近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)GPU頻頻傳出好消息。景嘉微宣布其JM9系列第二款GPU已經(jīng)完成流片、封裝階段工作。芯動(dòng)科技在去年底推出一顆“風(fēng)華1號(hào)”，填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)4K級(jí)桌面顯卡和服務(wù)器級(jí)顯卡兩大空白。2020年成立的摩爾線程在1年后發(fā)布了第一代MUSA系統(tǒng)架構(gòu)GPU，并可量產(chǎn)交付。壁仞科技也緊跟著宣布首款通用GPU芯片點(diǎn)亮成功。

在市場(chǎng)和政策的推動(dòng)下，曾經(jīng)蒙塵的國(guó)產(chǎn)GPU開始閃爍自己的光芒。這是國(guó)產(chǎn)GPU的黃金時(shí)代。

國(guó)產(chǎn)GPU的發(fā)展到什么地步？

據(jù)Verified Market Research數(shù)據(jù)顯示，2020年中國(guó)大陸的獨(dú)立GPU市場(chǎng)規(guī)模為47．39億美元，預(yù)計(jì)2027年中國(guó)大陸GPU市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)345．57億美元。

如此廣闊的中國(guó)市場(chǎng)中，國(guó)產(chǎn)GPU的市占比卻少的可憐。2019年，中國(guó)芯片的自給率僅為30％左右，從中國(guó)主要芯片國(guó)產(chǎn)化率來(lái)看，射頻芯片、移動(dòng)通信終端、模擬芯片、閃存、微控制器、內(nèi)存、可編輯邏輯器件的國(guó)產(chǎn)化率分別為40％、24％、15％、5％、3％、1％、1％。謹(jǐn)慎估計(jì)GPU芯片的國(guó)產(chǎn)化規(guī)模約37億元。

但屬于高端芯片的GPU研發(fā)卻并不容易。Intel一直想踏足高端GPU領(lǐng)域，但仍未成功。英特爾最早的GPU研發(fā)可以追溯到 1997 年，英特爾通過(guò)收購(gòu)C＆T 獲得了 2D 顯示核心技術(shù)，3D 技術(shù)源于擁有 20％股權(quán)的 Real3D。但直到2022年4月，Intel仍未推出自己消費(fèi)級(jí)的獨(dú)立 GPU 產(chǎn)品。

國(guó)內(nèi)GPU究竟達(dá)到國(guó)際的什么水平？

從國(guó)內(nèi)GPU龍頭景嘉微的產(chǎn)品來(lái)看，景嘉微在2021年9月推出的JM9231和JM9271將采用業(yè)界主流的統(tǒng)一渲染架構(gòu)，支持 OpenGL4．5接口，可以無(wú)縫兼容市面上主流的CPU、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。

JM9231性能與國(guó)際同類公司2016年中低端產(chǎn)品性能相當(dāng)，主要針對(duì)國(guó)產(chǎn)化辦公電腦，便攜式計(jì)算機(jī)、中低端的游戲機(jī)和高端嵌入式系統(tǒng)等消費(fèi)電子領(lǐng)域。JM9271在JM9231基礎(chǔ)上對(duì)科學(xué)計(jì)算能力進(jìn)行大幅度提高和改進(jìn)，可以達(dá)到國(guó)際同類公司2017年中高端產(chǎn)品的性能。

可以看出，相較于國(guó)際巨頭，國(guó)內(nèi)GPU的性能差距還很遠(yuǎn)。因此對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)，推動(dòng)GPU的自主研發(fā)刻不容緩。

國(guó)產(chǎn)GPU的黃金時(shí)代

盡管國(guó)內(nèi)GPU的發(fā)展存在很多問(wèn)題，但筆者仍然認(rèn)為現(xiàn)在的時(shí)代是國(guó)產(chǎn)GPU發(fā)展的黃金時(shí)代。

我們正在進(jìn)入“一切需要可視化的時(shí)代”，這幾年市場(chǎng)對(duì)于GPU的需求增長(zhǎng)極快?？梢暬枰罅康膱D形、圖像計(jì)算能力，無(wú)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。

GPU在AI、數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域需求極大。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2022年全球AI芯片市場(chǎng)將達(dá)352億美元。其中GPU占比最大，Goldman預(yù)計(jì)到2025年GPU占比將達(dá)到57％。

GPU巨頭英偉達(dá)2022年發(fā)布的財(cái)報(bào)中各項(xiàng)經(jīng)營(yíng)指標(biāo)驚人，2022財(cái)年全年?duì)I收269億美元，相比2021財(cái)年增加103億美元，同比增長(zhǎng)61％；凈利潤(rùn)97．5億美元，同比增長(zhǎng)122％。不管是營(yíng)收還是凈利潤(rùn)，均創(chuàng)紀(jì)錄 。

無(wú)論是客戶需求還是供應(yīng)商的市值變化都在證明——GPU市場(chǎng)正處于火爆時(shí)刻。

在2006年，國(guó)務(wù)院頒布了《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006年－2020年）》，“核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品”（簡(jiǎn)稱“核高基重大專項(xiàng)”）位列16個(gè)科技重大專項(xiàng)首位，也被稱之為“01專項(xiàng)”，國(guó)產(chǎn)GPU位列其中。

國(guó)務(wù)院印發(fā)《新時(shí)期促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》，《若干政策》強(qiáng)調(diào)，集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)的核心，是引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵力量。國(guó)務(wù)院發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)芯片自給率要在2025年達(dá)到70％

自2017年以來(lái)，多個(gè)中國(guó)新一代初創(chuàng)型GPU研發(fā)公司相繼成立，逐漸成為中國(guó)GPU歷史舞臺(tái)上的一員。

在圖形GPU領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)以景嘉微、航錦科技等為代表的傳統(tǒng)企業(yè)為主力。另外，從事CPU研發(fā)的企業(yè)（如兆芯、龍芯等），也開始切入這個(gè)賽道，增強(qiáng)了國(guó)內(nèi)GPU企業(yè)的整體研發(fā)實(shí)力。

景嘉微是中國(guó)第一家成立的GPU公司，公司產(chǎn)品主要分為圖形圖像處理系統(tǒng)、小型雷達(dá)系統(tǒng)、GPU 芯片，廣泛應(yīng)用于軍工行業(yè)。公司圖形顯控領(lǐng)域產(chǎn)品包括圖顯模塊和加固類產(chǎn)品，其中圖顯模塊是核心產(chǎn)品。

景嘉微成立當(dāng)年，恰逢我國(guó)軍用飛機(jī)圖形顯控系統(tǒng)由使用 DSP 與 FPGA 圖形加速器向使用 GPU 圖形處理器升級(jí)，公司準(zhǔn)確把握機(jī)遇，將大量資源投入飛機(jī)圖形顯控領(lǐng)域的研究。也正因如此，景嘉微最初是制作軍工產(chǎn)品起家。

摩爾線程在2020年6月成立，用18個(gè)月發(fā)布全新統(tǒng)一系統(tǒng)架構(gòu)MUSA和全能GPU產(chǎn)品“蘇堤”等系列新品。其公司創(chuàng)始人兼CEO張建中此前曾任英偉達(dá)全球副總裁、中國(guó)區(qū)總經(jīng)理，在GPU行業(yè)深耕超過(guò)15年，帶領(lǐng)英偉達(dá)開拓建立了GPU在中國(guó)的完整的生態(tài)系統(tǒng)。

沐曦集成電路在2021年完成數(shù)億元PreA＋輪融資，融資由兩家“國(guó)家隊(duì)”：國(guó)調(diào)基金、中網(wǎng)投聯(lián)合領(lǐng)投，聯(lián)想創(chuàng)投等多家機(jī)構(gòu)跟投。據(jù)稱這家高性能通用GPU芯片設(shè)計(jì)公司的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)主要來(lái)自AMD等國(guó)際公司，擁有從40nm到7nm制程GPU芯片的設(shè)計(jì)和量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

芯瞳半導(dǎo)體創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)來(lái)自西郵GPU研發(fā)團(tuán)隊(duì)，這家專注于計(jì)算機(jī)圖形和高性能計(jì)算的芯片設(shè)計(jì)初創(chuàng)公司將在南京投資1．5億元，開發(fā)高性能、高可靠和高穩(wěn)定性的國(guó)產(chǎn)自主GPU和人工智能芯片。

天數(shù)智芯自研的一款7納米GPGPU（通用圖形處理器）芯片產(chǎn)品卡——BI成功發(fā)布，這是中國(guó)第一款全自研且有產(chǎn)品面世的GPGPU的芯片。其首款全自研GPU架構(gòu)下的7nm云端訓(xùn)練芯片及GPGPU產(chǎn)品卡已亮相，這款芯片采用臺(tái)積電7nm制程、容納240億晶體管及采用2．5DCoWoS晶圓封裝技術(shù)。

國(guó)產(chǎn)GPU發(fā)展困境

IP授權(quán)

國(guó)產(chǎn)GPU最近一段時(shí)間借助IP授權(quán)多點(diǎn)開花，紛紛流片成功或量產(chǎn)，算是邁出了艱難的第一步。

任何一款高端芯片的打造都離不開IP。一個(gè)GPU中行業(yè)IP核占用的面積超過(guò)了80％。但I(xiàn)P的研發(fā)并不輕松，GPU IP自研需要36－48個(gè)月以及200個(gè)工程師，而采用外購(gòu)IP的方式，可以減少12－18個(gè)月開發(fā)周期。

芯動(dòng)科技于去年發(fā)布的GPU“風(fēng)華1號(hào)”，其IP購(gòu)買自英國(guó)GPU技術(shù)授權(quán)公司Imagination。獲得架構(gòu)許可后，芯動(dòng)科技探索了很多自己的方案，包括自研的Cache一致性Innolink Chiplet技術(shù)，內(nèi)置國(guó)產(chǎn)物理不可克隆iUnique Security PUF信息安全加密技術(shù)等。因此“風(fēng)華1號(hào)”GPU80％以上的IP都屬于自主研發(fā)。

外購(gòu)IP加上自研設(shè)計(jì)非常有利于商業(yè)變現(xiàn)，可以快速獲得成熟系統(tǒng)和后端版圖，同時(shí)也有利于快速構(gòu)建軟件棧和底層工業(yè)API適配，極大的降低研發(fā)周期和風(fēng)險(xiǎn)。如今國(guó)內(nèi)主要的通用計(jì)算＋圖形GPU創(chuàng)業(yè)公司，如芯動(dòng)、摩爾線程、壁仞等等都使用Imagination IP或者芯原授權(quán)的IP。但使用IP授權(quán)也有缺點(diǎn)，即核心電路專利無(wú)法自控和自主迭代。

創(chuàng)業(yè)熱潮下的生產(chǎn)困境

隨著GPU成為AI計(jì)算的必需品，一波GPU創(chuàng)業(yè)潮在中國(guó)市場(chǎng)興起。據(jù)統(tǒng)計(jì)僅2020～2021年，GPGPU領(lǐng)域就有近20起融資事件發(fā)生。2018年12月瀚博半導(dǎo)體在上海成立，目前已經(jīng)完成總計(jì)5000萬(wàn)美元的A輪融資；2019年成立的壁仞科技，在2021年3月完成了B輪融資，18月累計(jì)融資超過(guò)47億元；同年11月芯瞳半導(dǎo)體成立；2021年，沐曦集成電路宣布完成10億元人民幣A輪融資。

但初創(chuàng)之下國(guó)產(chǎn)GPU仍然面臨生產(chǎn)困難。目前和AI相關(guān)的大芯片，因?yàn)樾枰狢oWoS等先進(jìn)封裝，所涉及的中介層原材料非常緊缺，在目前產(chǎn)能吃緊的情況下，對(duì)于已經(jīng)推出一些產(chǎn)品的初創(chuàng)GPU企業(yè)，會(huì)面臨短期盈利的問(wèn)題。

并且GPU市場(chǎng)早已被虎視眈眈的英偉達(dá)、AMD包圍，中國(guó)GPU芯片初創(chuàng)公司需要和這些擁有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)實(shí)力的巨頭競(jìng)爭(zhēng)，必然是處于劣勢(shì)。

成本難降，量產(chǎn)數(shù)量少

芯片量產(chǎn)前還要經(jīng)歷冗長(zhǎng)的設(shè)計(jì)測(cè)試流程。通常一款高端芯片前端和后端設(shè)計(jì)要耗1～3年，設(shè)計(jì)完成后流片環(huán)節(jié)需要3～6個(gè)月，期間還會(huì)有流片失敗一切重來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。即使成功流片，還需經(jīng)過(guò)3～12個(gè)月的產(chǎn)品測(cè)試調(diào)優(yōu)，才能開啟量產(chǎn)。

因此盡管越來(lái)越多的GPU廠商涌入，但陣陣喧鬧過(guò)后，市場(chǎng)上仍未見可與國(guó)際巨頭對(duì)標(biāo)的量產(chǎn)產(chǎn)品。

國(guó)內(nèi)GPU生態(tài)突圍

此外，對(duì)于國(guó)產(chǎn)GPU來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品如何實(shí)現(xiàn)規(guī)?；逃?，搭建國(guó)產(chǎn)GPU生態(tài)同樣是一個(gè)難題。芯片的成功和成熟需要大量的驗(yàn)證和出貨，而找到可持續(xù)的落地場(chǎng)景才是長(zhǎng)期發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。

ICViews采訪業(yè)內(nèi)人士其表示：“目前國(guó)產(chǎn)GPU在相同性能下，價(jià)格更貴。同時(shí)，由于英偉達(dá)等國(guó)外龍頭推出GPU時(shí)間更長(zhǎng)，長(zhǎng)期使用國(guó)外GPU的廠商出于慣性也不會(huì)突然更換國(guó)產(chǎn)GPU?！?/p>

尚未成熟的GPU在搭建國(guó)內(nèi)生態(tài)上也捉襟見肘。

風(fēng)口之下，國(guó)產(chǎn)GPU如何發(fā)展？

GPU是一個(gè)高技術(shù)含量的賽道，而且我國(guó)在這一領(lǐng)域發(fā)展已經(jīng)落后許久。盡管近年來(lái)突然開始有不少初創(chuàng)公司踏足GPU領(lǐng)域，并受到資本青睞，但我國(guó)想要徹底打破GPU壟斷并不是一件易事。

GPU 設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，包含硬件架構(gòu)、算法、軟件生態(tài)等多個(gè)組成，缺一不可。從GPU的發(fā)展歷程來(lái)看，GPU單芯片算力增長(zhǎng)速度超過(guò)CPU，在算力競(jìng)爭(zhēng)上，GPU也比CPU更勝一籌。

沐曦集成電路CEO陳維良曾表示：“全球高性能GPU市場(chǎng)被國(guó)外公司壟斷，核心算力芯片受制于人，國(guó)家安全以及國(guó)計(jì)民生存在巨大的不可控風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)產(chǎn)替代勢(shì)在必行。”

在市場(chǎng)、政策的推動(dòng)下，國(guó)產(chǎn)GPU百花齊放，這將是國(guó)產(chǎn)GPU最好的時(shí)代。