Jeśli to czytasz, półprzewodniki i sztuczna inteligencja przejmują kontrolę

W branży półprzewodników nie ma przestojów częściowo dzięki popytowi na chipy ze strony generatywnych aplikacji AI, takich jak ChatGPT OpenAI.

W ostatnich latach branża półprzewodników doświadczyła znaczącego odejścia od tradycyjnych cyklicznych wzorców, przyjmując bardziej długoterminowe zachowanie, które przeciwstawia się wzrostom i spadkom ściśle związanym z cyklami gospodarczymi. Transformację tę można przypisać wielu czynnikom, w tym stale rosnącej obecności technologii w naszym codziennym życiu i rosnącemu zapotrzebowaniu na półprzewodniki w różnych sektorach. W przeciwieństwie do swojej wcześniejszej zmienności, rynek półprzewodników wykazuje obecnie niezwykłą odporność, napędzaną przez długoterminowe trendy, takie jak sztuczna inteligencja, Internet rzeczy i przetwarzanie w chmurze. Zmiana ta odzwierciedla zdolność branży do dostosowywania się do zmieniającej się dynamiki rynku, utrzymywania stałego popytu i wspierania innowacji nawet w obliczu wahań gospodarczych¹.

Na fali postępu technologicznego półprzewodniki i sztuczna inteligencja (AI) stoją na czele tej ewolucji. Razem napędzają wzajemny rozwój, wprowadzając nas w bezprecedensową erę rewolucji technologicznej. W miarę jak te dwie domeny pogłębiają swoje relacje, zwiastują nowy przypływ innowacji. Przyszłość sztucznej inteligencji jest zakotwiczona w tworzeniu nowych, zoptymalizowanych pod kątem sztucznej inteligencji chipów półprzewodnikowych – naszym zdaniem dynamika ta będzie napędzać znaczny wzrost w ciągu następnej połowy dekady. Ten blog analizuje współzależność półprzewodników i sztucznej inteligencji, postęp technologiczny napędzający ich integrację oraz przyszłe perspektywy tej kwitnącej branży.

• W jaki sposób półprzewodniki stoją za sukcesem ChatGPT?
• Zyski NVIDIA za I kwartał 2023 podkreślają znaczenie sztucznej inteligencji i zdobywanie rynku półprzewodników
• Czy sztuczna inteligencja przyspiesza projektowanie i produkcję półprzewodników?
• Przewiduje się, że tempo wzrostu narzędzi do projektowania AI trzykrotnie przewyższy sprzedaż chipów.
• Interludium branży półprzewodników: 4 kluczowe kategorie uczestników
• W jaki sposób amerykańska ustawa CHIPS przyniesie korzyści dużym producentom półprzewodników?

W jaki sposób półprzewodniki stoją za sukcesem ChatGPT?

Uczenie maszynowe i jego nienasycony apetyt na dane w dużym stopniu opierają się na półprzewodnikach do przetwarzania i przechowywania danych. Rosnąca złożoność i zapotrzebowanie na aplikacje sztucznej inteligencji oznaczają, że półprzewodniki, w szczególności procesory graficzne (GPU), stają się coraz ważniejsze. Dzięki możliwościom wielozadaniowości układy GPU mają kluczowe znaczenie w zarządzaniu ogromnymi ilościami danych wymaganych do szkolenia modeli sztucznej inteligencji, zapewniając wydajne działanie aplikacji takich jak ChatGPT.

W miarę jak aplikacje stają się coraz bardziej złożone, zapotrzebowanie na zaawansowane układy półprzewodnikowe będzie rosło. Ten rosnący popyt stanowi znaczącą i obiecującą szansę dla firm z branży półprzewodników. Na przykład procesory graficzne (GPU) są wydajnymi silnikami, które napędzają firmy takie jak OpenAI, a ich aplikacje, w tym ChatGPT, są bardzo poszukiwane. Dzięki możliwości obsługi wielu zadań jednocześnie i, co ważniejsze, z wysoką wydajnością, układy GPU doskonale nadają się do intensywnego przetwarzania wymaganego przez uczenie maszynowe. Te silniki przetwarzania zarządzają ogromnymi danymi potrzebnymi do trenowania generatywnych modeli sztucznej inteligencji, które wykorzystują wstępnie wytrenowane transformatory generatywne (GPT), umożliwiając szybsze reagowanie i lepsze rozumienie języka. Mówiąc najprościej, półprzewodniki są podstawową strukturą wsparcia, zapewniającą płynne działanie aplikacji AI takich jak ChatGPT.

Procesory graficzne odgrywają również kluczową rolę w szerokim spektrum aplikacji AI, w tym:

• Przetwarzanie języka naturalnego: układy GPU dekodują zawiłości ludzkiego języka, znajdując zastosowanie w aplikacjach, takich jak asystenci głosowi i tłumaczenia maszynowe.
• Rozpoznawanie twarzy: procesory graficzne identyfikują osoby na zdjęciach i filmach, co jest narzędziem mającym zastosowanie w sektorach od bezpieczeństwa po marketing.
• Pojazdy autonomiczne: układy GPU sprawnie zarządzają danymi z czujników, bezpiecznie prowadząc pojazdy przez ulice miast.

Zyski NVIDIA za I kwartał 2023 podkreślają znaczenie sztucznej inteligencji i zdobywanie rynku półprzewodników

NVIDIA (NASDAQ: NVDA) odnotowała ostatnio dobre wyniki finansowe, a zarówno przychody, jak i zysk na akcję przekroczyły prognozy analityków². Wzrost popytu na procesory graficzne NVIDIA, szeroko wykorzystywane w aplikacjach sztucznej inteligencji, napędza wzrost firmy. Wraz ze wzrostem popytu na aplikacje oparte na sztucznej inteligencji, wzrośnie również popyt na półprzewodniki i uważamy, że NVIDIA jest dobrze przygotowana, aby skorzystać na tym wzroście. Jest wiodącym dostawcą GPU dla aplikacji AI i czerpie korzyści z partnerstwa z firmami AI, takimi jak OpenAI i Google AI.

Wzrost i prognoza globalnego rynku półprzewodników

Źródło: Statystyki światowego handlu półprzewodnikami i prognozowany roczny wzrost Mckinsey. Wyniki osiągnięte w przeszłości nie stanowią gwarancji przyszłych wyników. Nie stanowi rekomendacji do kupna lub sprzedaży jakichkolwiek papierów wartościowych wymienionych w niniejszym dokumencie ani wezwania do działania. Wyłącznie w celach poglądowych. Rzeczywisty przyszły wzrost rynku półprzewodników jest nieznany.

Zapotrzebowanie na zwiększoną moc obliczeniową, sztuczną inteligencję i łączność cyfrową spowodowało znaczny wzrost rynku półprzewodników. McKinsey szacuje, że przychody z półprzewodników mogą podwoić się z 550 mld USD w 2022 r. do ponad 1 bln USD do 2030 roku³.

Czy sztuczna inteligencja przyspiesza projektowanie i produkcję półprzewodników?

Sztuczna inteligencja nie tylko korzysta z mocy półprzewodników; stała się ona znaczącą siłą napędową ewolucji branży półprzewodników. Dzięki zdolności do przedefiniowania projektów chipów, identyfikacji defektów, optymalizacji procesów i przewidywania awarii chipów, sztuczna inteligencja zwiększa wydajność i rentowność w tym sektorze. A to nie wszystko – sztuczna inteligencja jest katalizatorem tworzenia nowej linii chipów dostosowanych do specyficznych wymagań i potrzeb sztucznej inteligencji. Nie są to zwykłe chipy, ale dostosowane do unikalnych wymagań AI. Warto pomyśleć o firmie Intel (NASDAQ: i jej pionierskich pracach nad układami zoptymalizowanymi pod kątem sztucznej inteligencji, które wyróżniają się szybkością, wydajnością i zarządzaniem energią.

Sztuczna inteligencja pokonuje człowieka w szachach i go, a teraz projektuje chipy

Chipy mają wykładniczo więcej konfiguracji niż szachy czy go⁴

Źródło: Deloitte Insights zaadaptowane z Synopsys, „Co to jest optymalizacja przestrzeni projektowej?” z dnia lipca 2020 r.

Sztuczna inteligencja już wcześniej udowodniła swoje możliwości, przewyższając ludzi w złożonych grach planszowych, takich jak szachy i go, ale teraz wkracza na jeszcze bardziej skomplikowane pole: projektowanie chipów. Z astronomiczną liczbą potencjalnych konfiguracji, znacznie przewyższającą te w szachach lub go, zdolność do optymalizacji i innowacji w projektowaniu chipów może być przełomowym zastosowaniem technologii AI. W miarę pogłębiania się związku sztucznej inteligencji i półprzewodników, torują one drogę dla nowego przypływu innowacji technologicznych. Nadchodzący rozwój sztucznej inteligencji jest w dużej mierze uzależniony od stworzenia nowych chipów półprzewodnikowych, które są specjalnie zaprojektowane do zastosowań AI. Uważamy, że trend ten może napędzić znaczący wzrost w ciągu najbliższych pięciu lat.

Przewiduje się, że tempo wzrostu narzędzi do projektowania AI trzykrotnie przewyższy sprzedaż chipów.

5-letni CAGR dla chipów, narzędzi EDA i zaawansowanych narzędzi do projektowania AI (2023–2028)⁵

Źródła: WSTS; Global Markets Insights; i Deloitte Global według stanu na listopad 2022 r.

Nieuchronny rozwój AI w dużej mierze zależy od rozwoju chipów półprzewodnikowych zoptymalizowanych specjalnie pod kątem funkcji AI. Według Deloitte jest bardzo prawdopodobne, że czynnik ten może spowodować znaczny wzrost w ciągu następnej połowy dekady.

Interludium branży półprzewodników: 4 kluczowe kategorie uczestników

Branża półprzewodników składa się zasadniczo z czterech kluczowych kategorii uczestników. Pierwsza kategoria obejmuje operatorów odlewni, na przykład Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC). Są to firmy, które podejmują się produkcji chipów półprzewodnikowych w oparciu o specyfikacje przekazane im przez inne firmy. Można je traktować jako fabryki produkujące chipy dla różnych firm. Druga kategoria jest wypełniona producentami urządzeń zintegrowanych (IDM), a firmy takie jak Intel służą mogą być przykładem. Firmy IDM są wyjątkowe, ponieważ zajmują się całym cyklem życia układu półprzewodnikowego we własnych obiektach, od początkowego projektu do końcowej fazy produkcji. Kolejna kategoria obejmuje firmy zajmujące się wyłącznie projektowaniem chipów, zwane również firmami fabless. NVIDIA i Advanced Micro Devices (AMD) należą do tej kategorii. Firmy Fabless koncentrują się na projektowaniu i opracowywaniu chipów półprzewodnikowych, ale zlecają produkcję operatorom odlewni, ponieważ nie mają własnych możliwości produkcyjnych. Ostatnia, czwarta kategoria obejmuje producentów sprzętu takich jak ASML. Firmy te są odpowiedzialne za tworzenie niezbędnych maszyn i urządzeń wykorzystywanych do produkcji chipów półprzewodnikowych. Dostarczają one kluczowych narzędzi potrzebnych zarówno operatorom odlewni, jak i producentom urządzeń zintegrowanych do konstruowania chipów.

W jaki sposób amerykańska ustawa CHIPS przyniesie korzyści dużym producentom półprzewodników?

Pamiętasz amerykańską ustawę CHIPS? Ponieważ półprzewodniki mają kluczowe znaczenie dla gospodarki, Stany Zjednoczone dążą do osiągnięcia samowystarczalności w zakresie produkcji półprzewodników i zmniejszenia zależności od zagranicznych łańcuchów dostaw. Pandemia Covid-19 uwypukliła słabe punkty łańcucha dostaw, często obejmujące etapy w ponad pięciu krajach i wiele globalnych przesyłek. Departament Handlu podaje, że w 2021 r. niedobory półprzewodników kosztowały amerykańską gospodarkę prawie ćwierć biliona dolarów.

Aby zwiększyć krajową produkcję półprzewodników, ustawa US Chips and Science Act przekaże 50 miliardów dolarów na inwestycje w przemysł w ciągu pięciu lat, w tym 11 miliardów dolarów na zaawansowane badania i rozwój półprzewodników oraz 39 miliardów dolarów na przyspieszenie i napędzanie krajowej produkcji chipów (z czego 6 miliardów dolarów może pokryć bezpośrednie pożyczki i gwarancje kredytowe)⁶.

Budżet na rozwój produkcji krajowej (badania i rozwój zaawansowanych półprzewodników oraz produkcja chipów)

Źródło: McKinsey⁷ stan na październik 2022 r.

Do głównych beneficjentów amerykańskiej ustawy CHIPS należą duzi amerykańscy producenci półprzewodników. Zamiast próbować wybierać indywidualnych zwycięzców w sektorze, inwestorzy mogą uzyskać ekspozycję na 25 największych, najbardziej płynnych, notowanych na giełdzie w USA spółek półprzewodnikowych w funduszu VanEck Semiconductor UCITS ETF (SMH).

Podsumowując, uważamy, że półprzewodniki mogą być sposobem na wykorzystaniu potencjału niezbędnych w branży sztucznej inteligencji narzędzi i stanowić atrakcyjny sposób na wykorzystanie rosnącego sektora sztucznej inteligencji, zwłaszcza gdy bezpośredni dostęp do prywatnych firm zajmujących się sztuczną inteligencją jest ograniczony dla wielu inwestorów. Fundusz VanEck Semiconductor UCITS ETF (SMH) umożliwia inwestowanie w cały łańcuch wartości branży półprzewodników, od projektowania i produkcji chipów po maszyny wykorzystywane w procesie produkcyjnym. Ponieważ półprzewodniki są podstawowymi komponentami napędzającymi innowacje w zakresie sztucznej inteligencji, uważamy, że są one w stanie zyskać na wartości w obliczu potencjalnego deflacyjnego wpływu wydajności sztucznej inteligencji – zapewniają one również wyjątkową okazję do wykorzystania fali transformacyjnego wpływu sztucznej inteligencji.