人工智能驱动单芯片PPA提升，背部供电将成为行业新趋势（2024）.docxVIP

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前瞻科技组

分析师:刘道明(执业S1130520020004)

liudaoming@gj.cn

电子组

分析师:樊志远(执业S1130518070003)

fanzhiyuan@gj.cn

人工智能驱动单芯片PPA提升,背部供电将成为行业新趋势

投资逻辑：

半导体行业受AI驱动将步入高速增长时代。2023年，尽管全球半导体销售总额较上一年下降8.23%，至5268亿美元，但自2023年9月以来同比增速已经回正，2023年12月销售额更是达到518亿美元，同比大幅增长19.12%，显示出行业复苏的明确信号。同时，在最近的国际固态电路会议（ISSCC，2024年2月18日至2024年2月22日）上，台积电的高级副总裁张晓强《半导体行业：现状与未来》中也给出了乐观展望：至2030年，半导体市场规模有望突破一万亿美元大关，其中，高性能计算，尤其是与人工智能相关的应用，预计将贡献约40%的收入。AI相关的技术进步和应用需求，成为行业增长的关键因素，将推动半导体行业步入一个高速增长的新阶段。

人工智能算力需求增长速度远超工艺演进速度。进入大型机器学习模型时代后，训练和推理所需算力翻倍的时间周期分别缩短为7.4与33.8个月，远快于摩尔定律顶一下晶体管48.8个月的翻倍速度。为了满足人工智能爆炸性算力需求，系统摩尔和集群化成为大势所趋。

系统摩尔和集群化面临物理限制，单片PPA（更高性能，更低功耗，更小面积）仍是提升算力的关键。当前技术及工艺限制下，单芯片性能提升速度不断趋缓，大型集群更多通过系统摩尔及网络并行技术快速提升算力，但边际效应正在递减。通过对特斯拉DOJO和英伟达GH200的性能比较，我们认为对单芯片单位功耗算力的提升仍是满足算力需求的关键。

背部供电创新性地通过结构改变实现晶体管缩放，是单片PPA增长的第二曲线。背部供电能够有效缓解电压降问题，并节省片上空间以容纳更多晶体管，并且这一结构的实现并不依赖于光刻机性能的提升，我们认为在当今摩尔定律放缓的趋势下，背部供电技术将使单片PPA重回快速增长，并有望成为未来行业发展中确定性极高的技术方向。

众多大厂已布局，英特尔PowerVia技术即将落地，公司有望再度迎来FinFET时刻。当前，台积电，三星电子和英特尔均披露已布局背部供电技术，台积电和三星预计分别在2026和2025年推出该技术，英特尔最为领先，计划在2024的20A节点中就将其PowerVia技术推向市场。经过深入研究后，我们认为英特尔PowerVia在性能表现，良率以及客户端工程师开发套件生态等方面都有较为优异的完成度，有望借此技术重新夺回半导体制造领域的领先优势。

投资建议

我们认为,背部供电技术将成为未来半导体制造的新趋势。从技术持有者的角度来看,我们看好英特尔公司通过该技术重新获得半导体制造行业的领先优势。竞争格局方面,背部供电技术不再仅仅是依赖DUV或EUV的硬件技术来获得领先的晶体管缩放速率,而是通过DTCO(DesignTechnologyCo-Optimization)从硬件、软件以及设计角度实现晶体管迭代。这一趋势将进一步扩大头部Fab的领先优势。综合考虑,从技术持有者的角度,我们建议关注英特尔公司、台积电和三星电子。另一方面,背部供电技术对上游制造设备提出了新的要求,尤其是在混合键合领域。因此,我们建议重点关注应用材料公司和东京电子公司。

风险提示

背部供电技术进展不及预期；宏观经济景气度不及预期。

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内容目录

一、全球半导体市场进入加速增长期，AI将是最大驱动因素 4

二、人工智能相关应用驱动算力需求爆发性增长 5

1.大语言模型参数量加速增长，所需算力增长速度远超半导体工艺演进速度 5

2.传统摩尔定律受到物理定律限制，系统摩尔势在必行 6

3.系统摩尔性能增速存在理论极限，仍无法满足人