谷歌TPU芯片：硬件架构及供应链全景梳理

来源：市场资讯

（来源：伏白的交易笔记）

一. 谷歌TPU概览

谷歌TPU（张量处理单元）是专为AI/机器学习设计的ASIC芯片，核心目标是优化矩阵运算，解决传统通用芯片的效率与能耗瓶颈。

目前谷歌TPU已迭代至v7（Ironwood），支撑搜索、Gemini大模型训练与推理等业务，并通过Google Cloud向外部客户提供云服务。

1.1 ASIC芯片解析

ASIC（专用集成电路）是专为特定应用或场景定制的芯片，通过固化硬件逻辑实现性能和能效的极大提升。

在AI领域，ASIC包括TPU（张量处理器）、DPU（数据处理器）、NPU（神经网络处理器）、LPU（语言处理单元）等种类。

1.2 TPU与GPU比较

（1）GPU：通用并行计算架构（SIMT），通过大量CUDA核心实现并行处理，适合图形渲染、通用运算等多种任务。

（2）TPU：完全舍弃通用计算模块，专注AI任务（推理及训练）；采用脉动阵列架构优化张量运算，能效比更高。

1.3 谷歌v7与英伟达B200比较

（1）B200：FP8算力4500TFLOPS、192GB HBM3e内存、带宽8.0TB/s、功耗700W。

（2）v7：FP8算力4600TFLOPS、192GB HBM3e内存，带宽7.4TB/s、功耗157W。

1.4 TPU硬件架构

（1）计算单元：脉动阵列（乘法累加单元MAC互连形成物理矩阵），并引入TensorCore（浮点运算）、SparseCore（负责稀疏数据）。

（2）存储单元：采用分层设计，包括HBM（高带宽内存）、片上缓存（缓存高频数据，减少HBM访问次数）。

（3）互联单元：通过ICI技术（TPU芯片间高速互联）实现协同计算。

二. 谷歌TPU部署场景（除自用）

（1）TPU VM

TPU的核心部署场景为Google Cloud（GCP），其提供云端算力服务；

TPU VM是GCP推出的TPU虚拟机服务，将TPU与CPU、存储等高度整合，用户可按需租用，无需自行搭建服务器。

（2）TPU Pod集群

数千个TPU互联的超大规模集群，通过OCS技术动态调整集群拓扑。

（3）第三方托管

谷歌长期采用自研自托管策略，仅有限开放给第三方，如Fluidstack等云服务商（CSP）。

三. 谷歌TPU供应链

3.1 芯片环节

（1）芯片设计：谷歌自研，合作方联发科、博通。

（2）晶圆制造与封装：台积电，采用CoWoS封装（HBM与TPU集成）。

（3）测试：日月光。

3.2 硬件配套

（1）模组代工：天弘科技、纬创力、工业富联。

（2）HBM：SK海力士、三星。

（3）PCB/CCL：沪电股份、胜宏科技、深南电路、欣兴电子；松下、台光。

（4）光模块：中际旭创、新易盛。

（5）液冷：维谛技术、英维克。

（6）电源模块：台达、光宝、新雷能。