從3D圖像到數(shù)據(jù)中心，國內(nèi)GPU要克服哪些大山？

成長下的優(yōu)勢推動GPU市場

從單純的圖形控制功能發(fā)展而來,GPU已經(jīng)成為架構(gòu)復(fù)雜度最高的芯片之一。

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,2020年,GPU行業(yè)規(guī)模為200億美元,預(yù)計2021年將增長15%。從2015年到2025年,GPU行業(yè)預(yù)計平均每年增長13%,將從80億美元擴(kuò)展到350億美元的規(guī)模。

可視化需要大量的圖形、圖像計算能力,無論是云端還是邊緣側(cè)都需要大量的高性能圖像處理能力。因此最近這幾年GPU的增長速度非常快速。

從各個調(diào)研機構(gòu)的數(shù)據(jù)預(yù)測來看,GPU在AI推理市場、服務(wù)器市場、數(shù)據(jù)中心市場等都呈現(xiàn)出蓬勃增長的態(tài)勢。

隨著GPU自身在并行處理和通用計算的優(yōu)勢,逐步拓展了其在服務(wù)器、汽車、礦機、人工智能、邊緣計算等領(lǐng)域的衍生需求。

GPU是AI訓(xùn)練階段較為適合的芯片,在AI時代的云端訓(xùn)練芯片中占據(jù)較大的份額,達(dá)到64%,2019-2021年年復(fù)合增長率達(dá)到40%。

此外,推動GPU市場增長的其他因素還包括越來越多的對汽車、制造業(yè)、房地產(chǎn)和醫(yī)療保健等各個行業(yè)的圖形應(yīng)用程序和3D應(yīng)用的支持。

在最近的5年里,英偉達(dá)股價飆升2268%,在今年7月8日收盤后,英偉達(dá)市值首次超過英特爾,一度成為美國市值最高的芯片企業(yè)。

AMD公司的市值也同樣一路飆升,在最近其市值也逼近了千億美元的大關(guān)。

國內(nèi)GPU發(fā)展條件已成熟

給國產(chǎn)GPU帶來真正機遇的是AI技術(shù)的爆發(fā)和信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)的起步。

GPU 在并行計算、浮點以及矩陣運算方面具有強大的性能,逐漸在高性能計算、云端AI應(yīng)用等場景中處于主導(dǎo)地位。

雖然英偉達(dá)在這個領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位,由于其產(chǎn)品價格昂貴,且國內(nèi)對產(chǎn)業(yè)鏈安全的考量,國產(chǎn)通用GPU(GPGPU)有著廣闊的成長空間。

同樣,由于信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,國內(nèi)的桌面GPU也得到了難得的發(fā)展機遇。

在圖形GPU領(lǐng)域,還是以景嘉微和航錦科技為代表的傳統(tǒng)企業(yè)為主力。

不過,國內(nèi)從事CPU研發(fā)的企業(yè),如兆芯、龍芯等,也開始切入這個賽道,增強了國內(nèi)GPU企業(yè)的整體研發(fā)實力。

以國產(chǎn)替代為核心驅(qū)動力,在政策指引和充足資金保障下,整個信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)將為國產(chǎn)GPU帶來巨大的市場空間,遠(yuǎn)超以往的軍用等專業(yè)市場。

2019年全球AI基礎(chǔ)架構(gòu)市場規(guī)模達(dá)到20．9億美元,同比增長58．7%,其中GPU服務(wù)器占據(jù)96．1%的市場份額。

據(jù)IDC預(yù)測,到2024年中國GPU服務(wù)器市場規(guī)模將達(dá)到64億美元。如果國產(chǎn)GPU能在2024年取得30%的份額,即可獲得22億美元的市場空間。

國產(chǎn)GPU下階段的發(fā)展方向

國產(chǎn)GPU的生產(chǎn)商包括兩種:自主研發(fā)系以及引進(jìn)系。

自主研發(fā)系包括:中船重工709所、中船重工716、景嘉微、航錦科技、龍芯、上海兆芯等機構(gòu)和公司;引進(jìn)系則有凱橋資本收購的Imagination。

目前,國產(chǎn)GPU中,較為知名的為中船重工701所的凌久GP101、中船重工716所的JARIG12、景嘉微的JM7200。

現(xiàn)在國內(nèi)做GPU的企業(yè),比如芯動科技、景嘉微等都開始加速發(fā)展,芯動科技所推出的“風(fēng)華”系列GPU正在引起越來越多的關(guān)注。

芯動科技即將發(fā)布的兩款“風(fēng)華”系列智能渲染GPU圖形處理器,將逐步改變國內(nèi)桌面和服務(wù)器領(lǐng)域客戶定制高性能GPU芯片長期受制于人的局面。

這兩款GPU芯片針對國內(nèi)新基建客戶定制需求,填補國內(nèi)高性能數(shù)據(jù)中心顯卡空白,經(jīng)芯動團(tuán)隊多年研發(fā)積累,已完成設(shè)計,將實現(xiàn)年內(nèi)量產(chǎn)。

GPU的3個未來趨勢是:大規(guī)模擴(kuò)展計算能力的高性能計算(GPGPU)、人工智能計算(AIGPU)、更加逼真的圖形展現(xiàn)(光線追蹤 Ray Tracing GPU)。

此外,由于GPU越來越廣泛地應(yīng)用到手機、終端、邊緣計算節(jié)點等嵌入式設(shè)備,所以高效能也是一個永恒的追求。

據(jù)統(tǒng)計,2019年上半年中國GPU服務(wù)器市場規(guī)模為8．3億美金,同比增長53．7%,預(yù)計到2023年中國GPU服務(wù)器市場規(guī)模將達(dá)到44．5億美金,5年CAGR為27．8%。

國內(nèi)GPU要克服的[幾座大山]

①與英偉達(dá)等國際巨頭相比,國內(nèi)GPU只能屬于起步階段。在圖形GPU方面,國內(nèi)領(lǐng)先的景嘉微公司,其最新產(chǎn)品也只相當(dāng)于英偉達(dá)2018年初的水平。

數(shù)據(jù)顯示,全球GPU技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量排名前20的公司占有全球70%的GPU專利。

英偉達(dá),英特爾和AMD還是GPU技術(shù)領(lǐng)域全球?qū)＠易宄钟袛?shù)量排名的前三。其中,英偉達(dá)持有專利數(shù)量占全球總量的近20%。

②在圖形領(lǐng)域,GPU對于CPU和操作系統(tǒng)的依附性很強。在GPGPU領(lǐng)域,CUDA生態(tài)還是國內(nèi)企業(yè)必須要翻越的一座大山。

當(dāng)前的AI開發(fā)工程師,多數(shù)是在CUDA平臺上進(jìn)行開發(fā)的。因此,即使有國產(chǎn)GPU芯片可以實現(xiàn)替代,但是要開發(fā)者實現(xiàn)遷移,則是更為艱巨的一項工作。

④未來更多高清3D應(yīng)用的出現(xiàn)將帶來GPU高清圖形圖像顯示需求的持續(xù)增長,對GPU處理能力也是一項不小的挑戰(zhàn),持續(xù)改進(jìn)GPU系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計方法,提高運算能力和綜合顯示能力,以應(yīng)對高清顯示的發(fā)展要求。

⑤近些年,國外GPU技術(shù)快速發(fā)展,已經(jīng)大大超出了其傳統(tǒng)功能的范疇。國內(nèi)GPU芯片的研制雖然可滿足目前大多數(shù)圖形應(yīng)用需求,但在科學(xué)計算、人工智能及新型的圖形渲染技術(shù)方面仍然和國外領(lǐng)先水平存在較大差距,未來持續(xù)發(fā)展國產(chǎn)GPU勢在必行。

結(jié)尾:

GPU在人工智能領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展空間,芯片巨頭也紛紛看好這一領(lǐng)域。同時,在國產(chǎn)替代和新基建的雙重力量推動下,國產(chǎn)GPU將會有不錯的前景。