近年來，由于數據量迅速增長，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行計算密集型操作的強大功能。與傳統計算相比，HPC 能夠以更低的成本、在更短時間內獲得結果，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市場都呈現增長趨勢。
這一趨勢，從全球龍頭企業晶圓代工廠商臺積電的業績報告中足以窺見。
01
HPC 成代工新寵
前不久，臺積電公布了2022年第四季度營收。根據產品類型來看，臺積電第四季度智能手機營收占比38％，高性能計算42％，物聯網8％，車用電子7％，消費電子2％。其中，高性能計算業績季增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就已超越曾經多年占據臺積電第一大營收來源的智能手機，并在此后一直占據著不菲的營收貢獻。這一業務強勢的營收得益于臺積電先進的封裝能力。
臺積電的 CoWoS 技術是專門為 HPC 設備應用設計的 2．5D 晶圓級多芯片封裝技術，已經投入生產近 10 年。其傳統的帶硅中介層的 CoWoS 技術（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），將領先的 SoC 芯片與四個以上的 HBM2 ／ HBM2E 堆棧集成在一起。據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，預計將于 2023－2024 年開始商業生產。
憑借 CoWoS，臺積電已經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制程來制造其新產品Zen4架構的銳龍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的產能。
另一邊，英偉達已為其下一代Adalovelace架構的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，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 業務開發主管也表示，臺積電預計未來至少到 2025 年 HPC 都將持續為最強勁增長平臺。
02
芯片巨頭爭做HPC領導者
HPC誕生于內部數據中心，擁有高速處理數據和執行復雜計算，以解決性能密集型問題的能力。為了做HPC領域的領導者，英偉達、AMD、英特爾在HPC應用領域也是進展不斷，各公司數據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芯片業績年增200％—250％。
英偉達這幾年在游戲、數據中心、人工智能、自動駕駛等各領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。隨著客戶對超大規模計算、云端和AI業務的需求增加，數據中心業務甚至逐漸超越游戲業務。
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 的數據中心專屬 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據中心、跨公共云或網絡邊緣。英偉達也表示此次收購將生產用于管理HPC系統的軟件。英偉達首席執行官黃仁勛表示，世界正在經歷一個“工業 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，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品。
據英偉達內部預計，2022年數據中心 HPC 芯片業績將有年成長上 200％～250％ 左右的高目標，其中包括來自Hopper架構的數據中心，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及深厚的專業軟件知識，將為云計算、邊緣和智能終端設備提供領先的計算平臺。標志著AMD將確立為業界高性能計算的領導者。
AMD一直致力于憑借高性能計算的最新技術和產品，目前AMD EPYC在x86服務器CPU市場的份額已超過25％；其去年發布的 Instinct生態系統以及此前的ROCm生態系統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，滿足計算加速的數據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也有很多技術積累。
英特爾基于Xe HPC微架構的數據中心GPU Ponte Vecchio是其面向高性能計算市場的顯卡產品。是英特爾迄今最復雜的SoC，包含1000億個晶體管，提供領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架構芯片，新架構包含了CPU和GPU，在內存容量、計算密度等性能都帶來了超過5倍的提升，預計會在2024年發布該產品。
英特爾還通過 XPU 戰略，推出了不同架構的硬件產品，從原來的通用 CPU 到專用 GPU，到 ASIC，到 FPGA 的產品組合支撐著 AI 和 HPC 的算力需求。另外，未來計算架構的發展趨勢是CPU和GPU融合集成，從而形成互聯、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領域引領多年的英特爾，在這一趨勢中也有著得天獨厚的優勢。英特爾GPU的愿景也逐漸清晰：在計算多元化、算力需求爆發式增長的大趨勢下，英特爾GPU將成為驅動新興行業發展的算力基石，同時也將成為英特爾自身業務增長的突破點。
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，虛擬世界和元宇宙概念的出現，也讓HPC迎來新的發展機遇，既可用于游戲（AR／VR）等娛樂應用，也可用于數字孿生等模擬應用。HPC 已超越智能手機成為半導體行業增長的主引擎，擁有高速處理數據和執行復雜計算，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，通過全球網絡生成和通信的數據量呈指數級增長。為了跟上這種增長，HPC變得至關重要，并且正在呈現爆炸式增長。據Report Ocean，預計到2027 年，全球 HPC 芯片組市場規模將從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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