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信通院AI计算节点发展研究报告(异构计算——华为昇腾)

信通院AI计算节点发展研究报告(异构计算——华为昇腾)
信通院明确异构计算两大技术分级,这是评判国产与英伟达差距的唯一标尺:

顶级形态

芯片级封装异构(CPU+AI 芯片 Die-to-Die 直连、硬件统一内存),代表为英伟达GB200

主流形态

系统级 / 集群级异构(板级 PCIe/CXL 互联、软件统一调度),华为鲲鹏 + 昇腾是国产该路线的唯一全栈商用标杆。国产现状:无对标 GB200 的芯片级异构产品,但系统级异构已实现全球第二的规模化落地;追赶逻辑:短期靠集群架构补性能,中期靠 Chiplet 补封装,长期靠标准生态补壁垒

一、国产异构计算(鲲鹏 + 昇腾)真实现状

1. 硬件架构:系统级异构成熟,无芯片级 CPU-NPU 合封

报告定义国产核心路线:芯片研发 + 集群架构创新,以系统级能力弥补单芯片 / 先进封装短板,华为完全贴合该路径:

异构分工

严格遵循报告「CPU 控制面 + NPU 算力面」标准,鲲鹏 920/950 负责任务调度、数据预处理,昇腾 910/950 NPU 负责 Transformer 算子加速,纯自主指令集异构协同

集成形态

全系为PCIe 5.0/CXL 板级互联,无鲲鹏 CPU 与昇腾 NPU 的 Chiplet 合封产品;昇腾 910C 仅实现NPU 内部双 Die 同构封装,不属于 CPU+NPU 异构;

集群突破

报告点名华为 Atlas 950 SuperPoD为国产标杆,支持 8192 卡 NPU 全互联,通过自研总线实现集群级异构协同,是国内唯一万卡规模商用的自主异构平台。

2. 软件栈:异构调度全栈自主,解决核心易用性瓶颈

报告强调异构计算的核心瓶颈在软件,华为 CANN 是国产唯一达标方案:

实现鲲鹏 CPU + 昇腾 NPU 的算子级细粒度拆分,自动分配异构负载,资源利用率较传统架构提升 40%;

CANN Next 兼容 SIMT 编程模型,CUDA 代码迁移成本降低 70%,匹配报告「异构生态兼容」核心要求;

支持全局内存软件统一编址,替代硬件级共享内存,缓解千亿大模型内存墙问题。

3. 产业落地:规模化商用闭环,完成「可用→好用」跃迁

报告列举的金融、能源、工业三大核心场景,华为异构方案全覆盖:

算力规模:千卡集群普及,万卡集群落地国家电网、头部大模型厂商,集群利用率稳定 90%+;

差异化优势:全液冷架构适配单机柜 100kW + 高密度算力,PUE≤1.1,符合报告「绿色低碳」趋势;

生态格局:国内 AI 计算节点中,鲲鹏 + 昇腾市占率超 70%,是国产异构的绝对主力。

二、与英伟达 GB200 的代际硬差距

二者不属于同一技术代际,差距核心不在单卡算力,而在异构集成的底层物理形态,完全对应报告「芯片级 vs 系统级」分级:

表格

华为无任何商用 CPU-NPU Chiplet 产品,不存在对标 GB200 的 SuperChip;

CloudMatrix 超节点的高带宽仅针对NPU 间集群互联CPU-NPU 仍受 PCIe 瓶颈限制

国产异构的优势是自主可控 + 集群效率,而非单芯片集成能力,这是报告明确的产业定位。

三、信通院指引下的三层追赶策略

报告明确国产算力竞争已从单卡跑分转向系统级效率,追赶无需盲目复刻英伟达,走差异化自主路线即可实现反超,分短 / 中 / 长期落地:

短期(2026-2027 年):放大系统级优势,集群效率抹平硬件差距

核心目标:不追求芯片级封装,靠架构优化实现大模型训推性能对标

超节点架构极致优化

规模化落地 Atlas 950 SuperPoD,实现 NPU 全互联无阻塞拓扑,落地报告提出的HBD 高带宽域架构;

CXL 内存池化破局

用 CXL 3.0 实现跨节点内存共享,替代硬件统一内存,解决万亿模型内存瓶颈,这是报告重点推荐的弯道技术;

CANN 生态闭环

全面开源异构编程接口,实现 CUDA 算子 1:1 无缝兼容,降低异构开发门槛;

高密度液冷规模化

单机柜算力密度提升至 120kW,靠绿色算力形成商业化差异化优势。

中期(2028-2030 年):攻克 Chiplet 封装,实现封装级异构突破

核心目标:补齐硬件代差,推出国产首款 CPU+NPU 异构 SuperChip

分步突破封装技术

先量产昇腾 NPU 多 Die Chiplet(已技术验证),再攻克鲲鹏 CPU + 昇腾 NPU 合封,采用国产 2.5D 封装替代台积电 CoWoS;

自研 Die-to-Die 高速总线

对标 NVLink-C2C,实现 CPU-NPU 片内带宽≥500GB/s,消除 PCIe 瓶颈;

硬件统一内存落地

实现异构芯片物理内存共享,零拷贝数据交互,彻底抹平与 GB200 的核心技术差距。

长期(2030 年 +):定义自主标准,生态反超构建壁垒

核心目标:从技术跟随转向标准主导,契合报告「国产标准建设」战略

主导异构互联标准

深化 ETH-X、ODCC 国产协议,替代 NVLink/IB 私有协议,实现全球异构硬件兼容;

原生异构架构创新

设计训推一体的自主异构芯片,针对大模型算子做架构级定制,脱离英伟达技术路径;

全产业链自主闭环

打通 HBM 内存、先进封装、光互联全链条,彻底摆脱外部供应链限制。

四、终极投研结论(可直接用于报告 / 研报)

现状定论

鲲鹏 + 昇腾是全球第二、国内第一的自主异构计算方案,系统级能力成熟,芯片级封装仍空白,无对标英伟达 GB200 的 SuperChip 产品;

差距本质

不是算力落后,是集成形态代差,英伟达走「单芯片极致集成」,华为走「集群系统级创新」,二者均符合信通院异构技术定义;

追赶核心

无需盲目追单芯片,优先抓封装 + 互联 + 生态,短期靠集群效率满足商用需求,中期靠 Chiplet 补齐硬件代差;

产业价值

鲲鹏 + 昇腾已实现自主可控的异构算力闭环,是国内大模型、智算中心的唯一兜底方案,完全匹配国家算力安全战略。

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