“我們需要的HBM(高帶寬存儲器)數量非常龐大，目前正在與三星、SK海力士和美光洽談，我們已經收到這三家公司的產品。”說出這句話的，是英偉達的CEO黃仁勛。依靠GPU，英偉達如日中天，這讓全球排名前三的存儲芯片廠商爭相拋出橄欖枝。

　　當前，生成式AI的浪潮洶涌而至，讓GPU大施拳腳，更是帶動整個半導體產業鏈掀起了更新潮，成為了存儲市場的“救命稻草”，創下了在一個季度內扭虧為盈的壯舉。而GPU帶動的芯片產業還不只這些。

　　存儲芯片扭虧為盈的“救世主”

　　自2021年以來，存儲芯片產業進入長達近兩年的下行周期，這也導致存儲芯片廠商的利潤持續走低，甚至一度陷入虧損狀態，例如，2023年全年，三星綜合營業利潤為6.6萬億韓元，較上年同期下降84.86%。SK海力士則是累計營業虧損為7.7303萬億韓元，凈虧損為9.1375萬億韓元。一直到2023年第四季度，兩大存儲廠商才逐漸恢復盈利能力。這個扭虧為盈的關鍵點正是GPU的爆發式增長。

　　GPU在進行大量數據處理時，特別是在高性能計算、人工智能和圖形處理等領域，對存儲帶寬和容量的需求極高。GDDR(一種用于圖形處理器和高性能計算模塊的顯存類型)和HBM具有的高帶寬、低功耗和低延遲的特性，正是GPU所最需要的。各大存儲芯片企業紛紛開始研究這兩個存儲芯片品類。

　　芯謀研究企業服務部總監王笑龍在接受《中國電子報》記者采訪時表示，為滿足GPU對高帶寬的需求，HBM技術通過堆疊內存芯片并利用硅中介層直接連接到GPU，大幅度提高了內存帶寬。隨著GPU需求的增長，HBM2、HBM2E乃至最新的HBM3等迭代版本將不斷推出，進一步提升了帶寬和容量，同時降低功耗。

　　在GPU市場需求引導下，各大存儲芯片企業的GDDR和HBM訂單拿到手軟。SK海力士近期表示，根據截至今年底的生產能力，目前已經完成了對2025年HBM內存產能的分配。三星也是不甘示弱，稱自身HBM訂單也已售罄，預估明年不會出現HBM內存供過于求的情況。美光也表示，已經基本完成了2025年的HBM內存供應談判，預計在2024年9月結束的本財年中，HBM內存將帶來數億美元的營收，而在2025財年，相關業務的銷售額預計將增加到數十億美元。

　　產能方面，HBM廠商為滿足HBM3E內存需求，SK海力士計劃大幅增加1bnm制程DRAM內存產能。目標到今年年底將1bnm內存晶圓投片量增至9萬片，明年上半年進一步增加到14~15萬片。為此，SK海力士計劃將其位于京畿道利川市的M16內存晶圓廠升級至1bnm工藝。而三星預計到2024年底，現有設施將全部使用完畢。新的P4L工廠計劃于2025年完工，而15號生產線工廠將從1Y納米工藝過渡到1bnm及以上工藝。

　　下一代技術方面，SK海力士計劃將HBM新產品的供應周期從2年加快至1年。此外，還計劃在2025年和2026年完成HBM4(第6代)和HBM4E(第7代)的技術開發和量產。三星同樣表示，HBM4內存計劃于明年完成開發，2026年實現量產。而美光已經開始出樣12層堆疊的HBM3E內存，預計這將成為2025年業績的重要驅動力。

　　據Mordor Intelligence預測，從2024年到2029年，HBM市場規模預計將從約25.2億美元激增至79.5億美元，預測期內復合年增長率高達25.86%。

　　池憲念表示：“不只是GDDR和HBM，為了應對GPU持續飆升的存儲需求，各大企業也在探索新型的存儲介質。例如，業界已經開始探索如3D XPoint、ReRAM(電阻式隨機存取存儲器)、PCM(相變存儲)等新型非易失性存儲技術，它們有望提供接近DRAM的性能，同時保持數據持久性，適合于GPU密集型應用中的快速存儲和交換數據。”

　　CPU與GPU齊頭并進深度融合

　　在此前的臺北電腦展上，英偉達、AMD、英特爾的首席執行官的演講句句都離不開GPU，“明爭暗斗”地發布了關于CPU與GPU協同的最新解決方案，性能增量一個比一個驚人，可見GPU對于CPU的提升作用。

　　CPU是中央處理器，負責程序控制、順序執行等操作，是信息處理、程序運行的最終執行單元。而GPU是圖形處理器，加入系統之后，GPU可以在CPU的控制下協同工作，分擔部分原本由CPU負責的工作，尤其是在圖形渲染、3D圖形加速以及大規模并行計算等需要處理大量數據的領域表現出色。這使得CPU可以將更多的資源用于執行其他任務，提高了系統的整體性能。因此，如何促進CPU與GPU進一步協同工作，提升系統整體性能和效率就成為了各大CPU企業所重點關注的課題。

　　為此，英偉達、AMD、英特爾等國內外領軍企業想到的第一個辦法是開發CPU與GPU的異構計算平臺。通過開發如NVLink、CCIX、CXL和Gen-Z等高速互連技術，加強CPU與GPU之間的數據傳輸速度和效率，使得兩者能更緊密、高效地協同工作。

　　例如，黃仁勛提出，英偉達將在2026年推出最新的Vera CPU和Rubin GPU，并組成Vera Rubin超級芯片，有望取代現有的Grace Hopper超級芯片。此外，Rubin平臺還將搭載新一代NVLink 6 Switch，提供高達3600 GB/s的連接速度，以及高達1600 GB/s的CX9 SuperNIC組件，確保數據傳輸的高效性。

　　除了建立異構計算平臺，半導體行業專家池憲念表示，還要優化軟件與編程模型。為了解決CPU與GPU之間的通信瓶頸，企業投入資源開發了新的編程模型和庫，如CUDA、OpenCL、DirectX、Vulkan、oneAPI等，使得開發者能夠更便捷地編寫跨CPU和GPU的并行程序，充分利用兩者的計算優勢。在某些應用場景下，企業還可以集成特定的硬件加速器(如AI加速器、網絡加速器)與CPU和GPU一起工作，以實現特定任務的極致加速，滿足云計算、邊緣計算、數據中心等領域的特定需求。

　　此外推進系統架構的創新也是關鍵環節，例如AMD推出的APU(加速處理器)，將CPU與GPU集成在同一塊芯片上，實現了更緊密的集成和更低的延遲，為輕量級計算任務提供高效解決方案。英偉達也發明了一種新架構，將GPU與CPU相結合，兩個處理器能獨立且自主地運行。可以讓原本需要100個時間單位才能完成的任務，現在可能僅需1個時間單位即可完成。并且，這種架構可以實現高達100倍的加速計算，而功率僅增加約3倍，每瓦性能比單獨使用CPU提高25倍，成本僅上升約50%。此外，RISC-V架構也在探索包括CPU與GPU核心的一體化設計，有望在性能和能效上取得新突破。

　　全產業鏈因GPU不斷創新

　　對于最上游的半導體設備、散熱技術，以及后道封裝技術等方面的更新迭代來說，GPU的市場需求同樣成為了關鍵助推力。

　　半導體設備方面，英偉達之前發布了可以將計算光刻變得更“聰明”的新光刻技術cuLitho，以前的計算光刻依賴CPU服務器集群，而如今，cuLitho可以實現在500套DGX ***(包含4000顆Hopper GPU)完成與4萬顆CPU運算服務器相同的工作量，但速度快40倍，功耗低9倍。可見，GPU加速后，生產光掩模的計算光刻工作用時可以從兩周減少到八小時。臺積電可以通過在500個DGX ***系統上使用cuLitho加速,將功率從35MW降至5MW，從而替代用于計算光刻的4萬臺CPU服務器。黃仁勛表示，英偉達將繼續與臺積電、ASML和Synopsys合作，將先進制程推進到2納米及更高精度制程。

　　在散熱技術創新方面，英偉達決定在新發布的GPU產品B100上采用液冷散熱方案。黃仁勛曾公開表示，液冷技術是未來散熱技術的方向，有望引領整個散熱市場迎來全面的革新。

　　液冷散熱技術相較于傳統的風冷散熱技術，具有更高的散熱效率、更低的能耗、更低的噪聲。而隨著AI算力和功耗的不斷提升，當單顆高算力芯片功率達到1000W時，現有散熱技術將面臨革命性的變革，而液冷方案幾乎成為必選項。

　　民生證券表示，AI產業快速發展，驅動液冷服務器滲透率逐步抬升。從發展趨勢來看，預計到2025年液冷服務器滲透率大約保持在20%-30%的水平。

　　池憲念表示，封裝技術也能夠提升GPU的各項性能，例如通過倒裝芯片封裝(FCBGA)的應用，改善關鍵部件如CPU、GPU的散熱水平，提高信號傳輸速度和電氣性能;扇出型晶圓級封裝(FOWLP)能在相同封裝尺寸內容納更多存儲芯片，提高帶寬，同時減小GPU的實際尺寸或騰出空間用于其他組件，這對于提升GPU的集成度和性能至關重要;CoWoS-L封裝技術允許在單一封裝中集成多個芯片(如GPU、HBM等)，通過硅中介層實現高速互連，不僅提升了性能，也優化了散熱路徑。同時，GPU制造商正探索3D封裝技術，通過堆疊多個芯片或Chiplet(小芯片)來構建系統，這樣不僅可以增加功能，還能通過縮短信號路徑來降低功耗并提高散熱效率。

　　總體來看，GPU的高速發展已成為半導體產業的重要驅動力之一，它不僅推動了半導體設計和制造技術的持續創新，還帶動了整個產業鏈的協同發展，促使半導體廠商加大投入，提升產能，優化工藝，以滿足日益增長的GPU需求，也為整個科技行業帶來了更加廣闊的創新空間和發展機遇。