半導體創新正驅動生成式AI成長養分，生成式AI正強化半導體創新力量，兩者互相正向影響

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科技產業資訊室 - 茋郁發表於 2024年9月11日

圖、半導體創新正驅動生成式AI成長養分，生成式AI正強化半導體創新力量，兩者互相正向影響

大型科技公司已經花費了數十億美元，並計劃持續對AI進行投資。IDC預測，到2027年，企業在生成式AI上的支出將達到1,511億美元。AI的發展迎來了電腦架構的新黃金時代，推動了對硬體創新的不懈需求，以提高運算能力。

為了訓練AI模型，採用異質運算架構允許CPU和GPU協作移動和處理數據，以因應資料密集過程，因而激發了廠商開發出更多運算能力、增加記憶體容量和提高記憶體頻寬的研發工作。

數兆顆電晶體處理器和數千個運算核心，以極快的速度在記憶體中讀取和寫入大量數據，使這些核心能夠全速運行，因而推出了新型記憶體HBM（高頻寬記憶體）。

高頻寬記憶體(HBM)是一種動態隨機存取記憶體(DRAM)，該標準於 2013年首次製定，其中晶片垂直堆疊以節省空間並降低功耗。它們是能夠處理生成式AI的先進記憶體晶片。它是針對AI所使用的GPU的關鍵零組件，有助於處理複雜應用程式產生的大量數據。

全球第二大記憶體晶片製造商SK海力士9月初表示，將於9月底開始量產12層HBM3E晶片，預計從2025年下半年開始出貨HBM4。

除了海力士尋求台積電合作之外，三星電子也決定和台積電合作開發無緩衝 HBM4記憶體。

高速互連(High-speed interconnect)在AI處理中同樣重要，因為大量的訓練工作負載被分配在許多處理器之間並平行運作。當今的異質架構連接了數千個處理單一問題的運算裝置。這些裝置之間需要快速通訊，以最大限度地縮短訓練AI模型的時間。

隨著資料速率的提高和通訊協定的發展以滿足高速通訊的需求，訊號完整性和可靠性面臨挑戰。為了滿足生成式AI的互連頻寬需求，PCI Express等主要互連標準都採用PAM4。PAM4(Four-level pulse amplitude modulation)是一種編碼方案，允許每個時脈週期傳輸四位元資訊，從而允許互連頻寬在這些互連所施加的物理限制內增加。

另外一個創新是確保生成式AI的安全的創新。強大的加密機制，例如AES(Advanced Encryption Standard)和安全金鑰管理實踐，是建構資料機密性的基礎。必須保護資料集免受旨在「毒害」訓練過程並損壞生成式AI模型的資料的影響。同樣，必須保護演算法、方法和模型免遭不必要的存取或盜竊。

總之，要維持生成式AI的快速崛起，就需要半導體技術的進步。如今半導體產業佔據了舞台的中心，將成為未來AI走到多遠的關鍵呢！(999字；圖1）

參考資料：
Semiconductor Innovations Fueling The Growth Of AI 2.0. Forbes, 2024/09/03.
SK Hynix to start mass producing HBM3E 12-layer chips this month. Reuters, 2024/09/04.
TSMC and Samsung co-developing a bufferless HBM4 memory chip, its first partnership in AI. Tweak Town, 2024/09/06.

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