核心观点 - 人工智能模型规模呈指数级增长，传统单芯片GPU架构在可扩展性、能源效率和计算吞吐量方面面临显著局限性 [1] - 晶圆级计算成为变革性范式，通过将多个小芯片集成到单片晶圆上提供前所未有的性能和效率 [1] - Cerebras WSE-3和特斯拉Dojo等晶圆级AI加速器展现出满足大规模AI工作负载需求的潜力 [1] - 台积电CoWoS等新兴封装技术有望将计算密度提高多达40倍 [1] AI硬件发展历程 - Cerebras里程碑包括2019年WSE-1、2021年WSE-2和2024年WSE-3的发布 [3] - NVIDIA产品线从1999年GeForce 256演进至2024年Blackwell B100/B200 GPU [3] - Google TPU系列从2015年初代发展到2024年TPU v6e [5] - 特斯拉于2021年宣布进入AI硬件领域推出Dojo系统 [5] 晶圆级计算优势 - 提供卓越带宽密度，特斯拉Dojo系统每个芯片边缘实现2TB/s带宽 [10] - 实现超低芯片间延迟，Dojo仅100纳秒，远低于NVIDIA H100的12毫秒 [10] - 物理集成度高，Dojo单个训练芯片集成25个芯片，传统方案需10倍面积 [11] - 台积电预计2027年CoWoS技术将提供比现有系统高40倍计算能力 [12] 主要AI训练芯片对比 - Cerebras WSE-3：46,225平方毫米面积，4万亿晶体管，90万个核心，21PB/s内存带宽 [15] - 特斯拉Dojo D1芯片：645平方毫米面积，1.25万亿晶体管，8,850个核心，2TB/s内存带宽 [16] - Graphcore IPU-GC200：800平方毫米面积，236亿晶体管，1,472个核心，47.5TB/s内存带宽 [17] - Google TPU v6e：700平方毫米面积，3.2TB/s内存带宽 [17] 性能比较 - WSE-3在FP16精度下峰值性能达125PFLOPS，支持24万亿参数模型训练 [25] - NVIDIA H100在FP64精度下提供60TFLOPS计算能力 [27] - WSE-3训练700亿参数Llama 2模型比Meta现有集群快30倍 [29] - WSE-3运行80亿参数模型时token生成速度达1,800/s，H100仅为242/s [29] 能效比较 - WSE-3功耗23kW，相同性能下比GPU集群能效更高 [75] - NVIDIA H100能效为7.9TFLOPS/W，A100为0.78TFLOPS/W [74] - WSE-3消除芯片间通信能耗，传统GPU互连功耗显著 [76] - 数据中心冷却系统占总能耗40%，液冷技术成为关键 [83] 制造工艺 - WSE-3采用台积电5nm工艺，4万亿晶体管集成在12英寸晶圆上 [66] - Dojo采用台积电7nm工艺，模块化设计包含25个D1芯片 [68] - WSE-3使用铜-铜混合键合技术，Dojo采用InFO封装技术 [71] - 两种架构均需应对良率挑战，采用冗余设计和容错机制 [67][70] 应用场景 - WSE-3适合大规模LLM、NLP和视觉模型训练 [54] - NVIDIA H100更适合通用AI训练和HPC应用 [54] - Dojo专为自动驾驶和计算机视觉工作负载优化 [57] - GPU集群在数据中心可扩展性方面表现更优 [54]

高熵合金行业概述 - 高熵合金概念于2004年提出 多种元素按近/等原子比例混合形成简单固溶体结构而非复杂金属间化合物[1][2] - 具备四大核心效应 包括热力学高熵效应（单相固溶体）、晶体结构晶格畸变效应、动力学扩散迟滞效应及鸡尾酒效应（优异综合性能）[1][2] - 打破传统合金以混合焓为主的设计理念 开辟广阔新材料成分设计空间[1][2] 高熵合金分类体系 - 按相结构类型分类 包括FCC型（如FeCoCrNiMn合金）、BCC型（难熔高熵合金）、HCP型（稀土元素组成）、非晶型及金属间化合物型[4] - 按相种类分类 涵盖单相（高温稳定性＞900℃）、双相（如FCC+BCC）、共晶（FCC基体+硬质相）及多相高熵合金[4] 制备工艺与技术 - 制备方法分为固相成形（机械合金化）、液相成形（电弧熔炼/激光熔覆）和气相成形（磁控溅射/脉冲激光沉积）三大类[6][8] - 机械合金化可制备纳米晶颗粒但易引入杂质[8] 电弧熔炼工艺成熟但产品脆性较大[8] 激光熔覆可实现表面改性但易产生裂纹[8] - 磁控溅射法制备薄膜厚度均匀但靶利用率低[8] 脉冲激光沉积对基底温度要求低但无法制备大尺寸产品[8] 政策支持与标准建设 - 2023年《前沿材料产业化重点发展指导目录（第一批）》将高熵合金列为重点材料[9][10] - 多部门政策支持研发工程化 包括《有色金属行业稳增长工作方案》及甘肃、重庆、宁夏等地专项规划[9][10] - 国家标准GB/T 42787-2023规范增材制造用高熵合金粉 于2024年3月实施[11][12] 团体标准T/CIET 948-2024覆盖涂层技术要求[12] 行业发展现状 - 过渡元素高熵合金主元素包括Al、Cr、Fe、Ni等 AlCrFeNi、CoCrFeNi为常用组合[12] 难熔高熵合金以Mo、Ti、Nb等为主 具备优异高温性能[12] - 应用集中于国防、航空、航天等领域[1][14] 中辰至刚在宁夏建成首条中试产线实现工程化突破[14] - 多数研究处于实验室阶段 工业化推广缓慢 纳米颗粒制备存在技术挑战[1][14] 2024年行业市场规模仅0.83亿元[1][14] 未来发展趋势 - 制备技术有望突破实现规模化生产[1][16] 通过成分设计和工艺优化开发高性能定制材料[1][16] - 随性能研究深入与成本降低 应用领域将进一步扩展[1][16]