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顛覆GPU:定制芯片雙雄尋求重塑AI硬件格局

作者: 時間:2026-03-09 來源: 收藏

過去兩年,如果要用一個詞來形容全球科技產業,那就是“算力焦慮”。隨著生成式AI爆發,全球互聯網公司和云計算巨頭幾乎同時開始瘋狂建設AI基礎設施。超大規模數據中心、數十萬顆加速器、數百億美元資本開支——AI算力成為決定未來競爭格局的關鍵資源。

在這場競賽中,幾乎所有討論最終都會指向同一個名字:NVIDIA。這家巨頭的芯片成為大模型訓練的核心硬件。從OpenAI的GPT系列模型,到Microsoft Azure AI平臺,再到Meta Platforms的大規模訓練集群,幾乎所有AI系統都依賴NVIDIA的。不過即便英偉達價格逐漸攀升,系統廠商能夠選擇的GPU替代品可能也只有AMD一家可用。當2026年全球AI應用的重點從早期的模型訓練向推理和大規模部署轉變,AI算力的成本變得越來越重要,為了提升AI算力體系的經濟效益,在GPU統治的算力世界之外,一條新的技術路線正在悄然崛起。

越來越多科技公司開始嘗試擺脫對GPU的依賴,轉而開發自己的AI芯片。這些芯片并不是通用GPU,而是為特定任務設計的定制ASIC。從某個角度上,GPU應該算是非常接近ASIC的一種架構,但相比于定制化ASIC,GPU在效率和靈活性方面之間存在妥協。AI(ASIC)是為特定AI場景、特定客戶需求量身設計的芯片,相比通用AI芯片(如GPU),具有性能更優、功耗更低、成本更具針對性的核心優勢,尤其適配生成式AI大模型訓練、推理、邊緣計算等細分場景的個性化需求。隨著AI大模型參數量突破萬億級,算力需求每3.4個月翻一番,遠超摩爾定律演進速度,通用芯片的“一刀切”模式已難以滿足高端客戶的定制化算力需求,市場迎來爆發式增長。

但AI賽道并非低門檻賽道,其極高的技術壁壘、資金壁壘和客戶壁壘,成為眾多企業難以逾越的鴻溝。當頂級算力企業真正開始尋求定制芯片提升效率時,很快發現一個現實:全球真正有能力幫助他們完成先進AI ASIC設計并實現量產的公司屈指可數。

在半導體行業,ASIC并不是一個新概念,甚至可以說半導體發展的前四十年都是ASIC的天下。幾十年來,各種專用芯片已經廣泛存在于通信、消費電子和汽車領域。但AI ASIC的復雜度遠遠超過傳統ASIC。

一顆先進AI芯片往往需要整合多個關鍵技術模塊:

  • HBM高帶寬內存

  • 高速SerDes接口

  • PCIe或CXL互聯

  • Chiplet封裝架構

  • 高速網絡接口

更重要的是,AI芯片并不是單獨運行的設備。它必須運行在超大規模計算集群中。

一個大型AI訓練系統通常包含:

  • 數萬顆加速器

  • 數千臺服務器

  • 數百個交換機

在這種規模下,算力瓶頸往往不是計算,而是數據傳輸。AI訓練需要不斷在服務器之間交換數據,例如梯度同步和模型參數更新。如果網絡帶寬不足,GPU或ASIC就會被迫等待數據。這意味著算力被浪費。因此,AI ASIC設計實際上是一項系統工程。芯片必須與網絡架構、內存系統以及數據中心拓撲結構協同設計。正是在這一點上,Broadcom(博通)和Marvell建立了巨大優勢。據東吳證券研究報告顯示,博通與Marvell合計占據AI ASIC市場份額超70%,其中博通市占率達55%-60%,Marvell為13%-15%。據Marvell預測,2028年全球AI定制芯片(ASIC)市場規模將達554億美元,2023-2028年復合增長率高達53%,其中定制XPU市場規模408億美元,相關周邊市場146億美元,增長潛力巨大。而在這條高增長賽道上,博通與Marvell的脫穎而出,并非偶然,而是技術、資金、客戶、戰略四大維度長期積累的必然結果。 

(一)技術壁壘:全棧IP布局與工程化能力的雙重碾壓

AI定制芯片的核心技術壁壘體現在IP設計、SoC集成、先進制程適配三大方面,而博通與Marvell在這三大領域均具備行業頂尖的實力,形成了難以復制的技術護城河。

從IP設計能力來看,定制芯片主要包含計算、存儲、網絡I/O及封裝四大類IP,服務商雖不涉及計算部分架構設計,但需提供完整的設計流程及性能優化方案。博通與Marvell針對這四部分均有較全面的布局,均能提供存儲、網絡I/O、封裝的完整IP解決方案,尤其在關鍵的SerDes IP領域,兩家企業均已實現224G速率及以上的技術突破,而國內多數廠商僅能達到112G技術水平,差距顯著。SerDes IP作為大規模芯片互連的核心,直接決定了AI集群的通信效率與延遲,博通的SerDes IP憑借低功耗、高帶寬的優勢,占據全球高端市場主導地位;Marvell則在高速SerDes領域持續迭代,2026財年實現112Gbps PAM4 SerDes的大規模量產,同時完成224Gbps PAM4 SerDes的驗證與客戶送樣,技術水平躋身行業第一梯隊。

在SoC設計能力方面,博通與Marvell均具備完整的整芯片集成能力,能夠將多個IP模塊高效集成,滿足客戶的個性化算力需求。博通長期與谷歌、Meta合作,參與其定制芯片的全流程設計,積累了豐富的大規模SoC集成經驗;Marvell則聯手亞馬遜,憑借3nm設計技術及先進封裝能力,持續開發亞馬遜Trainium系列定制芯片,已鎖定Trainium2產能,并計劃推進Trainium3研發。相比之下,其他競爭者要么缺乏完整的IP布局,需依賴外部授權,導致定制化靈活性不足;要么缺乏大規模SoC集成經驗,難以滿足高端客戶的復雜需求。

此外,先進制程適配能力也是核心競爭力之一。AI定制芯片對制程要求極高,7nm及以下先進制程能夠顯著提升芯片性能、降低功耗,而博通與Marvell均與臺積電、三星等頂尖代工廠建立了深度合作關系,能夠優先獲得先進制程產能,保障定制芯片的量產交付。例如,博通的2nm 3.5D封裝AI XPU已按計劃流片,兩家意向客戶鎖定百萬片級部署目標;Marvell的7nm制程相干DSP芯片也已實現量產,功耗較上一代產品降低40%。而眾多中小廠商由于訂單規模小、合作深度不足,難以獲得先進制程產能,無法滿足高端客戶的量產需求。

(二)資金壁壘:巨額研發投入與規模效應的雙重保障

AI定制芯片的研發投入巨大,且研發周期長(通常18-24個月),需要企業具備強大的資金實力支撐。博通與Marvell作為全球半導體行業的龍頭企業,長期維持高額研發投入,形成了顯著的規模效應,進一步拉高了行業準入門檻。

博通2025財年第四季度營收達180.15億美元,同比增長28%,其中AI半導體業務收入同比增長74%;2025財年調整后EBITDA達430億美元,同比增長35%,強大的盈利能力為研發投入提供了堅實保障。公司長期將營收的15%左右投入研發,重點布局AI定制芯片、高速互連芯片等領域,2025財年研發投入超100億美元,累計申請AI相關專利超5000項,形成了龐大的專利矩陣。

Marvell同樣維持高額研發投入,2026財年營收達81.95億美元,同比增長42%,創歷史新高;公司將大量資金投入AI定制芯片、硅光技術等核心領域,2026財年研發投入占比超14%,同時通過戰略收購補強技術短板——以32.5億美元全現金收購Celestial AI,補強芯片級光子互聯技術,突破AI算力的“互聯墻”與“內存墻”瓶頸,這一收購也是公司成立以來規模最大的戰略收購之一。

相比之下,中小芯片企業由于營收規模有限,難以承擔巨額研發投入,往往只能聚焦于中低端定制芯片市場,無法與博通、Marvell競爭高端市場;而互聯網巨頭(如谷歌、亞馬遜)雖有資金實力,但自研芯片主要滿足自身需求,不對外提供定制服務,無法形成規?;偁巸瀯?。此外,博通與Marvell憑借龐大的訂單規模,能夠與代工廠、供應鏈企業談判獲得更低的采購成本,形成規模效應,進一步降低定制芯片的研發與生產成本,鞏固競爭優勢。

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(三)客戶壁壘:深度綁定頭部客戶與長期合作的雙重優勢

AI定制芯片的客戶主要是全球頭部互聯網企業、云服務商和AI創業公司,這些客戶對芯片性能、功耗、安全性要求極高,且一旦確定合作,會形成長期綁定關系(通常3-5年),更換供應商的成本極高。博通與Marvell憑借早期布局,深度綁定了全球多數頭部客戶,形成了堅實的客戶壁壘。

博通早期聚焦于網絡芯片領域,與谷歌、Meta、字節跳動等頭部互聯網企業建立了長期合作關系,隨著AI技術爆發,逐步將業務延伸至AI定制芯片領域,憑借成熟的技術與服務,成為這些客戶的核心定制芯片供應商。例如,博通是谷歌TPU芯片的核心合作伙伴,支撐谷歌Gemini大模型的研發與部署;同時為Meta的MTIA定制加速器提供核心技術支持,該芯片已開始出貨,并計劃在2027年及以后擴展至數吉瓦規模。

Marvell則長期深耕存儲芯片與網絡芯片領域,與亞馬遜、微軟、阿里云等頭部云服務商合作密切,在AI定制芯片領域,憑借中立的市場定位,成為眾多云服務商的首選合作伙伴。例如,Marvell是亞馬遜Trainium系列定制芯片的核心供應商,鎖定Trainium2產能,并參與Trainium3的研發;同時為微軟Azure提供定制化的AI芯片解決方案,支撐其云算力基礎設施建設。

此外,博通與Marvell均能為客戶提供全生命周期的服務,從需求調研、芯片設計、樣品測試到量產交付、后期維護,形成一站式解決方案,進一步提升客戶粘性。而其他競爭者要么缺乏服務能力,要么無法滿足客戶的長期合作需求,難以突破頭部客戶的合作壁壘。

(四)戰略壁壘:精準定位與生態協同的雙重布局

在戰略布局上,博通與Marvell均避開了與英偉達在通用GPU領域的直接競爭,精準定位AI定制芯片賽道,同時通過生態協同,構建了差異化的競爭優勢。

博通采用“AI定制芯片+基礎設施軟件”的雙輪驅動戰略,在布局定制芯片的同時,通過收購VMware,強化基礎設施軟件業務,形成“硬件+軟件”的協同優勢。VMware整合完成后,60%客戶轉為訂閱制,軟件業務毛利率達93%,成為利潤穩定器,同時與半導體業務形成協同,推出“硬件+軟件”混合云解決方案,提升客戶粘性。這種戰略布局使得博通不僅能夠為客戶提供定制芯片,還能提供配套的軟件服務,滿足客戶的全鏈路需求,形成獨特的競爭優勢。

Marvell則采用“全棧技術+中立生態”的戰略,聚焦于數據中心AI算力基礎設施,打造覆蓋以太網交換、高速SerDes、相干DSP、硅光集成、DPU卸載、存儲控制的全棧技術矩陣,可為云廠商、AI芯片企業提供一站式算力互聯解決方案。同時,Marvell不涉足通用GPU/AI加速芯片研發,保持中立的市場定位,可與英偉達、AMD、英特爾、華為昇騰等全球主流AI芯片廠商實現全生態合作,最大化分享AI行業增長紅利。

相比之下,其他競爭者要么戰略定位模糊,既布局通用芯片,又涉足定制芯片,導致資源分散;要么缺乏生態協同能力,僅能提供單一的芯片產品,無法滿足客戶的多元化需求,難以在激烈的競爭中立足。

未來:雄厚財務擴大雙雄市場優勢

財務業績是企業競爭力的直接體現,結合最新一季度博通與Marvell最新的財務報告(博通2025財年第四季度及全年財報、Marvell 2026財年第四季度及全年財報),能夠清晰看出兩家企業的增長態勢、盈利能力與未來發展潛力。兩家在最近一個季度報表中,均給出了強有力的財務表現,同時對未來業務的展望也大幅超過之前的預期,這意味著至少未來一兩年內,兩家企業在AI定制芯片領域的領先優勢還將繼續擴大。

博通發布的2025財年第四季度及全年財報顯示,公司業績表現強勁,AI業務成為核心增長引擎,營收、利潤均實現大幅增長,同時給出了樂觀的2026財年第一季度業績指引,彰顯了公司對未來增長的信心。2025財年第四季度,博通營收達180.15億美元,同比增長28%,環比增長5%,創歷史新高;其中,AI半導體業務收入同比增長74%,成為帶動營收增長的核心動力,定制AI加速器與以太網AI交換機業務實現兩位數增長,表現亮眼。2025財年全年,博通AI業務收入同比激增65%至200億美元,占總營收的比例超過30%,成為公司第一大營收來源。公司手握730億美元AI相關積壓訂單(18個月內交付),其中AI交換機訂單積壓超100億美元,覆蓋交換機、DSP、光組件等全鏈條產品,為未來營收增長提供了堅實保障。從業務結構來看,AI定制芯片、高速互連芯片是公司的核心增長板塊,Tomahawk 6交換機芯片量產并獲Arista、Juniper采用,全球唯一具備102.4 Tbps交換容量的產品,訂單量持續增長;定制XPU產品斬獲Anthropic累計210億美元訂單(2026年底交付)、OpenAI 10GW框架訂單(潛在1000-1500億美元增量),增長潛力巨大。

博通給出的2026財年第一季度業績指引顯示,公司預計營收約191億美元,同比增長28%;調整后EBITDA預計占營收的67%;AI半導體業務預計同比翻倍至82億美元,增長確定性高。此外,公司CEO Hock Tan在電話會上給出了更長期的業績指引:2027年,僅芯片(XPU+交換芯片+DSP)AI收入將超過1000億美元,預計接近10吉瓦裝機容量,按照行業單吉瓦價值推算,10吉瓦約對應2000億美元潛在規模,博通將占據其中一半以上的份額,增長潛力巨大。

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Marvell最新發布的2026財年第四季度及全年財報顯示,公司業績表現亮眼,營收、利潤均創歷史新高,AI相關業務(數據中心業務)成為核心增長引擎,同時給出了樂觀的2027財年第一季度業績指引,顯示出公司強勁的增長勢頭。2026財年第四季度,Marvell營收達22.19億美元,同比增長22%,環比增長8%,創歷史新高;其中,數據中心業務營收達16.5億美元,同比增長21%,占總營收的比例達76%,主要系AI定制芯片、高速互連芯片、硅光芯片放量驅動。2026財年全年,Marvell營收達81.95億美元,同比增長42%,創歷史新高;數據中心業務營收占比超60%,成為公司第一大營收來源。公司在2026財年設計訂單創歷史記錄,拿下18個定制芯片項目,并有50多項交易在洽談中,其中12個項目來自亞馬遜、微軟等頭部云服務商,未來營收生命周期可達數十億美元,為未來營收增長提供了堅實保障。從業務結構來看,AI定制芯片、硅光芯片、高速互連芯片是公司的核心增長板塊。Teralynx 10系列高端交換機芯片支持800G/1.6T以太網端口,單芯片交換容量最高達51.2Tbps,獲得頭部云服務商的大量訂單;7nm制程相干DSP芯片實現量產,功耗較上一代產品降低40%,受到光模塊廠商的青睞;通過收購Celestial AI,公司補強了光子互聯技術,進一步提升了在AI算力互聯領域的競爭力。



關鍵詞: GPU 定制芯片 AI硬件

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