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5月30日,英伟达、微软、ARM三方同步官宣“A new era of PC”预热,计划6月初发布首款暂定名为“N1X”的PC处理器。
N1X是英伟达专为旗舰AI PC设计的Arm架构处理器,采用台积电3nm工艺,集成20核CPU(10+10)与Blackwell架构GPU(48SM/6144 CUDA),提供约200TOPS端侧AI算力,支持128GB统一内存,其定位为AI重度用户的终极生产力工具,对标苹果M5 Pro/Max。
一、AI PC迈入AI On时代
AI PC是搭载端侧AI大模型并具备AI算力与AI功能的PC终端。根据《AI PC白皮书》,AI PC具备五大核心特征:
1)具有多模态自然语言交互UI,用户可与PC通过文字、语言等多模态进行交互。基于端侧大模型的个人智能体可精准理解用户意图,通过任务分解、规划与执行完成任务并进行反馈;
2)通过AI大模型云端结合降低计算成本、能耗,保证用户隐私安全,并基于部署在终端的个性化知识库,提供更个性化、更精确的服务;
3)基于CPU+NPU+GPU的异构计算,充分发挥不同处理器优势,实现更快速、高效的AI模型推理;
4)开放的AI应用生态,PC端的个人智能体可调度AI原生和赋能应用,完成智能体分配任务;
5)提供设备级别的个人数据和隐私安全保护,在端侧进行用户敏感信息的存储、调用及推理,并配置硬件级安全芯片加密和保护个人隐私数据的读取和使用。
AI PC发展可分为AI Ready和AI On 两个阶段。
1)AI Ready:主要是通过升级芯片计算架构,为端侧大模型提供基本AI算力,并为AI PC中的软件与服务创新提供基础保障;
2)AI On:AI PC具有完整核心特征,并可服务于更多通用场景,实现端边协同计算、跨设备互联等。通过基于个人数据的端侧大模型微调训练成长为个人专属AI助理。
二、Windows on ARM应用拐点已至
根据微软定义,AI PC需具有40 TOPS以上的算力。处理器高算力需求将大幅提升续航和散热能力要求,具备低能耗、高性能的AI PC将在未来竞争中占据优势地位。
基于RISC的ARM架构可有效降低指令复杂性并提升时钟频率,具备低成本、低功耗、设计简单紧凑等优势。以2022年发布的ARM架构M2芯片为例,其在仅消耗同期英特尔12代酷睿i7处理器25%功耗下,即可达到相同性能,同时实现长续航与高性能。根据ARM官网,2023年发布的Arm Cortex-X4性能较Cortex-X3提升15%,并且功耗降低40%。
目前ARM快速迭代CPU架构并积极采用台积电先进制程,力图追赶并超越x86架构的CPU性能。根据Moor Insights & Strategy,Arm正在开发新一代Blackhawk架构的CPU内核,预计将实现五年来最大的IPC性能提升。根据TechInsights,台积电3 nm制程晶体管密度为283MTx/mm²,较Intel 18A高45.1%,采用台积电制程的ARM架构处理器有望具备更强运算性能。
基于出色的能耗水平以及快速迭代升级的CPU,ARM架构在AI PC中的渗透率有望快速提升。根据Counterpoint,预计2023-2027年ARM架构在AI PC中的渗透率将由15%增长至25.3%。
Windows on Arm迎来拐点,兼容性、开发生态与硬件性能大幅提升。
1)兼容性:2021年发布的Windows 11 on Arm引入x86-64位仿真技术,极大拓展ARM平台中可运行的应用程序范围。2024年5月的发布会中宣布Windows 11 on ARM 重新设计调度程序和驱动计算模型,并接入Prism模拟器,支持更旧版本的x86和x64应用程序;
2)开发生态:2022年微软推出ARM64版本的IDE工具Visual Studio 2022正式版,便于开发者直接编译可在Windows 11中运行的Arm程序,加快丰富Windows 11 on Arm的应用生态。目前Google Chrome和Adobe Photoshop已推出应用程序的Arm版本;
3)硬件:2023年10月高通推出Arm架构的PC芯片X Elite,其在同等功耗下可实现英特尔酷睿i7-1355U(10核)两倍性能,较英特尔13代酷睿 i7-13800H(14核)标压处理器快60%(基于GeekBench 6.1)。根据微软,Windows 12有望通过模块化底层设计更好地支持Arm架构,软硬件共同加持的Windows版Arm PC已迎来拐点。
三、AI PC驱动硬件性能全面进化
工艺制程升级+先进封装驱动PC处理器性能进化。根据台积电,与5nm制程技术相比,3nm制程的逻辑密度增加约70%,可实现相同功耗下频率提升10-15%,或相同频率下功耗降低25-30%,进一步提高芯片的运算能力以及能效比。以Chiplet为代表的3D封装技术,通过芯片封装小型化、高密度化,可实现异质异构的系统集成以及高互联密度与低信号传输延迟。AI PC处理器有望基于先进封装突破摩尔定律限制,持续增强AI算力。
AI PC驱动DDR5 加速渗透。伴随AI PC 算力需求持续增长,其对数据传输速率及功耗提出更高要求,DDR5具有更大容量与更快传输速度,并且功耗较DDR4更低,AI PC采用DDR5是未来必然发展趋势。
轻薄、高强度碳纤维有望成为未来主流。AI PC将全面升级算力、功耗、续航等性能,为实现AI PC功能升级同时控制整机重量,需要采用更加轻薄的结构件材料。碳纤维材料密度仅为铝合金58.6%,并且比强度是铝合金4倍,目前联想已将碳纤维应用至ThinkPad X1系列以及YOGA Air 13s Carbon 中,其中YOGA Air 13s Carbon机身质量仅为984g。伴随碳纤维制备工艺日益成熟,其生产成本将逐渐降低,有望成为AI PC主流结构件材料。
多电芯串并联+硅碳负极材料赋予AI PC充沛动力。单颗电芯电压及容量均受限制,笔记本电脑通过将标准电池串并联获得更高电池容量及电压。传统石墨负极克容量仅为372mAh/g,硅基负极理论克容量达4200mAh/g。硅碳负极电池能量密度较石墨负极电池提升12.8%,配合低压电荷聚合技术,低电压电池容量提升达240%,未来将应用至MagicBook系列笔记本电脑中。
AI PC 高算力带来更高功耗与电磁干扰,散热材料、散热系统及电磁屏蔽材料亟待升级。目前PC主流散热材料是人工石墨散热膜,石墨烯膜理论导热系数达5300W/(m.K),较人工石墨散热膜高165%以上,渗透率有望提升;液冷系统采用定制水冷套件或闭环液体冷却系统,使用高热传导效率的冷却液提升散热性能。通过细化和优化散热片设计,液冷系统有望由台式机拓展至笔记本电脑中;AI PC大量并行计算将提高功耗并造成更多电磁干扰,带动导电布、导电胶粘剂、吸波器件等电磁屏蔽材料性能及需求提高。
四、核心标的
雷神科技:发布首款增程式AI PC、首套星闪超级电竞“全家桶”、行业首款2.5K 360Hz蜂鸟屏游戏本等新品;自研的Thunder Claw智能体,以及塔式、迷你、移动三大AI工作站正式亮相。
软通动力:软通计算机成功中标中国移动2026年至2027年PC服务器产品集中采购项目,实现ARM架构全品类中标;旗下机械革命携全系AI PC产品亮相亚太经合组织APEC第三十二届贸易部长会议。
华勤技术:深度绑定戴尔、联想、华硕等头部品牌,具备强大的AI PC主板设计与整机组装能力,合作的AI PC产品持续实现量产出货。
亿道信息:AI PC出货量同比增长47.83%,已构建覆盖低功耗边缘计算到高性能服务器的全场景AI算力产品矩阵。
龙旗科技:AI PC已实现全平台产品设计与量产落地,获得包括全球头部客户在内的多家主流客户订单;预研布局覆盖轻薄高性能AI PC、360度翻转PC、Mini PC等多种形态。
春秋电子:镁合金结构件已与联想、惠普和戴尔建立稳定合作关系。
英力股份:主营笔记本电脑结构件模组,结构件内置液冷管路可与优特利高倍率快充电池形成组合方案,契合AIPC对端侧AI的功耗要求,AIPC相关机型已部分量产;拟收购优特利77.9385%股权,标的公司主营笔电锂电池模组。
光大同创:公司碳纤维产品主要运用于笔记本电脑的外壳,为联想等头部AI PC提供碳纤维结构件。
芯海科技:EC芯片已在荣耀AI PC MagicBook Pro 14中实现量产,应用于台式计算机的第一代Super IO产品也已量产出货。
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来源:策金说
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