Scale-up算力扩展
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AI算力硬件与存储周期共振:2026年中国半导体产业深度洞察:从AI计算价值链到存储结构升级
头豹研究院· 2026-11-12 20:13
报告行业投资评级 - 报告未提供明确的行业投资评级(如买入/增持/中性等),全文聚焦产业趋势与商业化进展分析 [4][5][12] 报告核心观点 - 2026年全球AI基础设施投资仍处高位,AI服务器扩张与单节点配置升级持续拉动AI加速芯片、HBM、高速互连及先进封装需求,同时存储行业自2024年起进入修复周期,服务器成为DRAM与NAND重要增量来源,HBM扩产进一步挤压普通DRAM供给,产业需求增长、供给约束及中国厂商价值承接呈现新的分化 [5] - AI硬件增量由计算芯片进一步延伸至HBM、节点内高速互联、Scale-out光互连及先进封装,多个高价值环节同步受益 [7] - 2026年HBM3E仍为主力、HBM4进入量产爬坡,供应高度集中;多Die与多HBM推动大尺寸先进封装持续升级,制造良率、散热及客户认证要求同步提高 [8] - 中国厂商产业化能力明显分化:高速光模块已进入全球头部供应,国产AI加速芯片及先进封装形成规模商业化或批量导入能力,HBM与高速DSP仍主要处于客户验证或早期导入阶段 [9] - 服务器需求成为DRAM与NAND重要增量来源,DRAM受HBM产能占用及扩产周期约束、供给弹性低于NAND;MRDIMM、CXL等升级进一步提高内存接口及控制芯片价值量 [10] 一、AI计算硬件价值链 1.1 AI节点Scale-up:AI服务器扩张与单节点配置升级 - 全球AI服务器出货量2023-2026E分别为118万台、172万台、214万台、281万台,同比增速分别为+34.5%、+46.0%、+24.3%、+31.0% [20] - 2026E全球九大CSP资本开支预计超过8,867亿美元,同比增长约90%,持续投入AI数据中心、GPU集群及相关基础设施 [20][21] - 2026E产品结构中GPU型AI服务器预计占69.7%,ASIC型占比升至27.8% [20][21] - NVIDIA HGX平台由H100演进至B300:GPU数量维持8颗不变,节点HBM容量由640GB HBM3提升至2.30TB HBM3E(约3.6倍),节点HBM聚合带宽由26.8TB/s提升至最高64TB/s(约2.4倍),节点GPU互连总带宽由7.2TB/s提升至14.4TB/s(2.0倍) [22] - AMD平台由MI300X演进至MI350X:GPU数量维持8颗不变,平台HBM容量由1.5TB HBM3提升至2.3TB HBM3E(+53%),聚合HBM带宽由42.4TB/s提升至64TB/s(+51%),P2P双向I/O由896GB/s提升至1,194.8GB/s(+33%) [23] - AI节点升级已由计算性能单点提升转向计算、存储与节点内通信协同扩展,价值增量主要由AI加速器、HBM及Scale-up互连承接,其中HBM供给集中度和进入壁垒尤为突出 [23] 1.2 AI节点Scale-up:核心价值环节与供应格局 - AI加速器环节海外代表厂商为NVIDIA、AMD,中国代表厂商包括华为昇腾、寒武纪、沐曦、壁仞;计算芯片仍是AI节点算力核心,平台代际升级直接带动板卡与模组价值提升 [24] - HBM环节海外代表厂商为SK hynix、Samsung、Micron,中国暂无公开量产HBM的供应商;HBM决定单节点显存容量与带宽,是Scale-up链条中壁垒最突出的环节之一 [24] - 节点内高速互联环节海外代表厂商为NVIDIA、AMD,中国代表厂商包括华为昇腾、寒武纪、壁仞;该能力多与加速器平台深度绑定,决定多卡协同效率 [24] 1.3 AI集群Scale-out:高速光互连需求扩张 - 全球400G及以上高速光模块出货量由2025年超过6,000万只增至2026年接近1亿只,大部分部署于AI集群Scale-out网络 [26][27] - 800G光模块2026年预计出货同比增长约100%,已进入快速放量阶段;1.6T光模块2026年预计增至数千万端口,已进入批量导入阶段 [26] - AI集群由单服务器向多服务器、多机架扩展,跨节点数据交换显著增加,推动Scale-out网络端口数量和带宽同步提升,高速光模块成为AI集群扩容的重要互连基础设施 [25][27] 1.4 AI集群Scale-out:网络速率升级与技术演进 - Scale-out网络通常采用Leaf-Spine分层架构,服务器接入Leaf交换机,通过Spine层实现不同服务器及机架间大规模数据交换 [31] - 速率演进路径:2024年400G规模应用、800G快速导入;2025年800G进入大规模放量、1.6T开始导入;2026年800G持续扩张、1.6T加速批量导入;2027年及以后1.6T进一步普及、3.2T开始导入 [32][33] - 关键技术方面,100G/通道PAM4已成熟应用,200G/通道PAM4进入规模应用,1.6T向200G/通道演进;更高带宽密度推动CPO/NPO等光电集成方案发展 [32] - 当前Scale-out网络处于"800G规模放量、1.6T加速导入"阶段 [33] 1.5 AI集群Scale-out:高速光模块结构与核心器件供应 - 高速光模块主要由DSP、Driver/TIA、激光器、光芯片、光学耦合及封装等核心单元构成,速率提升对信号处理、光发射与接收、耦合精度及散热能力提出更高要求 [36] - 高速DSP承担更复杂的信号处理与纠错,InP激光器直接影响高速光信号发射能力,硅光及其他光芯片承担高集成度下光电转换,精密光学封装关系耦合损耗、散热和量产良率 [36] - 高速光模块整机环节:海外代表厂商为Coherent、Lumentum,中国代表厂商为中际旭创、新易盛、光迅科技,中国厂商已处于高速以太网光模块供应前列、整机制造能力成熟 [37] - 高速电芯片环节:海外由Broadcom、Marvell、Credo、MaxLinear主导,中国已有多家企业布局但高端PAM4 DSP规模商用仍有限,800G/1.6T PAM4 DSP仍由少数海外芯片厂商主导 [37] - InP激光器环节:海外代表厂商为Lumentum、Broadcom、Coherent、Sumitomo Electric,中国代表厂商为源杰科技、索尔思光电、光迅科技;InP EML及高功率CW-DFB是当前800G/1.6T光模块较明确的供给约束环节,头部产能集中 [37] - 硅光PIC/光引擎环节:海外代表厂商为Intel、Cisco、Acacia、Credo,中国代表厂商为索尔思光电、熹联光芯、光迅科技,中国厂商已形成1.6T PIC、光引擎模块产品供给 [37] - 精密光学耦合环节:海外代表厂商为Coherent、Lumentum,中国代表厂商为天孚通信、中际旭创、新易盛、光迅科技,该环节兼具专业光器件供应和模块厂内生制造两种模式 [37] 1.6 HBM:市场扩张与产品代际升级 - 全球HBM市场规模由2025年346亿美元增长至2026年546亿美元,预计同比增长约58% [39][40] - 2026年HBM3E预计仍占约三分之二(66%),HBM4及其他占34%,HBM4随新一代AI加速器平台导入进入量产爬坡期 [39][40] - HBM3E与HBM4代际对比:I/O接口宽度由1,024-bit提升至2,048-bit,单堆栈带宽由>1.2TB/s提升至>2.8TB/s,Pin速率由>9.2Gb/s提升至>11.0Gb/s,典型容量由24GB(8H)/36GB(12H)拓展至36GB(12H)/48GB(16H,送样),Base Die由传统架构转向Logic Base Die重要性明显提高 [41] - 2026年HBM市场呈现"HBM3E持续放量、HBM4加快导入"的代际切换特征 [40] 1.7 HBM:结构复杂度与制造壁垒 - HBM制造流程涵盖先进DRAM Die制程、晶圆减薄、TSV高深宽比刻蚀与Cu填充、多Die高精度堆叠、键合/Underfill、Logic Base Die集成、散热/翘曲控制、测试与客户认证等8大环节,任一环节工艺稳定性和良率均影响有效供给 [42][43] - HBM4对Logic Base Die、功耗控制及系统协同提出更高要求,产品升级在提高AI加速器存储带宽的同时进一步增加制造、封装及客户验证复杂度,为市场供给长期集中于少数存储原厂形成支撑 [42] 1.8 HBM:供给集中与DRAM产能挤压 - 2026Q1全球HBM收入全部集中于SK hynix、Samsung和Micron三家,份额分别为58%、21%、21% [46][48] - 三大供应商合计HBM晶圆投片占比预计由2025年底的18%升至2027年底的30%,明显高于同期8%至13%的Bit供给占比 [46][48] - HBM较高晶圆资源消耗使先进DRAM产能持续向其倾斜,对普通DRAM供给形成挤压,供给约束由HBM进一步传导至整体DRAM市场 [48] 1.9 HBM:主要厂商商业化进展 - SK hynix:HBM3E 8H产品2024年3月开始量产供货、12H 36GB于2024年9月量产、16H 48GB已完成样品开发;HBM4 12H 36GB于2026Q2开始量产出货、H2继续扩大产量,16H 48GB仍处开发阶段;HBM4E 12H 48GB于2026年6月向主要客户送样 [50] - Samsung:HBM3E 8H 24GB、12H 36GB均已量产,2025Q3披露已向相关客户量产销售;HBM4 12H产品2026年2月开始量产并商业出货、容量覆盖24–36GB,16H 48GB为后续扩展规划;HBM4E 12H 48GB于2026年5月送样,8H 32GB、16H 64GB为后续规划,Custom HBM计划2027年开始送样 [50] - Micron:HBM3E 8H 24GB于2024年开始量产、12H 36GB已规模量产并导入NVIDIA B300/GB300、AMD MI350等平台;HBM4 12H 36GB于2026Q1开始量产出货、16H 48GB已向客户送样;HBM4E研发推进中,预计2027年进入规模量产 [50] - 长鑫科技:2026年已开始小批量生产HBM3E,平头哥、寒武纪等国内AI芯片厂商正在测试,计划2027年扩大产量,尚未形成规模商业供货 [50] - 全球HBM竞争已由HBM3E放量进一步转向HBM4产能爬坡及HBM4E产品迭代 [50] 1.10 先进封装:多Die与HBM推动封装级集成升级 - AI计算芯片封装形态由"单逻辑Die+外部存储"演进至"单逻辑Die+多颗HBM",再至"多Compute Die+多颗HBM",封装规模及互连密度持续提升 [51][53] - TSMC CoWoS封装尺寸代表性演进:CoWoS-S Silicon Interposer最大可扩展至约3.3×Reticle尺寸;首代3.5×Reticle CoWoS-L于2024年进入规模量产;5.5×Reticle CoWoS已于2025年完成认证、2026年进入量产并持续扩大供给;14×Reticle预计可集成约10颗大型Compute Die+20颗HBM,计划于2028年进入生产 [55][56] 1.11 先进封装:多维异构集成推高制造与良率壁垒 - 先进封装主要集成形态包括2.5D横向集成、3D垂直集成及2.5D+3D混合集成:2.5D以Silicon Interposer、RDL/Fan-out Interposer、Silicon Bridge等实现,代表平台为TSMC CoWoS、Intel EMIB、Samsung I-Cube、ASE FOCoS;3D以Micro-bump、TSV、Hybrid Bonding等实现,代表平台为TSMC SoIC、Intel Foveros Direct、Samsung X-Cube;混合集成代表平台为TSMC SoIC+CoWoS、Intel EMIB+Foveros [58] - 大尺寸封装放大材料热膨胀差异带来的翘曲与应力问题,高功率密度增加散热难度,多颗高价值芯片共同封装后单颗芯片或局部互连缺陷都可能影响整个封装成品,对封装前良品筛选、键合精度、过程检测和系统级测试提出更高要求 [58] 1.12 先进封装:主要厂商商业化进展与中国供给能力 - TSMC:CoWoS已规模应用于AI/HPC逻辑芯片与HBM集成,2026年5.5×Reticle方案已进入生产 [60] - Intel:EMIB及Foveros已用于多Die与HBM集成产品,并支持2.5D与3D混合集成 [60] - Samsung:2.5D平台已支持先进逻辑芯片与多颗HBM集成,3D集成持续推进 [60] - ASE:FOCoS系列面向AI/HPC及ASIC+HBM集成,已完成2 ASIC+8 HBM大尺寸封装验证 [60] - Amkor:S-SWIFT、S-Connect面向AI/HPC及ASIC+HBM集成,持续推进头部客户合作 [60] - 长电科技:XDFOI®高密度多维异构集成平台已实现规模量产,面向AI/HPC应用 [60] - 华天科技:2026H1重点推进2.5D技术平台规模化量产,并拓展大尺寸高性能封装应用 [60] - 通富微电:先进封装多款产品已批量导入高性能计算及推理芯片领域,HBM相关产线持续建设 [60] - 甬矽电子:硅转接板及硅桥2.5D产品已完成送样,目前处多客户验证阶段 [60] 1.13 AI计算硬件产业化进展:核心环节参与位置与价值承接 - 中国AI计算硬件链价值承接能力呈明显分化:高速光模块已进入全球头部供应位置;国产AI加速芯片已形成规模商业化、市场渗透持续提升;AI先进封装2.5D及高密度异构集成已进入产业化阶段;HBM3E开始进入小批量生产与客户验证;光学器件/封装部分已形成商业供给;高速DSP仍以海外厂商为主 [62][63][64] - 中国AI硬件价值承接正由整机与制造能力,逐步向高价值核心芯片、存储及关键器件延伸 [64] 1.14 AI计算硬件产业化进展:代表厂商商业化进展 - AI加速芯片与Scale-up互连赛道:华为昇腾(Atlas 900 A3/昇腾384超节点)、寒武纪(云端智能芯片/板卡及智能计算集群系统)、海光信息(DCU 8000系列+HSL互连)、昆仑芯(P800+天池超节点)、沐曦(曦云C600、C500)、摩尔线程(MTT S5000/夸娥智算集群/MTLink)、壁仞科技(壁砺166系列/BR166)、天数智芯(天垓300、天垓训练系列/智铠推理系列)、燧原科技(L600训推一体卡/S60推理卡)等已形成规模商业化产品梯队 [66][71] - HBM赛道:长鑫科技HBM3E处于客户验证及小批量阶段,国产HBM直接供应主体仍明显稀缺 [66][71] - AI先进封装赛道:长电科技XDFOI®、盛合晶微SmartPoser®-Si/SmartPoser®-3DIC-BP已进入规模量产;通富微电VISIONS平台、华天科技2.5D技术平台处于批量导入或产能爬坡;甬矽电子HCoS系列(硅转接板/硅桥2.5D)、盛合晶微SmartPoser®-3DIC-HB仍以客户验证为主 [66][71] - 高速光模块赛道:中际旭创(800G/1.6T)、新易盛(800G/1.6T/LPO)已进入全球头部供应商序列;光迅科技(800G、1.6T)、华工正源(800G LPO/1.6T)、剑桥科技(800G、1.6T)、联特科技(800G、1.6T)、索尔思光电(800G系列、1.6T)、易飞扬(1.6T OSFP224 DR8/HYBRID)等已形成800G规模交付并推进1.6T导入 [69][71] - 高速光模块核心器件:源杰科技(200G PAM4 EML、70/100mW CW激光器/100G PAM4 EML)、云岭光电(70/100mW CW/56G Baud EML)、天孚通信(CPO FAU/ELS、1.6T高速光引擎)、熹联光芯(单波200G 800G/1.6T PIC及光引擎、400G/800G PIC及光引擎)、仕佳光子(1.6T AWG/CPO高通道FAU、800G/1.6T MT-FA-lens)、光库科技(AI高速光互连PAM4薄膜铌酸锂调制器芯片)等已具备批量供货能力 [69][70] - 高速电芯片(oDSP