Эпоха мощных вычислительных мощностей ИИ: конкуренты борются за лидерство, отечественная индустрия чипов ускоряет развитие и прорывы

Сecurities Times reporter Ван Имин

ИИ-вычислительные мощности становятся первопричиной, которая перестраивает отрасль чипов.

В последние годы из-за замедления закона Мура и того, что производительность одного чипа трудно удовлетворяет взрывной спрос на вычисления, в мировом промышленном сообществе сформировались два пути прорыва: передовая упаковка и интеграция систем на уровне сверхузлов. В этой связи все звенья отечественной цепочки производства чипов, включая EDA (автоматизацию электронного проектирования), передовую упаковку, полупроводниковое оборудование и технологии высокоскоростных соединений, ускоряют размещение своих мощностей в сфере ИИ-вычислительных мощностей.

Отвечая на вопрос о тенденциях отечественной отрасли, директор отдела предприятий Института исследования чипов (芯谋研究) Ван Сяолунь сообщил корреспонденту Securities Times: по мере углубления реализации в нашей стране стратегии самостоятельности и контролируемости полупроводников, хотя технологический процесс в определенной степени ограничен, отечественная цепочка поставок все еще может выйти на путь развития полупроводников с китайской спецификой через «умеренный техпроцесс + передовую упаковку + оптимизацию систем и экосистемы». Это способно снизить структурные недостатки и системные риски, с которыми наша страна сталкивается в конкуренции новой волны ИИ и отрасли передовых вычислений.

Конкуренция EDA смещается к системной интеграции

Как самое верхнее звено в индустрии чипов, специалисты EDA глубоко ощущают тенденцию к перестройке проектирования чипов с помощью ИИ.

«От многочиповых модулей (multi-die) до сверхузлов — системная сложность беспрецедентна. В области ИИ-аппаратного обеспечения перед клиентами встает не просто задача проектирования отдельного чипа, а системные риски, возникающие из Chiplet, передовой упаковки, гетерогенной интеграции, высокопроизводительной памяти с высокой пропускной способностью, сверхскоростных соединений, эффективных сетей электропитания и архитектуры ИИ-центра обработки данных. Это включает риски, такие как перегрев всей системы из-за недостатков в учете охлаждения, приводящий к короблению; дефекты в проектировании сети электропитания, из-за которых в упаковочных соединениях происходит срабатывание защитного плавкого предохранителя при высокой нагрузке; отсутствие ракурса системного управления сигналами, из-за чего тиражи после производства стоимостью в десятки миллионов долларов не удается “зажечь” после сборки и т. д.» — заявил основатель и председатель совета директоров компании Xinhe Semiconductor, Лин Фэн, на одной из недавних пресс-конференций.

Лин Фэн отметил, что для решения указанных проблем поставщикам EDA необходимо внедрить концепцию «системной интеграции и координации (STCO)» и реализовать совместное проектирование в вычислениях, сети, электропитании, охлаждении и системной архитектуре.

Три крупнейших мировых производителя EDA уже подтвердили отраслевой тренд сделками на реальные деньги. В 2025 году Synopsys за 35 миллиардов долларов приобретет крупнейшую в мире компанию по симуляционному EDA — Ansys, дополнив возможности мультифизического моделирования и усилив способность анализировать полный путь — от чипа до системы.

Отечественные производители ИИ-чипов также активно размещают и инвестируют на уровне экосистемы. Старший вице-президент и главный продуктовый директор компании MooSi (沐曦股份) Сунь Голиан в ходе SEMICON Forum рассказал, что MooSi создает полную матрицу продуктов GPU в рамках единой собственной исследовательской архитектуры, охватывающей сценарии ИИ-обучения, инференса, графического рендеринга, научного интеллекта и др.; в комплекте идет собственный программный стек, который полностью совместим с основными экосистемами, а также компания активно продвигает развитие открытой экосистемы.

По мнению Ван Сяолуна, хорошая программная экосистема критически важна для повышения эффективности использования аппаратного обеспечения, и это ускорит переход отечественных ИИ-чипов с уровня «заменить и использовать» к этапу «использовать автономно и “как надо”». Например, за тем, что отечественные большие модели вроде DeepSeek, Qianwen и др. вышли в мейнстрим, стоит значительное повышение эффективности использования отечественных ИИ-чипов.

Гибридное (mixed) бондинг-скрепление повышает ключевую технологию вычислительной мощности

На аппаратном уровне в эпоху больших ИИ-вычислительных мощностей, когда один чип сталкивается с тремя главными узкими местами — энергопотреблением, площадью и выходом годных, передовая упаковка становится новым «носителем закона Мура». Например, в CoWoS от TSMC каждая новая версия интегрирует больше GPU, более крупные HBM (память с высокой пропускной способностью) и более мощные межсоединения. В настоящее время, включая такие гиганты ИИ-чипов, как NVIDIA и AMD, уже добились скачка по вычислительной мощности ИИ-чипов на несколько уровней благодаря технологиям передовой упаковки.

На SEMICON Forum в этом году представитель по маркетингу в бизнес-подразделении контрактного производства Wuhan XinXin Integrated Circuit Co., Ltd., Го Сяочао, рассказал о последних тенденциях отрасли. Он отметил, что рынок передовой упаковки, особенно в сегменте 2.5D/3D, быстро расширяется; отраслевые основные решения эволюционировали от CoWoS-S к CoWoS-L, SoW и 3.5D XDSiP. Масштаб интеграции продолжает расти, а гибридное бондинг-скрепление является ключом к высокоплотным межсоединениям и одновременно ключевой технологией для повышения вычислительной мощности. Для этого не только нужны прорывы в технологическом процессе, но и требуется совместная работа в методологиях проектирования, материалах и оборудовании.

На уровне отечественного оборудования компания North Huachuang (002371) недавно выпустила оборудование для смешанного бондинга (D2W) для 12-дюймовых чипов «чип-на-пластину» (D2W). Согласно информации, данное оборудование ориентировано на предельные требования к межсоединениям чипов во всех областях применения 3D-интеграции, таких как SoC, HBM и Chiplet. Оно преодолевает ключевые технологические вызовы, включая бездефектный pick-up сверхтонких чипов на микроуровне, сверхвысокоточную юстировку на наноуровне и стабильный бондинг без пустот надлежащего качества. В результате достигнут более оптимальный баланс между нанометровой точностью юстировки чипов и производительностью высокоскоростного бондинга, и компания стала первой в стране, завершившей верификацию клиентского технологического процесса для оборудования D2W mixed bonding.

Кроме того, компания Toppic Technology также представила на SEMICON Forum линейку продуктов 3D IC, включающую несколько новых продуктов, таких как расплавное (мелт) бондинг-склеивание и лазерное отделение. Она сосредоточена прежде всего на применениях, связанных с Chiplet гетерогенной интеграцией, трехмерной штабелируемой компоновкой и HBM.

В последние годы оборудование для mixed bonding стало самым быстрорастущим сегментом в полупроводниковом оборудовании. Согласно прогнозу консалтинговой компании Yole, к 2030 году его глобальный объем рынка превысит 1,7 миллиарда долларов, при этом ожидаемый среднегодовой темп роста оборудования mixed bonding D2W составляет до 21%.

Однако и связанные с крупным полупроводниковым оборудованием руководители также отмечают, что, хотя рынок оборудования для mixed bonding растет стремительными темпами, он также сталкивается с такими вызовами, как требования к точности юстировки, чистой среде, допускам по короблению и удержанию деформаций. При этом выбор материалов межфазного слоя отличается для различных сценариев применения mixed bonding. Комбинации диэлектрических материалов, таких как SiCN (аморфный материал), с медью имеют свои плюсы и минусы; характеристики поверхности, контроль частиц и коробление подложки (пластины) напрямую влияют на выход годных бондинга. Трехмерная интеграция зависит от тесного взаимодействия и кооперации в масштабах всей отрасли.

Опубликована белая книга по технической системе сверхузлов

Еще один путь наращивания ИИ-вычислительных мощностей — это интеграция сверхузлов на уровне систем: с помощью высокоскоростных технологий межсоединений вычислительные узлы расширяются от уровня одного узла и стоечного уровня сверхузлов (сотни ИИ-чипов) до кластерного уровня сверхузлов (десятки миллионов ИИ-чипов). Сочетание сверхузлов и передовой упаковки порождает «суперкомпьютер», состоящий из множества ИИ-чипов, HBM, сети высокоскоростных межсоединений и систем жидкостного охлаждения.

Отечественные крупные производители также демонстрируют инновации и практическое внедрение в области сверхузлов. 26 марта, на ежегодной конференции форума в Чжунгуаньцунь (000931) компания Inspur (中科曙光) (603019) представила первый в мире беспроводной сверхузел в форм-факторе коробки с кабелями scaleX40. Согласно описанию, традиционные сверхузлы полагаются на оптоволоконные и медные кабели межсоединений, и в целом имеют такие болевые точки, как длительные сроки развертывания, сложность эксплуатации и обслуживания (O&M), а также множество точек отказа. В scaleX40 используется архитектура ортогонального беспроводного кабельного уровня 1 для межсоединений, обеспечивающая прямое “втыковое” соединение вычислительных узлов и узлов коммутации (switch). Это устраняет, по сути, потери производительности и риски O&M, вызванные кабелями.

В scaleX40 один вычислительный узел интегрирует 40 GPU; суммарная вычислительная производительность превышает 28 PFlops. Общая емкость HBM составляет более 5 TB, а суммарная пропускная способность обращений к памяти — более 80 TB/s. Это формирует высокоплотные вычислительные блоки, удовлетворяющие требованиям к обучению и инференсу больших моделей с триллионом параметров.

Старший вице-президент компании Inspur Ли Бинь отметил, что значение scaleX40 заключается не только в повышении производительности: важнее — в перестройке логики поставки вычислительной мощности, чтобы вычислительные мощности переходили от «инженерного строительства» к «продуктовой поставке», существенно снижая порог использования высококлассных вычислительных мощностей и стоимость внедрения.

На уровне отрасли 29 марта совместно с Шанхайской лабораторией искусственного интеллекта (Shanghai AI Lab) и предприятиями из верхних и нижних звеньев цепочки ИИ, включая 奇异摩尔, MooSi и Jietiao Xingsen (阶跃星辰), была официально опубликована «Белая книга по технической системе сверхузлов» (далее — «Белая книга»). Эта Белая книга нацелена на то, чтобы при масштабном внедрении сверхузлов решить ключевые болевые точки, включая сложность гетерогенной координации, низкую эффективность кроссдоменного планирования и сложность инженерного развертывания, предоставляя теоретическое руководство со стороны практики отрасли.

Sparrow (奇异摩尔) считает, что ценность будущих сверхузлов будет проявляться прежде всего в том, смогут ли они организовать вычисления, хранение, взаимосвязь, диспетчеризацию и ресурсы времени выполнения (runtime) в единый координируемый системный блок, сохраняя при больших масштабах высокую пропускную способность, низкую задержку, высокую утилизацию и возможности устойчивого расширения. Сверхузлы больше не будут просто «комбинацией большего числа ускоряющих чипов», а станут новым архитектурным системным блоком, который определяет, сможет ли система поддерживать эффективную координацию в условиях масштаба.

(Редактор: Дун Пинпин)

     【Дисклеймер】Данная статья отражает только личную позицию автора и не связана с Hexun.com. Портал Hexun сохраняет нейтралитет по отношению к утверждениям и оценкам, изложенным в тексте, и не предоставляет явных или подразумеваемых гарантий относительно точности, надежности или полноты содержащихся материалов. Пожалуйста, читатели рассматривайте эту информацию только как справочную и несите полную ответственность самостоятельно. Email: news_center@staff.hexun.com

Жалоба