未來五年的晶片大赢家

半導體行業觀察

2024-05-29 09:17釋出于安徽半導體行業觀察官方賬号

我們相信人工智能浪潮将帶來深刻的變化，不僅是技術行業，而且是整個社會。這些變化對世界的影響可能不亞于農業革命和工業革命，而這兩次革命都對經濟産生了巨大的影響。

雖然這些變化的确切程序和時間尚不可預測，但有一點是明确的：如果沒有硬體和軟體（尤其是矽片）的進步和穩定供應，人工智能浪潮将無法實作。半導體設計和制造的複雜性，加上快速創新和供應鍊的脆弱性，創造了獨特而具有挑戰性的動态，我們認為，這些動态正在重塑半導體行業的上司地位。

我們的預測顯示，1) 提供制造裝置、零部件和軟體來建設制造設施的公司；2) 晶片制造商；3) 晶片和 AI 軟體設計公司的總收入将在本十年接近 1 萬億美元。我們的研究表明，Nvidia Corp.、台灣半導體制造公司、Broadcom Inc. 和 Qualcomm Inc. 這四家公司将占據這一萬億美元機會的近一半。

在本期《Breaking Analysis》中，我們邀請了 CUBE Research 名譽分析師 David Floyer 來量化和預測動态半導體生态系統。我們将 2010 年的市場佔有率與 2023 年的市場佔有率進行比較，并為業内十幾家頂級企業提供五年展望。我們還利用 Enterprise Technology Research 的一些調查資料，對整體市場的發展方向、我們對市場和頂級企業的假設、我們認為哪些公司會赢、哪些公司會輸以及原因進行了分析。

我們還将讨論以下五項内容：

Nvidia 的護城河有多可持續？

競争對 Nvidia 有何影響，包括來自超大規模企業、英特爾公司、超微半導體公司等的競争？

兩家設計和制造半導體的公司——英特爾和三星電子有限公司面臨的挑戰。

邊緣機遇對企業和競争意味着什麼。

我們的情景中的風險包括地緣政治、技術和能源風險。

人工智能捕捉預算動力

讓我們先從過去兩年生成式人工智能的覺醒對資訊技術支出的宏觀影響開始。下面來自 ETR 的資料顯示了該公司每個季度跟蹤的 19 個行業。縱軸是支出速度或淨得分，橫軸是滲透率，即調查中該行業的滲透率。

我們之前已經多次展示過這一點，但請注意 2022 年 10 月的調查中 ChatGPT 釋出前一個月人工智能的情況。當月，它跌至 40% 的魔力線下方，此後一直呈上升趨勢。是以，其他行業受到了抑制。正如我們所報道的，42% 的客戶表示他們正在從其他預算中竊取資金來資助人工智能。我們知道，一般來說，企業人工智能的投資回報目前是以小幅生産力提升的形式出現的，而且對于大多數組織來說，還沒有自籌資金。

重點是，人工智能不僅消耗了對話，還消耗了消費勢頭。

我們認為，這會對所有組織産生三大重大影響。

首先是全面提高生産率。我們預計，未來幾年，大量采用人工智能的人将看到生産率最初提高 20%，最終提高 50%。

第二是服務品質。例如，聯絡中心代表應該能夠正确、準确、及時地回答任何客戶或潛在客戶的問題。或者客戶可以在公司的網站上以他們選擇的語言通過語音自助擷取答案。

人工智能對組織最重要的價值可能是 業務流程的潛在自動化。具體來說，業務流程中人員的減少會簡化業務流程和整個公司。

是以，我們為客戶提供的指導是，三者相結合才是理想的。如果您不打算在未來五到十年内将生産率提高十倍，那麼初創公司和競争對手就會冒險搶走您的業務。

Nvidia 的護城河又寬又深

好吧，讓我們直奔主題。Nvidia 的發展勢頭非常驚人，引起了業内所有人的關注。AI 生态系統（尤其是 Nvidia）的創新速度令人震驚。下面這張圖表強調了我們所處的計算新時代，由大型語言模型和 AI 突破催化。

這張圖表顯示了 Nvidia 自 2016 年以來在萬億次浮點運算方面的進步。我們疊加了摩爾定律的進步描述。對比結果非常驚人，Nvidia 在八年内實作了并行/矩陣計算（Nvidia 稱之為加速計算）的 1000 倍改進，而摩爾定律在十年内實作了 100 倍改進。

重要的是要明白，在本期中，我們預測了半導體行業生态系統，并且我們在範圍上有所取舍。我們的意思是，我們将 Nvidia 塑造為一個完整的平台解決方案，以及一家正在建構端到端 AI 資料中心（即所謂的 AI 工廠）的公司。它通過合作夥伴銷售這種能力。

Nvidia 的護城河的關鍵方面之一是它建構了整個 AI 系統，然後将其分解并分塊出售。是以，當它銷售 AI 産品（無論是晶片、網絡、軟體等）時，它知道瓶頸在哪裡，并可以幫助客戶微調其架構。

我們認為，Nvidia 的護城河既深又寬。它擁有生态系統，正在大力推動創新。首席執行官黃仁勳宣布，Blackwell 背後還有另一款大晶片——這并不令人意外——而且它的系統和網絡“節奏”為一年一次，新系統将運作 CUDA。Nvidia 聲稱在以太網上“全力以赴”，該公司将繼續擴充 NVLink 以用于同質 AI 工廠，Infiniband 的路線圖也将繼續。

黃仁勳的主張和賭注是，你在 Nvidia 上花的錢越多，你節省的錢就越多，你能獲得的收入就越多。

此外：

我們認為 Nvidia 的性能提升将會持續下去。這意味着 五年後我們将看到每秒100 萬億次浮點運算。

但重要的是，Nvidia 不僅僅是一個晶片，而是一個 完整的 AI 平台。它擁有專門的圖形處理單元、中央處理器、網絡、冷卻和軟體——它是一個完整的系統軟體。CUDA 是迄今為止業界最好的軟體。它是關鍵的 AI 軟體平台。

Nvidia 可以提供整個 AI 資料中心。自 1964 年 IBM 推出改變計算機行業的 System 360 以來，還沒有推出過如此 具有革命性的産品。

此外，我們的目标是每年加快步伐并推出一個新系統。我們認為，對于使用者、超大規模企業和任何使用這些技術的人來說，其價值是如此之高，再加上建立替代方案的成本，對我們來說，這意味着至少在未來五年内，Nvidia 将成為 AI 資料中心的主導供應商。

萬億美元的半導體生态系統

讓我們來看看這項研究的重點和我們對生态系統的五年展望。下表列出了我們對半導體行業發展的看法。在第一欄中，我們展示了生态系統中的參與者，包括高通等晶片設計公司、台積電等晶片制造商、三家同時從事晶片和晶片業務的領先公司——英特爾、三星和美光科技公司、ASML Holding NV 和應用材料公司等裝置制造商，以及 Cadence Design Systems Inc. 等軟體提供商，後者屬于“其他”類别。

當然，我們也将 Nvidia 也納入其中，我們認為該公司已成為并将繼續成為市場上最重要的參與者。我們再次在預測方面突破了界限，預測了 Nvidia 的整個收入來源，而不僅僅是晶片。

對于每家公司，我們都展示了它們 2010 年、2023 年的相關收入，以及我們對每家公司 2028 年的預測，以及相關時間段的複合年增長率。

方法和主要發現

我們收集了每家公司的一系列相關财務資料，并将這些資料與我們的基本假設相結合，以建立一個自上而下的行業模型，正如我們在此處所述。我們用兩個外部資料點測試了這些資料，并添加了第三個次元，包括：1) 基于公司長期财務架構的公司戰略預測；2) 為這些公司做出長期預測的各種财務分析師的意見；3) 應用我們自己對市場發展情況的假設。

我們要指出的是，我們的假設和由此得出的預測與普遍接受的市場叙述存在很大偏差。特别是，當你考慮到公開可用的基本資料時，普遍的共識是每個人都是赢家，對現有公司的幹擾将是适度的。但我們不這麼認為。相反，我們預測将出現向矩陣計算或所謂的加速計算的重大轉變；我們看到重大的支出轉變導緻市場混亂，特别是對傳統的 x86 市場。

我們對市場進行評估，得出以下高層結論：

随着我們範圍的擴大，全球半導體生态系統 到 2028 年将超過 9000 億美元 ，到 2030 年将接近 1 萬億美元。

我們預測 2023 年至 2028 年的複合年增長率為 10% 。

市場正在大規模地從通用 x86 轉向并行 AI 計算架構或矩陣計算來支援 AI。

到 2028 年，四家公司将占此預測中約 40% 的收入：Nvidia、台積電、博通和高通。

三星和英特爾通過垂直整合設計和制造來逆勢而上，也面臨着類似的挑戰。

人工智能電腦将縮短電腦的生命周期。它們将成為主流，不僅會參與 Windows 的更新，還會改變電腦使用壽命的動态。

基于 Arm 的設計占據了市場主導地位，并将為 Arm 曲線上的公司帶來顯着的成本優勢

高帶寬記憶體或 HBM 推動了對記憶體供應商的前所未有的需求，并為那些能夠生産它們的公司創造了順風。

讓我們按公司更詳細地檢視資料，按我們對 2028 年的預測降序排列。我們将展示公司、我們預計的複合年增長率和我們對 2028 年的收入預測。

一、Nvidia：複合年增長率為 25%，銷售額為 1600 億美元

我們認為，Nvidia 本質上的壟斷有點類似于 1990 年代 Wintel 的雙頭壟斷，核心 GPU 主導地位和 AI 作業系統都在同一家公司。我們認為，随着 Nvidia 進入新市場，其增長率實際上會加快，到 2028 年，其收入将超過 1600 億美元。

重要的是，我們在此預測中涵蓋的不僅僅是晶片。具體來說，我們假設 Nvidia 的整個平台和産品組合收入；并且假設 Nvidia 繼續以快速節奏執行其産品組合。

Nvidia 的表現非常出色。它押注于超大晶片，并投資于 GPU、CPU、網絡和軟體，提供完整的解決方案和可分解的完整資料中心。我們的假設和信念是，Nvidia 将在未來至少五年内保持這種節奏。

二、台積電：複合年增長率 14%，營收 1,350 億美元

TSMC 已成為先進晶片的首選制造商。我們預計，未來五年内，台積電的規模将幾乎翻一番。我們的核心假設是，規模經濟将為 TSMC 帶來重大戰略優勢，并且它将保持全球第一大代工廠的地位。

值得注意的是台積電的投資方式。該公司剛剛宣布了 A16、1.6nm 工藝，目标是在 2026 年推出。我們相信，這将是其制造業的一個重要裡程碑，包括納米片半導體和背面供電。台積電稱之為超級電源軌。我們認為這些創新是行業領先的，該公司在執行和高産量傳遞方面的良好記錄将使其保持領先地位。

三、博通半導體：複合年增長率 10%，營收 580 億美元

名單上的下一個是博通，我們隻包括其半導體收入。是以，我們認為，盡管該公司的複合年增長率放緩至 10%，但這實際上是因為 2010 年該公司的規模非常小。在我們的模型中，博通 2023 年的大部分收入分散在“其他”類别下。

博通通過收購和工程取得了卓越的成就。雖然它是谷歌有限責任公司、Meta Platforms Inc. 以及位元組跳動有限公司（我們認為是位元組跳動）的主要矽片和 AI 晶片 IP 供應商 （通過其定制矽片部門），但它并沒有在 GPU 領域與 Nvidia 正面競争。我們預計博通的半導體業務将在未來五年内以 10% 的複合年增長率增長，使該部門的規模達到目前規模的 1.6 倍。它解決了将所有 GPU、CPU、NPU、加速器和高帶寬記憶體連接配接在一起的真正困難問題。它在市場上具有獨特的優勢，可以繼續獲勝。博通幾乎涉足所有領域，包括消費者、企業、移動、雲和邊緣。

我們認為，博通是一家定位良好、營運良好的公司。它對網絡的關注至關重要。所有類型的高速網絡對于人工智能處理來說都是絕對必要的，而且它在這個市場中根深蒂固。特别是，它與将成為人工智能上司者的主要網際網路公司建立了良好的關系。是以，博通對最關鍵的市場趨勢有着早期的預見性。

四、高通：複合年增長率為 9%，銷售額為 550 億美元

高通在移動領域和現在的 AI PC 領域都占據着非常有利的地位。我們看到，微軟最近推出的 Windows AI PC 堆棧為它帶來了巨大的推動力。就增長而言，高通的發展軌迹與博通相似。從本質上講，微軟在 Windows Copilot 11 版中追随了蘋果公司幾年前的步伐，這對為 AI PC 提供核心晶片的高通來說将是一個很大的好處。這對基于 x86 的 PC 來說是個壞消息。

微軟宣布全面支援基于高通的 Arm 架構 PC。現在戴爾、聯想和其他公司也宣布推出基于 Arm 架構的 PC，突然間，你會看到一大堆這樣的舉措，它們以性能提升和 24 小時電池續航時間為賣點，直接追趕英特爾的 PC 安裝基數。

是以你可以看到，我們的預測表明，到 2028 年，排名前四的公司 Nvidia、台積電、博通和高通将占據 9000 億美元以上市場的 45% 左右。

五、英特爾：複合年增長率為 2%，銷售額為 540 億美元

我們預測，到 2028 年，英特爾的代工收入将占其 540 億美元業務的約 220 億美元。是以，與許多人不同，我們預測英特爾在此期間不會增長。我們認為代工收入的增長無法抵消 x86 的下滑。結合我們假設 AMD 繼續在 x86 市場獲得份額，我們預計英特爾資料中心和用戶端收入将下降。

英特爾在支援 AI PC 方面落後了，我們預計其 14A 工藝将延遲 12 到 18 個月，這是英特爾的一大賭注。它結合了環繞栅極技術（稱為 RibbonFET）和背面供電（英特爾稱之為 Power Via）。該公司希望成為第一個使用高 NA EUV 技術的公司，該技術與其他創新相結合是非常大膽的，但也可能會被推遲。是以我們假設 14A 會得到推動。

英特爾需要這三項創新才能取得成功，并在業内脫穎而出。我們認為英特爾很有可能同時實施其中兩項，但即便如此，風險也很大。我們假設英特爾的 14A 将在 2028 年（最佳情況）或 2029 年（可能情況）實作量産并實作高産量，甚至可能在 2030 年（最壞情況）實作量産并實作高良率。

在我們看來，了解英特爾的關鍵在于它已經失去了銷量領先地位。在我們看來，蘋果和台積電已經占據了領先地位，而基于 Arm 的手機和個人電腦為其提供了顯著的學習曲線護城河，這對英特爾不利。

然而，如果英特爾能夠按計劃在 2026 年成功實作 14A 量産，并在 2027 年底推出 10A 1nm 節點，那麼我們的預測将是不正确的，英特爾的地位将比我們預測的要好得多。

六、ASML：複合年增長率為 7%，銷售額為 410 億美元

ASML 擁有獨一無二的差異化優勢，将保持無可匹敵。從本質上講，我們認為 ASML 将繼續保持壟斷地位，并能夠随意定價。

七、SK海力士：複合年增長率10%，營收400億美元

高帶寬記憶體已成為 AI 的新推動力。它供不應求，這将推動 SK 海力士的發展。SK 海力士的增長實際上正在加速，收入将從目前的 250 億美元增長到 2028 年的 400 億美元。高速記憶體非常重要，該公司在這個領域有多種選擇。

八、三星半導體：-1% 複合年增長率，380 億美元

我們認為三星将很難讓其先進工藝發揮作用。我們認為它将繼續面臨挑戰，我們認為這會限制産量并使其陷入成本困境。我們認為三星的市值與今天的 400 億美元基本持平。

英特爾曾表示，它計劃到 2030 年成為全球第二大晶圓代工廠。考慮到三星的困境，我們認為這是英特爾的正确目标。問題隻是英特爾能否實作這一目标。是以，從這個意義上說，追趕三星是正确的舉措。

九、AMD：年均增長率為 10%，銷售額為 370 億美元

首席執行官蘇姿豐 (Lisa Su) 在這家公司取得了非凡的成就。一個關鍵的轉折點是 AMD 放棄了晶圓廠，盡管聯合創始人傑裡·桑德斯 (Jerry Sanders) 曾說過一句名言：“真正的男人有晶圓廠。”從長遠來看，這對 AMD 來說并沒有真正證明這一點。公司花了幾年時間才重回正軌，但它的堅持得到了回報。

AMD 仍然與 x86 緊密相連。到 2028 年，也就是我們的預測期結束時，AMD 仍有 45% 的收入來自 x86，這給該公司的很大一部分總可用市場帶來了下行壓力。好消息是，我們的假設要求 AMD 繼續從英特爾手中奪取份額，同時在 AI 硬體方面取得進展。

當然，英特爾會拼命争奪 x86 資料中心的份額，但我們對 AMD 作為晶片設計商的前景更為樂觀。它沒有受到代工廠的束縛，盡管 x86 的壓力是負面的，但我們相信 AMD 将繼續占據份額。它隻是上市速度更快，而且産品品質确實很好。例如，甲骨文公司剛剛為其新的 Exadata 系統全部采用了基于 AMD 的晶片，這對 AMD 來說是一個巨大的勝利。

十、應用材料：複合年增長率為 6%，銷售額為 350 億美元

我們認為應用材料将繼續發揮作用。它處于非常有利的位置。它面臨的競争比 ASML 更激烈，但我們認為它在這方面表現相當不錯，從 2023 年的 270 億美元增長到 350 億美元，複合年增長率為 6%。我們基本上預測 ASML、SK Hynix、三星、AMD 和 AMAT 的市值都在 350 億至 400 億美元之間。

十一、蘋果半導體價值：複合年增長率 12%，330 億美元

本質上，我們在這裡所做的就是模拟蘋果硬體對矽片的價值貢獻，并對其在價值鍊中的價值貢獻做出一些假設。根據我們的假設，我們發現，蘋果在 2010 年至 2023 年的複合年增長率為 15%，而 2023 年至 2028 年的複合年增長率為 12%。我們假設矽片的貢獻為 330 億美元。

有報道稱，蘋果将作為供應商出售矽片。我們的資料中沒有做出這樣的假設。盡管如此，蘋果進入設計自己的晶片業務意義深遠。它從智能手機中的 A 系列開始，現在當然是其最新筆記本電腦和 iPad 中的 M 系列。它是第一個在 iPhone 和 PC 中都推出神經處理單元的公司。現在，随着 AI PC 競争的升溫，它必須做出重大舉措。

蘋果悄然引領了人工智能 PC 浪潮。多年前，蘋果在 iPhone 上引入了大型晶片，并将 CPU、NPU 和 GPU 內建在同一晶片上。它擁有大型共享 SRAM，從架構上講，這是一個領先的例子，并且非常适合人工智能。蘋果在晶片方面有着良好的業績記錄，例如，其 M 系列、M1、M2、M3 和現在的 M4 都在不斷發展。

我們認為蘋果在設計 AI 所需的矽片架構方面處于領先地位，并認為它将迅速響應高通 AI PC 趨勢。我們認為，蘋果是微軟推動支援基于 Arm 的設計的主要原因，因為它受到了蘋果的壓力。

十二、美光：複合年增長率 14%，銷售額 310 億美元

我們相信，在高帶寬記憶體的推動下，美光可以加快其增長率。與 SK 海力士類似，美光 HBM 的需求遠遠超過供應。美光表現非常好。我們預計其複合年增長率将加速至 14%，到 2028 年，收入将幾乎翻一番，從 2023 年的 160 億美元增至 310 億美元。美光不僅設計晶片，多年來一直是一家成功的制造商。

十三、雲廠商的晶片——AWS、谷歌、微軟、Meta、阿裡巴巴、位元組跳動：15% 複合年增長率，120 億美元

我們将超大規模雲提供商歸為一類。超大規模提供商設計自己的晶片，并與 Broadcom 等商業供應商合作。例如，我們對超大規模提供商的預測不包括 Broadcom 的定制晶片貢獻。我們在這裡沒有重複計算。

我們認為，超大規模通用、訓練和推理晶片将用于成本敏感型應用，例如邊緣推理。我們假設它們不會在高端市場與 Nvidia 保持同步，但它們将獲得應有的份額。我們假設 AWS Graviton 在 2023 年占 AWS 工作負載的約 20%。Inferentia 和 Trainium 在 2023 年的 AI 工作負載中所占比例較小，谷歌和微軟的同行也是如此。我們假設超大規模廠商做出了可觀的貢獻，但我們認為它們不會成為颠覆 Nvidia 的主導因素。

超大規模企業正在引入 Nvidia IP。他們确實必須采用 Nvidia，因為他們自己無法制造類似的平台。我們預計未來五年内價格會更便宜，是以他們将繼續成為 Nvidia 的大客戶。

十四、其他矽生态系統參與者：複合年增長率為 4%，銷售額為 1750 億美元

其他包括價值鍊上的長尾供應商。其中包括德州儀器、GlobalFoundries、長江存儲、CXMT 等中國公司、Cerebras 等初創公司等等。

我們假設人工智能 PC 市場總體上遵循蘋果從 x86 到 Arm 的趨勢。我們預測 x86 在 2010 年約占市場收入的 13%，到 2023 年将下降到 11%。預計到 2028 年将達到 5%。

以下是我們剛剛經曆的視覺效果。為了節省時間，我們隻能說，在上司者中逆勢而上的兩家公司是英特爾和三星。美光從事不同的業務，并獨特地找到了合并模式。人工智能正在為投資者一直認為有風險的市場帶來新的投資。

人工智能PC将縮短生命周期

以下是我們對 2009 年以來個人電腦的預測。2011 年個人電腦銷量達到頂峰，而這正是英特爾從巅峰下滑的開始，盡管大多數人沒有意識到這一點。David Floyer 在 2013 年做出了預測。以下是關鍵點：

iPhone 的消費量推動了 AI PC 的創新。

具體來說，第一個真正的推理出現在 2017 年，當時 Apple 使用神經處理單元 (NPU) 進行面部識别，這一創新導緻了筆記本電腦中第一批 NPU 的出現以及 AI PC 的早期例子。

盡管在疫情期間 PC 銷量有所回升，但一直在下降。但我們相信 AI PC 将會改變遊戲規則。

微軟剛剛圍繞 Arm 重置了 Windows AI 堆棧——WinArm——以效仿蘋果的舉措。戴爾科技公司和惠普公司等個人電腦制造商正在采用，高通正在抓住時機。您可以在下面的綠色部分看到我們認為這對搭載 Arm 的 AI PC 意味着什麼，以及 x86 PC 會發生什麼——它遵循了蘋果的路線。雖然沒有那麼嚴重，但基本上是一個可控的衰退市場。

雖然我們預測 PC 銷量将激增，但重要的是要明白，這并不意味着英特爾等 PC 晶片制造商将重回主導地位。目前，市場格局受到基于 Arm 的晶片的嚴重影響，其晶圓産量是 x86 的十倍。Nvidia、Apple 和 Tesla 等公司很早就意識到了這一轉變，并利用賴特定律在基于 Arm 的晶片設計和制造方面獲得了顯著的成本和上市時間優勢。

這一轉變凸顯了 Arm 技術在降低設計成本方面日益重要的價值，也凸顯了 x86 面臨的挑戰。市場動态發生了根本性變化，Arm 的進步使其成為主導力量，從根本上改變了競争格局。

關于關鍵主題的最終想法

讓我們最後讨論一下一些尚未涉及的關鍵問題。

人工智能的未來及其市場動态正在迅速演變，對關鍵參與者和新興技術具有重大影響。我們的分析重點介紹了未來十年将塑造人工智能格局的關鍵趨勢和預測，重點關注邊緣人工智能推理、能源需求、地緣政治風險和半導體制造業的潛在轉變。

我們認為，人工智能市場即将迎來重大轉型，邊緣人工智能推理将成為主導工作負載。能源創新和地緣政治穩定對于維持這一增長至關重要。盡管 Nvidia 目前處于領先地位，但競争格局仍然不穩定，技術進步和市場颠覆因素可能會帶來潛在變化。我們的分析強調，需要密切關注這些發展，因為它們将塑造人工智能的未來。

您如何看待未來五年的市場發展？您對我們的假設和預測有何看法？

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