AI芯片市场未来五年预测：万亿规模，四巨头主导
AI浪潮正席卷全球，其变革深度将远超科技行业本身，对整个社会产生深远影响。这场变革或许将与农业革命和工业革命相媲美，这两次革命都对经济产生了巨大推动力。尽管AI浪潮的具体发展路径和时间尚不可预测，但有一点是毋庸置疑的：硬件和软件（尤其是芯片技术）的进步和稳定供应是实现AI浪潮的关键。半导体设计和制造的复杂性、快速创新以及供应链的脆弱性，造就了独特而极具挑战性的行业动态，这正在重塑半导体行业的领导格局。
提供制造设备、组件和软件以建造晶圆厂的公司； 芯片制造商； 芯片和AI软件设计公司。
本分析对动态的半导体生态进行了量化预测。我们比较了2010年和2023年的市场份额，并对行业中十几家顶级公司的未来五年发展进行了展望。分析内容涵盖了对整体市场前景的洞察、对市场和顶级玩家的假设、哪些公司将胜出或败退以及原因，并结合了一些来自调查数据。
NVIDIA、TSMC、Broadcom和Qualcomm这四家公司将占据这万亿美元市场机会的近一半份额。
NVIDIA的护城河能持续多久？ NVIDIA面临哪些竞争压力，包括来自超大规模数据中心、Intel、AMD等公司的挑战？ 同时设计和制造半导体的两家公司（Intel和Samsung）所遭遇的困境。 边缘计算的机会对公司和竞争格局的意义。 我们预测中可能遇到的风险，包括地缘政治、技术和能源风险。
AI推动预算增长
让我们从过去两年GenAI觉醒对IT支出的宏观影响开始分析。下图展示了我们跟踪的19个行业每季度的IT支出变化情况。纵轴代表支出速度或净得分，横轴是行业在调查中的渗透率。
2022年10月，ChatGPT发布前一个月，AI的渗透率略低于40%的“临界点”。但此后，AI渗透率一直稳步上升，而其他行业相对受到抑制。42%的客户表示他们通过削减其他预算来资助AI项目。目前，企业AI的投资回报率主要体现在一些小的生产力提升上，对于大多数组织来说，AI项目尚未实现自我维持的盈利状态。
重点在于，AI不仅成为热议的焦点，还推动了支出的增长。
AI对所有组织都将产生三大重要影响：
1. 全面生产力提升
率先采用AI的企业将率先受益，生产力将显著提升20%，未来几年内可能达到50%。
2. 服务质量优化
例如，呼叫中心代表将能够正确、准确、即时地解答客户或潜在客户的任何问题。此外，客户还能够通过公司网站以选择的语言进行语音自助服务，快速找到所需答案。
3. 业务流程自动化
AI对组织最重要的价值可能是其对业务流程的潜在自动化能力。通过减少人工参与，可以实现业务流程和公司整体的简化。
因此，我们建议企业将上述三点结合起来考虑。如果你的企业没有计划在未来五到十年内实现十倍的生产力提升，那么初创公司和竞争对手可能会抢先实现这一目标，并有可能抢占你的市场份额。
NVIDIA的护城河既宽且深
NVIDIA势头强劲，引领整个行业目光。其在AI生态中的创新速度令人叹为观止。下图展示了由大语言模型和AI突破所催生的新计算时代。
迎接LLM和AI突破的新计算时代
完整的平台解决方案
端到端的AI数据中心（AI工厂）
软件生态：CUDA、NIM等
NVLink和NVSwitch技术
强大的生态支持
Jensen定律：芯片规模扩大，成本降低，收入增加
这张图显示了NVIDIA自2016年以来的计算能力（以teraflop为单位）的迅猛发展。同时，我们还对比了摩尔定律的进展。结果令人惊叹，NVIDIA在8年内实现了并行/矩阵计算（NVIDIA称之为加速计算）1000倍的提升，而摩尔定律在十年内仅带来了100倍的提升。
在预测半导体行业生态发展过程中，我们进行了深入的分析和研究。我们将NVIDIA视为一个完整的平台解决方案，并将其视为一家构建端到端AI数据中心的公司，即所谓的“AI工厂”。NVIDIA通过与合作伙伴合作销售其AI能力。其护城河的一个关键因素在于，他们能够构建完整的AI系统，然后将其拆解并分部分出售。因此，当他们销售AI产品时，无论是芯片、网络还是软件，他们都能准确地把握瓶颈所在，并帮助客户优化架构。
NVIDIA的护城河确实深且宽广。他们不仅拥有庞大的生态，而且持续在创新领域展现出强大实力。Jensen Huang已宣布，继Blackwell之后，他们还将推出另一款重磅芯片。这并不令人意外，因为NVIDIA一直保持着每年发布一款新系统和网络的节奏，而所有这些新产品都将运行CUDA。NVIDIA表示将全力投入以太网领域，继续扩展NVLink以支持同构AI工厂，并稳步推进Infiniband的路线图。
Jensen Huang的核心理念和策略非常明确：在NVIDIA平台上的投入越多，节省的成本就越多，同时能够驱动更多的收入。
性能提升势头将持续：预计在五年内，NVIDIA将实现百万teraflop的计算能力。 不仅仅是一颗芯片，而是完整的AI平台：NVIDIA不仅仅提供单一芯片，而是完整的AI平台，涵盖专用的GPU、CPU、网络、冷却和软件，为用户提供全面的系统解决方案。 CUDA：业界领先的AI软件平台：NVIDIA的CUDA软件平台是业界领先的AI软件平台之一，为AI应用开发提供了强大的基础。 构建完整AI数据中心的能力：NVIDIA拥有构建完整AI数据中心的能力，这使其在AI领域占据了独特的地位。自1964年IBM推出System 360以来，没有任何产品能如此深刻地改变计算机行业。 持续创新：NVIDIA致力于每年推出一个新系统，不断为用户、超大规模数据中心以及采用这些技术的任何人带来新的价值。 主导AI数据中心领域：考虑到创建替代方案的高昂成本，我们预计在未来至少五年内，NVIDIA将继续主导AI数据中心领域。
万亿美元的半导体生态
让我们深入探讨这项研究的核心以及我们对生态未来五年的展望。以下表格反映了我们对半导体行业演变的预测。
第一列列出了生态中的关键参与者，包括芯片设计公司如Qualcomm，芯片制造商如TSMC，以及同时进行设计和制造的三家领军企业（Intel、Samsung和Micron），还有设备制造商如ASML和Applied Materials，以及软件供应商Cadence（归类于“其他”类别）。
当然，我们也特别提到了NVIDIA，我们认为它已经成为并将继续成为市场上最重要的参与者。需要强调的是，我们在预测中进行了突破，不仅考虑了NVIDIA的芯片收入，还预测了其整体收入流。
到2028年，全球半导体生态市值将突破9000亿美元 2023年至2028年，年复合增长率预计为10% 市场动态发生巨大转变，从通用处理器x86向并行AI计算架构转变 Samsung和Intel通过垂直整合打破行业趋势 AI PC逐步成为主流 基于Arm的设计占据主导地位 HBM技术推动内存供应商需求增长
对于每家公司，我们都列出了它们在2010年、2023年的相关收入，以及我们对2028年的预测，并给出了相关时期的年均复合增长率（CAGR）。
主要发现
预计到2028年，全球半导体生态（在我们的预测范围内）将超过9000亿美元，并在2030年接近1万亿美元。 预计2023年至2028年期间的年均复合增长率（CAGR）为10%。 市场将从通用x86架构大幅转向支持AI的并行计算架构或矩阵计算。 预计到2028年，NVIDIA、TSMC、Broadcom和Qualcomm四家公司预计将占据预测收入的约40%。 Samsung和Intel通过垂直整合设计与制造，正在逆势而上，面临类似的挑战。 AI PC将缩短PC的生命周期，成为主流产品，不仅参与Windows的更新，还将改变PC的使用寿命动态。 基于Arm的设计在市场份额上占据主导地位，将为那些处于Arm生态链上的公司带来显著的成本优势。 高带宽内存（HBM）推动了对内存供应商前所未有的需求，为能够生产这些内存的公司带来了良好的发展机遇。
按照我们对2028年的预测降序排列。以下将展示各公司、预测的CAGR和2028年的收入预测。
NVIDIA：25% CAGR，1600亿美元
NVIDIA目前拥有类似90年代WinTel双头垄断的市场地位，其核心GPU的主导地位与AI操作系统均集于同一家公司。我们预测，随着NVIDIA不断开拓新市场，其增长势头将进一步增强，到2028年收入将突破1600亿美元。
在本次预测中，我们不仅仅计算了芯片收入。具体来说，我们纳入了NVIDIA完整平台和产品组合的收入，并预测NVIDIA能够持续保持其产品组合的快速更新步伐。
NVIDIA表现卓越，他们大胆投资于大型芯片，并在GPU、CPU、网络和软件等多个领域进行了全面布局，提供了一站式的解决方案和一个高度可定制的数据中心。我们预测并坚信，NVIDIA在未来至少五年内将保持这一强劲的发展势头。
TSMC：14% CAGR，1350亿美元
TSMC已成为先进芯片制造的首选合作伙伴。我们预计在未来五年内，TSMC将实现近乎翻倍的增长。我们的核心假设是，量产经济将赋予TSMC巨大的战略优势，使他们继续稳坐全球领先芯片制造厂的地位。
值得注意的是TSMC的投资策略。公司最近宣布了A16 1.6纳米工艺，计划于2026年实现量产。我们认为这将是其制造领域的一个重大里程碑，其中融入了纳米片晶体管和背面供电技术等创新。TSMC称之为“超级电源轨”。这些前沿创新在行业中处于领先地位，TSMC在高产量下的执行和交付能力将使其继续巩固其领导地位。
Broadcom（芯片业务）：10% CAGR，580亿美元
此预测仅涵盖Broadcom的半导体业务收入。虽然公司的年均复合增长率降至10%，但这主要是因为2010年时其规模相对较小。我们将Broadcom 2023年的大部分收入归类于“其他”类别。
Broadcom在收购和工程技术方面表现出色。他们并未直接与NVIDIA在GPU领域展开竞争，但他们是Google、Meta以及我们认为字节跳动等公司的定制芯片组和AI芯片IP的主要供应商。我们预计Broadcom的半导体业务将在未来五年内以10%的年均复合增长率增长，使该部门规模扩大至当前的1.6倍。Broadcom在连接GPU、CPU、NPU、加速器和高带宽内存方面拥有独特优势，能够在市场上持续取得成功。Broadcom在消费、企业、移动、云端和边缘计算等多个领域都占据一席之地。
我们认为Broadcom是一家极具前景且管理出色的公司。他们特别关注网络领域，这是至关重要的。对于AI处理而言，各类高速网络将变得必不可少，而Broadcom在这一市场上拥有显著地位。尤其是他们与将成为AI领导者的主要互联网公司建立了良好的合作关系。因此，Broadcom对最关键的市场趋势有着敏锐的洞察力。
Qualcomm：9% CAGR，550亿美元
Qualcomm在移动领域和新兴的AI PC领域均拥有卓越的市场定位。我们坚信，他们将从Microsoft最新推出的Windows AI PC堆栈中获得巨大的增长动力。我们预测Qualcomm的增长轨迹将与Broadcom相似。实际上，Microsoft在其Windows Copilot 11版本中，正在追随Apple几年前的策略，这将极大地推动Qualcomm的发展，后者为AI PC提供核心芯片。这无疑给基于x86的PC带来了不小的冲击。
Microsoft宣布全面支持基于Qualcomm的Arm架构PC。如今，Dell、联想等公司已经推出了基于Arm架构的PC，各种创新项目如雨后春笋般涌现，它们以性能提升和长达24小时的电池续航为卖点，直接挑战Intel的PC安装基础。
因此，根据我们的预测，到2028年，NVIDIA、TSMC、Broadcom和Qualcomm这四家公司将占据超过9000亿美元市场的约45%。
Intel：2% CAGR，540亿美元
预测Intel在2028年的代工收入将占据其约540亿美元业务中的220亿美元。因此，与业界多数观点相悖，我们预测Intel在预测期内将无法实现增长。经过观察，我们发现代工收入的增加难以抵消x86市场的下滑趋势。考虑到AMD在x86市场持续占据份额的假设，我们预计Intel的数据中心和客户端收入将从2023年的450亿美元下降至2028年的260亿美元。
Intel在支持AI PC方面稍显落后，我们预计其14A工艺将延迟12至18个月。这是Intel重要的技术布局，涵盖全门围绕技术（RibbonFET）和背面供电（Intel称为Power Via）。公司期望成为首家使用高数值孔径EUV技术的公司，但这些创新结合虽然大胆，却也伴随着潜在的风险和延迟。因此，我们预测14A工艺的量产将有所推迟。
Intel需要这三项创新中的每一项都成功，并且需要与行业中的其他公司有所区分。我们认为Intel有很大机会同时成功执行其中两项，但即便如此也存在一定的风险。我们的假设是，Intel的14A工艺将在2028年（最佳情况）或2029年（可能情况）实现量产和高产，但最坏情况可能会推迟至2030年。从我们的角度来看，理解Intel现状的关键在于他们已经失去了产量领先的地位。Apple和TSMC已经占据了领先地位，基于Arm架构的手机和PC为它们带来了显著的学习曲线优势，这对Intel来说是一个不利因素。
然而，如果Intel能够成功在2026年实现14A节点的量产，并在2027年底推出10A（1nm节点），那么我们的预测将会被打破，Intel的市场地位将会比我们预期的更为乐观。
ASML：7% CAGR，410亿美元
ASML拥有无可匹敌的独特优势。我们坚信，ASML将作为一个持续存在的垄断企业，能够自由定价。
SK Hynix：10% CAGR，400亿美元
高带宽存储器已成为AI领域的新动力，市场需求旺盛而供应紧张，这将有力推动SK Hynix的发展。我们预测SK Hynix的增长势头将进一步加速，其营收有望从目前的250亿美元增长至2028年的400亿美元。高速存储器在行业中扮演着举足轻重的角色，而SK Hynix在这一领域拥有多样化的选择，为其增长提供了坚实的基础。
Samsung：-1% CAGR，380亿美元
我们认为Samsung在实现其先进工艺方面将面临不小的挑战。我们预测，这些挑战将持续对Samsung的产量造成影响，并使其面临成本困境。因此，我们预计Samsung的收入将大致维持在当前的400亿美元水平。
Intel已明确表示，其目标是在2030年成为第二大代工厂。鉴于Samsung目前所面临的困境，我们认为Intel的这一目标相当明智。然而，关键在于Intel能否成功实现这一目标。因此，从某种角度看，针对Samsung的策略是具有一定合理性的。
AMD：10% CAGR，370亿美元
在Lisa Su的引领下，AMD取得了显著的成绩。其中，一个关键的转折点便是AMD决定剥离其晶圆厂，这一决策与联合创始人Jerry Sanders的“真正的男人有晶圆厂”的观点大相径庭。然而，从长远的视角来看，这一决策并未真正对AMD产生负面影响。经过数年的努力，AMD重回正轨，并得到了应有的回报。
AMD依然与x86市场紧密相连。根据我们的预测，到2028年结束时，AMD的收入中仍有约45%来自x86领域，这对公司的总可获取市场（TAM）构成了一定的压力。但好消息是，我们预测AMD将继续从Intel手中夺取市场份额，并在AI硬件领域取得显著进展。
当然，Intel会努力维护其在x86数据中心市场的份额，但我们对AMD作为芯片设计师的前景更为看好。AMD不受代工厂的束缚，尽管x86市场的竞争压力是一个不利因素，但我们坚信AMD将继续扩大市场份额。他们更快速地进入市场，并且产品质量卓越。例如，Oracle刚刚为其新Exadata系统全面采用了基于AMD的芯片，这无疑为AMD赢得了一场重大胜利。
Applied Materials：6% CAGR，350亿美元
我们预测Applied Materials将继续执行其既定战略。他们处于非常有利的地位，但与ASML相比，他们面临更多的竞争。预计他们的收入将从2023年的270亿美元增长到2028年的350亿美元，年均复合增长率为6%。总体来看，我们预计ASML、SK Hynix、Samsung、AMD和Applied Materials的收入将落在350亿至400亿美元的区间内。
Apple（芯片业务）：12% CAGR，330亿美元
我们针对Apple硬件中芯片的价值贡献进行了建模，并分析了其在整个产业链中的价值地位。根据我们的预测，从2010年到2023年，Apple的年均复合增长率达到了15%，并预计从2023年到2028年的增长率将放缓至12%，其中芯片贡献的收入有望达到330亿美元。
尽管有传闻称Apple可能会作为商品供应商销售芯片，但我们在目前的预测中并未将此因素纳入考量。然而，Apple自制芯片业务的深远影响已不容忽视。从最初智能手机的A系列芯片，到最新笔记本和iPad中的M系列芯片，他们不断突破。Apple更是首家同时在iPhone和PC中推出NPU的公司。随着AI PC市场竞争的加剧，他们不得不进行重要的技术升级。
Apple在悄然间引领了AI PC的潮流。多年前，他们就在iPhone上引入了大型集成芯片，将CPU、NPU和GPU都集成于同一芯片之上。他们拥有大容量共享SRAM，这一架构上的领先设计非常适合AI应用。Apple在芯片技术方面有着卓越的记录，比如其M系列芯片的持续进化，从M1到M2、M3，再到现在的M4。我们认为Apple在设计满足AI需求的芯片架构上处于领先地位，并预测他们将迅速响应Qualcomm在AI PC领域的发展趋势。在我们看来，Apple是Microsoft推动支持基于ARM设计的主要原因之一，因为Microsoft感受到了来自Apple的强烈竞争压力。
Micron：14% CAGR，310亿美元
Micron可以通过高带宽存储器来加速其增长。与SK Hynix类似，市场对Micron的HBM需求远远超过了供应。Micron表现优异，我们看到其年均复合增长率加速至14%，到2028年，其收入将从2023年的160亿美元几乎翻倍至310亿美元。Micron不仅擅长芯片设计，还是多年来成功的制造商。
超大规模数据中心（AWS、Google、Microsoft、Meta、阿里巴巴、字节跳动）芯片：15% CAGR，120亿美元
我们将超大规模数据中心运营商归为一类。这些超大规模运营商会自己设计芯片片，并与像Broadcom这样的商品供应商合作。但我们的预测并不包括Broadcom定制芯片所带来的收益，以避免重复计算。
我们认为超大规模运营商的通用训练和推理芯片将被用于成本敏感的应用，比如边缘推理。我们假设他们不会在高端领域与NVIDIA直接竞争，但他们会在自己的领域内占据一席之地。以2023年为例，我们假设AWS Graviton占据了约20%的AWS工作负载，而Inferentia和Trainium在AI工作负载中占比较小，Google和Microsoft的产品也是如此。我们预期超大规模运营商会有稳定的贡献，但在扰乱NVIDIA市场方面，他们不会成为主要因素。
值得注意的是，超大规模运营商正在采用NVIDIA的技术知识产权。由于他们自己无法制作出与之相媲美的平台，因此必须选择NVIDIA。我们假设在未来五年内，这将成为更经济的选择，因此他们将继续成为NVIDIA的重要客户。
其它芯片片生态参与者：4% CAGR，1750亿美元
其它类别涵盖了价值链上的众多供应商，包括TI、Global Foundries、长江存储、CXMT以及初创公司如Cerebras等。
我们的预测建立在一些基本假设之上，比如突发战争不会完全扰乱市场，以及AI PC市场总体上会遵循Apple从x86转向ARM的趋势。数据显示，x86市场在2010年收入占比约为13%，到2023年降至11%，预计到2028年将进一步降至5%。
市场领导者对比分析（2010年-2028年）
在有限的篇幅内，我们不得不提及，Intel和Samsung这两家公司在逆境中依然表现卓越。Micron则另辟蹊径，在独特的业务领域中找到了自己的发展模式。AI正在为那些曾经被认为是高风险的市场带来新的投资机遇。
AI PC将缩短产品生命周期
以下是我们对PC市场自2009年以来的预测回顾。当PC出货量在2011年触及巅峰时，这实则预示着Intel逐渐从巅峰滑落，尽管当时许多人并未察觉。
iPhone的普及推动了AI PC的技术革新。具体来说，2017年Apple推出的神经处理单元（NPU）实现了首个真正实用的推理应用，即面部识别，这一创新引领了笔记本电脑中首个NPU的出现，成为AI PC的早期代表。 尽管COVID期间PC销量有所回升，但总体市场仍呈持续收缩态势。然而，我们坚信AI PC将彻底颠覆传统格局。 Microsoft最近针对AI重新设计了基于Arm的Windows系统（WinArm），紧跟Apple的步伐。Dell、HP等PC制造商也在积极采纳这一新模式，Qualcomm也抓住了这一机遇。从下图中，可以看到我们对Arm驱动的AI PC的预期，以及对x86 PC的预测——它们将追随Apple的路径，虽然变化不会那么剧烈，但市场将逐步下降。
创新由需求驱动 Apple引领行业创新，其它厂商紧随其后： 神经处理单元（NPU）在推理领域的应用 Qualcomm抓住市场机遇 Microsoft为Arm重置Windows堆栈（WinArm） PC制造商如Dell、HP等纷纷导入 变革PC体验，提升自然语言处理、便携性、电池寿命 预见未来PC产品周期将缩短
尽管我们预测PC销量会有所增长，但这并不意味着PC芯片制造商如Intel能够重回昔日的霸主地位。当前的市场格局主要受Arm架构芯片的影响，其晶圆出货量是x86的十倍。NVIDIA、Apple和特斯拉早已洞察到这一变化，并凭借赖特法则在Arm芯片的设计和制造中获得了显著的成本和上市时间优势。
这种转变凸显了Arm技术在降低设计成本方面的价值，同时也揭示了x86所面临的严峻挑战。市场动态已经发生了根本性变化，Arm的进步使其成为了主导力量，从根本上改变了竞争格局。
关于关键点的终极思考
AI的未来及市场趋势正迅速发展，对核心参与者与新兴技术均产生了深刻影响。通过分析，我们揭示了未来十年将塑造AI格局的关键趋势和预测，特别聚焦于边缘AI推理、能源需求、地缘政治风险以及半导体制造的潜在变革。
边缘AI推理： 预计至2034年，80%的AI支出将投向边缘推理。 这一工作负载预计将成为AI市场的主导力量。 尽管NVIDIA目前在AI推理中占据主导地位，特别是在ChatGPT等应用中，但高容量、低成本、低功耗的边缘推理市场仍处于混沌期，可能会挑战NVIDIA的领导地位。 能源需求： 未来，能源需求将推动核能、太阳能、风能和大型本地电池的广泛应用。 创新的能源解决方案对于支持不断增长的AI基础设施至关重要。 本地发电将成为新的发展趋势。 地缘政治风险： 地缘政治紧张局势，特别是涉及台湾的潜在冲突，构成重大风险。 我们的预测基于环境无摩擦的假设，但存在35-40%的概率，供应链中断将在预测期内对市场造成影响。 Intel代工与半导体创新： Intel的未来地位将取决于其在2026-2027年成功实施全栅极（gate-all-around）、背面电源（backside power）和高数值孔径极紫外光刻（NA EUV）技术的能力。 在这些技术领域实现高良率将极大地提升Intel在2030年代的竞争力，并改变我们对该公司的预期。 市场颠覆者： 资金充裕的初创公司和超大规模数据中心运营商的大型并购可能会引发新的竞争格局。 虽然存在潜在的颠覆风险，但我们预计NVIDIA及其他三家芯片巨头（TSMC、Broadcom和Qualcomm）仍将保持其领先地位。
结论
AI市场即将迎来重大变革，边缘AI推理有望成为核心工作负载。能源创新和地缘政治稳定对于维持这一增长具有决定性作用。尽管NVIDIA目前处于市场主导地位，但竞争格局仍然充满变数。技术进步和市场颠覆者所推动的潜在变革将深刻影响AI的未来走向。我们的分析强调了持续关注这些发展动态的重要性，因为它们将共同塑造AI的未来格局。
Source:David Vellante, David Floyer; How NVIDIA, TSMC, Broadcom, and Qualcomm Will Lead a Trillion Dollar Silicon Boom; May 25, 2024
--【本文完】---
近期受欢迎的文章：
更多交流，可添加本人微信
（请附姓名/单位/关注领域）