)

1、市場需求持續(xù)增長

隨著全球數(shù)字化、智能化趨勢(shì)的加速推進(jìn)，各行各業(yè)對(duì)算力芯片的需求持續(xù)增長，成為推動(dòng)中國算力芯片行業(yè)發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力。從數(shù)據(jù)中心到邊緣計(jì)算，從人工智能到物聯(lián)網(wǎng)，從5G通信到自動(dòng)駕駛，每一個(gè)領(lǐng)域都對(duì)高性能、低功耗、高集成度的算力芯片有著迫切的需求。例如，在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，云計(jì)算的普及和大數(shù)據(jù)處理的需求推動(dòng)了對(duì)高效能服務(wù)器芯片的大量需求；在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和決策能力的要求，促使了對(duì)高算力、低延遲的車載芯片的需求激增；在人工智能領(lǐng)域，深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算需求，催生了對(duì)專門優(yōu)化的AI芯片的廣泛需求。這些需求不僅推動(dòng)了算力芯片市場規(guī)模的擴(kuò)大，還促進(jìn)了技術(shù)的迭代和創(chuàng)新，為中國算力芯片行業(yè)提供了廣闊的發(fā)展空間。

2、自主可控與國產(chǎn)化

在國際環(huán)境復(fù)雜多變的背景下，中國算力芯片行業(yè)加速推進(jìn)自主可控和國產(chǎn)化進(jìn)程，以保障供應(yīng)鏈安全，提升技術(shù)自主能力。自主可控不僅意味著在芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試等關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，還涵蓋了EDA軟件、IP核、操作系統(tǒng)、開發(fā)工具等整個(gè)生態(tài)鏈的自主可控。這不僅是為了降低對(duì)外部供應(yīng)鏈的依賴，減少國際環(huán)境變化帶來的不確定性，更是為了掌握核心技術(shù)，提升行業(yè)競爭力。中國政府通過設(shè)立專項(xiàng)基金、稅收減免、科研項(xiàng)目資助等政策措施，大力支持算力芯片行業(yè)的自主可控發(fā)展。同時(shí)，企業(yè)層面也在不斷加大研發(fā)投入，提升技術(shù)創(chuàng)新能力，加速國產(chǎn)替代進(jìn)程，推動(dòng)中國算力芯片行業(yè)向更高水平邁進(jìn)。

3、技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品升級(jí)

技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品升級(jí)是算力芯片行業(yè)發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力，對(duì)于提升行業(yè)核心競爭力至關(guān)重要。中國算力芯片行業(yè)正不斷加大在先進(jìn)制程技術(shù)、新材料、新架構(gòu)、低功耗設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的研發(fā)投入，推動(dòng)芯片性能、能效和集成度的持續(xù)提升。例如，采用更先進(jìn)制程技術(shù)的芯片能夠?qū)崿F(xiàn)更高的集成度和更低的功耗，而新材料的應(yīng)用則有助于提升芯片的性能和可靠性。此外，針對(duì)特定應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)化設(shè)計(jì)，如AI加速器、高性能GPU、FPGA和ASIC等，能夠提供更高的計(jì)算效率和更低的延遲，滿足不同行業(yè)對(duì)算力的特定需求。

以上數(shù)據(jù)及信息可參考智研咨詢（yhcgw.cn）發(fā)布的《中國算力芯片行業(yè)市場競爭態(tài)勢(shì)及發(fā)展前景研判報(bào)告》。智研咨詢是中國領(lǐng)先產(chǎn)業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，提供深度產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告、商業(yè)計(jì)劃書、可行性研究報(bào)告及定制服務(wù)等一站式產(chǎn)業(yè)咨詢服務(wù)。您可以關(guān)注【智研咨詢】公眾號(hào)，每天及時(shí)掌握更多行業(yè)動(dòng)態(tài)。