AI算力不止GPU！高速互联芯片市场有望翻番

AI浪潮来袭，算力需求爆发。国内AI服务器厂商和各类芯片企业无不积极拥抱这场巨大变革。

“单个GPU已经无法跑Transformer、BERT、GPT这些大模型，需要几百个甚至上千个GPU连在一起才能跑起来。”国数集联创始人兼首席执行官巍骛在接受第一财经采访时称，目前内存容量快速增长，GPU性能呈指数级增长，但I/O（输入/输出）却没有跟上，成为AI算力提升瓶颈，导致GPU等未充分利用，造成资源浪费，业界正试图解决这一问题。

中金公司也认为，除了依靠单个GPU性能升级外，还需要高速的芯片互联技术、系统互联技术作为支撑，从而提升GPU算力的可扩展性，形成强大的集群算力。

互联接口芯片市场预计增至250亿美元

随着AIGC浪潮兴起，AI服务器需求增长，服务器内部之间或与其他设备的数据传输、控制和管理等接口功能的要求也随之增加。

市场调研机构650 Group报告显示，从2022年到2027年，全球数据中心的互联接口芯片市场规模将翻番，达到250亿美元。主要的驱动力除了AI、机器学习 (ML)，还包括数据分析、富媒体应用和其他高性能分布式计算，以及不断激增的边缘侧和物联网设备向云端传输数据、使用云端服务。

中金公司表示，在高性能服务器强增长的趋势下，内存接口芯片和PCIe接口芯片作为核心数据传输环节，有望加速升级迭代，量价齐升推动市场显著增长。

内存接口芯片是服务器内存模组的核心逻辑器件，其连接CPU和DRAM，集成在内存模组内，能够提升内存数据访问的速度及稳定性。美光预计到2025年，服务器DRAM需求相较2021年将实现2倍提升，而AI服务器DRAM容量将是普通服务器的8倍。

内存模组市场正在由DDR4世代向DDR5世代迭代升级。目前DDR5内存接口芯片的竞争格局与DDR4世代类似，全球由澜起科技（688008.SH）、瑞萨电子和Rambus三家供应商提供DDR5第一子代的量产产品。

其中，澜起科技2022年牵头制定DDR5第二子代、第三子代内存接口芯片及第一子代高带宽内存接口芯片MDB等产品的国际标准，并积极参与DDR5第一子代CKD和DDR5内存模组配套芯片标准制定。

PCIe是一种高速串行计算机扩展总线标准，可实现高速串行点对点双通道高带宽传输。PCIe产业链主要以IP（DPU、GPU）接口、PCIe Retimer/Redriver、PCIe Switch形态存在，以及各种PCIe Bridge（比如NVME控制器）。

PCIe Switch芯片兼具连接和交换功能，可以提供扩展能力，帮助CPU连接更多设备，实现PCIe设备互联。华安证券表示，AI服务器内日益增加的PCIe节点和复杂的网络架构需要更多PCIe Switch。市场调研机构Transparency预测，2027年PCIe Switch全球市场规模将达到92亿美元，2019-2027年复合增长率（CAGR）达15% 中金公司认为，在AI大算力需求下，PCIe Switch是数据中心低功耗、高性能解决方案核心一环。

由于技术壁垒极高，PCIe Switch芯片市场主要由博通、微芯科技和祥硕科技供应，中国大陆在该领域还是空白。不过，除了这些传统芯片厂商，AI行业巨头英伟达，硅谷新兴硬科技公司Astera Labs、Enfabrica以及中国大陆的国数集联等也都将加入这一近百亿美元的市场。据悉，Enfabrica创始团队主要来自博通、思科和谷歌，国数集联创始团队来自阿里和思科。

下一代芯片互联标准CXL或带来新的可能性

由于AI和高性能计算需求激增，为了突破传统PCIe带宽限制造成的通信瓶颈，英伟达首创NVLink NVSwitch技术，为多GPU系统提供更加快速的系统内互联解决方案。

2016年，英伟达发布了搭载NVLink的第一款产品Pascal GP100 GPU。NVLink主要用于GPU与GPU之间以及GPU与CPU之间的信息传输。借助NVSwitch，NVLink连接可在节点间扩展以创建多节点GPU集群。通过NVLink NVSwitch InfiniBand和GPU，英伟达在高端的互联市场筑牢竞争壁垒，并牢牢掌握AI产业的话语权。

随着技术迭代升级，CXL（Compute Express Link）的出现让单一巨头强大的生态控制出现了裂痕，芯片厂商、服务器厂商有机会借此进入这一市场，提供扩展性更好、性价比更有优势、功耗更低的硬件产品。

CXL标准2019年初由英特尔公司牵头，多家国际知名公司共同推出，旨在提供CPU和专用加速器、高性能存储系统之间的高效、高速、低延时接口，以满足资源共享、内存池化和高效运算调度的需求。

作为下一代芯片互联的标准，CXL主要解决服务器内部芯片间高速互联问题。与二十年前PCIe总线标准发布创立模块化和分工明确的服务器和个人电脑产业一样，CXL标准的颁布将开创连接为中心的异构集群计算时代。

“传统的PCIe相当于高速公路，在上面走的是小轿车。随着PCIe标准逐渐升级迭代，路的通道从两车道到四车道到八车道。然而GPU算力越来越高，小车相当于变成了大卡车。为了更快地运输，CXL相当于在通道上铺了国际标准的铁轨，专门跑高铁（GPU、内存和其他高速芯片）。高铁越来越多，就需要引入红绿灯机制（Switch），防止相撞。如果红绿灯算法拥有城市大脑能力，交换效率就会很高。”巍骛对第一财经解释称。

与英伟达采用NVLink专有接口解决方案不同，CXL是行业共同推出的标准。基于这一“国标铁轨”，博通、微芯科技跃跃欲试，希望复制“高速公路”时期的成功。Astera Labs、Enfabrica以及国数集联也正利用CXL协议，基于传统PCIe技术构建下一代“红绿灯”调度系统。此外，澜起科技也是CXL联盟的成员单位之一。