半岛彩票SiC（碳化硅）、GaN（氮化镓）、AI 计算处理器（人工智能），以及Gen AI（生成人工智能）是四个增长最快的芯片领域，而台积电（NYSE：TSM）制造了这四个领域中的三个。这表明台积电的技术实力以及超越市场和行业的潜力。
生成式人工智能，也称为ChatGPT，预计2021 年至 2026 年间的复合年增长率为67.6% 。人工智能计算处理器是传统处理器（GPU、CPU、ASIC 和FPGA），复合年增长率为27.0 %，用于传统领域服务器中的人工智能训练和推理。
图 1 还绘制了 GaN 器件的复合年增长率，预计在此期间的复合年增长率为42.5%，碳化硅器件的复合年增长率预计为53.2% 。其中，台积电不参与SiC。
AI 服务器是配备 GPU、FPGA 或 ASIC 的计算机，用于 AI 训练和推理。训练根据结果重新评估或调整神经网络的层。训练领先的人工智能算法可能需要一个月的巨大计算能力。推理应用来自经过训练的神经网络模型的知识并使用它来推断结果。AI芯片主要用于将经过训练的AI算法应用于现实世界的数据输入；这通常被称为“推理”。
训练加速器：这些专用芯片经过优化，可促进深度学习模型的训练，包括复杂的计算和大量数据集的处理。
推理加速器：专为在新数据上快速执行经过训练的模型而设计，使其成为实时应用的理想选择，例如相机中的图像识别或智能手机中的语音助手。
英伟达是数据中心训练芯片市场的领导者，2019 年占据近 99% 的份额，但随着 ASIC 在其作为加速器芯片的 GPU 上获得份额，这一领先地位将在 2023 年下降至 89%。
多年来，人工智能取得了显着的进步，在人工智能领域，出现了两种不同的方法：上面讨论的传统人工智能和生成人工智能。这些方法在目标、学习方法、数据要求、用例和功能方面存在根本差异。
传统人工智能的关键特征之一是它依赖结构化、标记的数据进行训练。数据的质量和数量对于这些模型的性能至关重要。图像识别、情感分析和推荐系统等任务极大地受益于传统人工智能技术。
相比之下，生成式人工智能是一种旨在模拟类人创造力并自主生成内容的范式。与仅限于特定任务的传统人工智能不同，生成式人工智能具有多功能性，能够在各个领域产生不同的输出，包括文本、图像、音乐，甚至整个应用程序。生成式人工智能模型的特点是能够生成超出训练数据范围的内容。
GPU（图形处理单元）：GPU因其并行处理能力而被广泛用于人工智能加速，非常适合深度学习和图像处理等任务。
TPU（张量处理单元）：TPU 是 Google 定制设计的芯片，针对基于 TensorFlow 的工作负载进行了精心优化，特别关注神经网络推理和训练。
FPGA（现场可编程门阵列）：FPGA 是可重新配置的芯片，能够通过编程来执行特定任务，包括人工智能计算。它们的适应性提供了多功能性，但可能需要编程专业知识。
ASIC（专用集成电路）：ASIC 是专门为人工智能计算而设计的定制芯片，可为目标任务提供卓越的性能和能效。
神经形态芯片：这些芯片旨在模拟生物神经网络的结构和功能，满足需要受大脑启发处理的专门人工智能应用的需求。
氮化镓是台积电第三个高成长应用领域。该代工厂拥有业界最大、最先进的硅基氮化镓晶圆制造能力。它开始制造 GaN Systems（加拿大渥太华），目前提供额定电压为 100 和 650 V 的 GaN 晶体管产品组合，后者通常被认为是 GaN 器件的电压上限。
英飞凌科技股份公司已于 2023 年 3 月上旬签署了一项最终协议，以价值 8.3 亿美元的全现金交易收购 GaN 产品和 IP 供应商 GaN Systems。确保获得 GaN Systems 的技术并与台积电合作，为英飞凌提供了直接的优势。这与英飞凌持续努力巩固其在 GaN 技术领域的地位不谋而合。英飞凌已经利用其专有的 CoolGaN 技术推出了一系列 400V 和 600V GaN 晶体管。
2020 年，意法半导体和台积电启动了合作伙伴关系，旨在加快 GaN 工艺技术的进步以及向市场交付独立和集成 GaN 器件。这项合作涉及利用台积电的尖端 GaN 工艺技术来生产 ST 的创新且具有战略意义的 GaN 产品。
Navitas是一家生产用于电力电子的 GaN 芯片的公司。该公司计划于今年晚些时候进行首次公开募股，与台积电合作生产其产品。Navitas 使用台积电最古老的代工厂来生产其芯片。由于其芯片比硅芯片小五倍，因此可以在晶圆上生产更多芯片。
下图显示了台积电 2019 年第一季度至 2023 年第二季度按应用划分的收入。在最近的 2023 年第二季度中，按平台划分，高性能计算（“HPC”）和智能手机分别占净收入的 44% 和 33%，而物联网、汽车、DCE 、其他分别占8%、8%、3%、4%。
这些都是基于台积电的技术，其中 5nm 工艺技术贡献了 2Q23 晶圆总收入的 30%，而 7nm 则占 23%。先进技术（7nm及以下）占晶圆总收入的53%。
2019 年第一季度，按平台划分，HPC 和智能手机分别占净收入的 32% 和 46%，而物联网、汽车、DCE 和其他分别占 6%、5%、6% 和 5%。
重要的是，HPC 占收入的比例从 2019 年第一季度的 32% 增加到 2023 年第二季度的 44%。这些时期的收入从 2,910 亿新台币增加到 4,510 亿新台币，相当于 HPC 从 930 亿新台币增长了 2 倍至新台币1,980亿元。
在第二季度财报电话会议中讨论台积电 HPC 时，首席执行官 CC Wei 指出：
“最近人工智能相关需求的增加对台积电来说是有方向性的利好。生成式人工智能需要更高的计算能力和互连带宽，这推动了半导体内容的增加。无论是使用CPU、GPU，还是AI加速器及相关ASIC进行AI和机器学习，其共同点是需要利用领先的技术和强大的代工设计生态系统。这些都是台积电的强项。
如今，服务器 AI 处理器需求（我们定义为执行训练和推理功能的 CPU、GPU 和 AI 加速器）约占台积电总收入的 6%。我们预测未来五年复合年增长率将接近 50%，占我们收入的比例将增至百分之十几。
我们的HPC平台预计将成为台积电未来几年长期增长的主要引擎和最大增量贡献者。”
台积电报告的“接近 50% 的复合年增长率”与我对传统人工智能和生成式人工智能的平均复合年增长率 47.3% 的分析一致，传统人工智能行业受到了阻碍，因为企业支出在 2023 年经历了减速，因为它从 2022 年满足的被压抑的需求激增中逐渐减少。预计 2024 年将出现另一个扩张周期，特别是对于某些云服务提供商而言。
但在新的人工智能应用的迅速采用以及亚马逊、谷歌等科技巨头之间激烈的霸主地位竞争的推动下，数据中心行业将在未来五年内实现强劲增长。预计这将导致投资增加和持续两位数的增长。
在GaN领域，该行业目前规模较小，属于“其他”类别。根据分析，目前 GaN 器件的全球收入到 2022 年仅为 2 亿美元（630 万新台币），而台积电在 HPC 上的收入为 1,980 亿新台币。然而，到 2026 年，收入应该会增加 5 倍。
虽然 GaN 在这些领域提供了巨大的增长潜力，但仍需要解决制造成本、可扩展性和可靠性等挑战。随着技术进步和生产工艺更加优化，氮化镓的增长潜力预计将继续扩大，推动各行业的创新和进步。这些领域的强劲增长将转化为台积电的强劲增长。
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