请仔细阅读本报告末页声明 证券研究报告 | 行业深度 2024年03月20日 通信 AI算力的ASIC之路——从以太坊矿机说起 近期关于AI算力的GPU与ASIC路线讨论渐多，从推理角度看，ASIC在成本端优势明显，而GPU在通用性及生态上更胜一筹。若干年前，以太坊矿机也经历了从GPU到ASIC的迭代，从算力发展角度给我们诸多启发。 天下芯片，通久必专，专久必通。回望芯片发展历史，从CPU，到图像与深度学习时代大放异彩的GPU，再到矿机ASIC的异军突起。芯片发展一直遵循着上述规律。某类需求的爆发，推动通用芯片中的某一功能独立并形成ASIC，来更好的满足需求。通用芯片发现需求，专用芯片满足需求，这就是半导体行业面对人类需求时的解决之道，归根结底，客户的需求决定一切。 大模型算力需求急剧膨胀，推理ASIC路径逐渐明晰。在GPT的推动下，世界迅速进入了大模型的新纪元。在Transformer算法下，算力大小成为了模型迭代的关键因素，全球对于算力卡的需求迅速井喷，能够先一步满足算力需求的通用GPU变得一卡难求。经过一年发展，大家对于Transformer认可度逐渐提升，同时算力的需求持续加速，促使相关ASIC浮出水面。以谷歌TPU，Groq为代表的优秀ASIC作品逐渐摸索出了以堆料矩阵乘法核构建“流水线”式处理流程的设计思路，在舍弃通用GPU冗余小核提高性能的同时，也较好针对Transformer做了优化。 以矿机为鉴，需求和算法确定性是ASIC起量关键。复盘矿机AISC发展之路，受益币价上涨，算力需求井喷，且算法固定的比特币在问世的3年内快速完成了矿机的全面ASIC化。而币价前期走势较弱，算力需求不稳定，且一直存在转POS（停止挖矿）预期的ETH则在结束挖矿时仍未完成ASIC化。由此可见，稳定且大量的客户需求、算法的确定性，是ASIC放量的关键。 软件有望成为算力构筑第三极。ASIC时代，编译器成为了产品设计的壁垒，如何有效的连接“流水线”中的计算单元与存储，如何在无小核辅助的情况下整理进入计算核的数据，编译器的难度陡然提升。同时，如何在CUDA生态对第三方“兼容”之路封锁加剧的情况下，做出好用的软件与生态，让用户较为舒适的进行切换，也将成为新进入玩家需要面临的问题。 兼听则明，ASIC是通往AGI中不可或缺的一环。“硬件的使用者和开发者往往对立”，这一现象似乎正在AI芯片界再次出现，当下，AI工程师们普遍希望停留在舒适的CUDA生态，忽视通用芯片的冗余元件和低效。而芯片架构师们则在努力地创造ASIC架构，降低最底层的计算成本。而最终决定双方胜负的，唯有需求，需求足够大，算力的建设方终将为ASIC的性价比而买单，需求不明朗，客户则会先采购通用的产品然后继续观望。全局来看，AI的叙事足够宏大，与比特币的一轮完全替代不同，AISC与通用芯片将螺旋发展，通用芯片探索新算法与模型、ASIC将通过降本使得需求得以释放，繁荣的生态吸引更多用户与参与者，最终培育出新的、更强的算法，循环往复，螺旋上升，最终达成AGI的宏伟目标。 投资建议：关注五大环节，一线晶圆厂，ASIC设计龙头，散热厂商，ASIC芯片公司、服务器。 晶圆厂：台积电（TSMC）、英特尔（INTC）、中芯国际； AISC设计龙头：美满电子（MRVL）、博通（AVGO）； 散热厂商：英维克、中航光电、高澜股份； ASIC芯片公司：寒武纪、芯原股份、嘉楠科技（CAN）； 服务器龙头：工业富联、高新发展、中科曙光、紫光股份。 风险提示：AI发展不及预期，AI算法切换风险，ASIC用户认可度低的风险。 增持（维持） 行业走势 作者 分析师 宋嘉吉 执业证书编号：S0680519010002 邮箱：[email protected] 分析师 黄瀚 执业证书编号：S0680519050002 邮箱：[email protected] 分析师 邵帅 执业证书编号：S0680522120003 邮箱：[email protected] 相关研究 1、《通信：光学创新的黄金十年》2024-03-17 2、《通信：GTC将至，算力再预热》2024-03-10 3、《通信：Claude 3问世——大模型“多国争霸”已开启》2024-03-05 -32%-16%0%16%32%2023-032023-072023-11通信沪深300 20242024年年0303月月2020日日 P.2 请仔细阅读本报告末页声明 内容目录 1、投资要件 ........................................................................................................................................................... 3 2、ASIC芯片概述 ................................................................................................................................................... 4 2.1 什么是ASIC芯片 ....................................................................................................................................... 4 2.2 芯片大势，通久必专，专久必通 .................................................................................................................. 5 3、大模型ASIC的发展路线 ..................................................................................................................................... 6 3.1 初步专用化：GPU亦是ASIC....................................................................................................................... 6 3.2 进一步专用化：以谷歌TPU为例 ................................................................................................................. 8 3.3 极致专用化：以Groq为例 ....................................................................................................................... 12 3.4 主要技术趋势总结：Wafer-Scaling+近存计算构建数据流水线 ..................................................................... 14 4、以矿机为鉴，英伟达与ASIC之争将走向何方？ ................................................................................................. 15 4.1 比特币矿机发展史，用何种速度取代CPU .................................................................................................. 15 4.2 以太坊矿机发展史，为何一波三折？ ......................................................................................................... 16 4.3 以史为鉴，“算法确定性”和“用户需求”决定ASIC渗透速度 .................................................................... 17 5、软件将成为算力第三极 ..................................................................................................................................... 18 5.1 推理时代，更加考验编译器的“流水线”构筑能力 ..................................................................................... 18 5.2 两年硬件，四年软件，编译器和生态将成为进入者最大门槛 ........................................................................ 19 6、我们的理解：需求决定一切，AISC与GPU螺旋上升 .......................................................................................... 21 7、投资建议 ......................................................................................................................................................... 23 8、风险提示 ......................................................................................................................................................... 25 图表目录 图表1：CPU、GPU、FPGA、ASIC对比 .................................................................................................................... 4 图表2：GPU与CPU对比 ........................................................................................................................................ 6 图表3：英伟达GPU架构迭代历程 .....................................................................................................................