2024年的半导体行业完全由AI（人工智能）相关主题驱动：具有AI功能的处理器、支持AI的大容量DRAM（如HBM和LPDDR5X）以及用于分段电源控制的电源IC等，都以不同于以往的规模集成到了移动设备中。
随着生成式AI（AI数据中心）的迅速发展，AI功能开始作为基本设备安装到PC、智能手机、AR/VR（增强现实/虚拟现实）、无人机、车载设备等领域。有些AI与摄像头或传感器联动工作，而有些AI则在用户看不见的地方优化信号条件等环境条件。
无论如何，2024年可以被称为“边缘设备AI元年”，因为这一年推出了大量AI处理器和产品。接下来，我们将关注2024年下半年发布的AI PC和处理器。
01、移动AI带来的三大变化
移动AI在设备中带来了三大显著变化。首先是集成了NPU（神经处理单元），这种硬件专门执行INT运算、FP运算、MAC运算等操作（由于增加了硬件，芯片面积增大，因此必须采用更精细的制造工艺）。
其次是将具有高并行性的、大容量的DRAM与处理器搭配使用（与2023年版相比，各大厂商2024年版的DRAM容量普遍增加。例如，“Google Pixel 8”配备12GB DRAM，而2024年版的“Google Pixel 9”则增至16GB等）。
第三个变化是，更多的电源IC与处理器搭配使用，以实现精细的电源控制（为了支持复杂的功能，电源IC的数量大幅增加）。总的来说，移动AI显著推动了半导体的使用量。在PC领域，自2024年6月起，配备“Copilot+ PC”功能（NPU 40TOPS以上）的AI PC开始上市。第一阶段，这些PC仅限于搭载高通的“Snapdragon X Elite”处理器的产品。
02、配备高通“Snapdragon X”系列处理器的华硕 AI PC
2024年9月推出的华硕“Vivobook S 15 S5507QA”AI PC。该PC搭载了高通的“Snapdragon X Plus 8-CORE”处理器，是“Snapdragon X Elite”的简化版。尽管处理器功能有所降低，但仍能支持Copilot+ PC功能，且配备16GB DRAM。
虽然高端笔记本PC价格通常超过20万日元，但这款配置降级版的PC在10万日元价位上依然能支持Copilot+ PC功能，成为一个性价比高的选择。
高通在智能手机领域也提供完整的电源系统和通信系统，PC产品同样配置了丰富的电池充电管理和电源IC，并将这些组件与处理器搭配使用。两款处理器的电源IC总数均为8个，电池管理系统包含4个芯片。无论是高端的Snapdragon X Elite，还是面向廉价市场的Snapdragon X Plus 8-CORE，都采用了相同的电源IC和电池系统IC，这种共用的电源系统也在智能手机中得到了广泛应用。
高通 Snapdragon X Elite（左）和Snapdragon X Plus 8-CORE（右）处理器的芯片。两者均采用了台积电的4nm制程技术制造。左边的高端 X Elite 有 12 个 ORYON CPU 内核和 12 个高通公司自己的 Adreno GPU 内核，CPU 最高频率为 4.3 GHz。
右侧价格较低的X Plus 8-CORE，CPU核心数减少至8个，GPU核心数减少至7个。通过降低功能，硅片面积减少了约28%，最高频率也降至4.0GHz。尽管如此，廉价版处理器的NPU性能与高端版相同，均为45TOPS。通过减少硅片面积，更多的晶圆可以从同一硅片中获取，且能够复用更多测试图案，从而在降低成本的同时，满足了10万日元级别AI PC的需求。
03、惠普搭载 AMD“Ryzen”的 AI PC
2024 年 7 月发布的用于惠普 Copilot+ PC 的惠普 OmniBook Ultra 14-fd0005AU。该处理器配备了 AMD 的 APU（加速处理单元（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 的性能不足以满足 Copilot+ PC 的要求。
Ryzen AI 300 系列是一款配备 50 TOPS 的处理器，NPU 性能提高了三倍多，将于 2024 年 7 月开始安装在 AI PC 上。
表 2 比较了 AMD Ryzen APU 8000 系列中的 Ryzen 9 8945HS 与 Ryzen AI 300 系列中的 Ryzen AI 9 365。AMD 没有芯片组，但结合了MPS 的电源系统 IC。
Ryzen 9 8945HS 和 Ryzen AI 300 之间的芯片比较。两者都由 CPU、GPU 和 NPU 组成，由台积电 4nm 制造。CPU 和 GPU 的架构都更改为最新的架构，CPU 从 Zen 4 更改为 Zen 5，GPU 从 RDNA 3 更改为 RDNA 3.5，CPU 和 GPU 的内核数量从 12 核增加到 16 核。
CPU 配置为配备 Zen 4 的 5 核和 Zen 8 的 5C（紧凑型）内核，但功能有限。由于使用相同的台积电 4nm 制造增加了功能，因此硅面积增加了约 28%。毫无疑问，2025 年之后的下一代型号将采用 3nm 制造，因此似乎将通过增加尺寸来支持最后的 4nm 生产。
04、搭载英特尔 “CORE Ultra” 的华硕 AI PC
2024 年 10 月发布的华硕 Copilot+ PC“Zenbook S 14”（UX5406）。2024 年 1 月发布的第一款 CORE Ultra Meteor Lake（开发代号）的 NPU 性能为 36 TOPS。它略低于 Copilot+ PC 的要求。第二个 Luner Lake 将 NPU 性能提高到 48 TOPS，并与 Copilot+ PC 兼容。
配备第一个 CORE Ultra Meteor Lake（上排）和第二个 Luner Lake（下排）的 PC 的芯片配置。Luner Lake 通过将 DRAM 安装在封装内部实现了最小面积和最短距离，苹果从 2020 年的 M1 开始就采用了这种技术（2018 年苹果从 A12X 开始正式采用）。电源 IC 组合方面，Meteor Lake 采用的是美国 Alpha & Omega，Luner Lake 采用的是日本瑞萨电子（4 颗芯片）。
表 4 显示了第一个 CORE Ultra Meteor Lake 和第二个 Luner Lake 的硅片。两者都由小芯片组成。Meteor Lake 有五个硅片插层（连接每个硅片并提供电源），而 Luner Lake 有四个硅片组合。大约在同一时间，英特尔还推出了用于台式 PC 的 Arrow Lake 处理器，其中包括台积电 3nm制造工艺。2024 年下半年上市的 Copilot+ PC 处理器将因公司而异，从组合的电源集成电路到硅制造都不尽相同。
2025 年，联发科-NVIDIA 联盟也将进入 Copilot+ PC 领域。高通、AMD和英特尔也计划发布下一代处理器。我们也将继续观察和报告智能手机方面的进展。
来源：内容由芯世相（ID：xinpianlaosiji）编译自「EE Times Japan」，作者：清水洋治
