2023年全球及中國人工智能芯片行業(yè)市場(chǎng)前景研究報(bào)告

2023年全球及中國人工智能芯片行業(yè)市場(chǎng)前景研究報(bào)告2023年全球及中國人工智能芯片行業(yè)市場(chǎng)前景研究報(bào)告一、人工智能的高速發(fā)展催生AI芯片

隨著大數(shù)據(jù)的發(fā)展，計(jì)算能力的提升，人工智能近兩年迎來了新一輪的爆發(fā)。而人工智能的實(shí)現(xiàn)依賴三個(gè)要素：算法是核心，硬件和數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，芯片就是硬件的最重要組成部分。它其實(shí)包括兩個(gè)計(jì)算過程：1、訓(xùn)練（Train）；2、應(yīng)用（Inference）。

為什么需要人工智能芯片？神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法應(yīng)用的不斷發(fā)展，使得傳統(tǒng)的CPU已經(jīng)無法負(fù)擔(dān)幾何級(jí)增長(zhǎng)的計(jì)算量。深度學(xué)習(xí)作為機(jī)器學(xué)習(xí)的分支，是當(dāng)前人工智能研究的主流方式。簡(jiǎn)單說就是用數(shù)學(xué)方法模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練機(jī)器來模擬人腦學(xué)習(xí)過程，其本質(zhì)是把傳統(tǒng)算法問題轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)和計(jì)算問題。所以對(duì)底層基礎(chǔ)芯片的要求也發(fā)生了根本性改變：人工智能芯片的設(shè)計(jì)目的不是為了執(zhí)行指令，而是為了大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練和應(yīng)用的計(jì)算。AI芯片的誕生之路資料來源：公開資料整理二、人工智能芯片三種技術(shù)路線分析

目前適合深度學(xué)習(xí)的人工智能芯片主要有GPU、FPGA、ASIC三種技術(shù)路線。三類芯片代表分別有英偉達(dá)（NVIDIA）的Tesla系列GPU、賽靈思（Xilinx）的FPGA和Google的TPU。GPU最先被引入深度學(xué)習(xí)，技術(shù)最為成熟；FPGA具有硬件可編程特點(diǎn)，性能出眾但壁壘高。ASCI由于可定制、低成本是未來終端應(yīng)用的趨勢(shì)。1、DPU

GPU使用SIMD（單指令多數(shù)據(jù)流）來讓多個(gè)執(zhí)行單元以同樣的步伐來處理不同的數(shù)據(jù)，原本用于處理圖像數(shù)據(jù)，但其離散化和分布式的特征，以及用矩陣運(yùn)算替代布爾運(yùn)算適合處理深度學(xué)習(xí)所需要的非線性離散數(shù)據(jù)。作為加速器的使用，可以實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)算法。

GPU由并行計(jì)算單元和控制單元以及存儲(chǔ)單元構(gòu)成GPU擁有大量的核（多達(dá)幾千個(gè)核）和大量的高速內(nèi)存，擅長(zhǎng)做類似圖像處理的并行計(jì)算，以矩陣的分布式形式來實(shí)現(xiàn)計(jì)算。同CPU不同的是，GPU的計(jì)算單元明顯增多，特別適合大規(guī)模并行計(jì)算。GPU與CPU的比較資料來源：中商產(chǎn)業(yè)研究院2、FPGA

FPGA是用于解決專用集成電路的一種方案。專用集成電路是為特定用戶或特定電子系統(tǒng)制作的集成電路。人工智能算法所需要的復(fù)雜并行電路的設(shè)計(jì)思路適合用FPGA實(shí)現(xiàn)。FPGA計(jì)算芯片布滿“邏輯單元陣列”，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊，輸入輸出模塊和內(nèi)部連線三個(gè)部分，相互之間既可實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能又可實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯功能的獨(dú)立基本邏輯單元。

FPGA相對(duì)于CPU與GPU有明顯的能耗優(yōu)勢(shì)，主要有兩個(gè)原因。首先，在FPGA中沒有取指令與指令譯碼操作，在Intel的CPU里面，由于使用的是CISC架構(gòu)，僅僅譯碼就占整個(gè)芯片能耗的50%；在GPU里面，取指令與譯碼也消耗了10%～20%的能耗。其次，F(xiàn)PGA的主頻比CPU與GPU低很多，通常CPU與GPU都在1GHz到3GHz之間，而FPGA的主頻一般在500MHz以下。如此大的頻率差使得FPGA消耗的能耗遠(yuǎn)低于CPU與GPU。3、ASIC

ASIC（專用定制芯片）是為實(shí)現(xiàn)特定要求而定制的芯片，具有功耗低、可靠性高、性能高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但不可編程，可擴(kuò)展性不及FPGA，尤其適合高性能/低功耗的移動(dòng)端。

目前，VPU和TPU都是基于ASIC架構(gòu)的設(shè)計(jì)。針對(duì)圖像和語音這兩方面的人工智能定制芯片，目前主要有專用于圖像處理的VPU，以及針對(duì)語音識(shí)別的FAGA和TPU芯片。

圖像應(yīng)用和語音應(yīng)用人工智能定制芯片資料來源：中商產(chǎn)業(yè)研究院三、全球人工智能芯片行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1、全球人工智能芯片行業(yè)規(guī)模分析2023年人工智能芯片市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到6億美金，預(yù)計(jì)到2023年將達(dá)到60億美金，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到46.7%，增長(zhǎng)迅猛，發(fā)展空間巨大。

數(shù)據(jù)來源：中商產(chǎn)業(yè)研究院2、全球人工智能芯片行業(yè)格局分析2023年成為芯片企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)巨頭們?cè)谛酒I(lǐng)域全面展開部署的一年。而在這其中，英偉達(dá)保持著絕對(duì)的領(lǐng)先地位。但隨著包括谷歌、臉書、微軟、亞馬遜以及百度在內(nèi)的巨頭相繼加入決戰(zhàn)，人工智能領(lǐng)域未來的格局如何，仍然待解。

從云端芯片來看，目前GPU占據(jù)云端人工智能主導(dǎo)市場(chǎng)，占人工智能芯片市場(chǎng)份額的35%。而在這其中，GPU的領(lǐng)跑者英偉達(dá)（Nvidia）因其在人工智能領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)使其成為了資本市場(chǎng)的絕對(duì)寵兒：在過去的一年中，曾經(jīng)以游戲芯片見長(zhǎng)的Nvidia股價(jià)從十幾年的穩(wěn)居30美元迅速飆升至120美元。據(jù)悉，世界上目前約有3000多家AI初創(chuàng)公司，大部分都采用了Nvidia提供的硬件平臺(tái)?；ヂ?lián)網(wǎng)和芯片行業(yè)巨頭紛紛布局AI芯片領(lǐng)域資料來源：公開資料整理3、FPGA潛力被低估了，未來大有可為

算法正向有利于FPGA發(fā)展的方向迭代。模型壓縮是從訓(xùn)練環(huán)節(jié)走向推理環(huán)節(jié)的必要過程。深鑒科技在將LSTM模型的尺寸壓縮20倍后，采用了搭建在FPGA上的硬件框架ESE，獲得了高一個(gè)數(shù)量級(jí)的能量效率提升。能量效率分別為CPU的40倍和GPU的11.5倍。

FPGA受益于芯片NRE費(fèi)用指數(shù)級(jí)上升帶來的規(guī)模效應(yīng)。隨著制程工藝不斷提高，芯片NRE費(fèi)用指數(shù)級(jí)上升，越來越多的ASIC芯片將由于達(dá)不到規(guī)模經(jīng)濟(jì)而被迫放棄，從而轉(zhuǎn)向直接基于FPGA開發(fā)設(shè)計(jì)。四、中國人工智能芯片行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1、我國人工智能芯片行業(yè)正處于起步階段目前，我國的人工智能芯片行業(yè)發(fā)展尚處于起步階段。華為在2023年德國柏林國際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會(huì)發(fā)布華為首款人工智能（AI）移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)——麒麟970，是業(yè)界首顆帶有獨(dú)立NPU（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元）的芯片，是華為人工智能的重要里程碑，也是中國芯片設(shè)計(jì)行業(yè)的重要里程碑。2、我國人工智能芯片行業(yè)規(guī)模分析

隨著大數(shù)據(jù)的發(fā)展，計(jì)算能力的提升，人工智能近兩年迎來了新一輪的爆發(fā)。芯片約占人工智能比重的15%，結(jié)合我國人工智能市場(chǎng)規(guī)模，推算出2023年我國人工智能芯片市場(chǎng)規(guī)模約為20億元。數(shù)據(jù)來源：中商產(chǎn)業(yè)研究院3、我國人工智能芯片行業(yè)區(qū)域發(fā)展分析

據(jù)工信部統(tǒng)計(jì)，中國北上深三座城市的人工智能相關(guān)企業(yè)總數(shù)達(dá)447家，攀升速度迅猛。目前，幾乎所有互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，都會(huì)或多或少加入算法和深度學(xué)習(xí)的功能，AI正在成為中國互聯(lián)網(wǎng)公司的標(biāo)配。資料來源：中商產(chǎn)業(yè)研究院五、科技巨頭紛紛布局人工智能芯片領(lǐng)域全球科技巨頭都在加緊布局AI芯片，希望走在科技變革時(shí)代的前線。

NVIDIA是AI芯片的市場(chǎng)領(lǐng)先者，占據(jù)了全球GPU70%的市場(chǎng)份額；Intel接連收購Altera、Nervana、Movidius，全方位布局AI產(chǎn)品；Google發(fā)布兩代TPU，從ASIC方向進(jìn)軍AI芯片市場(chǎng)；寒武紀(jì)科技是中科院計(jì)算所孵化的一家獨(dú)角獸公司。2023年推出了國際首個(gè)深度學(xué)習(xí)專用處理器芯片(NPU)，技術(shù)全球領(lǐng)先。1、NVIDIA:GPU龍頭，AI芯片的市場(chǎng)領(lǐng)先者目前全球GPU行業(yè)的市場(chǎng)份額有超過70%被英偉達(dá)公司占據(jù)。而應(yīng)用在人工智能領(lǐng)域的可進(jìn)行通用計(jì)算的GPU市場(chǎng)則基本被英偉達(dá)公司壟斷。

自1999年發(fā)布第一款GPU以來，GPU就成為了英偉達(dá)最為核心的產(chǎn)品，占到了英偉達(dá)總營業(yè)收入的八成以上。英偉達(dá)的股價(jià)表現(xiàn)也是十分驚人，2023年英偉達(dá)的股價(jià)上漲了228%，過去的5年內(nèi)累計(jì)上漲500%。

目前英偉達(dá)GPU芯片主要應(yīng)用方向?yàn)閿?shù)據(jù)中心芯片、自動(dòng)駕駛芯片和嵌入式芯片。主要包括采用Pascal架構(gòu)的TeslaP100和TeslaP10芯片、采用Volta架構(gòu)的DGX-1芯片、自動(dòng)駕駛的DriverPX2芯片、JetsonTX2芯片等。

GPU芯片構(gòu)成公司最主要收入來源，2023年上半年，GPU貢獻(xiàn)收入34.59億美元，占公司總收入的83%；TegraProcessor貢獻(xiàn)收入6.65億美元，占比16%，其他部分貢獻(xiàn)收入1%。

數(shù)據(jù)來源：中商產(chǎn)業(yè)研究院2、Intel：全領(lǐng)域布局人工智能產(chǎn)品

2023年，英特爾以167億美元收購了FPGA制造商Altera。英特爾斥巨資收購Altera不是來為FPGA技術(shù)發(fā)展做貢獻(xiàn)的，而是要讓FPGA技術(shù)為英特爾的發(fā)展做貢獻(xiàn)。

2023年8月，Intel宣布收購創(chuàng)業(yè)公司NervanaSystems。Nervana準(zhǔn)備推出深度學(xué)習(xí)定制芯片NervanaEngine，相比GPU在訓(xùn)練方面可以提升10倍性能。與TeslaP100類似，該芯片也利用16-bit半精度浮點(diǎn)計(jì)算單元和大容量高帶寬內(nèi)存（HBM，計(jì)劃為32GB，是競(jìng)品P100的兩倍），摒棄了大量深度學(xué)習(xí)不需要的通用計(jì)算單元。（1）智能終端處理器IP授權(quán)：智能IP指令集可授權(quán)集成到、安防、可穿戴設(shè)備等終端芯片中，客戶包括國內(nèi)頂尖SoC廠商。（2）智能云服務(wù)器芯片：作為PCIE加速卡插在云服務(wù)器上，客戶主要是國內(nèi)的知名服務(wù)器廠商。（3）家用智能服務(wù)機(jī)器人芯片：從智能玩具、智能助手入手，使服務(wù)機(jī)器人獨(dú)立具備看聽說的能力。客戶是各類下游機(jī)器人廠商，產(chǎn)品的推出將比智能云服務(wù)器芯片更晚一些。

中國正在發(fā)力人工智能芯片，以縮小與全球科技巨頭的差距。中商產(chǎn)業(yè)研究院簡(jiǎn)介中商產(chǎn)業(yè)研究院是深圳中商情大數(shù)據(jù)股份下轄的研究機(jī)構(gòu)，研究范圍涵蓋智能裝備制造、新能源、新材料、新金融、新消費(fèi)、大健康、“互聯(lián)網(wǎng)+”等新興領(lǐng)域。公司致力于為國內(nèi)外企業(yè)、上市公司、投融資機(jī)構(gòu)、會(huì)計(jì)師事務(wù)所、律師事務(wù)所等提供各類數(shù)據(jù)服務(wù)、研究報(bào)告及高價(jià)值的咨詢服務(wù)。中商行業(yè)研究服務(wù)內(nèi)容行業(yè)研究是中商開展一切咨詢業(yè)務(wù)的基石，我們通過對(duì)特定行業(yè)長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)，分析行業(yè)需求、供給、經(jīng)營特性、盈利能力、產(chǎn)業(yè)鏈和商業(yè)模式等多方面的內(nèi)容，整合行業(yè)、市場(chǎng)、企業(yè)、用戶等多層面數(shù)據(jù)和信息資源，為客戶提供深度的行業(yè)市場(chǎng)研究報(bào)告，全面客觀的剖析當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的總體市場(chǎng)容量、競(jìng)爭(zhēng)格局、進(jìn)出口情況和市場(chǎng)需求特征等，對(duì)行業(yè)重點(diǎn)企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)銷運(yùn)營分析，并根據(jù)各行業(yè)的發(fā)展軌跡及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)各產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展趨勢(shì)做出準(zhǔn)確分析與預(yù)測(cè)。中商行業(yè)研究報(bào)告是企業(yè)了解各行業(yè)當(dāng)前最新發(fā)展動(dòng)向、把握市場(chǎng)機(jī)會(huì)、做出正確投資和明確企業(yè)發(fā)展方向不可多得的精品資料。中商行業(yè)研究方法中商擁有10多年的行業(yè)研究經(jīng)驗(yàn)，利用中商Askci數(shù)據(jù)庫立了多種數(shù)據(jù)分析模型，在產(chǎn)業(yè)研究咨詢領(lǐng)域利用行業(yè)生命周期理論、SCP分析模型、PEST分析模型、波特五力競(jìng)爭(zhēng)分析模型、SWOT分析模型、波士頓矩陣、國際競(jìng)爭(zhēng)力鉆石模型等、形成了自身獨(dú)特的研究方法和產(chǎn)業(yè)評(píng)估體系。在市場(chǎng)預(yù)測(cè)分析方面，模型涵蓋對(duì)新產(chǎn)品需求預(yù)測(cè)、快速消費(fèi)品銷售預(yù)測(cè)、市場(chǎng)份額預(yù)測(cè)等多種指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)性的進(jìn)行市場(chǎng)預(yù)測(cè)分析。中商研究報(bào)告數(shù)據(jù)及資料來源中商利用多種一手及二手資料來源核實(shí)所收集的數(shù)據(jù)或資料。一手資料來源于中商對(duì)行業(yè)內(nèi)重點(diǎn)企業(yè)訪談獲取的一手信息數(shù)據(jù)；中商通過行業(yè)訪談、訪問等調(diào)研獲取一手?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，調(diào)研人員會(huì)將多名受訪者的資料及意見、多種來源的數(shù)據(jù)或資料進(jìn)行比對(duì)核查，公司內(nèi)部也會(huì)預(yù)先探討該數(shù)據(jù)源的合法性，以確保數(shù)據(jù)的可靠性及合法合規(guī)。二手資料主要包括國家統(tǒng)計(jì)局、國家發(fā)改委、商務(wù)部、工信部、農(nóng)業(yè)部、中國海關(guān)、金融機(jī)構(gòu)、行業(yè)協(xié)會(huì)、社會(huì)組織等發(fā)布的各類數(shù)據(jù)、年度報(bào)告、行業(yè)年鑒等資料信息。數(shù)據(jù)來源數(shù)據(jù)種類金融機(jī)構(gòu)金融機(jī)構(gòu)公開發(fā)布的各類年度數(shù)據(jù)、季度數(shù)據(jù)、月度數(shù)據(jù)等政府部門宏觀經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、行業(yè)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、產(chǎn)量數(shù)據(jù)、進(jìn)出口貿(mào)易數(shù)據(jù)等行業(yè)協(xié)會(huì)年度報(bào)告數(shù)據(jù)、公報(bào)數(shù)據(jù)、行業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)、會(huì)員企業(yè)數(shù)據(jù)等社會(huì)組織國際性組織、社會(huì)團(tuán)體公布的各類數(shù)據(jù)等行業(yè)年鑒農(nóng)業(yè)、林業(yè)、醫(yī)療、衛(wèi)生、教育、環(huán)境、裝備、房產(chǎn)、建筑等各類行業(yè)數(shù)據(jù)公司公告資本市場(chǎng)各類公司發(fā)布的定期年報(bào)、半年報(bào)、公司公告等期刊雜志在開期刊雜志中獲取的僅限于允許公開引用、轉(zhuǎn)載的部分中商調(diào)研研究人員、調(diào)研人員通過實(shí)地調(diào)查、行業(yè)訪談、獲取的一手?jǐn)?shù)據(jù)中商的產(chǎn)業(yè)研究服務(wù)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)研究?jī)?yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)豐富的數(shù)據(jù)資源、強(qiáng)大數(shù)據(jù)挖掘能力中商是中國首家自建數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)研究咨詢機(jī)構(gòu)，公司自主研發(fā)的Askci數(shù)據(jù)庫和CISource中商情報(bào)通對(duì)各類數(shù)據(jù)建立中商企業(yè)數(shù)據(jù)庫、全球數(shù)據(jù)庫、宏觀經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫、行業(yè)數(shù)據(jù)庫、區(qū)域數(shù)據(jù)庫、調(diào)研數(shù)據(jù)庫等專業(yè)數(shù)據(jù)庫，覆蓋近5000多個(gè)細(xì)分產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)。知名的研究團(tuán)隊(duì)，優(yōu)質(zhì)的研究咨詢服務(wù)中商擁有具備專業(yè)背景知識(shí)和熟悉產(chǎn)業(yè)運(yùn)營的復(fù)合型人才，產(chǎn)業(yè)分析師、行業(yè)專家及咨詢顧問共計(jì)300余名，在宏觀經(jīng)濟(jì)、區(qū)域經(jīng)濟(jì)、細(xì)分行業(yè)及政策法規(guī)研究方面具備很強(qiáng)的實(shí)力。公司研究團(tuán)隊(duì)為客戶提供專業(yè)的產(chǎn)業(yè)研究咨詢服務(wù)及個(gè)性化的專項(xiàng)咨詢服務(wù)。專門的客服團(tuán)隊(duì)，滿足客戶個(gè)性化咨詢服務(wù)公司建立了專門的客服團(tuán)隊(duì)，能夠更為準(zhǔn)確的了解客戶的需求并滿足，并且能夠?qū)蛻舻男枨筮M(jìn)行快速的處理，深入為客戶提供多樣化、個(gè)性化產(chǎn)品解決方案。通過加強(qiáng)員工培訓(xùn)與業(yè)務(wù)創(chuàng)新，開