背部供电行业报告：人工智能驱动单芯片PPA提升（20页）

行业报告下载 2024年04月26日 07:01 管理员

半导体行业受 AI 驱动将步入高速增长时代。2023 年，尽管全球半导体销售总额较上一年下降 8.23%，至 5268 亿美元，但自 2023 年 9 月以来同比增速已经回正，2023 年 12 月销售额更是达到 518 亿美元，同比大幅增长 19.12%，显示出行业复苏的明确信号。同时，在最近的国际固态电路会议（ISSCC，2024 年 2 月 18 日至 2024 年 2 月 22 日）上，台积电的高级副总裁张晓强《半导体行业：现状与未来》中也给出了乐观展望：至 2030 年，半导体市场规模有望突破一万亿美元大关，其中，高性能计算，尤其是与人工智能相关的应用，预计将贡献约 40%的收入。AI 相关的技术进步和应用需求，成为行业增长的关键因素，将推动半导体行业步入一个高速增长的新阶段。人工智能算力需求增长速度远超工艺演进速度。进入大型机器学习模型时代后，训练和推理所需算力翻倍的时间周期分别缩短为 7.4 与 33.8 个月，远快于摩尔定律顶一下晶体管 48.8 个月的翻倍速度。为了满足人工智能爆炸性算力需求，系统摩尔和集群化成为大势所趋。系统摩尔和集群化面临物理限制，单片 PPA（更高性能，更低功耗，更小面积）仍是提升算力的关键。当前技术及工艺限制下，单芯片性能提升速度不断趋缓，大型集群更多通过系统摩尔及网络并行技术快速提升算力，但边际效应正在递减。通过对特斯拉 DOJO 和英伟达 GH200 的性能比较，我们认为对单芯片单位功耗算力的提升仍是满足算力需求的关键。背部供电创新性地通过结构改变实现晶体管缩放，是单片 PPA 增长的第二曲线。背部供电能够有效缓解电压降问题，并节省片上空间以容纳更多晶体管，并且这一结构的实现并不依赖于光刻机性能的提升，我们认为在当今摩尔定律放缓的趋势下，背部供电技术将使单片 PPA 重回快速增长，并有望成为未来行业发展中确定性极高的技术方向。众多大厂已布局，英特尔 PowerVia 技术即将落地，公司有望再度迎来 FinFET 时刻。当前，台积电，三星电子和英特尔均披露已布局背部供电技术，台积电和三星预计分别在 2026 和 2025 年推出该技术，英特尔最为领先，计划在 2024 的 20A 节点中就将其 PowerVia 技术推向市场。经过深入研究后，我们认为英特尔 PowerVia 在性能表现，良率以及客户端工程师开发套件生态等方面都有较为优异的完成度，有望借此技术重新夺回半导体制造领域的领先优势。