自ChatGPT商用落地以来，在过去近一年半时间里，生成式AI应用加速落地，供应端力求尽快形成新质生产力。风口首先吹向的是AI算力市场，AI服务器作为算力主要载体，自然也首当其冲吃到第一波红利。
一时间，大家探索“AI大模型+行业”的热情高涨，高科技企业也需要AI服务器来训练AI大模型。现在的AI大模型有数亿至数千亿个参数，数据量远超传统模型的规模。AI模型越复杂其数据集规模就越大，需要更多的算力资源来支撑训练过程，这也催生了大量的AI芯片需求。
对AI芯片供应商来说，由于去年突然增加的需求过多，在短期内来不及跟进产能。一方面是“红到发紫”的市场需求，另一方面是AI芯片供不应求，AI行业遭遇了“甜蜜的负担”。
疯狂2023：英伟达GPU一卡难求
AI芯片可根据其设计和应用特性，分为 GPU、FPGA、ASIC(含NPU、ASSP)。FPGA和ASIC是半定制和全定制芯片，它们可针对AI需求特征定制。GPU是通用型AI芯片，是AI领域的主流芯片，它适合多种计算任务，在AI市场表现突出。
从AI GPU供应商层面来看，英伟达是全球当之无愧的No.1。2023年，市场研究机构TrendForce预计，英伟达GPU在全球AI服务器市场的占有率为60%至70％，而云端厂商自研AISC芯片的占有率超过20％。
当然，即使是英伟达这般体量的供应商，也难以满足突增的AI GPU需求。早在去年上半年，供给端就传出“算力市场供不应求”的消息——英伟达的多款GPU缺货，GPU交货周期拉长，半年累计涨幅近40%。H100 GPU在eBay上的价格，甚至一度被炒到4万美元以上。而中国“特供”版A800/H800 GPU也被炒成高价，从原来的人民币12万元左右“炒”到了25-30万，甚至还有高达50万元一张的价格。一时间，大家都在调侃“显卡已经成为理财产品”。
AI芯片供应紧张的情况，贯穿了2023年全年。去年Q4，英伟达AI GPU的交货周期仍长达8至11个月，供应问题直到今年Q1才得到缓解，目前的交货周期缩至3-4个月。
对此，瑞银(UBS)分析师给出了两种判断：第一种是英伟达正在规划新的方案提高产能，满足未来的订单；而另一种可能是英伟达目前已具备足够的产能，可以处理积压的订单。当然，不排除是这两个因素叠加的效果。
针对英伟达AI GPU交货周期显著缩短，美国AI软件公司Databricks联合创始人兼CEO Ali Ghodsi评价表示，随着明年供需再平衡，英伟达GPU芯片价格将会大幅下降，从而给众多AI科技巨头和初创公司的商业模式带来影响。
是什么在限制AI芯片产能？
一般来说，当某类产品供应紧张时，厂商会争分夺秒进行增产。可能会有人好奇，GPU缺货早在去年上半年就已显现，为何直到2024年Q1才缓解？其实，GPU缺货并非受限于英伟达，而是受限于台积电的CoWoS封装产能。
·CoWoS是AI芯片主流的封装技术
CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)是目前主流的AI处理器封装方案，它是台积电开发的一种2.5D芯片封装技术，由CoW和oS两种技术组合而来。先通过Chip on Wafer(CoW)的封装制程，把芯片封装到硅转接板(硅中介层)上，并使用硅转接板上的高密度布线进行互连，然后再安装在封装基板上。
经过了以上封装步骤的芯片，具有封装体积小、功耗低、引脚少的优势。目前，CoWoS封装主要使用在高性能计算、人工智能、云计算等领域。除了AI GPU之外，HBM、Chiplet也采用了CoWoS封装技术。因此，CoWoS的产能是限制AI芯片出货量的关键。
·英伟达、苹果、AMD、博通紧急追单
据Omdia的研究报告统计，仅在2023年Q3这一个季度，英伟达就售出了近50万张AI计算卡，其中包括了H100、A100、H800、A800、L40S等。这些AI计算卡的买家有Meta、微软、谷歌、亚马逊、甲骨文和腾讯，其中Meta和微软分别采购了15万张H100 GPU，谷歌、亚马逊、甲骨文和腾讯均采购了5万张。
即使如此，英伟达供应的AI GPU仍无法满足当前AI大模型训练的需求。早在去年5月，就有消息传出英伟达向台积电增加A100和H100 AI GPU订单，导致台积电的晶圆开工量增加。到去年10月，英伟达确定扩大AI GPU订单量的消息，随后苹果、AMD、博通、Marvell等企业也向台积电追加了CoWoS封装芯片订单。
·AI芯片供货紧张或持续至2025年
实际上，CoWoS的产能并不算高。截至2023年底，台积电CoWoS的月产能不足2万片晶圆。2023年10月，台积电总裁魏哲家在法说会上表示，预计2024年底，将增加一倍以上的CoWoS产能，一直到2025年，台积电将持续扩充CoWoS封装产能。基于对台积电的CoWoS扩充计划，业内分析师估计，今年Q3 CoWoS产能可能迎来明显增长。
为了实现提升CoWoS产能的目标，台积电提前寻找设备供应商追加了30%的设备订单，不过由于新设备交期长达8个月，难以快速满足客户的AI芯片订单需求，为此台积电改造了部分InFO(集成扇出型)设备，以此来支持CoWoS封装芯片的生产。
2024年1月18日，魏哲家在法说会上再次谈及先进封装话题，他指出AI芯片先进封装需求持续强劲，目前产能仍无法满足客户的强劲需求，供不应求状况可能会延续到2025年。
中国AI行业面临新课题
虽然高科技巨头如今都在聚焦AI，为了训练自己的大模型，纷纷布局了AI服务器，但是来自中国的科技企业，在该轮AI竞赛中遭遇了挑战。
2022年10月，美国商务部工业和安全局(BIS)更新了针对中国的“先进计算芯片、半导体制造设备出口管制规则”，而英伟达的A100、H100等高端芯片在对华禁售范围内。英伟达为规避限制规则，在A100、H100基础上推出A800、H800，这两款新品“特供”给中国市场。有业内人士爆料称，H800的数据传输速率只有H100的一半。
到2023年10月，美国商务部再一次收紧了芯片规则，限制了英伟达A800、H800的出货。业内再传出，英伟达还将针对中国市场发布HGX H20、L20 PCle和L2 PCle，但这三款芯片的性能会再次“打折”。
信息来源:ESM China
