2025年全球及中國異構(gòu)算力芯片行業(yè)市場現(xiàn)狀及趨勢研判：異構(gòu)算力芯片為突破算力“瓶頸”的重要抓手[圖]

內(nèi)容概要：異構(gòu)算力芯片，是結(jié)合兩種或多種不同類型處理器或控制器架構(gòu)的一類芯片。目前常見的計(jì)算單元類別包括CPU、GPU、DSP、ASIC、FPGA等。異構(gòu)芯片可以采用CPU（中央處理器）、FPGA（現(xiàn)場可編程邏輯門陣列）、GPU（圖形處理器）、動(dòng)態(tài)可重構(gòu)陣列等架構(gòu)中的兩種或多種，架構(gòu)之間互相彌補(bǔ)不足，以提升異構(gòu)芯片的整體性能，并且不會(huì)增加芯片尺寸。目前“CPU+GPU”以及“CPU+FPGA”都是受業(yè)界關(guān)注的異構(gòu)計(jì)算平臺。在上世紀(jì)80年代中期之前，基于復(fù)雜指令集（CISC）的CPU單核性能增長由技術(shù)驅(qū)動(dòng)，平均每3.5年翻一番；從1986年開始，以精簡指令集（RISC）為代表的更先進(jìn)架構(gòu)的處理器性能平均每2年翻一番；隨著登納德縮放定律的逐漸失效、阿姆達(dá)爾定律的充分挖掘，CPU性能的提升已經(jīng)越來越難；自2015年之后，CPU性能提升平均每年僅有3%，實(shí)現(xiàn)性能翻倍可能需要20年。同時(shí)，CPU架構(gòu)主要面向廣泛的通用計(jì)算場景，控制單元、緩存、寄存器等占據(jù)大量的硅面積，算力密度低，運(yùn)算單元少，不適合人工智能領(lǐng)域的高并發(fā)密集的向量、張量計(jì)算，整體計(jì)算效率低。在最前沿的AI深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練領(lǐng)域，所需算力在2012-2018年共6年時(shí)間里增長了超過30萬倍；在智能汽車領(lǐng)域，隨著AI大模型的廣泛使用，以及娛樂需求快速增長，自動(dòng)駕駛（L4/L5階段）多域融合的綜合算力需求預(yù)計(jì)超過20000TOPS。面對指數(shù)級提升的算力需求和密集多樣計(jì)算需求，單純依賴CPU一種計(jì)算架構(gòu)已經(jīng)無法滿足，結(jié)合不同架構(gòu)的異構(gòu)計(jì)算已成為主流計(jì)算模式。異構(gòu)算力芯片成為芯片廠商研發(fā)新熱點(diǎn)，各企業(yè)持續(xù)發(fā)力，異構(gòu)算力芯片發(fā)展取得了顯著成就，市場規(guī)模不斷擴(kuò)大。

關(guān)鍵詞：異構(gòu)算力芯片類型、算力芯片市場現(xiàn)狀、異構(gòu)算力芯片市場現(xiàn)狀、異構(gòu)算力芯片發(fā)展趨勢

一、異構(gòu)算力芯片行業(yè)相關(guān)概述

異構(gòu)算力芯片，是結(jié)合兩種或多種不同類型處理器或控制器架構(gòu)的一類芯片。目前常見的計(jì)算單元類別包括CPU、GPU、DSP、ASIC、FPGA等。異構(gòu)芯片可以采用CPU（中央處理器）、FPGA（現(xiàn)場可編程邏輯門陣列）、GPU（圖形處理器）、動(dòng)態(tài)可重構(gòu)陣列等架構(gòu)中的兩種或多種，架構(gòu)之間互相彌補(bǔ)不足，以提升異構(gòu)芯片的整體性能，并且不會(huì)增加芯片尺寸。目前“CPU+GPU”以及“CPU+FPGA”都是受業(yè)界關(guān)注的異構(gòu)計(jì)算平臺。

異構(gòu)算力芯片利用不同類型處理器的獨(dú)特優(yōu)勢，如GPU的并行計(jì)算能力和FPGA的定制化硬件設(shè)計(jì)能力，從而提高計(jì)算性能和功率效率。如當(dāng)CPU和GPU協(xié)同工作時(shí)，因?yàn)?CPU 包含幾個(gè)專為串行處理而優(yōu)化的核心，而 GPU 則由數(shù)以千計(jì)更小、更節(jié)能的核心組成，這些核心專為提供強(qiáng)勁的并行運(yùn)算性能而設(shè)計(jì)。程序的串行部分在 CPU 上運(yùn)行，而并行部分則在 GPU上運(yùn)行。GPU 已經(jīng)發(fā)展到成熟階段，可輕松執(zhí)行現(xiàn)實(shí)生活中的各種應(yīng)用程序，而且程序運(yùn)行速度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過使用多核系統(tǒng)時(shí)的情形。因此，CPU和GPU的結(jié)合剛好可以解決深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練在CPU上耗時(shí)長的問題，提升深度學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練效率。

相關(guān)報(bào)告：智研咨詢發(fā)布的《2025年中國異構(gòu)算力芯片行業(yè)市場發(fā)展態(tài)勢及產(chǎn)業(yè)需求研判報(bào)告》

二、異構(gòu)算力芯片行業(yè)發(fā)展背景

隨著我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)?？偭康牟粩嗯噬?實(shí)體經(jīng)濟(jì)、 數(shù)字經(jīng)濟(jì)和信息服務(wù)的深度融合正加速產(chǎn)業(yè)數(shù)字化和數(shù)字產(chǎn)業(yè)化變革。算力作為承載信息數(shù)據(jù)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，已成為全社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要基石。數(shù)據(jù)顯示，截至2023年底，我國算力總規(guī)模超230EFLOPS，其中智能算力規(guī)模達(dá)到70EFLOPS，新增算力基礎(chǔ)設(shè)施中智能算力占比過半，成為算力增長的新引擎。從數(shù)據(jù)生產(chǎn)來看，2023年，全國數(shù)據(jù)生產(chǎn)總量達(dá)32.85ZB（澤字節(jié)），同比增長22.44%。其中非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長，隨著5G、AI技術(shù)的快速發(fā)展及智能設(shè)備的規(guī)模應(yīng)用，內(nèi)容創(chuàng)作、影像視聽等非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)對我國數(shù)據(jù)總規(guī)模增長貢獻(xiàn)較大。隨著人工智能、元宇宙、高性能計(jì)算等領(lǐng)域的發(fā)展，激發(fā)了更多智能數(shù)據(jù)處理的需求和場景，對新型智能算力的需求激增。

三、異構(gòu)算力芯片行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

計(jì)算芯片是芯片最大的細(xì)分品類之一，近年來，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)周期性調(diào)整、宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展持續(xù)承壓、下游需求低迷等內(nèi)外因素影響下，芯片行業(yè)整體景氣度不佳，2023年全球芯片產(chǎn)業(yè)規(guī)模同比下滑9.7%，為4284.42億美元。但計(jì)算芯片受益于AI火熱發(fā)展，需求持續(xù)旺盛，產(chǎn)業(yè)規(guī)模保持增長態(tài)勢。數(shù)據(jù)顯示，2023年全球計(jì)算芯片市場規(guī)模達(dá)1785.89億美元，同比增長1.1%，占全球總芯片規(guī)模的42%。預(yù)計(jì)2024-2025年全球計(jì)算芯片產(chǎn)業(yè)規(guī)模將以10%以上增幅增長，至2025年產(chǎn)業(yè)規(guī)模將突破2000億美元。

在上世紀(jì)80年代中期之前，基于復(fù)雜指令集（CISC）的CPU單核性能增長由技術(shù)驅(qū)動(dòng)，平均每3.5年翻一番；從1986年開始，以精簡指令集（RISC）為代表的更先進(jìn)架構(gòu)的處理器性能平均每2年翻一番；隨著登納德縮放定律的逐漸失效、阿姆達(dá)爾定律的充分挖掘，CPU性能的提升已經(jīng)越來越難；自2015年之后，CPU性能提升平均每年僅有3%，實(shí)現(xiàn)性能翻倍可能需要20年。同時(shí)，CPU架構(gòu)主要面向廣泛的通用計(jì)算場景，控制單元、緩存、寄存器等占據(jù)大量的硅面積，算力密度低，運(yùn)算單元少，不適合人工智能領(lǐng)域的高并發(fā)密集的向量、張量計(jì)算，整體計(jì)算效率低。在最前沿的AI深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練領(lǐng)域，所需算力在2012-2018年共6年時(shí)間里增長了超過30萬倍；在智能汽車領(lǐng)域，隨著AI大模型的廣泛使用，以及娛樂需求快速增長，自動(dòng)駕駛（L4/L5階段）多域融合的綜合算力需求預(yù)計(jì)超過20000TOPS。

面對指數(shù)級提升的算力需求和密集多樣計(jì)算需求，單純依賴CPU一種計(jì)算架構(gòu)已經(jīng)無法滿足，結(jié)合不同架構(gòu)的異構(gòu)計(jì)算已成為主流計(jì)算模式。異構(gòu)算力芯片成為芯片廠商研發(fā)新熱點(diǎn)，各企業(yè)持續(xù)發(fā)力，異構(gòu)算力芯片發(fā)展取得了顯著成就，市場規(guī)模不斷擴(kuò)大。

當(dāng)前，人工智能領(lǐng)域主要采用CPU+xPU（GPU/FPGA/DSA/ASIC等）的計(jì)算架構(gòu)，高性能計(jì)算領(lǐng)域主要采用CPU+GPU的異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)，手機(jī)SoC芯片通常采用CPU+GPU+DSP+ISP計(jì)算架構(gòu)，智能便攜設(shè)備主要采用CPU+DSP+語音識別技術(shù)計(jì)算架構(gòu)。異構(gòu)計(jì)算技術(shù)已經(jīng)成為超級計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)、人工智能等領(lǐng)域的主流計(jì)算模式，未來 還有望在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用和發(fā)展。

四、異構(gòu)算力芯片行業(yè)發(fā)展趨勢

未來，異構(gòu)算力芯片將走向第四階段，超異構(gòu)并行階段。把眾多的CPU+xPU“有機(jī)”集成起來，形成超異構(gòu)。同時(shí)，超異構(gòu)面臨更高的技術(shù)挑戰(zhàn)，不僅僅體現(xiàn)在編程上，也體現(xiàn)在處理引擎的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上，還體現(xiàn)在整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件能力整合上，企業(yè)需加大研發(fā)投入，持續(xù)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)。

以上數(shù)據(jù)及信息可參考智研咨詢（m.yhcgw.cn）發(fā)布的《2025年中國異構(gòu)算力芯片行業(yè)市場發(fā)展態(tài)勢及產(chǎn)業(yè)需求研判報(bào)告》。智研咨詢是中國領(lǐng)先產(chǎn)業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，提供深度產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告、商業(yè)計(jì)劃書、可行性研究報(bào)告及定制服務(wù)等一站式產(chǎn)業(yè)咨詢服務(wù)。您可以關(guān)注【智研咨詢】公眾號，每天及時(shí)掌握更多行業(yè)動(dòng)態(tài)。