近年來，由于數(shù)據(jù)量迅速增長，許多新型應用程序都受益于 HPC（高性能計算）能夠利用共享資源執(zhí)行計算密集型操作的強大功能。與傳統(tǒng)計算相比，HPC 能夠以更低的成本、在更短時間內(nèi)獲得結(jié)果，HPC 硬件和軟件也變得更易于獲取，應用也更加廣泛。因此，全球HPC市場都呈現(xiàn)增長趨勢。
這一趨勢，從全球龍頭企業(yè)晶圓代工廠商臺積電的業(yè)績報告中足以窺見。
01
HPC 成代工新寵
前不久，臺積電公布了2022年第四季度營收。根據(jù)產(chǎn)品類型來看，臺積電第四季度智能手機營收占比38％，高性能計算42％，物聯(lián)網(wǎng)8％，車用電子7％，消費電子2％。其中，高性能計算業(yè)績季增10％，占到 Q4將近一半的營收份額。其中，臺積電定義的 HPC 領(lǐng)域包含 CPU、GPU 和 AI 加速器等。
可以看到，在2022年第一季度，HPC就已超越曾經(jīng)多年占據(jù)臺積電第一大營收來源的智能手機，并在此后一直占據(jù)著不菲的營收貢獻。這一業(yè)務強勢的營收得益于臺積電先進的封裝能力。
臺積電的 CoWoS 技術(shù)是專門為 HPC 設備應用設計的 2．5D 晶圓級多芯片封裝技術(shù)，已經(jīng)投入生產(chǎn)近 10 年。其傳統(tǒng)的帶硅中介層的 CoWoS 技術(shù)（CoWoS－S）已進入第五代。CoWoS－S 的硅中介層可以達到 2 倍以上全光罩尺寸（1700mm2），將領(lǐng)先的 SoC 芯片與四個以上的 HBM2 ／ HBM2E 堆棧集成在一起。據(jù)悉臺積電已確定其最新 CoWoS 工藝變體 CoWoS－L 是 2．5D 封裝 4 倍全光罩尺寸的唯一解決方案，正與 HPC 芯片客戶合作，共同應對基板端的挑戰(zhàn)，預計將于 2023－2024 年開始商業(yè)生產(chǎn)。
憑借 CoWoS，臺積電已經(jīng)從高性能計算處理器供應商如 AMD、英偉達等公司，贏得了大量訂單。
近兩年來，AMD在服務器、筆記本電腦和臺式機的CPU和GPU市場份額顯著提升，游戲芯片出貨量也大幅上升。為了進一步增長，AMD除了增加與后端合作伙伴和ABF載板供應商的訂單外，還大幅增加臺積電的7nm和6nm制造訂單，并使用5nm制程來制造其新產(chǎn)品Zen4架構(gòu)的銳龍7000，這進一步提高其對純晶圓代工廠的收入貢獻。為了在產(chǎn)能不足的情況確保庫存，AMD甚至在2021年就預定了兩年的5nm和3nm的產(chǎn)能。
另一邊，英偉達已為其下一代Adalovelace架構(gòu)的RTX40系列GPU采用臺積電的5nm工藝。隨著英偉達訂單的回歸，臺積電為了順利完成英偉達新HPC GPU 的訂單，其先進封裝CoWos所需的封裝基材與散熱材料在2022年訂單量暴增約3倍，這也是臺積電HPC業(yè)務翻倍增長的原因之一。
臺積電此前就已提出高性能計算（HPC）高景氣度持續(xù)，預計將成為長期增長的最強勁動力，為公司營收的增長帶來最大貢獻。臺積電 HPC 業(yè)務開發(fā)主管也表示，臺積電預計未來至少到 2025 年 HPC 都將持續(xù)為最強勁增長平臺。
02
芯片巨頭爭做HPC領(lǐng)導者
HPC誕生于內(nèi)部數(shù)據(jù)中心，擁有高速處理數(shù)據(jù)和執(zhí)行復雜計算，以解決性能密集型問題的能力。為了做HPC領(lǐng)域的領(lǐng)導者，英偉達、AMD、英特爾在HPC應用領(lǐng)域也是進展不斷，各公司數(shù)據(jù)中心所占的市場份額都占到了相當大的比重，甚至立下雄心勃勃的目標。
英偉達：2022年HPC芯片業(yè)績年增200％—250％。
英偉達這幾年在游戲、數(shù)據(jù)中心、人工智能、自動駕駛等各領(lǐng)域都有非常大的增長，對GPU的算力要求達到了一個前所未有的高度。隨著客戶對超大規(guī)模計算、云端和AI業(yè)務的需求增加，數(shù)據(jù)中心業(yè)務甚至逐漸超越游戲業(yè)務。
2022 年 3 月 23 日，英偉達推出首款面向 HPC 和 AI 基礎設施的基于 Arm Neoverse 的數(shù)據(jù)中心專屬 CPU——Grace CPU 超級芯片。同月，英偉達收購了Bright Computing Inc．具體收購金額暫不明確。縱觀Bright Computing，為HPC裝置銷售大規(guī)模集群管理軟件，其平臺支持x86和基于Arm的芯片以及英偉達的GPU，并且可以靈活地部署在數(shù)據(jù)中心、跨公共云或網(wǎng)絡邊緣。英偉達也表示此次收購將生產(chǎn)用于管理HPC系統(tǒng)的軟件。英偉達首席執(zhí)行官黃仁勛表示，世界正在經(jīng)歷一個“工業(yè) HPC 時代”。
迄今為止，英偉達已推出了面向HPC和AI訓練的Volta、Ampere、Hopper等架構(gòu)，并以此為基礎推出了V100、A100、H100等高端GPU。其中Hopper H100采用臺積電4 nm工藝，具有800億個晶體管，在性能、效率上遠超Ampere A100，是英偉達專為超級計算機設計的產(chǎn)品。
據(jù)英偉達內(nèi)部預計，2022年數(shù)據(jù)中心 HPC 芯片業(yè)績將有年成長上 200％～250％ 左右的高目標，其中包括來自Hopper架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心，以及AI芯片解決方案貢獻的出貨量。
AMD：到2025年，AMD EPYC、AMD Instinct能源效率提高30倍。
2022年2月，AMD正式完成對賽靈思的收購。AMD作為一家長期專注于CPU、GPU的廠商，收購在FPGA、可編程SoC及ACAP實力強勁的賽靈思之后，AMD就將集齊CPU、GPU、FPGA，加之自適應SOC及深厚的專業(yè)軟件知識，將為云計算、邊緣和智能終端設備提供領(lǐng)先的計算平臺。標志著AMD將確立為業(yè)界高性能計算的領(lǐng)導者。
AMD一直致力于憑借高性能計算的最新技術(shù)和產(chǎn)品，目前AMD EPYC在x86服務器CPU市場的份額已超過25％；其去年發(fā)布的 Instinct生態(tài)系統(tǒng)以及此前的ROCm生態(tài)系統(tǒng)正在為擁有廣泛基礎的HPC和AI客戶提供Exascale級（百億億次級）技術(shù)，滿足計算加速的數(shù)據(jù)中心工作負載日益增長的需求。此外AMD預計在2023年至2024年推出3nm Zen 5架構(gòu)處理器。
AMD還宣布了一項雄心勃勃的計劃，目標是到2025年，在加速計算節(jié)點上運行的人工智能訓練和高性能計算應用中，AMD EPYC系列處理器和AMD Instinct計算卡的能源效率將提高30倍。
英特爾：GPU成為自身業(yè)務增長的突破點。
GPU市場雖然說是AMD和英偉達的天下，但英特爾在GPU也有很多技術(shù)積累。
英特爾基于Xe HPC微架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心GPU Ponte Vecchio是其面向高性能計算市場的顯卡產(chǎn)品。是英特爾迄今最復雜的SoC，包含1000億個晶體管，提供領(lǐng)先的浮點運算和計算密度，以加速AI、HPC和高級分析工作負載。在英偉達推出Grace CPU之后，英特爾計劃推出一款XPU——Falcon Shores架構(gòu)芯片，新架構(gòu)包含了CPU和GPU，在內(nèi)存容量、計算密度等性能都帶來了超過5倍的提升，預計會在2024年發(fā)布該產(chǎn)品。
英特爾還通過 XPU 戰(zhàn)略，推出了不同架構(gòu)的硬件產(chǎn)品，從原來的通用 CPU 到專用 GPU，到 ASIC，到 FPGA 的產(chǎn)品組合支撐著 AI 和 HPC 的算力需求。另外，未來計算架構(gòu)的發(fā)展趨勢是CPU和GPU融合集成，從而形成互聯(lián)、互補、互通的融合模式，以縮小計算和存儲單元的通信成本。作為在CPU領(lǐng)域引領(lǐng)多年的英特爾，在這一趨勢中也有著得天獨厚的優(yōu)勢。英特爾GPU的愿景也逐漸清晰：在計算多元化、算力需求爆發(fā)式增長的大趨勢下，英特爾GPU將成為驅(qū)動新興行業(yè)發(fā)展的算力基石，同時也將成為英特爾自身業(yè)務增長的突破點。
03
HPC芯片的市場潛力巨大
隨著HPC在云端的使用，將有更多HPC應用于消費導向的軟件程序開發(fā)，虛擬世界和元宇宙概念的出現(xiàn)，也讓HPC迎來新的發(fā)展機遇，既可用于游戲（AR／VR）等娛樂應用，也可用于數(shù)字孿生等模擬應用。HPC 已超越智能手機成為半導體行業(yè)增長的主引擎，擁有高速處理數(shù)據(jù)和執(zhí)行復雜計算，以解決性能密集型問題的能力。
各種計算設備正在變得無處不在，通過全球網(wǎng)絡生成和通信的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長。為了跟上這種增長，HPC變得至關(guān)重要，并且正在呈現(xiàn)爆炸式增長。據(jù)Report Ocean，預計到2027 年，全球 HPC 芯片組市場規(guī)模將從2019年的 43 億美元達到 136．8 億美元。
未來在HPC芯片市場的競爭，勢必會更加激烈。
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