ChatGPT驱动AI浪潮趋势渐起，芯片等AI硬件构成核心底座
　　作为AI领域的最新成果，ChatGPT发展空间巨大。
　　目前微软、谷歌等科技巨头坚定入局，展现出AI应用广阔的发展前景，AI行业有望开启新发展浪潮
　　云端算力硬件将成为AI新浪潮的关键基础设施
　　GPU、CPU、FPGA、AI芯片、Chiplet、光模块、服务器等细分板块下游应用广泛，产品边际持续拓展。云、边、端需求拉动市场规模高速增长。
　　AI新浪潮未来将提升海量IoT设备的边缘算力需求
　　NPU：在SoC与MCU中加入边缘算力，可广泛使用于各类AIoT设备。
　　RISC-V芯片架构：深度受益于未来AIoT趋势
　　投资建议：云端算力和边缘算力两个维度关注AI硬件投资机会
　　云端算力：建议关注（1）GPU：景嘉微、海光信息；（2）CPU：龙芯中科、中国长城、澜起科技、；（3）AI芯片：寒武纪、澜起科技；（4）FPGA：复旦微电、安路科技、紫光国微等；（5）光模块：天孚通信、德科立、新易盛、光迅科技、博创科技、源杰科技、中际旭创等；（6）CHIPLET：兴森科技、长川科技、方邦股份、华正新材、通富微电、长电科技等。
　　边缘算力：建议关注（1）SoC：晶晨股份、富瀚微、瑞芯微等；（2）AIoT：乐鑫科技、恒玄科技等；（3）RISC-V：中科蓝讯、乐鑫科技、全志科技等。
　　

研究报告全文：ChatGPT开启AI发展新浪潮算力紧缺和海量应用驱动AI硬件广阔空间AI行业跟踪报告之二作者光大证券电子通信行业首席分析师刘凯执业证书编号S09305171000022023年2月15日证券研究报告核心观点ChatGPT驱动AI浪潮趋势渐起芯片等AI硬件构成核心底座作为AI领域的最新成果ChatGPT发展空间巨大目前微软谷歌等科技巨头坚定入局展现出AI应用广阔的发展前景AI行业有望开启新发展浪潮云端算力硬件将成为AI新浪潮的关键基础设施GPUCPUFPGAAI芯片Chiplet光模块服务器等细分板块下游应用广泛产品边际持续拓展云边端需求拉动市场规模高速增长AI新浪潮未来将提升海量IoT设备的边缘算力需求NPU在SoC与MCU中加入边缘算力可广泛使用于各类AIoT设备RISC-V芯片架构深度受益于未来AIoT趋势投资建议云端算力和边缘算力两个维度关注AI硬件投资机会云端算力建议关注1GPU景嘉微海光信息2CPU龙芯中科中国长城澜起科技3AI芯片寒武纪澜起科技4FPGA复旦微电安路科技紫光国微等5光模块天孚通信德科立新易盛光迅科技博创科技源杰科技中际旭创等6CHIPLET兴森科技长川科技方邦股份华正新材通富微电长电科技等边缘算力建议关注1SoC晶晨股份富瀚微瑞芯微等2AIoT乐鑫科技恒玄科技等3RISC-V中科蓝讯乐鑫科技全志科技等请务必参阅正文之后的重要声明2目录ChatGPT驱动AI浪潮趋势渐起芯片等AI硬件构成核心底座云端算力硬件将成为AI新浪潮的关键基础设施AI新浪潮未来将提升海量IoT设备的边缘算力需求投资建议云端算力和边缘算力两个维度关注AI硬件投资机会风险分析请务必参阅正文之后的重要声明一ChatGPT驱动AI浪潮趋势渐起芯片等AI硬件构成核心底座1ChatGPT应用空间广阔2AIoT终端浪潮趋势渐起3数据和算力是人工智能的基础芯片等硬件构成AI核心底座请务必参阅正文之后的重要声明411ChatGPT应用空间广阔ChatGPT是由人工智能实验室OpenAI研发的通用聊天机器人使用了Transformer神经网络架构GPT-35架构是一种用于处理序列数据的模型于2022年11月30日上线ChatGPT的网页应用允许用户免费使用不限量向公众开放用户与ChatGPT之间的对话互动包括了普通聊天信息咨询撰写诗词作文修改代码等作为AI领域的最新成果ChatGPT也拥有足够的想象力和发展空间目前微软谷歌等科技巨头坚定入局展现出AI应用广阔的发展前景AI行业有望开启新发展浪潮图1ChatGPT推出历程5请务必参阅正文之后的重要声明资料来源搜狗百科光大证券研究所整理11ChatGPT应用空间广阔以ChatGPT为代表的AIGC备受关注全球各大科技企业都在积极拥抱AIGC不断推出相关技术平台和应用AIGC产业生态加速形成走向模型即服务MaaS的未来图2内容创作模式的四个发展阶段图3AIGC产业生态体系的三层构架资料来源腾讯研究院资料来源腾讯研究院6请务必参阅正文之后的重要声明12AIoT终端浪潮趋势渐起AIoT时代拥有海量IoT终端智能将是物联网时代最核心的生产力AI技术将渗透到云边端和应用的各个层面与IoT设备进行深度融合在物联网时代用户对于智能的需求呈快速增长深入各个领域图4AIoT时代拥有海量IoT终端资料来源猎云网请务必参阅正文之后的重要声明712AIoT终端浪潮趋势渐起根据IDC数据2019年中国AIoT产业总产值为3808亿元2021年将达到6548亿元AIoT市场规模的快速增长得益于以5G为代表的新技术的规模化商用和AIoT应用在消费及公共事业等领域的大规模落地图52019-2022E中国AIoT市场规模资料来源IDC预测asResearch请务必参阅正文之后的重要声明813数据和算力是人工智能的基础芯片等硬件构成AI核心底座人工智能的基础层是数据和算力数据由服务器和光模块存储和运输算力由CPUGPUFPGAASIC等芯片支撑算法服务器光模块PCBCPUGPUFPGAPCBASIC9资料来源CSDN光大证券研究所请务必参阅正文之后的重要声明13数据和算力是人工智能的基础芯片等硬件构成AI核心底座资料来源寒武纪公开路演PPT请务必参阅正文之后的重要声明10目录ChatGPT驱动AI浪潮趋势渐起芯片等AI硬件构成核心底座云端算力硬件将成为AI新浪潮的关键基础设施AI新浪潮未来将提升海量IoT设备的边缘算力需求投资建议云端算力和边缘算力两个维度关注AI硬件投资机会风险分析请务必参阅正文之后的重要声明二云端算力硬件将成为AI新浪潮的关键基础设施1GPU分为传统GPU与GPGPUGPGPU占据人工智能90以上份额2CPU与AI融合将成大势所趋3FPGA与ASIC技术融合在人工智能领域应用广泛4云边端需求拉动AI芯片市场规模高速增长5从AIChip到AIChiplet6数据流量与AI算力增长推动光模块需求7算力需求带动服务器PCB市场持续扩容请务必参阅正文之后的重要声明1221GPU分为传统GPU与GPGPUGPGPU占据人工智能90以上份额随着GPU在并行计算方面性能优势的逐步显现以及并行计算应用范围的逐步拓展GPU逐渐分化成两条分支一条是传统意义的GPU延续专门用于图形图像处理用途内置了视频编解码加速引擎2D加速引擎3D加速引擎图像渲染等专用运算模块另一分支是GPGPU作为运算协处理器并针对不同应用领域的需求增加了专用向量张量矩阵运算指令提升了浮点运算的精度和性能以满足不同计算场景的需要图6GPGPU主要应用领域资料来源海光信息招股说明书13请务必参阅正文之后的重要声明21GPU分为传统GPU与GPGPUGPGPU占据人工智能90以上份额大规模张量运算矩阵运算是人工智能在计算层面的突出需求高并行度的深度学习算法在视觉语音和自然语言处理等领域上的广泛应用使得计算能力需求呈现快速增长根据Cisco的预计2021年全球数据中心负载任务量将超过2016年的两倍从2016年的不到250万个负载任务量增长到2021年的近570万个负载任务量随着云计算的不断发展全球范围内云数据中心超级数据中心的建设速度不断加快Cisco预计到2021年计算能力更强的超级数据中心将达到628座占数据中心总量的53图72016-2021年数据中心负载任务量变化图82016-2021年超级数据中心数量变化资料来源海光信息招股说明书资料来源海光信息招股说明书14请务必参阅正文之后的重要声明21GPU分为传统GPU与GPGPUGPGPU占据人工智能90以上份额在人工智能领域使用GPGPU在云端运行模型训练算法可以缩短海量训练数据的训练时长减少能源消耗从而进一步降低人工智能的应用成本GPGPU能够提供完善的软件生态系统便于各种已有应用程序的移植和新算法的开发因此全球人工智能相关处理器解决方案仍然是以GPGPU为主GPGPU是人工智能领域最主要的协处理器解决方案占据人工智能90以上的市场份额在智能工厂无人驾驶智慧城市等领域具有广泛的市场空间根据前瞻产业研究院的数据未来几年内中国人工智能芯片市场规模将保持年均40至50的增长速度到2024年市场规模将达到785亿元而随着人工智能相关技术的进步应用场景将更加多元化GPGPU通用性好和软件生态系统完善的优势会进一步展现出来成为该领域的主流解决方案GPGPU在我国人工智能芯片领域也将占据较大比例的市场份额GPU在商业领域的具体应用体现在1商业计算和大数据处理2人工智能处理器3智算中心15请务必参阅正文之后的重要声明22CPU与AI融合将成大势所趋CPU是计算机的运算和控制核心是信息处理程序运行的最终执行单元是计算机的核心组成部件CPU的本质是超大规模集成电路用于解释计算机指令和处理计算机软件中的数据并负责控制调配计算机的所有软硬件资源CPU可以应用在服务器工作站个人计算机台式机笔记本电脑移动终端和嵌入式设备等不同设备上根据应用领域的不同其架构功能性能可靠性能效比等技术指标也存在一定差异图9CPU应用场景及技术特点资料来源海光信息招股说明书资料来源海光信息招股说明书资料来源海光信息招股说明书16请务必参阅正文之后的重要声明22CPU与AI融合将成大势所趋过去十多年全球服务器市场总体保持了稳健的增长根据IDC数据2020年受全球互联网行业资本投入收缩和新冠疫情的影响全球服务器出货量为12129万台销售额9102亿美元同比分别增长326和437增速低于前期平均水平随着云计算的不断发展全球范围内云数据中心超级数据中心的建设速度不断加快Cisco预计到2021年计算能力更强的超级数据中心将达到628座占数据中心总量的53图102014-2020年全球服务器销售额资料来源海光信息招股说明书17请务必参阅正文之后的重要声明22CPU与AI融合将成大势所趋CPU技术发展趋势1单个处理器核心性能持续提升2处理器设计复杂度提高核心数逐步增加IO性能持续提升3微体系结构持续优化CPU在商业领域的具体应用1企业上云需求强烈云计算可助力企业完成数字化转型25G网络的快速铺开加速万物互联时代提前到来国产CPU市场空间广阔随着国产CPU性能的不断提高和软件生态的不断完善基于国产CPU的信息产品已经得到批量应用对信息安全供应链安全要求相对较高的领域均是国产CPU的优势市场伴随着未来信息化的加速桌面服务器CPU的需求量有望大幅增加英特尔SapphireRapids第四代至强可扩展处理器深度支持AI运算英特尔在这代产品中增添全新内置AI加速器英特尔高级矩阵扩展AMX技术英特尔透露该GPU的基础算力平均提升值为53而在AMX的助推下其在PyTorch上的AI实时推理速度可提升至上一代产品FP32的57-10倍训练性能提升最高也能提升到上一代产品的10倍图11龙芯1H芯片示意图图12龙芯2K1000LA芯片示意图资料来源龙芯中科官网18资料来源龙芯中科官网请务必参阅正文之后的重要声明23FPGA与ASIC技术融合在人工智能领域应用广泛现场可编程门阵列是基于通用逻辑电路阵列的集成电路芯片和芯片不同其最大的特点是芯片的具体功能在制造完成以后由用户配置决定用户可通过配套的专用软件实现具体功能首先由专用软件接受用硬件语言描述的用户电路其次编译生成二进制位流数据最后将位流下载到芯片中实现用户所需的功能芯片由可编程的逻辑单元输入输出单元和开关连线阵列三个部分构成逻辑单元通过数据查找表中存放的二进制数据来实现不同的电路功能的本质是一种静态随机存取存储器其大小是由输入端的信号数量决定的常用的查找表电路是四输入查找表五输入查找表和六输入查找表请务必参阅正文之后的重要声明1923FPGA与ASIC技术融合在人工智能领域应用广泛FPGA在汽车电子中的应用在系统接口及控制领域可用于控制和驱动电动汽车电机控制系统连接驾驶系统仪表盘雷达超声波传感器等各种车载设备实现激光雷达毫米波雷达等信号处理和控制在视频桥接和融合领域可用于实现多个图像传感器的信号桥接3D环视视频融合倒车辅助视频辅助驾驶视频等功能在辅助驾驶和自动驾驶领域可用于实现机器视觉与目标检测等各种功能在云侧与端侧的不同任务中FPGA芯片均已与GPU及ASIC等芯片一起成为人工智能处理芯片的重要选择之一FrostSullivan数据显示人工智能领域FPGA芯片2020年中国销售额达到58亿元占中国FPGA芯片市场份额的392021年至2025年年均复合增长率将达到169图132016-2025年中国FPGA汽车领域市场规模亿元图142016-2025年中国人工智能领域市场规模亿元资料来源FrostSullivan光大证券研究所整理资料来源FrostSullivan光大证券研究所整理请务必参阅正文之后的重要声明20