Yole評(píng)2025數(shù)據(jù)中心半導(dǎo)體趨勢(shì)：人工智能重塑計(jì)算和內(nèi)存市場(chǎng)

近日，市場(chǎng)研究與戰(zhàn)略咨詢公司Yole Group發(fā)布了新報(bào)告《2025 年數(shù)據(jù)中心半導(dǎo)體趨勢(shì)》，深入分析了人工智能、高性能計(jì)算和超大規(guī)模需求如何推動(dòng)新的半導(dǎo)體范式，我們對(duì)此報(bào)告內(nèi)容進(jìn)行了編譯整理，供大家參考。 

全球云和人工智能基礎(chǔ)設(shè)施的半導(dǎo)體市場(chǎng)需求正在經(jīng)歷深刻的轉(zhuǎn)變。Yole Group在 2025 年數(shù)據(jù)中心半導(dǎo)體趨勢(shì)報(bào)告中揭示了在人工智能爆炸性增長(zhǎng)和根本架構(gòu)變革的推動(dòng)下，市場(chǎng)正處于拐點(diǎn)。2024年，全球數(shù)據(jù)中心半導(dǎo)體的整體市場(chǎng)規(guī)模（TAM）總額達(dá)到了2090億美元，產(chǎn)品涵蓋了計(jì)算、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)和電源。到2030年，這一數(shù)字預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)到近5000億美元。人工智能和高性能計(jì)算現(xiàn)在是主要應(yīng)用領(lǐng)域，其中僅生成式人工智能就重塑了處理器和加速器的需求。

由于存儲(chǔ)、處理和互連對(duì)更多半導(dǎo)體產(chǎn)品的需求不斷增長(zhǎng)，服務(wù)器中的半導(dǎo)體產(chǎn)品價(jià)值不斷增加，這主要是由人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和前沿模型推動(dòng)的。人工智能驅(qū)動(dòng)的服務(wù)器正在迅速增長(zhǎng)，從 2020 年占計(jì)算服務(wù)器總數(shù)是個(gè)位數(shù)百分比上升到2024年的10% 以上。這一趨勢(shì)遵循S曲線：初始增長(zhǎng)緩慢，快速上升，然后在2026年后趨于穩(wěn)定，到2030年保持穩(wěn)定。數(shù)據(jù)中心半導(dǎo)體加速市場(chǎng)預(yù)計(jì)將于2024年開(kāi)始擴(kuò)大規(guī)模，到2030年估計(jì)將達(dá)到4930 億美元。屆時(shí)，數(shù)據(jù)中心半導(dǎo)體預(yù)計(jì)將占整個(gè)半導(dǎo)體市場(chǎng)的50% 以上，反映出人工智能、云計(jì)算和超大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施需求的巨大轉(zhuǎn)變。該細(xì)分市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率（2025-2030 年）幾乎是整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的兩倍。

• 由于人工智能繁重工作負(fù)載的復(fù)雜性和處理需求的增加，邏輯半導(dǎo)體將繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位，并且市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)最快。

• 內(nèi)存，尤其是高帶寬內(nèi)存（HBM），是第二大細(xì)分市場(chǎng)，正在經(jīng)歷快速增長(zhǎng)，以支持 AI和HPC的高吞吐量需求。

• 由英偉達(dá)和 Broadcom 等公司推動(dòng)的光學(xué)和共封裝光學(xué)（CPO）的擴(kuò)展也在改變服務(wù)器架構(gòu)。預(yù)計(jì)到2030年，僅光學(xué)一項(xiàng)就將實(shí)現(xiàn)數(shù)十億美元的收入。

• 在供電系統(tǒng)方面，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的未來(lái)正在被重新構(gòu)想，以實(shí)現(xiàn)最高效率。直流配電這樣曾經(jīng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)現(xiàn)在成為被優(yōu)先考慮的選項(xiàng)。顛覆性的人工智能數(shù)據(jù)中心需要極高的能效，正在加速向液體冷卻的轉(zhuǎn)變，從之前的選擇之一變?yōu)楸夭豢缮?。預(yù)計(jì)到2030年，該市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)10億美元。

• 與此同時(shí)，人工智能和GPU硬件的密集布局正在推動(dòng)服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)嵌入式智能傳感器的需求。隨著熱和環(huán)境限制的增加，片上溫度傳感器正在成為標(biāo)準(zhǔn)配置。此外，液體冷卻系統(tǒng)需要先進(jìn)的傳感器來(lái)有效監(jiān)控壓力、流量和冷卻液質(zhì)量。

• 最后，預(yù)計(jì)到2030年，服務(wù)器用半導(dǎo)體晶圓的數(shù)量將超過(guò)2000萬(wàn)片，其中大部分在28納米以下節(jié)點(diǎn)上制造，以滿足先進(jìn)人工智能芯片的需求。

細(xì)分領(lǐng)域 

人工智能驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)中心正在成為創(chuàng)新動(dòng)力源，各種技術(shù)浪潮將重新定義性能、效率和架構(gòu)。

自2024年以來(lái)，人工智能（尤其是生成式人工智能）重塑了數(shù)據(jù)中心計(jì)算，影響了處理器設(shè)計(jì)，并加速了谷歌、AWS 和Meta等主要云公司對(duì)人工智能 ASIC 的采用。英偉達(dá)憑借其基于小芯片（Chiplet）和臺(tái)積電4nm工藝的Blackwell GPU仍然占據(jù)主導(dǎo)地位，但 AI ASIC在推理方面越來(lái)越受歡迎。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也隨著DPU和網(wǎng)絡(luò)ASIC的發(fā)展而發(fā)展，以改善流量管理。 快速、寫(xiě)入密集型SSD對(duì)于 AI 訓(xùn)練以避免 GPU 停機(jī)至關(guān)重要，而 HBM 正在快速發(fā)展以滿足不斷增長(zhǎng)的內(nèi)存帶寬需求。 SOI上的硅光學(xué)提供了光學(xué)元件的靈活集成，但缺乏原生光源。人們正在探索TFLN和石墨烯等新材料來(lái)增強(qiáng)調(diào)節(jié)劑。CPO正在Nvidia 和英特爾等公司的推動(dòng)下改變數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)，這些公司的目標(biāo)是共同集成光子學(xué)和交換 ASIC。 數(shù)據(jù)中心正在轉(zhuǎn)向直流電源、液體冷卻和機(jī)架級(jí)電源配置（例如，到 2026 年將達(dá)到 600 kW 的“Ultra-Rubin”機(jī)架）。使用 GaN 和 SiC 的混合電源可滿足效率要求。 具有片上智能的傳感器正在激增，以管理熱和環(huán)境負(fù)荷。先進(jìn)封裝 （3D/2.5D） 對(duì)于集成高性能和 AI 系統(tǒng)的組件至關(guān)重要。 未來(lái)的方向包括用于超高效設(shè)備上學(xué)習(xí)的神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)、用于帶寬豐富處理的光子計(jì)算以及提供潛在性能和能量增益的量子計(jì)算（盡管仍處于早期階段）。 

GPU仍然是人工智能基礎(chǔ)設(shè)施的基石，2024年英偉達(dá)將占據(jù)93%的服務(wù)器GPU收入份額。Yole Group預(yù)測(cè)，GPU收入將從2024年的1000億美元增長(zhǎng)到2030年的2150億美元。盡管GPU的平均售價(jià)（ASP）很高，但它對(duì)于AI訓(xùn)練是不可或缺的，并且越來(lái)越多地用于推理。 

AI是個(gè)充滿活力的領(lǐng)域，GPU的一枝獨(dú)秀只是暫時(shí)的，人工智能應(yīng)用中ASIC（這里的ASIC是定制芯片的意思）正在獲得越來(lái)越多的關(guān)注。谷歌、亞馬遜和Microsoft正在投資特定領(lǐng)域的芯片，以優(yōu)化性能并減少對(duì)英偉達(dá)的依賴?；谶@些領(lǐng)先公司的進(jìn)入，到2030年，AI ASIC的收入預(yù)計(jì)將飆升至845億美元。 

計(jì)算并不是唯一的瓶頸。內(nèi)存架構(gòu)也在迅速發(fā)展。DDR5的應(yīng)用規(guī)模仍在繼續(xù)擴(kuò)大，不過(guò)相比起來(lái)HBM看到了更大的市場(chǎng)需求，尤其是人工智能訓(xùn)練應(yīng)用的需求。CXL在解決新服務(wù)器架構(gòu)中的內(nèi)存分解和延遲挑戰(zhàn)方面越來(lái)越受歡迎。 

數(shù)據(jù)中心芯片領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位也在發(fā)生變化。美國(guó)企業(yè)仍然占據(jù)主導(dǎo)地位，尤其是英偉達(dá)、AMD和英特爾。但Yole Group的分析師指出，中國(guó)正在通過(guò)戰(zhàn)略投資和政策來(lái)擴(kuò)大其國(guó)內(nèi)能力。出口管制繼續(xù)影響供應(yīng)鏈，但也強(qiáng)化了中國(guó)及其他地區(qū)的主權(quán)發(fā)展目標(biāo)。 

初創(chuàng)企業(yè)和新入局企業(yè)一并加入這個(gè)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)同時(shí)參與到塑造市場(chǎng)的進(jìn)程中，從 Groq到Cerebras以及Tenstorrent，芯片設(shè)計(jì)的創(chuàng)新正在推動(dòng)AI推理硬件向前發(fā)展，特別是新穎的解決方案會(huì)在成本、性能或能源效率方面挑戰(zhàn)老牌企業(yè)，并且?guī)?lái)顛覆性的市場(chǎng)變化，一如英偉達(dá)的忽然崛起。

英偉達(dá)參與定義服務(wù)器供電系統(tǒng)的未來(lái)（該部分由吉田順子為Yole撰寫(xiě)） 

乘著人工智能熱潮，市值達(dá) 4 萬(wàn)億美元的英偉達(dá)似乎在服務(wù)于人工智能驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心的電力電子和電力系統(tǒng)公司中贏得了足夠的信任。許多寬禁帶（WBG）半導(dǎo)體供應(yīng)商和芯片供應(yīng)商都在配合，愿意投資新技術(shù)來(lái)滿足英偉達(dá)的需求。 

英飛凌科技系統(tǒng)創(chuàng)新集團(tuán)負(fù)責(zé)人Gerald Deboy將英偉達(dá)比作一位大師，他精心策劃“整個(gè)世界構(gòu)建和運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)中心的新方式”。英偉達(dá)招募的廠商包括英飛凌、MPS、納微、羅姆、意法半導(dǎo)體、德州儀器，倡導(dǎo)向800 V高壓直流（HVDC）數(shù)據(jù)中心電力基礎(chǔ)設(shè)施過(guò)渡。此外，還有臺(tái)達(dá)、Flex Power、Lead Wealth、LiteOn、Megmee等電力系統(tǒng)組件供應(yīng)商，以及構(gòu)建數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的公司，包括伊頓、施耐德電氣和Vertiv。

Yole Group電力電子市場(chǎng)和技術(shù)分析師Hassan Cheaito認(rèn)為，英偉達(dá)對(duì)人工智能數(shù)據(jù)中心的推動(dòng)正在為氮化鎵 （GaN）創(chuàng)造動(dòng)力，就像“SiC（碳化硅）的特斯拉時(shí)刻”。正如意法半導(dǎo)體從特斯拉早期推動(dòng)碳化硅的成果中收獲成果一樣，英飛凌和納微正在競(jìng)相從英偉達(dá)推動(dòng)的新興氮化鎵時(shí)刻中獲利。 

很明顯，為什么英偉達(dá)要求進(jìn)行大規(guī)模重新設(shè)計(jì)？隨著該公司將于2027年推出Rubin Ultra GPU和Vera CPU，并在機(jī)架內(nèi)集群盡可能多的GPU以跟上AI的發(fā)展步伐，英偉達(dá)已經(jīng)放棄了專為千瓦（KW）級(jí)機(jī)架設(shè)計(jì)的54V機(jī)架內(nèi)配電。該技術(shù)無(wú)法應(yīng)對(duì)新 GPU 的大規(guī)模集群所需的不斷增長(zhǎng)的每機(jī)架功率水平。

傳統(tǒng)機(jī)架電源系統(tǒng)無(wú)法處理機(jī)架內(nèi)空間限制和銅過(guò)載造成的物理限制。英偉達(dá)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，整個(gè)電源鏈中重復(fù)的交流到直流轉(zhuǎn)換并不節(jié)能，并且會(huì)增加故障點(diǎn)。因此，盡管其GPU業(yè)務(wù)距離電源核心最遠(yuǎn)，但英偉達(dá)正在對(duì)AI數(shù)據(jù)中心的電源基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行全面重新設(shè)計(jì)。新的800V高壓直流（HVDC 數(shù)據(jù)中心架構(gòu)將需要大量新的功率器件和半導(dǎo)體。

簡(jiǎn)而言之，英偉達(dá)希望服務(wù)器主板在800V直流電下運(yùn)行，因此有必要從800V電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)載電壓點(diǎn)?？紤]到空間限制，這并不容易。例如，英飛凌正在制造 800V至12V和800 V至50V轉(zhuǎn)換器，以向英偉達(dá)展示該技術(shù)在功率密度、效率、外形尺寸、高度等方面的特性。

那么，需要哪些類型的功率器件呢？

英飛凌的Deboy解釋說(shuō)，在需要高功率、高壓解決方案的數(shù)據(jù)中心電源基礎(chǔ)設(shè)施中，SiC處于領(lǐng)先地位。但對(duì)于從800V到50V的轉(zhuǎn)換，空間限制決定了高開(kāi)關(guān)頻率。他補(bǔ)充說(shuō)，這使得它“更像是一個(gè)氮化鎵領(lǐng)域”。同時(shí)，對(duì)于從54V到6V的轉(zhuǎn)換，在所謂的低壓中間母線轉(zhuǎn)換器（IBC）中，氮化鎵和硅都可以。

此外，Deboy 解釋說(shuō)，新的800 V AI數(shù)據(jù)中心還需要發(fā)明新的基于半導(dǎo)體的繼電器。在當(dāng)今的數(shù)據(jù)中心，交流電是以三相進(jìn)行分布的，普通繼電器和普通開(kāi)關(guān)像電燈開(kāi)關(guān)一樣打開(kāi)和關(guān)閉電源。相比之下，在一個(gè)新的高壓直流人工智能數(shù)據(jù)中心中，安全需要新的半導(dǎo)體組件，以維護(hù)良好的行為控制電流和浪涌電流。

綜上所述，Yole Group 首席技術(shù)和市場(chǎng)分析師 Poshun Chiu 將英飛凌稱為“迄今為止電力電子領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者”。Chiu指出，當(dāng)人工智能數(shù)據(jù)中心需要混合電力電子解決方案時(shí)，英飛凌的實(shí)力在從SiC到GaN和硅半導(dǎo)體的所有三個(gè)領(lǐng)域都大放異彩。Chiu補(bǔ)充說(shuō)，英飛凌涵蓋人工智能數(shù)據(jù)中心電力鏈的每個(gè)階段，努力為每個(gè)階段提供最佳技術(shù)。

英飛凌科技提供的800V供電結(jié)構(gòu)圖

 然而，英飛凌并不是唯一一家競(jìng)相抓住英偉達(dá)驅(qū)動(dòng)的人工智能數(shù)據(jù)中心機(jī)會(huì)的公司。納微半導(dǎo)體首席執(zhí)行官Gene Sheridan指出，“隨著你越來(lái)越接近處理器，英偉達(dá)會(huì)得到更多的實(shí)踐。他說(shuō)，從 48 V開(kāi)始，英偉達(dá)正在推動(dòng)設(shè)計(jì)、組件選擇和供應(yīng)商選擇?！拔覀兠恐芏寂c他們合作......評(píng)估、表征、基準(zhǔn)測(cè)試、原型設(shè)計(jì)，以幫助英偉達(dá)找出最終解決方案。Navitas 正在利用其在GaN方面的優(yōu)勢(shì)來(lái)解決AI數(shù)據(jù)中心所需的電力電子解決方案。2022年收購(gòu) GeneSiC Semiconductor也幫助Navitas加強(qiáng)了其寬帶隙IC產(chǎn)品組合。除了適用于傳統(tǒng)交流直流轉(zhuǎn)換器或 800伏直流轉(zhuǎn)換器的GaN或SiC之外，Navitas還涉足最接近處理器的“48 伏電壓“用于為處理器供電。但Sheridan為氮化鎵找到了新的機(jī)會(huì)，這是由他的公司通過(guò)收購(gòu) GeneSiC 獲得的業(yè)界最高電壓 SiC 技術(shù)引發(fā)的。超高壓碳化硅技術(shù)對(duì)于開(kāi)發(fā)并網(wǎng)的“固態(tài)變壓器”至關(guān)重要。除了數(shù)據(jù)中心之外，Sheridan認(rèn)為，電網(wǎng)正在升級(jí)為世界各地的固態(tài)變壓器，為城市和家庭供電，甚至連接到可再生能源。 

其他超大規(guī)模企業(yè)呢？通過(guò)先發(fā)制人地公布其數(shù)據(jù)中心電力基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃，英偉達(dá)成功地推動(dòng)了行業(yè)對(duì)話。但未知的是，從現(xiàn)在到2027年底，當(dāng)英偉達(dá)推出Rubin Ultra（預(yù)計(jì) 800 V HVDC）時(shí)，谷歌和 Meta 將如何回應(yīng)？

英偉達(dá)的激進(jìn)舉措可能會(huì)使開(kāi)放計(jì)算項(xiàng)目（OPC）過(guò)時(shí)。過(guò)去，OPC在標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)中心的外形尺寸和機(jī)架級(jí)別方面處于領(lǐng)先地位。如今，“OPC進(jìn)展太慢了，”英飛凌的Deboy說(shuō)，中間階段出現(xiàn)的不同架構(gòu)可能會(huì)將數(shù)據(jù)中心送回“叢林”，在那里，沒(méi)有一個(gè)數(shù)據(jù)中心解決方案是兼容的，就像OCP之前的時(shí)代一樣。 

在人工智能數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)，Yole Group 預(yù)測(cè)GaN將超越SiC。雖然SiC專注于交流到直流，但用于直流到直流的GaN也可以進(jìn)入交流到直流。Chiu 解釋說(shuō)，這是因?yàn)镚aN 器件具有更高電壓的潛力?！氨M管我們看到了SiC 的一些上行市場(chǎng)，三到五年內(nèi)約為 1 億美元，但 GaN 的機(jī)會(huì)似乎要大得多?！?/p>