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HBM技术

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2025-12-08 23:36

涉及的行业与公司 * **行业**：人工智能芯片（AI加速器）、数据中心基础设施、半导体设计服务[1][2][5][11][26][29] * **核心公司**：谷歌（Google/Alphabet）、博通（Broadcom）、英伟达（NVIDIA）[1][2][5][8][11][29] * **其他提及公司**： * **客户/竞争对手**：OpenAI、Meta、苹果（Apple）、XAI、Anthropic、微软（Microsoft）、亚马逊（Amazon）、字节跳动、阿里巴巴、百度、华为、软银（SoftBank）、Oracle[1][4][5][7][10][26][27][29] * **供应链**：台积电（TSMC）[17] 谷歌TPU出货量与市场预期 * **2025年出货量**：整体TPU出货量预计约330万颗，其中V5约180万颗，V6约120万颗[2] * **2026年出货量**：预计超过400万颗，其中V6约220万颗，V7约180万颗[1][2] * **2027年出货量**：预计超过500万颗，其中V8成为主力，预计330万颗，V7接近200万颗[1][3] * **外卖芯片出货量**：2025年预计超过50万颗，2026年预计超过100万颗[1][4] * **外卖芯片客户结构（2025年）**：OpenAI、Meta、苹果、XAI各约10万颗，欧洲云厂商等小客户合计约10万颗[7] * **外卖芯片客户结构（2026年预期）**：Anthropic约40万颗，苹果约20万颗，OpenAI和XAI等客户分享剩余约40万颗[7] * **GPT-7出货计划**：计划于2026年第一季度开始出货，预计全年出货量达180万颗[2][12] 谷歌TPU产品技术细节与规划 * **产品定位与性能**： * V7针对推理进行深度优化，延迟响应更快，并发处理能力更强[2][13] * V8在训练性能上有显著提升[2][13] * V8预计采用Cube架构，由64颗芯片组成一个Cube，通过OCS光互联连接多个Cube，形成超级算力节点，节点规模比英伟达更高[13] * **内存技术**： * V6使用HBM3E[2][26] * V7使用HBM3[2][26] * V8预计采用HBM4，预计2026年第一季度量产，带宽和算力有望提升至少一倍以上[2][13][26] * **服务器配置**：V7和V8在服务器单柜内均包含64颗处理器芯片[14] * **功耗**： * V7单核功耗初步模拟接近600瓦，与英伟达B200基本处于同一水平（B200双核总功耗约1200瓦）[23] * V8的功耗及算力指标预计在2026年第一季度最终确定[22] * **生产与量产**： * V7全量产原计划2025年，现已推迟至2026年第一季度，计划在苏州进行新界面测试后实现[20] * V8有可能在2026年第四季度提前量产[19] * **产品节奏**：近年产品节奏变化，2025年仅一款型号，2026年有两款DJX系列产品，但实际性能提升可能有限[21] 谷歌TPU的竞争优势与客户动机 * **核心优势**：在架构、功耗和成本方面具有独特优势[1][5][29] * **吸引竞争对手采购的原因**： 1. 学习并借鉴其成熟芯片架构，以辅助自身芯片开发[1][5] 2. 降低对英伟达方案的依赖，实现供应商多元化[1][5] 3. 在未来三至五年的过渡期内，可能同时使用英伟达和谷歌的芯片以优化采购和架构[5] * **市场定位**：并非通用AI加速芯片，而是针对特定模型进行优化，注重功耗和成本优势，电路设计更简单[29] * **转换挑战**：从英伟达方案转向TPU存在迁移成本，例如将ChatGPT完全切换到TPU需要大量工作且存在不确定性，因此客户通常先在推理模型上引入TPU[6][7] 合作模式与供应链 * **谷歌与博通的分工演变**： * **早期**：博通负责整个芯片的前端结构设计和后端实现[8] * **目前**：谷歌负责整体芯片架构、算法和结构验证；博通负责芯片集成、具体电路实现、内部互联、电源管理电路设计以及后端布局布线、流片测试和封装[8] * **趋势**：谷歌在核心模块上参与度提高，以保护核心架构知识并提高沟通效率，但整体芯片集成和性能优化仍由博通主导[8][9] * **博通与字节跳动的合作**：字节跳动芯片设计团队处于学习阶段，博通承担更多责任，包括前端和后端设计及结构优化，字节跳动主要提出算力和带宽需求[10] * **定价机制**：基于谷歌内部交货费用除以出货量得出，主要包括三部分：设计前期NRE成本、生产制造成本（如台积电流片费）、以及博通提供设计和技术支持所增加的毛利率（通常在60%-70%）[2][17] * **芯片售价（参考）**： * V6芯片售价约8,000美元[2][18] * V7价格约10,000-12,000美元[2][15] * V8预计售价接近15,000美元[2][15] 基础设施需求对比（光模块） * **英伟达GPU**：通常采用72卡机柜结构，每卡含两颗GPU，共144颗GPU，每台机柜需要1-2台交换机，每个交换机需64个800G光模块，即**每个GPU对应一个800G光模块**[11] * **谷歌TPU**：一个板卡上有4颗TPU，**每两颗TPU对应一个800G光模块**[1][11] * **结论**：相比之下，英伟达GPU对光模块的需求量更大[1][11] 算力提升策略与挑战 * **双管齐下策略**：硬件升级结合软件优化[2][24] * **硬件瓶颈**：芯片工艺迭代速度较慢，5/4/3纳米已成熟，2纳米预计要到2027或2028年，单靠硬件难以实现大幅度算力增长[24] * **软件优化**：深挖软件算法，通过优化软件来提升算力效率，已成为业界普遍策略[2][24][25] 网络架构创新 * **OCS（光互联交换机）技术**： * **优势**：带宽无限、传输距离远，适合数据中心高速互联[29] * **局限性**：光子/量子计算未成熟，需进行光电转换，增加复杂性；与非TPU结构连接时需通过以太网等通用协议；在谷歌内部GPU网络中的渗透率约为50%-60%[29][30] * **其他网络创新**：开发了ICI（Inter-Chip Interconnect）定制总线协议用于片间互联；T6芯片可实现64颗芯片形成立方体结构高速互联；超级节点/池可容纳多达9,000多颗GPU，大幅提升单节点算力并降低时延[31] 行业竞争格局与自研ASIC进展 * **国际主要玩家出货预期**： * 谷歌是最大玩家[26] * Meta明年出货量预计约50万颗[26] * OpenAI计划2026年Q2或Q3开始量产[26] * 英伟达（NVI领域）预计出货20万颗左右[26] * X A2预计2027年推出，初始出货量约20-30万颗[26] * 字节跳动新项目明年启动，年出货量预计50-60万颗[26] * 亚马逊与博通合作开发下一代训练芯片，预计2027年突破，年出货规模可能达100万颗左右[26] * 微软现有设计不成功，可能重新委托博通设计，但短期内无大量出货[27] * 软银、Oracle等计划进入，但大规模出货要等到2027或2028年[27] * **国内自研ASIC进展**： * 阿里巴巴和百度较为领先，百度有昆仑之星芯片[26] * 华为有类似英伟达通用AI加速芯片的产品[26] * **主要差距**：国内最先进工艺仅达7纳米，且产能有限[26] * **全球AIGC芯片出货预期调整**：明年全球AIGC相关芯片总出货量大约在100多万颗，比之前预期的300-400万颗有所减少[27] * **迭代缓慢原因**：定制化ASIC芯片设计难度极高，需要设计服务公司与云厂商紧密配合以满足特定需求，实现最佳电路结构契合度不易，早期产品常经历失败[28]