本文来自微信公众号“半导体产业纵横”，作者/丰宁。
近年来，由于数据量迅速增长，许多新型应用程序都受益于HPC（高性能计算）能够利用共享资源执行计算密集型操作的强大功能。与传统计算相比，HPC能够以更低的成本、在更短时间内获得结果，HPC硬件和软件也变得更易于获取，应用也更加广泛。因此，全球HPC市场都呈现增长趋势。
这一趋势，从全球龙头企业晶圆代工厂商台积电的业绩报告中足以窥见。
01
HPC成代工新宠
前不久，台积电公布了2022年第四季度营收。根据产品类型来看，台积电第四季度智能手机营收占比38%，高性能计算42%，物联网8%，车用电子7%，消费电子2%。其中，高性能计算业绩季增10%，占到Q4将近一半的营收份额。其中，台积电定义的HPC领域包含CPU、GPU和AI加速器等。
可以看到，在2022年第一季度，HPC就已超越曾经多年占据台积电第一大营收来源的智能手机，并在此后一直占据着不菲的营收贡献。这一业务强势的营收得益于台积电先进的封装能力。
台积电的CoWoS技术是专门为HPC设备应用设计的2.5D晶圆级多芯片封装技术，已经投入生产近10年。其传统的带硅中介层的CoWoS技术（CoWoS-S）已进入第五代。CoWoS-S的硅中介层可以达到2倍以上全光罩尺寸（1700mm2），将领先的SoC芯片与四个以上的HBM2/HBM2E堆栈集成在一起。据悉台积电已确定其最新CoWoS工艺变体CoWoS-L是2.5D封装4倍全光罩尺寸的唯一解决方案，正与HPC芯片客户合作，共同应对基板端的挑战，预计将于2023-2024年开始商业生产。
凭借CoWoS，台积电已经从高性能计算处理器供应商如AMD、英伟达等公司，赢得了大量订单。
近两年来，AMD在服务器、笔记本电脑和台式机的CPU和GPU市场份额显著提升，游戏芯片出货量也大幅上升。为了进一步增长，AMD除了增加与后端合作伙伴和ABF载板供应商的订单外，还大幅增加台积电的7nm和6nm制造订单，并使用5nm制程来制造其新产品Zen4架构的锐龙7000，这进一步提高其对纯晶圆代工厂的收入贡献。为了在产能不足的情况确保库存，AMD甚至在2021年就预定了两年的5nm和3nm的产能。
另一边，英伟达已为其下一代Adalovelace架构的RTX40系列GPU采用台积电的5nm工艺。随着英伟达订单的回归，台积电为了顺利完成英伟达新HPC GPU的订单，其先进封装CoWos所需的封装基材与散热材料在2022年订单量暴增约3倍，这也是台积电HPC业务翻倍增长的原因之一。
台积电此前就已提出高性能计算（HPC）高景气度持续，预计将成为长期增长的最强劲动力，为公司营收的增长带来最大贡献。台积电HPC业务开发主管也表示，台积电预计未来至少到2025年HPC都将持续为最强劲增长平台。
02
芯片巨头争做HPC领导者
HPC诞生于内部数据中心，拥有高速处理数据和执行复杂计算，以解决性能密集型问题的能力。为了做HPC领域的领导者，英伟达、AMD、英特尔在HPC应用领域也是进展不断，各公司数据中心所占的市场份额都占到了相当大的比重，甚至立下雄心勃勃的目标。
英伟达：2022年HPC芯片业绩年增200%—250%。
英伟达这几年在游戏、数据中心、人工智能、自动驾驶等各领域都有非常大的增长，对GPU的算力要求达到了一个前所未有的高度。随着客户对超大规模计算、云端和AI业务的需求增加，数据中心业务甚至逐渐超越游戏业务。
2022年3月23日，英伟达推出首款面向HPC和AI基础设施的基于Arm Neoverse的数据中心专属CPU——Grace CPU超级芯片。同月，英伟达收购了Bright Computing Inc.具体收购金额暂不明确。纵观Bright Computing，为HPC装置销售大规模集群管理软件，其平台支持x86和基于Arm的芯片以及英伟达的GPU，并且可以灵活地部署在数据中心、跨公共云或网络边缘。英伟达也表示此次收购将生产用于管理HPC系统的软件。英伟达首席执行官黄仁勋表示，世界正在经历一个“工业HPC时代”。
迄今为止，英伟达已推出了面向HPC和AI训练的Volta、Ampere、Hopper等架构，并以此为基础推出了V100、A100、H100等高端GPU。其中Hopper H100采用台积电4 nm工艺，具有800亿个晶体管，在性能、效率上远超Ampere A100，是英伟达专为超级计算机设计的产品。
据英伟达内部预计，2022年数据中心HPC芯片业绩将有年成长上200%~250%左右的高目标，其中包括来自Hopper架构的数据中心，以及AI芯片解决方案贡献的出货量。
AMD：到2025年，AMD EPYC、AMD Instinct能源效率提高30倍。
2022年2月，AMD正式完成对赛灵思的收购。AMD作为一家长期专注于CPU、GPU的厂商，收购在FPGA、可编程SoC及ACAP实力强劲的赛灵思之后，AMD就将集齐CPU、GPU、FPGA，加之自适应SOC及深厚的专业软件知识，将为云计算、边缘和智能终端设备提供领先的计算平台。标志着AMD将确立为业界高性能计算的领导者。
AMD一直致力于凭借高性能计算的最新技术和产品，目前AMD EPYC在x86服务器CPU市场的份额已超过25%；其去年发布的Instinct生态系统以及此前的ROCm生态系统正在为拥有广泛基础的HPC和AI客户提供Exascale级（百亿亿次级）技术，满足计算加速的数据中心工作负载日益增长的需求。此外AMD预计在2023年至2024年推出3nm Zen 5架构处理器。
AMD还宣布了一项雄心勃勃的计划，目标是到2025年，在加速计算节点上运行的人工智能训练和高性能计算应用中，AMD EPYC系列处理器和AMD Instinct计算卡的能源效率将提高30倍。
英特尔：GPU成为自身业务增长的突破点。
GPU市场虽然说是AMD和英伟达的天下，但英特尔在GPU也有很多技术积累。
英特尔基于Xe HPC微架构的数据中心GPU Ponte Vecchio是其面向高性能计算市场的显卡产品。是英特尔迄今最复杂的SoC，包含1000亿个晶体管，提供领先的浮点运算和计算密度，以加速AI、HPC和高级分析工作负载。在英伟达推出Grace CPU之后，英特尔计划推出一款XPU——Falcon Shores架构芯片，新架构包含了CPU和GPU，在内存容量、计算密度等性能都带来了超过5倍的提升，预计会在2024年发布该产品。
英特尔还通过XPU战略，推出了不同架构的硬件产品，从原来的通用CPU到专用GPU，到ASIC，到FPGA的产品组合支撑着AI和HPC的算力需求。另外，未来计算架构的发展趋势是CPU和GPU融合集成，从而形成互联、互补、互通的融合模式，以缩小计算和存储单元的通信成本。作为在CPU领域引领多年的英特尔，在这一趋势中也有着得天独厚的优势。英特尔GPU的愿景也逐渐清晰：在计算多元化、算力需求爆发式增长的大趋势下，英特尔GPU将成为驱动新兴行业发展的算力基石，同时也将成为英特尔自身业务增长的突破点。
03
HPC芯片的市场潜力巨大
随着HPC在云端的使用，将有更多HPC应用于消费导向的软件程序开发，虚拟世界和元宇宙概念的出现，也让HPC迎来新的发展机遇，既可用于游戏（AR/VR）等娱乐应用，也可用于数字孪生等模拟应用。HPC已超越智能手机成为半导体行业增长的主引擎，拥有高速处理数据和执行复杂计算，以解决性能密集型问题的能力。
各种计算设备正在变得无处不在，通过全球网络生成和通信的数据量呈指数级增长。为了跟上这种增长，HPC变得至关重要，并且正在呈现爆炸式增长。据Report Ocean，预计到2027年，全球HPC芯片组市场规模将从2019年的43亿美元达到136.8亿美元。
未来在HPC芯片市场的竞争，势必会更加激烈。
