AI 产业链架构及相关硬件梳理

在当今智能化的时代浪潮中，AI 已成为驱动各行业变革的核心力量。从日常使用的智能语音助手，到自动驾驶汽车的精准导航，再到智能医疗领域的疾病诊断辅助，AI 的应用正以前所未有的速度渗透到生活的方方面面。而支撑这一切的，是一个庞大而复杂的产业链，其中硬件作为算力的根基，尤为关键。

AI 产业链主要分为上游（基础层）、中游（技术层）和下游（应用层）三个部分。上游基础层主要包括计算芯片、传感器、存储器件等核心硬件，以及支持 AI 运作的云计算和数据中心基础设施，是整个 AI 产业链的基石。中游技术层包括算法研发、AI 开发平台、工具链和框架，支撑 AI 模型训练和推理，是连接基础层和应用层的关键桥梁。下游应用层则涉及垂直领域的智能化应用，例如自动驾驶、医疗影像识别、智能安防、工业检测等，是 AI 技术与实际场景深度融合的关键环节，将基础层算力和技术层算法结合，为各行业带来变革和价值。

在这个产业链中，硬件部分贯穿上下游，其重要性不言而喻。从上游的基础器件，到中游的硬件设备，再到下游垂直行业的硬件应用中，每一个环节都依赖着硬件的支持，它们共同推动着 AI 技术的发展与应用。接下来，让我们深入剖析 AI 产业链中的硬件世界，探寻其核心组成与发展趋势。

AI 产业链的三层架构

上游：基础层

上游基础层是 AI 产业的根基，主要包括计算芯片、传感器、存储器件等核心硬件，以及支持 AI 运作的云计算和数据中心基础设施。计算芯片作为 AI 的核心硬件之一，如 GPU、TPU、ASIC、FPGA 等，为 AI 的大量计算任务提供强大算力。

中游：技术层

中游技术层是连接基础层和应用层的关键桥梁，依托基础层提供的算力和数据，为 AI 应用开发提供核心技术支持。这一层涵盖了算法研发、AI 开发平台、工具链和框架，以及 AI 硬件设备。算法研发是 AI 技术的核心，机器学习和深度学习等算法让机器能够自主学习和决策。

下游：应用层

下游应用层是 AI 技术与实际场景深度融合的关键环节，将基础层算力和技术层算法结合，在多个垂直领域实现智能化应用，为行业带来变革和价值。像智能安防，自动驾驶与智能网联汽车，工业自动化，智能家居，AI 语音助手等领域，都让人们的生活更加智能化。

AI 产业链中的硬件细分

上游硬件供应

1. 计算芯片 

计算芯片是 AI 硬件的关键，常见类型包括 GPU、TPU、ASIC 和 FPGA。

lGPU（图形处理器）：原本用于图形图像任务处理，凭借强大的并行计算能力，在深度学习领域发挥着重要作用。深度学习中频繁的大规模矩阵运算，GPU 能够同时处理大量数据，运算速度大幅提升。以训练复杂的图像识别模型为例，相比 CPU，GPU 可在短时间内完成海量数据处理，效率提升数倍甚至数十倍。

lTPU（张量处理单元）：由谷歌专为深度学习打造，针对张量运算进行优化，能高效执行深度学习算法中的矩阵乘法等核心运算，显著提高深度学习的计算效率。

 lASIC（专用集成电路）：是针对特定应用场景设计的定制芯片。伴随着行业的快速发展，对低功耗、小型化和高计算性能的要求也逐步提升，华为昇腾芯片、寒武纪芯片等专为 AI 计算优化的 ASIC 应运而生，在特定任务中可实现高效、低功耗运算。

lFPGA（现场可编程门阵列）：具有可重新编程的特性，开发人员能根据实际需求灵活配置其硬件逻辑。在 AI 推理阶段，若产品需求发生变化，利用 FPGA 可快速修改硬件逻辑，实现定制化开发，提升推理效率。

• 代表厂商：GPU 领域的 NVIDIA、AMD；TPU 领域的 Google；ASIC 领域的华为昇腾、寒武纪、Broadcom；FPGA 领域的 Intel（Altera）、赛灵思（Xilinx）。

• 趋势：随着 AI 应用场景的不断细分，定制化 AI 芯片（ASIC）逐渐兴起。例如在边缘计算场景中，ASIC 芯片能够针对边缘设备的低功耗、小型化需求进行优化，在实现高效算力的同时降低能耗，满足如智能摄像头、工业检测终端等设备的计算需求。

2. 传感器 

传感器如同 AI 硬件获取外界信息的 “五官”，不同类型的传感器功能各异。

lCMOS 传感器：摄像头模组中的 CMOS 传感器通过光电转换将光信号转化为电信号，从而采集图像信息，广泛应用于安防监控、智能设备拍照等领域。代表厂商有索尼、三星、安森美、豪威科技。

激光雷达：通过发射和接收激光束，测量目标物体的距离，进而构建周围环境的三维模型，是自动驾驶汽车实现精准导航和避障的关键设备。代表厂商有 Velodyne、禾赛科技、镭神智能。

毫米波雷达：利用毫米波频段电磁波检测目标物体的距离、速度和角度，具有抗干扰能力强、全天候工作的优势，常用于汽车辅助驾驶系统。代表厂商有博世、大陆、华为。

麦克风阵列：用于采集声音信号，实现语音交互、语音识别等功能，智能音箱依靠它接收用户的语音指令。常见的麦克风阵列厂商有楼氏电子、歌尔股份等。

• 趋势：随着 AI 技术在智能驾驶、智能家居等领域的深入应用，对传感器的精度、可靠性和集成度提出了更高要求。例如，激光雷达的性能不断提升，成本逐渐降低，越来越多的自动驾驶汽车开始配备多个激光雷达以实现更全面的环境感知；麦克风阵列也在向小型化、高灵敏度方向发展，以适应智能音箱、智能耳机等设备的需求。

3. 存储器件

存储器件负责为 AI 系统存储数据，常见的有 DRAM、NAND Flash 和 HBM。

lDRAM（动态随机存储器）：作为计算机和其他电子设备的主存储器，用于临时存储正在运行的程序和数据，读写速度较快，但断电后数据会丢失。代表厂商有美光、三星、SK 海力士。

lNAND Flash（闪存）：具有非易失性，即使断电数据也能保存，常用于固态硬盘（SSD）、USB 闪存驱动器等大容量数据存储。

lHBM（高带宽内存）：专为 AI 训练等高性能计算场景设计，具备高带宽、低延迟特性，能满足 AI 模型对海量数据的快速读写需求，大幅提升计算效率。目前，三星、SK 海力士等厂商在 HBM 领域处于领先地位，其 HBM 产品为 AI 服务器提供了强大的存储支持。

• 趋势：随着 AI 模型的规模和复杂度不断增加，对存储的带宽和容量要求也越来越高。HBM 等高带宽存储技术将在 AI 硬件中得到更广泛的应用，同时，存储器件也在不断朝着更高密度、更低功耗的方向发展，以满足数据中心等大规模 AI 计算场景的需求。

中游 AI 硬件设备

1. AI 训练设备：

• 类型：高性能计算集群（HPC）是 AI 训练的核心设备，包括超级计算机与专用 AI 集群。这些集群通常由多个计算节点组成，每个节点配备高性能的处理器、GPU 等计算芯片，通过高速网络连接，实现大规模的并行计算 。

• 代表案例：NVIDIA DGX 系统是一款专为 AI 计算设计的高性能计算平台，集成了多个 NVIDIA GPU 和高速网络，能够提供强大的算力支持；华为 Atlas 系列 AI 计算平台基于昇腾芯片，提供了从边缘到数据中心的全场景 AI 计算解决方案 。

• 代表厂商：NVIDIA、华为。

2. 网络与数据中心硬件：

• 类型：网络设备包括高速交换机、光模块（如 400G/800G），用于实现数据的高速传输和交换；数据中心设备则包括服务器（如 AI 专用服务器）、电源管理设备、冷却系统等，为 AI 计算提供基础设施支持 。

• 代表厂商：思科、浪潮、新华三、宁畅、超聚变等。

• 趋势：为了满足 AI 计算对数据传输速度和稳定性的要求，网络设备正朝着更高带宽、更低延迟的方向发展。例如，400G/800G 光模块的应用逐渐普及，能够实现更高速的数据传输。同时，数据中心设备也在不断优化，以提高能源效率和计算性能，如采用液冷技术的服务器能够更好地解决散热问题，提高设备的稳定性和可靠性。

下游垂直行业设备

 1. 边缘计算设备：

• 类型：边缘计算设备是部署在靠近终端的小型算力设备，如边缘 AI 芯片模组、AI 盒子、工业级计算设备等。它们能够在本地对数据进行实时处理和分析，减少数据传输延迟，提高系统的响应速度 。

•  代表案例：NVIDIA Jetson 系列是一系列面向边缘计算的 AI 平台，提供了丰富的硬件接口和软件支持，能够方便地集成到各种边缘设备中；Intel Movidius 系列则专注于提供低功耗、高性能的边缘 AI 计算解决方案，适用于智能摄像头、无人机等设备；树莓派（附加 AI 加速模块）作为一款开源的单板计算机，通过添加 AI 加速模块，也能够实现边缘 AI 计算功能 。

2. 智能安防：

AI 摄像头、人脸识别门禁系统等广泛应用，如人脸识别、行为分析、异常检测等功能，有力保障了城市安全。通过 AI 技术对监控视频的实时分析，能快速定位可疑行为和人员，大幅提升安防效率，降低人力成本 ，并能在事后通过智能检索快速回溯相关事件，为案件侦破提供有力支持。

3. 自动驾驶与智能网联汽车：

自动驾驶计算平台、车载摄像头、雷达等是关键设备。例如自动驾驶技术的广泛应用不仅提高出行的安全性，减少人为失误导致的交通事故，还能提升交通效率，缓解交通拥堵，同时为智能网联汽车发展奠定基础，实现车与车、车与基础设施之间的信息交互，拓展更多增值服务，如远程车辆控制、实时路况导航等。

 4. 工业自动化：

工业机器人、智能检测设备等助力工业智能化升级。它们能实现生产过程的自动化控制、精准装配、质量检测等功能，提高生产效率和产品质量，降低废品率，还能在危险、恶劣环境下替代人工操作，保障工人安全。通过工业大数据和 AI 分析，还能优化生产流程，实现预测性维护，减少设备停机时间。

5. 医疗设备：

AI 辅助诊断设备等为医疗诊断提供更准确高效的手段。GE 医疗、联影医疗等厂商产品实现医疗影像智能分析和疾病诊断，辅助医生工作。例如在医学影像领域，AI 能快速识别 X 光、CT、MRI 等影像中的异常，帮助医生更准确地发现早期病变，提高诊断准确率，缩短诊断时间，使患者能得到更及时的治疗。同时，AI 还能对医疗数据进行分析挖掘，辅助医疗决策，推动精准医疗发展。

AI 硬件的发展趋势

1.边缘计算爆发

边缘计算设备正朝着小型化、低功耗化的方向发展，这一趋势使其能够更便捷地部署在靠近终端的场景中，有力地推动了 AI 向终端的渗透。在工业检测领域，边缘计算设备能够实时分析传感器采集到的数据，快速准确地预测设备故障，及时发现产品质量问题，从而实现对生产过程的精准控制，提高生产效率和产品质量。以智能工厂中的自动化生产线为例，边缘计算设备可以实时监测生产线上各个设备的运行状态，通过对振动、温度、电流等数据的分析，提前预警可能出现的故障，避免生产线的停机，减少生产损失。

2.宽禁带半导体助力硬件效率提升

SiC（碳化硅）/GaN（氮化镓）器件在 AI 设备电源管理中得到了越来越广泛的应用，它们为提升 AI 硬件的能效带来了显著的效果。与传统的硅基半导体器件相比，SiC/GaN 器件具有宽禁带宽度、高电子迁移率和击穿电场强度等优异特性，使其能够在高温、高压、高频的环境下稳定工作。在数据中心的 AI 服务器中，采用 SiC 功率器件可以将电源转换效率大幅提升。这不仅降低了服务器的能耗，减少了运行成本，还减轻了散热系统的负担，提高了服务器的稳定性和可靠性。随着技术的不断进步和成本的逐渐降低，SiC/GaN 器件有望在更多的 AI 设备中得到应用，进一步推动 AI 硬件的发展。未来，我们可能会看到更多采用宽禁带半导体器件的 AI 芯片、边缘计算设备和数据中心服务器，它们将以更高的效率和更低的能耗，为 AI 技术的应用提供更强大的支持。

3.定制化 ASIC 加速普及

随着 AI 应用场景的日益细分，特定场景对算力优化的需求愈发迫切，定制化 ASIC（专用集成电路）应运而生。在自然语言处理（NLP）领域，定制化 ASIC 能够针对文本处理的算法和任务特点进行优化，显著提升文本处理的速度和准确性。它可以快速地对大量的文本数据进行分析、理解和生成，为智能语音助手、机器翻译、文本分类等应用提供高效的计算支持。在图像处理领域，定制化 ASIC 同样表现出色，能够快速处理图像数据，实现图像识别、目标检测、图像分割等功能。在智能安防监控系统中，定制化 ASIC 芯片可以实时分析监控视频中的图像，准确识别出人员、车辆、异常行为等信息，为安防决策提供有力依据。

4.高带宽存储需求激增

随着 AI 模型的复杂度不断提升，对高带宽存储的需求呈现出激增的态势。AI 模型的训练和推理过程需要处理海量的数据，这些数据的读写速度对模型的性能和效率有着至关重要的影响。HBM（高带宽内存）等高性能存储专为 AI 训练等高性能计算场景而设计，具有高带宽、低延迟的特点，能够满足 AI 模型对数据快速读写的严格要求。在训练大型语言模型时，模型参数和训练数据量巨大，需要频繁地读取和写入数据。HBM 能够提供高速的数据传输通道，大大缩短了数据的读写时间，加速了模型的训练过程。如果使用传统的存储设备，由于其带宽和延迟的限制，会导致模型训练时间大幅延长，效率低下。

随着 AI 技术的持续发展，模型的规模和复杂度还将不断增加，对高带宽存储的需求也将越来越高。高带宽存储技术将成为推动 AI 硬件及设备发展的关键因素之一。为了满足这一需求，存储厂商不断加大研发投入，推出更高性能的存储产品。未来，我们有望看到更高带宽、更大容量的存储设备出现，为 AI 的发展提供更强大的存储支持，助力 AI 在更多领域实现突破和创新。

5.光子计算兴起

光子芯片在高速数据处理方面展现出了巨大的潜力，为 AI 计算带来了革命性的提升。光子芯片以光子作为信息载体，利用光的高速传播特性，能够实现数据的超高速传输和处理。在 AI 计算中，光子芯片可以通过光信号的并行处理，快速完成大规模的矩阵运算和神经网络计算，极大地提高了 AI 模型的训练和推理速度。与传统的电子芯片相比，光子芯片具有高速、低功耗、并行性强等优势。光子的传播速度接近光速，远远超过电子的传输速度，这使得光子芯片能够在极短的时间内处理大量的数据。同时，光子芯片在运行过程中产生的热量较少，功耗更低，有利于降低设备的能耗和散热成本。

虽然目前光子计算技术尚处于发展阶段，面临着制造工艺复杂、成本较高以及与现有计算机系统兼容性等问题，但随着科研人员的不断探索和创新，这些问题正在逐步得到解决。未来，光子计算有望成为 AI 计算的重要方向，为 AI 技术的发展注入新的活力。一旦光子芯片技术成熟并实现大规模应用，将会推动 AI 在各个领域的应用取得更大的突破，如更智能的自动驾驶系统、更精准的医疗诊断、更高效的智能安防等。

结语

AI 产业链的发展不仅将推动科技的进步，还将深刻影响经济和社会的发展。它将催生新的产业和商业模式，创造更多的就业机会，提高生产效率和生活质量。但与此同时，AI 产业的发展也带来了一些挑战，如数据隐私、伦理道德、就业结构调整等问题，需要我们共同努力，制定相应的政策和规范，确保 AI 技术的健康、可持续发展。

AI 服务器电源：下一篇的探索之旅

随着 AI 算力需求的不断增长，AI 服务器电源的功率和效率要求也将不断提高。未来，AI 服务器电源将朝着更高功率、更高效率、更智能化的方向发展，为 AI 服务器的稳定运行提供可靠的电力保障。其中有着许多值得探究的奥秘。下一篇文章，我们将聚焦 AI 服务器电源，围绕其架构、发展空间与趋势展开阐述。

参考资料：

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[2]AI 基础设施发展新机遇：透视算力产业链三大核心硬件 [EB/OL].(2025-01-22)[2024-11-27].AI基础设施发展新机遇：透视算力产业链三大核心硬件_手机搜狐网

[3]一分钟看懂，AI 全产业链，谁是龙头！(长文附图)[EB/OL].(2025-01-28)[2024-11-27].一分钟看懂，AI全产业链，谁是龙头！（长文附图）|产业链|人工智能|应用层|服务器|算法_手机网易网

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[5]趋势研判！2025 年中国算力网络行业产业链图谱、发展历程、市场规模及未来前景分析：算力需求爆发式增长，算力网络建设加速推进 [图][EB/OL].(2025-02-10)[2024-11-27].趋势研判！2025年中国算力网络行业产业链图谱、发展历程、市场规模及未来前景分析：算力需求爆发式增长，算力网络建设加速推进[图]_智研咨询

[6]AI 算力产业链如何解读？一文看懂 [EB/OL].(2024-09-26)[2024-11-27].AI算力产业链如何解读？一文看懂 文章整理：郑竹英（Tetikuei），转载请注明来源自ChatGPT爆红以来，生成式AI（AIGC）已迅速成为ICT领域... - 雪球

注释：本文含AI生成部分，请仔细甄别。