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AI帶來的產業變革與趨勢
運算力為王

【作者: 季平】   2024年06月13日 星期四

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2024年全球經濟緩慢復甦,但AI風潮將驅動全球資訊系統產品成長。隨著2025年AI PC軟硬整合更完備,將成為推動產業復甦的關鍵動力;AI伺服器受惠於生成式AI大型語言模型、企業內部模型微調等因素導致需求持續上升,成為2024年伺服器市場的主要驅動力。


AI強大的運算能力正在重塑科技產業,從2022年底OpenAI開發ChatGPT開始,到2024年2月推出可根據單次指令生成60秒短片的文字轉影像AI Sora,展現AI超強的運算、學習能力與進化速度。OpenAI還搶在I/O開發者大會登場前,推出性能更高、效能更佳的AI技術模式GPT-4o,可以進行逼真的語音對話,理解、對話能力堪比超級Siri,能處理50種語言,執行速度比GPT-4 Turbo快兩倍,但成本只要GPT-4 Turbo的50%,而背後支援GPT-4o技術的是輝達(Nvidia)的圖形處理器(GPU)。



圖一 : AI技術模式GPT-4o可以靈活快速根據使用者要求,以不同語氣、聲調說同一段故事。(source:OpenAI)
圖一 : AI技術模式GPT-4o可以靈活快速根據使用者要求,以不同語氣、聲調說同一段故事。(source:OpenAI)

科技龍頭業者揮動AI大旗 加速產業變革

2023年Google Cloud推出生成式AI聊天機器人Gemini後,又在今年5月14日登場的I/O開發者大會(Google I/O 2024)上公佈第六代AI晶片TPU(Trillium)。與第五代相比,Trillium晶片的計算性能提升了4.7倍,有助加速Google Cloud平台的執行效率,也是迄今Google推出的「最節能」AI晶片。Google同時推出性能更強大的AI模型Gemini 1.5 Pro與輕量模型Gemini 1.5 Flash。兩大指標性公司推出的AI模型迭代速度變短,從中不難看出AI「長智慧」的速度有多麼驚人。


Gemini擁有多項功能,如即時語音對話功能Gemini Live,Project Astra功能更具備強大的視覺分析能力,使用者只要打開手機鏡頭與Gemini對話,Gemini就能辨別事物、聲音,甚至做出生動描述;影片製作功能「Veo」只要輸入指令便能生成長達1分鐘的高畫質AI影片。



圖二 : Google執行長Sundar Pichai在I/O開發者大會中發佈性能更強大的AI模型Gemini 1.5 Pro。(source:Google)
圖二 : Google執行長Sundar Pichai在I/O開發者大會中發佈性能更強大的AI模型Gemini 1.5 Pro。(source:Google)

生成式AI讓大家見證到,AI真的已經走進你我的生活,不再是只聞樓梯響,而AI帶來的變革正在快速改變全球產業與供應鏈。美國「科技七巨頭」已經在各自的領域中催生或導入AI,輝達(NVIDIA)、蘋果(Apple)、谷歌(Google)母公司Alphabet、微軟(Microsoft)、亞馬遜(Amazon)、Meta及特斯拉(Tesla)都是AI造浪者,其他如美超微(Super Micro)、超微(AMD)、英特爾(Intel)都有不能輸的壓力。這些公司彼此間既合作又競合,比方AI雲端運算四大龍頭Amazon、Google、Meta與Microsoft都是輝達GPU的最大買家,但是四巨頭也都在製造自家晶片,或者積極與輝達以外的其他新創業者合作。


輝達堪稱AI晶片市場的龍頭,擁有近90%的市占率,幾乎壟斷AI運算資源。2023年輝達發表的H100是功能強大的GPU,屬於資料中心級AI加速晶片。生成式AI主要利用大量已存在資料,讓AI接受各種訓練,如學習翻譯、歸納總結及合成圖像等,過程中需消耗大量的運算能力,而輝達H100在訓練大型語言模型(LLM)方面,甚至比前一代A100快上四倍,回覆使用者提示則快上三十倍之多。


輝達執行長黃仁勳今年3月在輝達GTC技術大會上展示了具備生成式AI功能的人形機器人,同時發布新一代AI晶片Blackwell B200 GPU。據了解,OpenAI、Amazon、Google、Meta、Microsoft、甲骨文(Oracle)、Tesla等業者都將採用Blackwell架構晶片。黃仁勳說,更聰明、反應更快的人形機器人時代即將到來。隔天,除了台股的「機器人概念股」應聲大漲,與AI相關的產業鏈也同樣因為這個未來趨勢而受惠。事實上,除了輝達,特斯拉、新創公司Figure、Sanctuary AI等也都積極投入通用人形機器人領域。看來,距離AI/機器人成為人類親友、同事、伴侶、孩子、寵物、照顧者的那天真的不遠了。



圖三 : GX B200配備8個Nvidia Blackwell GPU,與前幾代相比,訓練效能達3倍、推論效能達15倍。(Source:Nvidia)
圖三 : GX B200配備8個Nvidia Blackwell GPU,與前幾代相比,訓練效能達3倍、推論效能達15倍。(Source:Nvidia)

AI機器人控制系統多已融入大型語言模型(LLM)、大型行為模型(LBM)等GanAI技術。為模仿人類行為,AI人形機器人需要透過感知、分析與運動控制方面的半導體助拳,相關業者如恩智浦(NXP Semiconductors)、英飛凌(Infineon Technologies);人形機器人在自動化方面的應用則需要透過電腦輔助設計軟體協助,相關業者如Altair、Ansys,當然還需要人形機器人製造商共襄盛舉,如機器人與數控工具機自動化服務公司發那科(FANUC Corporation)、半導體測試設備供應商泰瑞達(Teradyne),以及驅動技術、工業自動化和機器人製造商安川電機(YASKAWA)。


在競爭激烈的AI晶片市場中,一哥輝達也不是沒有對手,AMD近年來就積極打造AI硬體生態系統,推出旗艦 AI晶片MI300X,同時積極擴展產品功能與生態系統,希望提供更多工具及支援來吸引使用者。


跟著科技巨頭向前衝 台灣AI供應鏈前景看俏

AI的靈魂是晶片,AI晶片專為AI演算法而設計,可執行現場可編程閘陣列 (FPGA)、繪圖處理器(GPU)與特殊應用積體電路(ASIC)加速器上的機器學習工作,處理更多變數與細部運算,加上處理的資料量龐大,遠非傳統晶片可比。在管理大量繁複資料密集型運算的工作上,AI晶片扮演吃重角色,舉凡高階影像處理、伺服器、汽車和手機領域都需要使用AI晶片。如此可見AI霸主輝達的重要性。


由於ChatGPT引爆生成式AI商機,帶動相關軟硬體需求,加上輝達出貨、獲利與市值全面暴衝,與之相關的供應鏈同步受惠,如AI原料廠、零組件廠、組裝代工廠、品牌廠、軟體服務廠等。AI供應鏈的上游與中游包含關鍵零組件硬體廠,居於AI供應鏈重要地位的硬體設備則是伺服器,舉凡AI演算法的執行速度、精準度及系統穩定性等都需要靠伺服器運籌帷幄,下游主要是軟體服務廠。


在科技巨頭造浪下,台廠AI供應鏈也站在浪頭上起舞,尤其是「護國神山」台積電。台積電在整個晶圓代工市場的市占率逾50%,AI先進晶片應用的市占率更逾90%,帶動台灣AI供應鏈蓬勃發展。超微MI300A產品的中央處理器(CPU)及繪圖處理器(GPU)小晶片都是採用台積電5奈米製程,IO小晶片則採用台積電6奈米製程,並透過台積電全新系統整合晶片封裝(SoIC)、CoWoS等先進封裝進行整合。輝達也是台積電的大客戶之一,除了旗下的H200、GH200晶片供不應求,預計年底前將推出採用台積電3奈米製程的B100、GB200等新產品。



圖四 : 台積電在整個晶圓代工市場的市占率逾50%,AI先進晶片應用的市占率更逾90%。(source:TSMC)
圖四 : 台積電在整個晶圓代工市場的市占率逾50%,AI先進晶片應用的市占率更逾90%。(source:TSMC)

由於Amazon、Meta、Google、Microsoft等四大雲端服務商(CSP)積極朝AI靠攏,並轉而採用特殊應用IC(ASIC)開發AI晶片,帶動IP廠業績,台廠世芯-KY、創意、M31等將同步受惠。隨著CSP四大雲端服務供應商砸重金建置AI伺服器,預估今、明兩年的資本支出總額將達3,700億美元,受惠台廠如緯穎、廣達、緯創等預估業績旺到2025年。


另一方面,隨著AI伺服器、傳統伺服器新平台以及400G/800G交換器的需求攀升,高階銅箔基板(CCL/高多層板HDI)台廠供應鏈也將因此受惠。高盛證券推估,全球高階銅箔基板2023-2025年的年複合成長率(CAGR)約達27%,尤其極低損耗(Very Low Loss)以上高階產品更是供不應求。


未來,在輝達跟美超微的帶動下,台廠PCB供應鏈可望受惠,包含健鼎、金像電、台光電等業者。其中,台光電是全球最大無鹵素基板供應商及手持式裝置HDI/類載板用基材龍頭廠,也是輝達AI伺服器的CCL供應商,更是目前台廠中唯一的高階CCL材料供應商,搭上AI列車,未來營收值得期待。


隨著輝達、Google、思科(Cisco)先後推出800G產品,資料中心的耗電問題也浮出檯面,而關鍵技術共同封裝光元件(CPO)成為解決能耗問題的救星。未來,網通設備廠商(如智邦),光通訊中上游代工業者(如華星光、上銓等)將因此而同步受惠。當然,由於AI晶片運算力極高、功耗大,散熱規格也必須同步提升,帶動高階均熱片需求,預期奇鋐、雙鴻、健策、建準與高力等散熱大廠將同步受惠。


AI大趨勢帶來的機會與挑戰

資策會產業情報研究所(MIC)4月發布資通訊產業預測,預估2024年全球經濟緩慢復甦,但AI風潮將驅動全球資訊系統產品成長,全球筆電、桌機出貨分別達1.76億台、6,977萬台,分別成長4.4%、2.7%,隨著2025年AI PC軟硬整合更完備,將成為推動產業復甦的關鍵動力。


AI伺服器受惠於生成式AI大型語言模型、企業內部模型微調等因素導致需求持續上升,成為2024年伺服器市場的主要驅動力,預估2024年全球出貨將達1,349萬台,成長約5.1%。


至於半導體產業,由於2024年全球半導體市場庫存調整已近尾聲,終端應用產品出貨恢復正成長,加上車用、HPC與AIoT等長期需求支持,預估2024年全球半導體市場規模將恢復正成長。MIC特別看好三大發展趨勢:智慧城市導入AI帶動設備商機、電信商運用AI轉型與突破,以及AI虛擬人(Virtual Human)的應用發展。


此外,先進封裝在台廠AI晶片開發上扮演關鍵角色,可提升功能整合能力或運算效能。針對AIoT晶片開發,MIC認為,如果台廠希望規模化成本控制,必須重視以通用規格晶片彈性搭配滿足客製化規格,比方運用先進封裝整合不同功能小晶片,形成更輕巧便攜的單一晶片封裝,或者利用先進封裝技術協助AIoT晶片透過小晶片堆疊。其中,記憶體容量與頻寬有助提升運算效能,除了透過CoWoS封裝結合HBM與先進製程運算晶片,也有業者發展出客製化DRAM與成熟製程Edge AI晶片堆疊技術,可應用於較低成本的AI解決方案。


MIC指出,面對下世代高階運算晶片,電晶體元件的垂直堆疊或背面電軌的內連線結構都需要精度達10nm等級的晶片3D堆疊技術支持,這部份會是先進封裝發展的重要機會與挑戰。


打開「潘朵拉盒子」後

AI與數位科技帶來的變革是全面性的,商業價值難以估算,但也帶來了資安隱憂。MIC提醒,第一類隱憂是以AI系統作為攻擊目標,如資料處理階段的資料污染、模型部屬後攻擊、模型遭竊導致對抗性攻擊、提示注入導致資料外洩以及AI蠕蟲等威脅,零信任機制將面臨極大的挑戰;第二類是駭客利用AI進行網路攻擊,如DeepFake、識別系統漏洞、網路釣魚郵件等。雖然生成式AI發展潛力無窮,在建立生成式AI系統上仍有許多難題待克服,如建立可信任AI機制、對應新舊軟體的工程挑戰、遵循全球AI監管治理政策等。


除了資安問題,Meta執行長祖克伯(Mark Zuckerberg)與特斯拉執行長馬斯克(Elon Musk)不約而同指出,由於生成式AI興起,Microsoft、Google及Meta等科技公司在發展AI的過程中大量利用水冷技術冷卻資料中心熱度,恐怕引發缺水、缺電危機;美國證券交易委員會(SEC)主席Gary Gensler甚至指出,AI具有顛覆現存投資方式的潛力,卻也可能帶來系統性風險,甚至引爆金融危機!


希臘神話中,潘朵拉打開魔盒後釋放出貪婪、虛偽、痛苦等邪惡根源,使原本寧靜的世界開始動盪不安,人類打開AI這只「潘朵拉盒子」後,是單純地迎來驚喜與美好,還是伴隨著其他驚嚇與變數(如詐騙或犯罪),讓我們繼續看下去。


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