半导体行业：2024中国半导体投资深度分析与展望-240702(1)

半导体行业库存重回健康，景气度回升 2023年半导体行业投资收紧，2024年Q1融资数量及金额同环比均下降 剔除长鑫科技108亿元大额融资极值影响，2024年Q1融资事件数量同环比均下降，2024年Q1融资金额环比下降37%，同比下降24% *据企名片数据，2023年中国半导体行业一级市场共计完成约650起投融资交易：融资规模约546亿元人民币 AI大模型带动硬件基础设施和先进封装高速发展 2023年成为AI大模型元年，大模型的预训练和生成能力以及多模态多场景应用能力大幅提升 爆发期 AI大模型至现爆发式发展，截止2023年11月底，中国市场发市的大模型巴经超过300个我国期有10亿参数观模以上大模型的厂商及高校院所超过250家 OpenAl发布GPT-4Meta开源Llama2百度发市文心一言1.0，360发布360等脑，科大认飞发市里尖·H里云发布通义千向 带动先进封装快速发展 对AI硬件基础设施提出更高要求 》先进对装技术可以突破GPU等算力芯片先进制程的封锁 产先进均装技术势深度受益于超算，AI领域算力芯岸的旺盛需求，源计实现高这增长；2023年关伟达，AMD的GPU。CPU等需求文幅碧加 英伟达宝力产品A100/H100均采用台和电CoWoS2.5D寸装 AMD CowoS对装技术已经成务了众多际算力总片广商的首选，是高结性能芯计划装的主流方案之一 通过药入3D混合键今和2.50的整中介层，实现了“3.SD装”的技术，相有13个小芯片和8额HBM3芯片 半导体管制范围持续扩大，瞄准用于更先进节点的半导体制造设备 AI硬件基础设施、先进封装、高端制造国产替代成为半导体投资热点 AI硬件基础设施篇 （1）算力篇 AI大模型高速发展，算力需求不断提高 算力需求持续提升 大模型训练数据量持续增长： 为了实现多模态支持、拓展上下丈长度、提升速率限制等更性能提升，大模型预训练使用的参数量和数据量至尽烯性增长。 大模型发展的重点在算力提升： 据量的持续警升对其力提出了灵高的要求，如何进行大规模数据的高效处理和存储是当前算力设施面临的两大挑战。 大模型落地将推动AI推理算力需求激增 推理步骤多：Sora基予biffusion模型，推理过程中需要多次适而语言类模型GPT-4则无需多火送代即可输出结果 无Token：1分外高请视频所对应的Token氢量约长达1M Sora推理1分钟高清视频的算力需求是GPT-4生成2kToken的2000倍左右 AI场景CPU价值量占比提升，ARM处理器加速渗透 2023年发布GH200GraceHopper采用ARM架构的Grace CPU和GH100Hopper计算GPU RISC-V与AI加速融合，2030年在主流应用占比或达30% RISC-V在架构，生态、应用的发展远超预期 RISC-V融资市场积极，2030年主流应用占比或达30% 较为封闭的特定场景 GPU架构通用性优势显著，英伟达一家独大 从CNN发展至Transfomer，大模型仍在持续升效中，对Al芯片通用性提出更高要求。硬件鸡是否能持续兼容各类大模型的速代升银成为重标准，2023年全球AI服务器中65%为GPU架构芯片，GPU架构将成为未来主流案将。GPU慈片领城英伟达一家独大，市率达80%以上。英停伤达稳固的龙头地位未自于软硬件结合形成的生态壁垒，硬件层面算力水平全球领先的同时持配软件平台CUDA，为客户带象1+1>2的大模型训推成 政策制裁下，英伟达高性能GPU芯片丞需国产替代 AI时代需要高能效、低成本的存算一体技术 (2）存力篇 行业复苏叠加AI需求提振，存储芯片进入上涨周期 当前GPU性能核心瓶颈在于存储，内存容量与带宽需突破 随希模型规模的不断升，海量数据的处理、访存对GPU计算单元、存储子系统提出更高的要求。对于GPU架构而言、算力单元堆登已不是难事，单无数量、性能密度均随制程提升不断提高， 当前GPU性能瓶颈为存储容量、带宽不足：目前大型模型训非中大部分时间都在等待数据到达计算资源，如何将数据高效的通过存储于系统供给算力单元成为性能提升方向。 离计算单元越近，存结容量越小、访存带宽越高，数据传输意离效。国此突碳存储子系统性能提升方向有三个：提高SRAM容量、提高DRAM带宽、提高SSD带宽。 HBM突破内存容量与带宽瓶颈，市场需求强劲 口HBM县备高带宽、高容量、低延时和低功耗优势目前已逐步成为AI服务器中GPU的搭戴标配口英伟达推出的多款用于AI训练的芯片A100、H100和H200，都采用了HBM显存 口产能紧张：2024年，SK海力士、美光已经宜布HBM产能全部售款，三星宣布2024年芯片产量将提高2.5倍 3DFlash为国产厂商加速崛起创造机遇 NAND由国外主导，NOR国产化进程校快 3DNAND已商业化井加速渗透市场 性能”和“节能”需求推动新型存储发展 新兴应用场景推动新型存储市场增长 口AI、智能汽丰等新兴应用对数据存储在连度、功耗、容量、可靠性等层面提出了更高要求口新兴的存储技术旨在案成SRAM的开关逐度和DRAM的高密度特性，并具有Flash的非易失特性，其务千亿市场空间 运力篇(3) 驱需更高性能的网络互联芯片提升AI基础设施计算效率 分布式AI集群系统已经从计算约束转换为网络通信约束，制约基础设施整体计算效率的提升 算力端：AI大模型推动高算力需求几何式增长 ，天模型创综对算力的需求约年3个月期一倍，IDC源计、2021-2026年中闵智范算力现族年复会增长率达52.3% 务了满是A时代模要创练的算力需求，AI违硬件GPU的算力骑娱端长，GPU厂商加选布局 X供需不匹配 运力端：缺乏大规模、高性能、低延时的网络互联基础 ，过去5年，GPU算力增长近90倍，而网始带宽仅嘴长10倍 当GPU集群送到一定规模后，随着计算节点数增如，节点之问的通信代价随之增和，案群训维效承不增反降 交换机、光模块和片间通信芯片国产化替代之路仍大有可为 AI算力需求爆发带动互联硬件需求激增，交换机价值增量占比11% 单数据中心算力服务器XPU从千台到万台量级，AI爆发推动再到百万台量级 需要的连接节点数量随XPU成指数级增长，数据中心互联硬件需求爆发 节点每秒数据交互速率从每四年制倍变为每两年翻倍增长，加遂交换机升级与增长 运营商云带动国产交换芯片需求，国产中高端交换芯片驱待补足 交换机作为各种类型网络终端互联互通的关键设备，广泛应用于消费级市场、企业级市场、工业市场和云服务商市汤，交换芯片是交换机的核心部件之一，负贵交换机底层数据包的交换转发 交换芯片由海外厂商绝欢主导，2020年市国商用以太网交换芯片市场中CR3厂商均为境外品辉，大陆厂商盛科通信市占率为1.6%，国产交接芯片尚落后外2~3代，国内市场基本由境外厂商主手。根据各公司官网，主要海外厂商产品交模容量均已选代至25.6Tbp5，博通2022年已发布51.2Tbps品盛科量产产品最高交换容仪为2.4Tbps市高瑞交族芯片亚待国内广商补足 国内交换机系统前三均为回内厂商，海外交换机龙头Cisco在国内的市场份额持续下滑，2021年市占率不到5%，我国在交换机整机坏节已基本实现国产替代 中国高用以太网交换芯片总体市场2020年达到90亿元，预计至2025年将达到171亿元，2020-2025年年均复合增长率为13.8% 云服务商市场为交换机最大下游市场，2021年三大运营商云业务收入达684亿，年增连超100%，运营商交换芯片国产化需求远高于互联网厂商，正加速交换芯片国产化 光模块市场广，出货量及市场规模均逐年稳定增长 随着5G产业待续渗透和新一轮全球款据中心建设，全球光模块市场规模维持高适增长，2026年预计将超过170亿美元 国内光模块广商占据半壁江山，市场话语权不断增强。2022年全球十大光模块供应离中，中国厂商已占据6家 数宇经济高连发展，数据流量持续增加（5G物联网、东致函算、元宇审、ChatGPT），促使光器件的需求持续高建增长 数据中心架构升级，800G光模块逐渐放量 光模块需求敏感性预测分析 数据中心架构升级，驱动光模块量价齐升 ChatGPT大模型对GPU的需求量预估约2万额，未来迈向商用将达到3万题； 参考英伟达GPUH100网络架构，平均单个GPU大约可对应5个光模块随寿AI大模型的普及，将为光模块需求带来千万量级增量，并将会以高速率光模块为主 全球超大型数据中心建设加速，现有光模块正在迅速过渡800G800G在超规模数据中心、云计算及人工智能算力中心应用广泛预计2024年800G光模块出货量大幅提升 相关标的 相关标的 相关标的 相关标的 能源篇(4)1 算力芯片功耗提升导致能源紧张，对功率半导体提出更高要求 高功率服务器的电源设计新趋势对功率半导体的性能提出更高要求 从自金列钛金效率要求的变化（80PLUS说格）没渐成为新-一代服务器PSU的更世委求新拓扑结构和宽带隙技术可勃实现效率目标..股务器空间宝资，若能在相同尺寸内提升功率，则可在不扩建就房的情况下实现更高算力功率密度要求将从32W/in提升至100W/in3，鼓高的工作温度可降低股务器冷却系统的能源成本，要求坊率平等体在高温下具有高稳定性服务器需委不同断工作，PSU需委完会设计 效率要求更高 马斯克预测，到2025年电力供应将不定以为越来趋多的人工智能芯片供电。 硅基功率器件发展达到极限，第三代半导体将引领数据中心电源系统革新 SJMOSFET、SiC和GaN功率芯片在服务器PSU中应用广泛第三代半导体的性能优势使其更好满足数据中心的应用需求 应用优势 器件性能优势 满足高能效（80Plus钛金级）要求 ·降低开关损耗·提高开关频率 ·同等耐压等级器件更海·更低阻抗 满足高功率密度（近100W/in）要求 .可有效减款热设备面积·大幅缩小功率器件芯片天寸使用更小变压器，降低系统体积及重量 .可在高温下稳定工作·更高功率密度 新能源车、光储、充电桩、数据中心等市场带动SiC渗透全面提速 通过当前碳化硅功率器件性能对比和下游应用工作条件分析，碳化硅器件当前以电压等级600-1700V功率等级10kW-1MW的硅基IGBT为主要替代对象，以下五类细分应用成为当前和未来的核心潜力领惑 SiC衬底：制造壁垒最高价值量最大，缺陷控制尤其关键 核心技术难点 现有方法遇瓶颈，新的长晶和切割工艺未来可能实现弯道超车 金刚线和激光切割是未来主要方向 原理 砂要切测是一种以砂要为磨格附差在锅题线的素面，利用润线的高速运动特砂录营入锯缝，让该临科获与切割材补进行导源切割的技术 代点 缺点X别造度低 X理论提耗高，钢线切制损耗不可过免 V工艺点热厂设备成本低√单次可以坊多个晶段 原理 金到线初制是一利用用有金用石稳科颗粒的钢丝线对碳化硅品战造行高这往复式剂切的切割技术 缺点X加工效伞低X耗材成本、材补汉耗平高 √初制造度快√理论切创质量好 原理 激光切制利用具有摄好案然能力的光学系能等激光过硬化经的表面桑然晶片内带，在特定位置或改性层之后可从晶放上引离出品片 X目首额耗较高与砂案类仪X设技术壁垒高，尚无大规模事用的国产设备 √切割造度快观诊切制质量根高可以节高 SiC外延是产业链条核心环节，衬底资源将提升产品良率 sic外延缺陷影响器件良率，衬底质量至关重要 外延致合性缺陷将导致器件击穿电压大幅降低（20~90%），大大降低良率。 使用低应力、低位错密度的衬底原材料能够进免衬底缺陷向外延延伸，提高外延产品的良率。 未来随衬底成本下降，外延价格有望持续降低 氮化傢是新兴产业发展的刚性需求，数据中心是潜力最大的应用场景 GaN将满足PSU两大发展趋势 ，提高效率：减少13%的能耗，提高功率密度：功率密度提升一倍，进而减小PS