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2024年的半導(dǎo)體行業(yè)完全由AI（人工智能）相關(guān)主題驅(qū)動：具有AI功能的處理器、支持AI的大容量DRAM（如HBM和LPDDR5X）以及用于分段電源控制的電源IC等，都以不同于以往的規(guī)模集成到了移動設(shè)備中。
隨著生成式AI（AI數(shù)據(jù)中心）的迅速發(fā)展，AI功能開始作為基本設(shè)備安裝到PC、智能手機(jī)、AR/VR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)）、無人機(jī)、車載設(shè)備等領(lǐng)域。有些AI與攝像頭或傳感器聯(lián)動工作，而有些AI則在用戶看不見的地方優(yōu)化信號條件等環(huán)境條件。
無論如何，2024年可以被稱為“邊緣設(shè)備AI元年”，因?yàn)檫@一年推出了大量AI處理器和產(chǎn)品。接下來，我們將關(guān)注2024年下半年發(fā)布的AI PC和處理器。
01、移動AI帶來的三大變化
移動AI在設(shè)備中帶來了三大顯著變化。首先是集成了NPU（神經(jīng)處理單元），這種硬件專門執(zhí)行INT運(yùn)算、FP運(yùn)算、MAC運(yùn)算等操作（由于增加了硬件，芯片面積增大，因此必須采用更精細(xì)的制造工藝）。
其次是將具有高并行性的、大容量的DRAM與處理器搭配使用（與2023年版相比，各大廠商2024年版的DRAM容量普遍增加。例如，“Google Pixel 8”配備12GB DRAM，而2024年版的“Google Pixel 9”則增至16GB等）。
第三個變化是，更多的電源IC與處理器搭配使用，以實(shí)現(xiàn)精細(xì)的電源控制（為了支持復(fù)雜的功能，電源IC的數(shù)量大幅增加）?？偟膩碚f，移動AI顯著推動了半導(dǎo)體的使用量。在PC領(lǐng)域，自2024年6月起，配備“Copilot+ PC”功能（NPU 40TOPS以上）的AI PC開始上市。第一階段，這些PC僅限于搭載高通的“Snapdragon X Elite”處理器的產(chǎn)品。
02、配備高通“Snapdragon X”系列處理器的華碩 AI PC
2024年9月推出的華碩“Vivobook S 15 S5507QA”AI PC。該P(yáng)C搭載了高通的“Snapdragon X Plus 8-CORE”處理器，是“Snapdragon X Elite”的簡化版。盡管處理器功能有所降低，但仍能支持Copilot+ PC功能，且配備16GB DRAM。
雖然高端筆記本PC價格通常超過20萬日元，但這款配置降級版的PC在10萬日元價位上依然能支持Copilot+ PC功能，成為一個性價比高的選擇。
高通在智能手機(jī)領(lǐng)域也提供完整的電源系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，PC產(chǎn)品同樣配置了豐富的電池充電管理和電源IC，并將這些組件與處理器搭配使用。兩款處理器的電源IC總數(shù)均為8個，電池管理系統(tǒng)包含4個芯片。無論是高端的Snapdragon X Elite，還是面向廉價市場的Snapdragon X Plus 8-CORE，都采用了相同的電源IC和電池系統(tǒng)IC，這種共用的電源系統(tǒng)也在智能手機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。
高通 Snapdragon X Elite（左）和Snapdragon X Plus 8-CORE（右）處理器的芯片。兩者均采用了臺積電的4nm制程技術(shù)制造。左邊的高端 X Elite 有 12 個 ORYON CPU 內(nèi)核和 12 個高通公司自己的 Adreno GPU 內(nèi)核，CPU 最高頻率為 4.3 GHz。
右側(cè)價格較低的X Plus 8-CORE，CPU核心數(shù)減少至8個，GPU核心數(shù)減少至7個。通過降低功能，硅片面積減少了約28%，最高頻率也降至4.0GHz。盡管如此，廉價版處理器的NPU性能與高端版相同，均為45TOPS。通過減少硅片面積，更多的晶圓可以從同一硅片中獲取，且能夠復(fù)用更多測試圖案，從而在降低成本的同時，滿足了10萬日元級別AI PC的需求。
03、惠普搭載 AMD“Ryzen”的 AI PC
2024 年 7 月發(fā)布的用于惠普 Copilot+ PC 的惠普 OmniBook Ultra 14-fd0005AU。該處理器配備了 AMD 的 APU（加速處理單元（CPU + GPU）Copilot+ PC 兼容版“Ryzen AI 300”系列。2023 年的 APU“Ryzen 8000”系列也具有 AI 能力，但 16TOPS 的性能不足以滿足 Copilot+ PC 的要求。
Ryzen AI 300 系列是一款配備 50 TOPS 的處理器，NPU 性能提高了三倍多，將于 2024 年 7 月開始安裝在 AI PC 上。
表 2 比較了 AMD Ryzen APU 8000 系列中的 Ryzen 9 8945HS 與 Ryzen AI 300 系列中的 Ryzen AI 9 365。AMD 沒有芯片組，但結(jié)合了MPS 的電源系統(tǒng) IC。
Ryzen 9 8945HS 和 Ryzen AI 300 之間的芯片比較。兩者都由 CPU、GPU 和 NPU 組成，由臺積電 4nm 制造。CPU 和 GPU 的架構(gòu)都更改為最新的架構(gòu)，CPU 從 Zen 4 更改為 Zen 5，GPU 從 RDNA 3 更改為 RDNA 3.5，CPU 和 GPU 的內(nèi)核數(shù)量從 12 核增加到 16 核。
CPU 配置為配備 Zen 4 的 5 核和 Zen 8 的 5C（緊湊型）內(nèi)核，但功能有限。由于使用相同的臺積電 4nm 制造增加了功能，因此硅面積增加了約 28%。毫無疑問，2025 年之后的下一代型號將采用 3nm 制造，因此似乎將通過增加尺寸來支持最后的 4nm 生產(chǎn)。
04、搭載英特爾 “CORE Ultra” 的華碩 AI PC
2024 年 10 月發(fā)布的華碩 Copilot+ PC“Zenbook S 14”（UX5406）。2024 年 1 月發(fā)布的第一款 CORE Ultra Meteor Lake（開發(fā)代號）的 NPU 性能為 36 TOPS。它略低于 Copilot+ PC 的要求。第二個 Luner Lake 將 NPU 性能提高到 48 TOPS，并與 Copilot+ PC 兼容。
配備第一個 CORE Ultra Meteor Lake（上排）和第二個 Luner Lake（下排）的 PC 的芯片配置。Luner Lake 通過將 DRAM 安裝在封裝內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了最小面積和最短距離，蘋果從 2020 年的 M1 開始就采用了這種技術(shù)（2018 年蘋果從 A12X 開始正式采用）。電源 IC 組合方面，Meteor Lake 采用的是美國 Alpha & Omega，Luner Lake 采用的是日本瑞薩電子（4 顆芯片）。
表 4 顯示了第一個 CORE Ultra Meteor Lake 和第二個 Luner Lake 的硅片。兩者都由小芯片組成。Meteor Lake 有五個硅片插層（連接每個硅片并提供電源），而 Luner Lake 有四個硅片組合。大約在同一時間，英特爾還推出了用于臺式 PC 的 Arrow Lake 處理器，其中包括臺積電 3nm制造工藝。2024 年下半年上市的 Copilot+ PC 處理器將因公司而異，從組合的電源集成電路到硅制造都不盡相同。
2025 年，聯(lián)發(fā)科-NVIDIA 聯(lián)盟也將進(jìn)入 Copilot+ PC 領(lǐng)域。高通、AMD和英特爾也計(jì)劃發(fā)布下一代處理器。我們也將繼續(xù)觀察和報(bào)告智能手機(jī)方面的進(jìn)展。
來源：內(nèi)容由芯世相（ID：xinpianlaosiji）編譯自「EE Times Japan」，作者：清水洋治
