Епоха великих обчислювальних потужностей AI: безліч суперників бореться за першість, вітчизняна індустрія чипів прискорює прориви

证券时报记者 王一鸣

AI算力成为重塑芯片产业的原点。

Оповідач «Сecurities Times» Ван Їмін

AI-обчислювальна потужність (AI compute) стає вихідною точкою для переформатування індустрії чипів.

Останніми роками, через уповільнення закону Мура та складність задовольнити вибуховий попит на обчислювальну потужність лише за рахунок продуктивності одного чипа, у світовій індустрії вже сформувалися два шляхи «прориву»: передове пакування (advanced packaging) і системна інтеграція «супер-вузлів» (super node). На цьому тлі всі ланки вітчизняного ланцюга постачання чипів, зокрема EDA (електронний дизайн автоматизація), передове пакування, напівпровідникове обладнання та технології високошвидкісних взаємоз’єднань, активніше прискорюють розгортання в галузі AI-обчислювальної потужності.

Говорячи про тенденції вітчизняної індустрії, директор департаменту Enterprise Business Цайму (Cymour Research) Ван Сяолунь повідомив кореспонденту «Securities Times», що в міру поглиблення стратегії «самокерованості й контрольованості» вітчизняної напівпровідникової промисловості, хоча технологічний процес певною мірою обмежений, вітчизняний ланцюг постачання все ще може прокласти шлях у дусі «помірний технологічний процес + передове пакування + оптимізація системи й екосистеми», що потенційно зменшить структурні недоліки та системні ризики, з якими наша країна стикається в новому раунді конкуренції в AI та передових обчисленнях.

Конкуренція в EDA зміщується до системної інтеграції

Як найверхніший рівень у ланцюгу виробництва чипів, фахівці з EDA дуже глибоко відчули тенденцію до того, як AI перебудовує індустрію дизайну чипів.

«Від багатокристальних елементів до супер-вузлів — системна складність безпрецедентна. У сфері AI-обладнання клієнти вже стикаються не лише з викликом дизайну окремого чипа, а з системними ризиками, що виникають через Chiplet-передове пакування, гетерогенну інтеграцію, високошвидкісну пам’ять великої пропускної здатності, надшвидкі взаємоз’єднання, ефективні мережі електроживлення та архітектуру AI-центру обробки даних. Це включає ризики через недостатній підхід до тепловідведення, через що весь пристрій перегрівається й деформується; дефекти в мережі електроживлення, через які в місцях з’єднань пакування під високим навантаженням відбувається перегорання запобіжників; брак системного погляду на керування сигналами, через що мікросхеми (вайфери) вартістю в десятки мільйонів доларів, після складання, не вдається запалити (увімкнути).» Засновник і голова ради «Xin He Semiconductor», Лін Фен, нещодавно заявив на конференції з анонсом.

Лін Фен зазначив, що для вирішення вищезазначених проблем постачальникам EDA потрібно закріпити концепцію «системної інтеграції та координації (STCO)», щоб реалізувати узгоджений дизайн у обчисленнях, мережі, електроживленні, охолодженні та системній архітектурі.

Три глобальні гіганти EDA вже підтвердили галузеву тенденцію шляхом масштабних угод із придбання (використавши реальні гроші). У 2025 році Synopsys придбала Ansys — найбільшу у світі компанію в симуляційному EDA — за 35 мільярдів доларів, доповнивши можливості симуляції в багатьох фізичних полях і посиливши здатність виконувати аналіз у всьому ланцюжку — від чипа до системи.

Вітчизняні виробники AI-чипів також активно розгортають і інвестують в екосистемному вимірі. Високопосадовець, старший віцепрезидент і головний продукт-офіцер «Muxi» Сонь Гоолянь нещодавно на форумі SEMICON представив, що «Muxi» формує повну матрицю продуктів GPU у межах єдиної власної розробленої архітектури, охоплюючи сценарії на кшталт AI-тренування, інференсу, рендерингу графіки, наукового інтелекту тощо; а також супроводжує це власним програмним стеком, який повністю сумісний із основними екосистемами, і активно просуває розбудову відкритої (open-source) екосистеми.

На думку Ван Сяолуна, якісна програмна екосистема критично важлива для підвищення ефективності використання апаратного забезпечення. Це прискорить перехід вітчизняних AI-чипів від «замінити і працювати» до «самостійно бути зручно й добре використовуваними». Наприклад, за популярністю вийшли на широкий ринок такі вітчизняні великі моделі, як DeepSeek і Qianwen; за цим стоїть суттєве підвищення ефективності використання вітчизняних AI-чипів.

Гібридне (mixed) скріплення (hybrid bonding) — ключова базова технологія підвищення обчислювальної потужності

На рівні апаратного забезпечення, у добу великих обчислювальних потужностей для AI, коли один чип стикається з трьома вузькими місцями — енергоспоживанням, площею та виходом придатної продукції (yield) — передове пакування стало новим «носієм закону Мура». Наприклад, у CoWoS від TSMC кожне покоління інтегрує більше GPU, більший HBM (пам’ять із високою пропускною здатністю) і сильніші взаємоз’єднання. Наразі, включно з гігантами AI-чипів на кшталт Nvidia та AMD, усі вже домоглися підвищення обчислювальної потужності AI-чипів «через рівні» за рахунок технологій передового пакування.

На цьогорічному форумі SEMICON керівник з маркетингу в підрозділі замовлень на виробництво (аутсорс) Wuhan XinXin Integrated Circuit Co., Ltd., Го Сяочао, розповідав про найновіші галузеві тенденції. Він зазначив, що ринок передового пакування, зокрема напрями 2.5D/3D, швидко розширюється; галузеві типові рішення еволюціонували від CoWoS-S до CoWoS-L, SoW і 3.5D XDSiP. Розмір інтеграції постійно зростає; гібридне скріплення є ключем для реалізації високощільних взаємоз’єднань і також ключовою базовою технологією для підвищення обчислювальної потужності. При цьому потрібні не лише прориви в технологічному процесі, а й спільна робота — методології дизайну, матеріалів та обладнання.

На рівні вітчизняного обладнання «Bei Fang Hua Chuang» нещодавно випустила обладнання для гібридного скріплення чипа «на пластину» (D2W) для 12-дюймових чипів. Як повідомляється, цей пристрій фокусується на граничних вимогах до взаємоз’єднань для всього спектра застосувань 3D-інтеграції, включно з SoC, HBM, Chiplet тощо; долає критичні технологічні виклики, зокрема безпечне підбирання надтонких мікронних чипів без втрат, надточне позиціювання на нанометровому рівні та якісне, стабільне скріплення без порожнин. У результаті досягається більш оптимальний баланс між нанометровою точністю позиціювання чипів і виробничою потужністю для високошвидкісного скріплення, і компанія стала одним із перших вітчизняних виробників, який завершив валідацію клієнтського технологічного процесу для обладнання D2W (гібридне скріплення).

«Tu Jing Technology» також представила на форумі SEMICON серію 3D IC, що охоплює декілька нових продуктів, зокрема розплавне скріплення (熔融键合) та лазерне відшарування (激光剥离) тощо; основний акцент — на застосуваннях для Chiplet гетерогенної інтеграції, тривимірного штабелювання та пов’язаних із HBM напрямів.

Останніми роками обладнання для гібридного скріплення стало одним із підсекторів напівпровідникового устаткування з найвищими темпами зростання. Консалтингова компанія Yole прогнозує, що до 2030 року його глобальний ринковий масштаб перевищить 1,7 мільярда доларів США; при цьому очікувана середньорічна сукупна ставка зростання (CAGR) обладнання D2W для гібридного скріплення, за прогнозом, сягає 21%.

Втім, відповідальні особи з великих виробників напівпровідникового обладнання також зазначили: хоча ринок обладнання для гібридного скріплення стрімко зростає, він стикається і з викликами — точність позиціювання, чисті умови середовища, допуск/припустимість деформацій (翘曲包容) тощо. Одночасно різні сценарії застосування для гібридного скріплення відрізняються в підборі матеріалів для інтерфейсу. Плюси й мінуси має комбінація діелектричних матеріалів, таких як SiCN (аморфні матеріали), з міддю; а поверхнева топографія, контроль частинок і деформація пластини безпосередньо впливають на показник виходу придатної продукції під час скріплення. Тривимірна інтеграція залежить від скоординованої роботи всього виробничого ланцюга.

Біла книга щодо технічної системи супер-вузлів випущена

Ще один шлях «прориву» для нарощування AI-обчислювальної потужності — системна інтеграція супер-вузлів: за допомогою технологій високошвидкісних взаємоз’єднань обчислювальні модулі розширюються з рівня одного вузла та стійок (rack-level super node, до сотень AI-чипів) до рівня кластерних супер-вузлів (до десятків мільйонів AI-чипів). Поєднання супер-вузлів із передовим пакуванням породжує «суперкомп’ютер», що складається з великої кількості AI-чипів, HBM, високошвидкісної мережі взаємоз’єднань та системи рідинного охолодження для тепловідведення.

У вітчизняній промисловості великі виробники також мають інновації й упровадження в сфері супер-вузлів. 26 березня «Zhongke Sugon» представила на щорічній зустрічі форума в Чжунгуаньцунь (Zhongguancun Forum) перший у світі безкабельний надвузол у форм-факторі бездротової «ящикової» платформи scaleX40. Згідно з описом, традиційні супер-вузли покладаються на оптоволоконні та мідні кабельні взаємоз’єднання та, як правило, мають больові точки: тривалий цикл розгортання, високу складність експлуатації й технічного обслуговування, велику кількість потенційних точок відмови. scaleX40 використовує архітектуру ортогонального бездротового взаємоз’єднання першого рівня, завдяки чому обчислювальні вузли та вузли комутації з’єднуються напряму — вставкою «впритул» (direct plug-in). Таким чином із першоджерела усуваються втрати продуктивності, спричинені кабелями, а також ризики, пов’язані з експлуатацією та обслуговуванням.

scaleX40 інтегрує 40 GPU в одному вузлі; загальна обчислювальна потужність перевищує 28 PFlops; сумарна ємність HBM (total HBM total memory) перевищує 5 TB; сумарна пропускна здатність доступу до пам’яті — понад 80 TB/s. Це формує модуль високої щільності обчислювальної потужності, який відповідає потребам тренування та інференсу великомасштабних моделей із трильйонами параметрів.

Керівник, старший віцепрезидент «Zhongke Sugon» Лі Бін зазначив, що значення scaleX40 полягає не лише в підвищенні продуктивності; воно також у тому, щоб перебудувати логіку постачання обчислювальної потужності — перевести її з «інженерного будівництва» до «продуктної пропозиції», суттєво знизивши поріг використання висококласної обчислювальної потужності та витрати на впровадження.

На рівні індустрії 29 березня «Шанхайська лабораторія з штучного інтелекту» у співпраці з компаніями з верхньої та нижньої частин AI-ланцюга — «Qiyilmore», «Muxi», «Jieyue Xingchen» та іншими — спільно завершили офіційне опублікування «Білої книги щодо технічної системи супер-вузлів» (далі — «Біла книга»). Ця Біла книга спрямована на масштабоване впровадження супер-вузлів: вона має усунути ключові больові точки на кшталт труднощів гетерогенної координації, низької ефективності міждоменного (cross-domain) планування, складності інженерного розгортання тощо, і з боку індустрійної практики надати теоретичні орієнтири.

Qiyilmore вважає, що цінність майбутніх супер-вузлів більше втілюватиметься в тому, чи зможе система організувати обчислення, зберігання, взаємоз’єднання, планування й ресурси часу виконання в єдиний узгоджений системний блок, і водночас підтримувати у більших масштабах високу пропускну здатність, низьку затримку, високу ефективність використання та здатність до сталого розширення. Супер-вузли більше не є лише «комбінацією більшої кількості прискорювачів (прискорювальних чипів)», а стануть новими архітектурними системними блоками, що визначають, чи зможе система зберігати ефективну координацію в умовах великомасштабної роботи.