「龍門陣14期」核芯突破！國產GPU的機會視窗和生態打法

誰掌握了前沿科技，誰就掌握了下一個時代。

在前沿科技的指向中，半導體必然是底色最好、實力最強的基石，而高階晶片可謂是排頭兵。在一眾「票友」中，如果說國內在CPU、FPGA、儲存器領域都有「星星之火」的話，那麼在GPU領域抓住新的機會視窗，儘快構建國產GPU產業鏈已成為自由之路。

而國產GPU要真正「破局」，顯然需要從IP、到晶片、到生態再到應用的全產業鏈的合作與重構。為此，集微網第十四期「集微龍門陣」於2021年5月14日19點舉辦《如何打造國產GPU產業鏈》線上論壇，邀請浪潮科學研究院首席架構師姜凱、Innosilicon公司GPU市場營銷副總陳祖文（Irwin Chen）、Imagination中國區副總裁時昕博士、愛集微諮詢總經理韓曉敏對國產GPU的破局之路進行了深入解讀與分析。據悉，在集微APP、微博、百度、視訊號和B站等的觀看數突破43000。

GPU格局之「變與不變」

GPU並不是如AI晶片一樣的「新秀」，它已在IC戰場縱橫數十年。因而，GPU除在傳統應用領域持續之外，也在新興應用方向攻城略地。

對於GPU的應用，浪潮科學研究院首席架構師姜凱表示，從整體 GPU應用來看，面向PC或遊戲的圖形卡實際上佔據大多數，約有50%以上的份額。而側重於平行計算的資料中心、高效能運算等，大概佔據30%的份額。此外，還有一些面向汽車、工業等視覺化細分應用領域。

從現有的格局來看，姜凱提到，在資料中心領域，英偉達的N卡和AMD的A卡佔據絕對優勢，其中N卡大概佔了90%以上的份額。國內寒武紀、位元大陸、芯動科技等也在佈局，但相比還要不斷修煉內功。他還樂觀斷言，隨著國內信創、自主可控的推進，國產GPU將迎來更好的發展態勢。

Imagination中國區副總裁時昕博士詳細說，按照不同應用場景，GPU可以劃分為桌面級、移動端或者說嵌入式GPU。在桌面級，英偉達、AMD和英特爾三足鼎立。在移動端，同樣是三足鼎立，「三足」分別是Arm、高通和Imagination。第三個應用場景則是車載GPU，這個市場以Imagination為主，其大約佔46％的份額。三個應用場景各有特點：伺服器更關注高效能，移動端更關注低功耗，在車載裡更關注的是穩定性、安全性、虛擬化等特質，因而造成市場格局不完全一樣。

對於格局的撼動，愛集微諮詢總經理韓曉敏認為，GPU在傳統應用如PC端等，整體格局相對穩定，國內在這一領域有一些中低端產品，但整體突破較難，因這一領域對生態要求較高。而在智慧手機領域，Arm、Imagination、高通Adreno、芯原等IP架構各有擁躉，格局恐難鉅變。而在資料中心、伺服器領域，應該說國內GPU廠商還大有可為。

作為設計廠商的代表，Innosilicon公司GPU市場營銷副總陳祖文亦信心十足：「雖然 GPU格局以英偉達、AMD、英特爾等巨頭為主，在資料中心領域國內廠商還相對較弱，但國內已有一些廠商在發力，芯動科技也將與在伺服器IP領域攻堅的國內IP廠商imagination合作推出面向伺服器的GPU卡，將不斷補齊短板。」

把握國產GPU新機遇？

而問題也隨之而來，國產GPU發展的新機遇何在？

浪潮姜凱對此談到，當前的中美貿易摩擦凸顯出國產化的重要性，國家正在從戰略角度重點推國產化，尤其是信創產業規模很大。信創GPU目前還沒有完全鋪展開，實際上潛力巨大，特別是要和龍芯、飛騰、申威等國產CPU平臺適配，GPU可能還有很多工作要做。

同時，從當前國情來看，第七次人口普查顯示中國老齡化嚴重，這將促進機器人的大範圍應用。姜凱指出，機器人實際上是個邊緣端的應用，之前的機器人因為算力都放在邊緣端所以造價比較高，而現在隨著5G的出現，算力將向雲上遷移，大批量低成本機器人可能落地，將會促進國產GPU的發展。

除了機器人之外，自動駕駛汽車也是一個規模巨大的市場。姜凱提及，目前L2級別的ADAS滲透率還不滿20%，L3乃至L4的滲透率則更低，到2030年左右有望成為一塊看得見的巨大市場。因為汽車同樣牽扯到安全，所以一定會產生國產化的機會。與新基建結合的車路協同，同樣會有大量國產GPU的機會。

時昕則最看好新技術帶來的新機遇。他介紹說，最大的機遇在於5G商用之後，過去在裝置端處理的任務，都會移到雲端去處理，包括遊戲、VR、雲手機、雲桌面等。他提及，手機可能只是雲互動的螢幕和輸入裝置，所有處理裝置都放在雲端，消費者不用擔心過兩三年手機硬體就過時了，雲桌面也是一樣的道理。總之，隨著5G的逐漸鋪開，高頻寬、低時延成為現實，將有越來越多的任務放在雲端。據研究顯示這一市場增速基本都是兩位數。同時，移動端GPU也將放在雲端，這樣可在終端和雲端兩種場景下運行，對使用者和應用開發者都是非常有利的。

在GPU IP領域深耕多年的Imagination也在謀定而後動，時昕強調，Imagination在原來以移動端GPU為主的基礎上，針對DCD（即資料中心、雲、桌面）市場推出了IP，並跟國內公司合作推出針對DCD市場的晶片。

除雲化之外，資料視覺化也是GPU的一大新機。時昕指出，人腦獲取資訊70%是通過視覺。因此資料的呈現即資料視覺化，也是非常重要的。儘管過去人們對資料視覺化已經非常重視，但從技術優化、落地來看還有很長的路要走。隨著5G時代到來，數字化轉型也隨之提上日程。數字化轉型牽扯到兩點，第一是自動化、智慧化，第二則是決策的智慧化和便利性。讓決策者能夠快速獲取大量資訊，並且能夠直觀地比較準確地做出決策，資料的視覺化是非常重要的基礎。資料視覺化在360行都用上、用好，還有非常大的潛力。

芯動科技陳祖文則從應用角度談了自己的觀點。他認為，除雲端計算應用之外，直播也是GPU發力的重要應用。因為GPU同時能支援影象的渲染和視訊的編解碼，這些對於直播來說都是至關重要的。此外，隨著大量算力向雲端遷移，國內遊戲產業將出現原生雲開發的概念，顛覆之前的遊戲業。在影視產業，同樣可以從製造到使用、播放都在雲端一站式實現，節省大量時間。

從GPU本身特性出發，韓曉敏分析了未來的市場機會。他提出，從未來趨勢來講，一方面資料量會海量提升。另一方面人與人、人與周圍環境的互動未來將向視訊、音訊轉變，更高效，對實時性要求也會更高。作為海量資料處理的核心單元，GPU未來肯定是萬物互聯時代的一個基石。只有GPU產業的充分發展和能力提高，才能有真正的萬物互聯的現實發生。而且，會有更多意想不到的互動和連線，催生更多GPU的應用。

同時，他還談到了未來AR/VR的發展。在他看來，過去幾年AR/VR發展有一些波折，核心問題還是使用者體驗不到位，硬體能力沒有跟上AR/VR技術需求。近幾年在整個行業快速發展情況下，整個GPU產業算力提升非常明顯。水漲船高，AR/VR未來兩三年可能會真正有出現一些能夠落地的需求，從而迎來真正爆發。

加快打造國產GPU產業鏈

如此多前景廣闊的應用藍圖，自然會催生一大批國產GPU投身其中。在大國博弈將是持久戰的時局下，打造國產GPU產業鏈顯然有著命系國運的更高訴求。

作為IP廠商代表，時昕指出，要加快打造國產GPU產業鏈，下游的整機廠商需要對國產GPU給予更多包容。國產CPU可能99%已達標了，可能就是那1%甚至百分之零點幾的部分，偶爾會讓使用者覺得有一點影響體驗。在這種情況下，如果下游應用廠商能幫助國產GPU廠商一起將這百分之零點幾的最後一步補齊，做到更完善，這對其發展是非常重要的。當然，全社會的支援也是不可或缺的，因為GPU並不是一般的晶片，除了本身對效能要求非常高以外，還需要完善的生態支援。

「而生態系統的建設是沒辦法彎道超車加速前行的，只能紮紮實實一點一點去打磨、去積累。這種情況下，如果全社會都能行動起來，有錢出錢，有力出力，大家一起去把需要彌補的這些空缺全都補上，那國產GPU實現效能、效率上的100%使用者滿意，是指日可待的。」時昕補充道。

從GPU設計的角度出發，芯動科技陳祖文直言，芯動科技在IP介面方面具有很強的實力，公司已研發出多種IP，可支援各種工藝製程，其中包括先進的高速儲存GDDR6/6X技術。通過與Imagination合作，正著力開發伺服器端的GPU卡。因與國外GPU廠商競爭，底層架構十分關鍵，直接關係GPU算力等。而芯動科技對標的是英偉達，目前芯動科技的GPU架構比英偉達的圖靈架構要好，但相比其新推出的安培架構還有一些差距，下一步芯動科技將繼續攻堅。

在GPU設計中，製造是不容忽視的關鍵環節。陳祖文為此也提出了自己的期望，在7nm、5nm先進工藝方面，國內設計廠商也希望能交給國內的晶圓廠代工，希望中芯國際的先進工藝能夠儘快量產。同時，國產GPU要不斷提升價效比，做到成本更低、能耗比更佳，才能不斷提升競爭力。

浪潮作為伺服器業的翹楚，浪潮姜凱從算力角度剖析說，GPU從目前來看，仍然是一個協處理器，這其中最關鍵的一點是算力。算力可以分為4個部分：生產算力、聚合算力、排程算力與釋放算力。浪潮偏向應用端，屬於釋放算力範疇。要想把產業鏈做得更好，一是要求IP廠商、晶片設計廠商能把生產算力往上提升，在聚合算力、排程算力這部分的工作加強，而如浪潮等下游整機廠商也會做更多的適配，也會往聚合算力、排程算力上發展，這樣上下游雙方就能把產業鏈閉合，助力促進國產GPU產業鏈的發展。目前在資料中心，浪潮與國產GPU的合作適配也在大力推進中。

在打造國產GPU產業鏈中，標準必然是繞不過的話題。韓曉敏認為，未來國產GPU產業鏈的機會在於，終端客戶、中介軟體廠商以及GPU廠商等能否聯手打造屬於面向國產特定應用方向的行業標準，目前在國際上還沒有完全形成統一的標準，這方面應及早佈局。

國產GPU產業鏈的構建顯然需要日拱一卒。而回望GPU數十年的發展歷程，不僅有一大批的創業公司進軍，還有一些國際巨頭也曾投入了數以十億計的資金，但最終都以失敗或放棄而告終。時昕提及，這主要原因是基礎專利被現存的GPU公司和一些圖形處理公司把持，要想重新開發高效能 GPU、且能完全繞開已有的專利佈局其實難度是非常大的。而Imagination作為純正的國內IP廠商，在GPU IP領域耕耘多年，可與國內GPU設計廠商一起加強合作，推進國產GPU加快成長。

在新的歷史訴求與時代征程之中，國產GPU正等待著新的翻篇，也必將迎來屬於自己的「芯」時代。（校對/Jane）