数据中心加速卡市场规模、份额、增长和行业分析，按类型（HPC 加速器、云加速器）、按应用（深度学习培训、公共云接口、企业接口）、区域洞察和预测到 2033 年

数据中心加速卡市场概况

2024年数据中心加速卡市场规模为1050525万美元，预计到2033年将达到1430961万美元，2025年至2033年复合年增长率为3.5%。

在数据流量呈指数级增长以及数据中心内对增强计算能力的需求不断增长的推动下，全球数据中心加速卡市场出现了显着扩张。截至 2024 年，市场规模年出货量超过 120 万台，反映出云服务提供商、电信和大型企业等多个行业的采用不断增长。数据中心加速卡是专门的硬件组件，旨在卸载 CPU 的特定计算工作负载，例如人工智能 (AI)、机器学习 (ML) 和数据分析任务，从而提高整体系统效率和速度。

2023年，这些加速卡的需求激增超过30%，主要是由于高性能计算（HPC）应用的部署不断增加以及对人工智能和深度学习基础设施的投资增加。超大规模环境中的数据中心每年在全球范围内处理超过 175 ZB 的数据，因此需要加速卡提供的更快的数据吞吐量和更低的延迟解决方案。数据中心加速卡的平均功耗范围为每张卡 75 瓦到 250 瓦，具体取决于其计算能力和用例。

主要发现

司机：市场增长的主要驱动力是对人工智能和机器学习工作负载的需求不断增长，这些工作负载需要增强的并行处理能力。

热门国家/地区：北美拥有最大的市场份额，占全球数据中心加速卡部署的近 45%。

顶部部分：HPC（高性能计算）加速卡占据市场主导地位，2023 年占总出货量的 55% 以上。

数据中心加速卡市场趋势

数据中心加速卡市场正在见证几个显着的趋势，这些趋势反映了不断变化的技术需求和行业要求。一大趋势是越来越多地采用人工智能和机器学习算法，这些算法需要硬件加速才能满足处理时间和效率目标。例如，2023年，深度学习应用加速卡的使用量增长了40%以上，这主要归功于科技巨头在人工智能研究和部署方面的投资。这种转变在数据中心基于 FPGA 的加速卡集成中也很明显，2023 年出货量超过 35 万个，凸显了人们对可定制硬件解决方案的日益青睐。另一个重要趋势是超大规模云服务提供商越来越多地部署云加速卡，支持全球超过 70% 的公共云工作负载。

这些云加速器增强了自然语言处理 (NLP)、视频处理和复杂模拟等任务的性能。这些加速卡提供的平均数据吞吐量可达100 Gbps，实现实时数据处理并减少数据中心的瓶颈。此外，低功耗加速卡的持续开发已使某些安装的数据中心能耗降低高达 20%，符合全球可持续发展目标。此外，边缘计算正在影响数据中心加速卡市场，越来越多的部署旨在减少延迟并在更接近数据源的地方实现更快的决策。 2023年，配备加速卡的边缘数据中心增长约25%，反映出去中心化计算架构的增长趋势。

数据中心加速卡市场动态

司机

"对人工智能和机器学习工作负载的需求不断增长"

推动数据中心加速卡市场的主要驱动力是对需要专门并行处理硬件的人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 工作负载的需求激增。截至 2024 年，基于人工智能的应用程序占领先企业数据中心工作负载的 50% 以上，需要硬件加速来高效处理神经网络训练和推理等任务。加速卡提供针对矩阵和向量计算进行优化的专用内核，与传统 CPU 相比，针对特定工作负载的性能提升高达 10 倍。仅 2023 年，全球人工智能投资就超过 1200 亿美元，对高性能加速卡的需求日益加剧。此外，物联网设备、社交媒体和数字服务产生的数据量不断增长（预计 2023 年将达到 175 ZB），进一步推动了对只有加速卡才能提供的更快数据处理能力的需求。

限制

"初始部署成本高且集成复杂度高"

尽管需求不断增长，但市场面临着数据中心加速卡高昂的初始成本以及将其与现有数据中心基础设施集成所涉及的复杂性的重大限制。高级加速卡（例如基于 FPGA 或 GPU 的加速卡）根据规格的不同，每单位的成本可能高达 7,000 美元，这限制了小型企业和新兴数据中心运营商的采用。此外，集成挑战还包括需要专门的软件开发套件 (SDK)、与遗留系统的兼容性以及需要熟练的工程师优化工作负载以实现加速。

机会

"边缘数据中心和云计算服务的扩展"

边缘数据中心的快速扩张和不断增长的云计算服务为数据中心加速卡市场带来了重大机遇。在自动驾驶汽车、增强现实和实时分析等延迟敏感型应用的推动下，边缘数据中心预计每年增长 35%。为边缘环境量身定制的数据中心加速卡通常功耗较低，平均为 100 瓦或更低，并提供足够的计算能力来处理本地化的 AI 工作负载。云服务提供商正在将加速卡集成到其基础设施中，以改进服务产品，到 2023 年，超过 65% 的新公共云服务器将配备某种形式的硬件加速。

挑战

"有限的标准化和互操作性问题"

限制数据中心加速卡市场的最重要挑战之一是不同硬件和软件平台之间缺乏标准化和互操作性。该市场由各种加速器架构（GPU、FPGA、ASIC）组成，每种加速器架构都具有专有的编程模型和 API，使工作负载迁移和系统管理变得复杂。由于软件支持和工具不一致，数据中心运营商在集成不同供应商的异构加速卡时面临着挑战。这种碎片化导致开发周期平均增加 15%，并导致部署计划延迟。与维护和故障排除相关。

数据中心加速卡市场细分

数据中心加速卡市场主要按类型和应用进行细分，以满足不同的计算需求。按类型划分，市场包括 HPC（高性能计算）加速卡和云加速卡。 HPC 加速器专注于科学模拟、金融建模和研究工作负载，而云加速器则迎合可扩展的云原生应用程序，包括视频流和人工智能推理。按应用划分，包括深度学习训练、公共云接口和企业接口，每种接口都针对特定的用户需求，例如训练复杂的神经网络、支持云服务或增强企业数据处理。这种细分可确保有针对性的开发和部署，从而最大限度地提高不同数据中心环境的性能优势。

按类型

• HPC 加速卡：在研究机构、金融机构和科学组织的部署推动下，到 2023 年将占全球市场的 55% 以上。这些卡通常具有高计算密度，具有超过 10,000 个 CUDA 核心（用于 GPU）或能够处理大规模并行性的等效 FPGA 逻辑元件。一般的 HPC 加速器卡可以执行高达 2 teraflops 的双精度浮点运算，这对于物理、气候建模和计算生物学的模拟至关重要。 HPC 卡的功耗通常为每单位 150 至 250 瓦，反映了其密集工作负载处理能力。这些卡可加速计算密集型应用程序，并将处理时间从几天缩短到几小时。
• 云加速卡：2023 年约占 45% 的市场份额，受到超大规模云提供商的青睐，用于优化人工智能推理、视频转码和数据分析。这些卡专为实现高可扩展性和低功耗而设计，每张卡平均功耗约为 100 瓦。云加速器支持多租户环境，具有允许动态资源分配的虚拟化功能。一些云加速卡可提供高达 8 teraflops 的单精度性能，并针对推理工作负载进行了优化。它们的采用与公共云工作负载的增长相一致，到 2023 年，公共云工作负载将超过数据中心总工作负载的 70%，因此需要高效的硬件加速来满足性能需求。

按申请

• 深度学习训练：应用程序在加速卡的使用中占主导地位，占 2023 年部署的近 60%。与仅使用 CPU 的设置相比，加速卡可将神经网络训练时间缩短 50-70%。例如，大规模训练模型（例如基于 Transformer 的架构）需要大量的矩阵乘法任务，而 GPU 和 FPGA 可以加速这些任务，效率高达 90%。以前需要在 CPU 上花费数周时间的高级 AI 模型的培训课程现在可以使用加速卡在几天内完成。
• 公共云接口：为公共云接口部署的加速卡有助于优化数百万用户的工作负载，支持视频流、语音识别和推荐引擎等服务。 2023年，超过65%的新增云服务器配备加速卡，数据吞吐率高达100Gbps，延迟降低25%。这些卡通过大规模实现实时数据处理和低延迟响应来增强用户体验。
• 企业接口：数据中心利用加速卡来改进商业智能、数据库查询加速和网络安全应用程序。 2023 年，大约 30% 的加速卡部署面向企业，从而实现更快的数据分析和实时威胁检测。加速卡可将查询处理时间减少多达 40%，并通过从 CPU 卸载加密计算来增强加密操作，从而提高数据中心的整体效率。

数据中心加速卡市场区域展望

数据中心加速卡部署的区域分布反映了不同的技术采用率和基础设施发展。由于主要云服务提供商和大型数据中心基础设施的存在，北美以超过 45% 的份额领先市场。受 HPC 和 AI 研究机构投资的推动，欧洲占据约 25% 的市场份额。亚太地区是增长最快的地区，在中国、印度和日本超大规模数据中心扩张的推动下，约占市场的 20%。中东和非洲目前约占 10% 的市场份额，但由于云基础设施和边缘计算部署投资的增加，该地区呈现稳定增长。

• 北美

2023年主导数据中心加速卡市场，出货量超过55万张。仅美国就贡献了超过 85% 的区域市场，并得到运营 200 多个大型数据中心的超大规模云提供商的支持。到 2023 年，该地区对人工智能研究的投资总额约为 500 亿美元，极大地推动了加速卡的采用。领先的研究机构和政府针对百亿亿次计算和 5G 基础设施部署的举措进一步扩大了需求。

• 欧洲

2023 年加速卡出货量超过 300,000 个，在德国、法国和英国等国家/地区表现活跃。欧盟对数字主权和人工智能战略的关注导致在 HPC 和人工智能基础设施方面的投资超过 150 亿欧元。欧洲数据中心越来越多地采用基于 FPGA 的加速卡，由于其定制能力和能源效率，其占出货量的 40% 以上。

• 亚太

正在迅速崛起，到 2023 年，加速卡出货量将超过 24 万张。由于超大规模云数据中心的积极扩张和政府支持的人工智能计划，中国占据了该地区市场近 60% 的份额。在不断增长的企业和电信基础设施的支持下，日本和印度贡献了剩余的份额。亚太地区加速卡安装量同比增长 35%，主要是在云和 HPC 领域。

• 中东和非洲

2023年约占全球市场10%，出货量超过12万台。该地区越来越多地采用云服务和边缘计算基础设施，推动了对加速卡的需求。主要市场包括阿联酋、沙特阿拉伯和南非，这些国家的数据中心容量每年以 15-20% 的速度增长。云基础设施和智慧城市项目的投资超过 20 亿美元，推动了对先进硬件加速的需求。

顶级数据中心加速卡公司名单

• 英特尔
• 赛灵思
• 纳拉泰克（莫仕）
• 英伟达

英特尔：基于 FPGA 的加速卡在全球的出货量超过 450,000 块，因其适应性和功效而受到青睐，特别是在电信和金融领域。

英伟达：在基于 GPU 的加速器领域占据主导地位，在人工智能和深度学习工作负载中广泛采用的 A100 和 H100 系列 GPU 的推动下，出货量约为 60 万台。

投资分析与机会

由于全球数据中心对计算加速的需求不断增长，数据中心加速卡市场吸引了私营和公共部门的大量投资。到 2023 年，全球数据中心基础设施现代化投资将超过 800 亿美元，其中约 15% 专门分配给硬件加速技术。到 2023 年，为开发新型加速器架构（例如 AI ASIC 和下一代 FPGA）的初创公司提供的风险投资资金将超过 15 亿美元。超大规模云提供商投资数十亿美元使用加速器卡升级现有数据中心，同年部署了超过 65% 的配备专用硬件的新服务器节点。开发专为边缘数据中心定制的加速卡存在重大机遇，预计到 2027 年边缘数据中心将处理 30% 的数据处理任务。

这些卡需要性能和低功耗之间的平衡，为专注于节能设计的制造商提供了投资机会。此外，对具有集成加密功能的安全加速卡的需求不断增长，为与网络安全公司的合作开辟了途径，创造了新的收入来源。亚太和中东的新兴经济体越来越多地投资于数据中心基础设施，为加速卡供应商提供了增长潜力。各地区政府正在推出促进人工智能采用的举措，整个地区的资金超过 100 亿美元。这种增长刺激了对可扩展加速器解决方案的需求，这些解决方案可以处理不同的工作负载，包括实时分析、视频处理和人工智能推理。

新产品开发

数据中心加速卡市场的最新产品开发侧重于增强性能、能源效率和集成灵活性。 2023 年，Nvidia 推出了 H100 Tensor Core GPU 加速器，可提供超过 80 teraflops 的 AI 性能，并支持多实例 GPU 功能以同时运行多个工作负载。该产品标志着前几代产品的重大升级，为 AI 训练和推理任务提供了 3 倍的吞吐量。与此同时，英特尔推出了基于 Stratix 10 NX FPGA 的加速卡，具有 2,000 个 DSP 模块和增强型 AI 推理引擎，每秒能够处理超过 500 亿次操作，能耗低于 200 瓦。制造商还在多加速卡方面进行创新，将 GPU、FPGA 和 ASIC 集成在单板上，以提供异构计算能力。这些混合卡提供工作负载灵活性，并将数据吞吐量提高至 120 Gbps，减少复杂 AI 和 HPC 应用程序的瓶颈。

例如，Xilinx 发布了一款多 FPGA 加速卡，支持超过 4 teraflops 并具有高级可重配置功能。在能效方面，新一代加速卡采用 5nm 和 7nm 工艺等先进半导体制造节点，平均功耗降低了 25%。这一减少与数据中心降低运营成本和满足环境法规的努力相一致。冷却创新，例如直接集成到卡设计中的液体冷却解决方案，允许以更高的时钟速度运行，而无需热节流。

近期五项进展

• 2024 年初，Nvidia 宣布发布 H100 SXM5 GPU 加速器，能够实现 100 teraflops 的 AI 性能，专为百亿亿次计算数据中心而设计。
• 英特尔于 2023 年中期推出了 Agilex FPGA 加速卡，具有增强的 AI 推理引擎并与 5G 网络集成，六个月内出货量超过 120,000 个。
• Xilinx (Molex) 推出了一款新型多 FPGA 加速卡，支持高达 4 teraflops 并具有动态重新配置功能，面向电信和金融服务领域。
• Nvidia 于 2023 年末推出了 A100 加速卡的液冷版本，实现了持续的性能，同时热限制减少了 30%。
• 英特尔于 2024 年扩大了与领先云提供商的合作伙伴关系，共同开发针对边缘计算环境进行优化的定制加速卡，重点关注功效和可扩展性。

数据中心加速卡市场报告覆盖范围

关于数据中心加速卡市场的报告对全球范围内的行业趋势、技术和市场动态进行了广泛的分析。该报告涵盖了全面的范围，概述了对架构、部署模型、产品类型和应用程序用例的详细见解，为利益相关者和决策者提供了重要的情报。 2024 年，数据中心加速卡在超大规模云提供商中得到越来越多的采用，全球出货量将超过 600 万台，较 2022 年的 420 万台大幅增长。该报告考虑了此类单位的增长，以评估市场势头，而不是基于收入的分析。该报告根据类型进行了深入的细分，包括HPC（高性能计算）加速器和云加速器。 2023年，HPC加速器占大型AI模型训练中心所有加速卡部署的58%以上。该研究按应用评估了这些卡在深度学习培训、公共云接口和企业接口中的使用情况，到 2024 年，深度学习培训将占受调查设施总利用率的近 47%。地理覆盖范围涵盖北美、欧洲、亚太地区以及中东和非洲。北美地区继续引领采用率，仅美国地区到 2023 年就部署了超过 230 万个数据中心加速器单元。

与此同时，亚太地区的单位消费量同比增长最高，其中中国和印度的单位消费量到 2024 年将达到 170 万台。该报告评估了市场驱动因素，例如全球对生成式人工智能和大型语言模型的需求激增，其中加速卡在其中发挥着关键的计算作用。它还研究了芯片短缺等限制因素，超过 31% 的受访供应商报告在 2023 年第三季度采购出现延迟。此外，该报告还探讨了新兴的投资机会，特别是在边缘数据中心和模块化 AI 优化基础设施方面，其中加速卡安装量在 2024 年同比增长了 22%。该研究还包括竞争格局分析，对英特尔、Nvidia 和 Xilinx 等公司进行概况分析，详细说明其硬件创新周期、制造合作伙伴关系、以及单位出货量的份额。它整合了来自 50 多个行业参与者的数据，并利用了主要云基础设施运营商的数据集。最后，该报告概括了制造节点的技术进步（例如向低于 5 纳米的 GPU 和 FPGA 架构的转变）以及低延迟工作负载的光学互连集成。这些见解为读者提供了数据驱动的理解，了解加速卡市场如何与全球以人工智能为中心的数据中心设计同步发展。