人工智能行业专题研究系列二：AI大模型开展算力竞赛，打开AI芯片、光模块和光芯片需求缺口_14页_932kb

AI大模型推动算力与光通信产业链发展

核心内容概述

随着人工智能大模型的快速发展，AI大模型对算力的需求显著增加，推动了AI基础设施的建设。这一趋势不仅加速了AI芯片、光模块和光芯片等核心组件的需求增长，也促使国产替代进程加快。本文从AI芯片、光模块、光芯片三个维度分析了AI大模型对相关产业的影响，并提出了投资建议与风险提示。

主要观点

• AI大模型对算力需求激增：AI大模型训练所需算力呈指数级增长，推动全球AI支出增速达27.9%（2023年），中国智能算力规模预计同比增长59%。
• AI芯片是算力核心：目前GPU占据AI芯片市场主导地位，Nvidia H100在性能上远超前代产品A100。由于美国对华出口管制，国产AI芯片需求上升，寒武纪、华为昇腾等公司正在加速研发下一代产品。
• 光模块需求提升：AI大模型带来的东西向流量增加，促使叶脊网络架构成为主流，推动400G/800G光模块用量大幅提升。中际旭创等公司已在高端光模块市场占据重要地位。
• 光芯片是光模块性能瓶颈：光芯片作为光模块的核心部件，其国产化率仍有较大提升空间。25G及以上光芯片市场主要由国外企业主导，但国内公司正逐步突破技术壁垒。
• 国产替代机遇显著：在自主可控政策背景下，AI芯片、光模块和光芯片的国产化进程加快，相关企业有望受益于行业增长和技术突破。

关键信息

AI芯片

• 需求测算：假设日均访问量为12亿次（3亿人访问×4次），所需Nvidia H100 GPU数量为13889台。
• 性能指标：Nvidia H100在FP32/FP16精度工况下算力达1000/2000 TFlop/s，远超国产芯片。
• 出口管制影响：美国BIS条例将Nvidia A100和H100列入对华出口管制名单，导致Nvidia推出性能阉割的中国特供版芯片H800。
• 国产芯片进展：寒武纪、华为昇腾等公司正在推进下一代AI芯片研发，如寒武纪思元590、沐曦MXC500等。

光模块

• 网络架构变化：叶脊网络架构更适用于AI大模型的东西向流量，大幅增加对高端光模块的需求。
• 光模块用量比例：在Nvidia DGX H100架构中，GPU：800G光模块：400G光模块的比例约为1:1.5:1。
• 国产光模块市场地位：中际旭创在2022年全球光模块企业TOP10中位居第一，已实现800G光模块批量出货。

光芯片

• 分类与应用场景：光芯片分为激光器芯片和探测器芯片，按型号可分为VCSEL、FP、DFB、EML、PIN、APD等，分别适用于不同距离和速度的传输需求。
• 国产化率现状：在2.5G以下DFB/FP芯片市场，国产化率低于40%；而在25G及以上市场，国产化率仍有较大提升空间。
• 技术突破方向：国内公司如源杰科技、长光华芯等正在提升光芯片研发能力，未来有望在高端市场占据一席之地。

投资建议

1. AI芯片：关注寒武纪、华为昇腾等具备自主可控能力的国产AI芯片企业，其有望在出口管制背景下获得更大市场份额。
2. 光通信模块：中际旭创、光迅科技等公司已在全球市场占据重要地位，随着AI大模型的发展，其高端光模块需求将显著增加。
3. 光芯片：源杰科技、长光华芯等企业具备较强研发实力，未来在25G及以上光芯片市场有望实现国产替代。

风险提示

• AI技术发展不及预期；
• AI商业化推进不及预期；
• 中美贸易摩擦加剧；
• 国产产品研发及市场开拓不及预期。

投资评级

• 行业评级：看好
• 公司评级：建议关注上述企业，具体评级标准依据行业指数与沪深300指数的相对表现。

相关报告

• 《人工智能专题研究系列一：大模型推动各行业AI应用渗透》（2023.08.02）

附录信息

• 分析师：吴起涤
• 执业登记编号：A0190523020001
• 邮箱：wuqidi@yd.com.cn
• 办公地址：
  • 石家庄：河北省石家庄市长安区跃进路167号源达办公楼
  • 上海：上海市浦东新区民生路1199弄证大五道口广场1号楼2306C室

图表目录（摘要）

• 图1：大模型训练所需算力呈指数级增长趋势
• 图2：预计2022-2024年全球AI支出年增速高于20%
• 图3：预计2023年中国智能算力规模同比增长59%
• 图4：Nvidia GPU H100芯片示意图
• 图5：H100较A100相比在性能上有大幅提升
• 图6：AI大模型中东向流量显著增加
• 图7：叶脊网络架构适用于东西向流量传输
• 图8：Nvidia DGX H100架构示意图
• 图9：光芯片在光模块内部通过光电转换实现信号传输
• 图10：光芯片分为激光器芯片和探测器芯片
• 图11：国内公司在25G及以上光芯片的全球市场中仍有较大提升空间
• 图12：2021年全球2.5G以下DFB/FP芯片市场格局
• 图13：2021年全球10G DFB芯片市场格局

表格目录（摘要）

• 表1：相关公司在AIGC领域布局进展
• 表2：语言大模型访问量对GPU需求量测算
• 表3：国产AI芯片性能指标与国际顶尖水平差距
• 表4：BIS禁令限制高性能AI芯片向中国出口
• 表5：叶脊网络架构对光模块数量需求大幅提升
• 表6：Nvidia DGX H100架构所需GPU、交换机数量
• 表7：中际旭创在2022年全球光模块企业排名中位居第一
• 表8：光芯片具有多种型号适用于不同应用场景