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從零開始研發(fā)GPU，堪稱一條“孤獨(dú)的奮斗之路”。GPU有多重要？技術(shù)壁壘又有多高？

《科創(chuàng)板日?qǐng)?bào)》9月1日訊 今日多只GPU概念股走高。截至午間，寒武紀(jì)漲15.25%，盤中一度漲停；海光信息漲15.17%；景嘉微、龍芯中科漲超8%；左江科技、芯原股份等跟漲。

GPU是計(jì)算機(jī)圖形顯示的核心。相比CPU，GPU更適合于密集型數(shù)據(jù)處理。

其具有高度并行性，可將數(shù)學(xué)運(yùn)算應(yīng)用于高度并行的數(shù)據(jù)集。雖然CPU也可以執(zhí)行相同的任務(wù)，但不具備GPU的并行性，因此在這些任務(wù)中效率不高。

▌哪些應(yīng)用需要GPU？

早期GPU多用于2D和3D圖形的計(jì)算和處理。傳統(tǒng)上來說，之前GPU最關(guān)鍵的市場(chǎng)在游戲領(lǐng)域。但長(zhǎng)期來看，這部分市場(chǎng)增速趨緩，甚至隱隱有下降勢(shì)頭。

而在眼下的算力時(shí)代，取而代之的，與數(shù)字化轉(zhuǎn)型相關(guān)的用例已成為GPU應(yīng)用的主要陣地；深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分析、可視化、互聯(lián)網(wǎng)推薦算法、數(shù)字孿生等均離不開GPU。除游戲主機(jī)與PC之外，其終端應(yīng)用還包括服務(wù)器、汽車、移動(dòng)等領(lǐng)域。

總體上，GPU應(yīng)用場(chǎng)景主要可以分為兩大類：圖顯、計(jì)算。

（1）圖顯中：PC是GPU的重要應(yīng)用領(lǐng)域，2020年全球PC GPU出貨達(dá)3.94億片。

同時(shí)，如今元宇宙AR/VR也為GPU帶來了潛在增量。隨著AR/VR硬件及相關(guān)應(yīng)用發(fā)展，如何高性能圖像渲染也將成為用戶體驗(yàn)的核心要素之一，雖說目前對(duì)于“渲染是由云端完成還是使用本地GPU”尚無最終定論，但英偉達(dá)也已將這一領(lǐng)域納入GPU需求助力。

（2）計(jì)算中：GPU更與AI息息相關(guān)——GPU服務(wù)器是AI加速方案首選，一臺(tái)GPU服務(wù)器通常搭載多個(gè)GPU加速芯片，2019年平均每臺(tái)服務(wù)器配置8.02個(gè)GPU。值得注意的是，相較普通的AI芯片，GPU兼具圖形顯示與AI計(jì)算，性能更強(qiáng)。

在多個(gè)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)下，Verified Market Research預(yù)計(jì)，2028年全球GPU市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)2465.1億美元，年復(fù)合增速達(dá)32.83%。另據(jù)浙商證券測(cè)算，“十四五”期間，我國(guó)服務(wù)器GPU市場(chǎng)增速有望超過25%。

▌GPU技術(shù)壁壘有多高？

GPU設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程?？傮w來說，技術(shù)架構(gòu)為GPU的硬件壁壘，算法及生態(tài)是GPU的軟實(shí)力所在。缺一不可，壁壘極高。

硬件架構(gòu)方面，GPU結(jié)構(gòu)精密復(fù)雜，是長(zhǎng)期技術(shù)演進(jìn)的結(jié)果。高級(jí)圖形處理步驟較多，包括頂點(diǎn)處理、光柵化、紋理貼圖等步驟，給予支持的是底層精密 復(fù)雜的硬件結(jié)構(gòu)。以英偉達(dá)2018年推出的Turing架構(gòu)為例，其包含4608個(gè)CUDA Core、576個(gè)深度學(xué)習(xí)矩陣運(yùn)算單元、72個(gè)光追單元等。

算法方面，GPU圖形渲染需用到計(jì)算圖形學(xué)，涉及數(shù)學(xué)、物理等多學(xué)科知識(shí)。模擬真實(shí)世界時(shí)，即便是樹葉抖動(dòng)、風(fēng)吹發(fā)絲、水波蕩漾這樣看似平常的場(chǎng)景，若想在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，都需要大量圖形算法。

生態(tài)方面，分析師指出，軟件生態(tài)是GPU廠商的重要競(jìng)爭(zhēng)屏障。還是以龍頭英偉達(dá)為例，公司已與行業(yè)伙伴形成商業(yè)合作/互相授權(quán)，同時(shí)，還推出供軟件開發(fā)人員使用的CUDA平臺(tái)，形成開發(fā)人員社區(qū)生態(tài)。

▌GPU行業(yè)格局如何？

放眼全球GPU市場(chǎng)，三足鼎立的寡頭競(jìng)爭(zhēng)格局已經(jīng)形成。

其中，英特爾得益于在筆記本電腦及傳統(tǒng)PC行業(yè)的優(yōu)勢(shì)，已在集成GPU市場(chǎng)獨(dú)占鰲頭。Jon Peddie Research數(shù)據(jù)顯示，2021年一季度，英特爾在PC GPU顯卡市場(chǎng)的份額高達(dá)68％，2022年一季度依然有60％。

而獨(dú)立GPU市場(chǎng)則主要由英偉達(dá)、AMD占據(jù)，其中英偉達(dá)在PC端獨(dú)立GPU領(lǐng)域市占率優(yōu)勢(shì)明顯，近年基本維持在80%左右水平。

正如前文所述，GPU技術(shù)壁壘極高，自主研發(fā)之路道阻且長(zhǎng)。東吳證券也指出，由于缺少像ARM一樣的第三方IP授權(quán)廠商，GPU設(shè)計(jì)商必須完全自主研發(fā)，從零做起，難度較大，堪稱一條“孤獨(dú)的奮斗之路”。

但即便如此，我國(guó)本土GPU公司新興團(tuán)隊(duì)也已開始不斷涌現(xiàn)，行業(yè)發(fā)展進(jìn)程也在持續(xù)推進(jìn)。分析師預(yù)計(jì)，今年我國(guó)GPU行業(yè)本土化比例仍不足10%，不過2025年有望超過20%。

據(jù)《科創(chuàng)板日?qǐng)?bào)》不完全梳理，本土GPU產(chǎn)業(yè)鏈包括：