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2023-01-31
英特爾、英偉達、AMD打響“全面戰(zhàn)役”
更新時間：2022-06-18 14:35:15作者：佚名
一系列接二連三的大事件，為英特爾、英偉達、AMD三大巨頭圍繞數(shù)字化時代的異構(gòu)計算CPU+GPU+FPGA/DPU的“競奪”提供了更多的想象空間，也成為了日后分野的新注解。
英特爾在獨立GPU領(lǐng)域卷土重來，在IPU領(lǐng)域亦不斷出新，借助在硬件、軟件、架構(gòu)和制程方面的革新以及IDM2.0戰(zhàn)略重兵壓陣。AMD收購賽靈思落定之后，補齊了FPGA的短板，前不久AMD又宣布以約19億美元收購云服務提供商Pensando，至此AMD正式進入DPU領(lǐng)域，為其數(shù)據(jù)中心藍圖補上關(guān)鍵一環(huán)。英偉達雖收購Arm被迫“放手”，但已有基于Arm的CPU作為重要“補給”，并通過收購補齊DPU，欲在異構(gòu)時代大展身手。
三大巨頭的火拼已然深入腹地，英特爾、英偉達、AMD的爭奪已呈現(xiàn)出“全面戰(zhàn)役”的態(tài)勢。
GPU領(lǐng)域競奪“重啟”
在異構(gòu)計算領(lǐng)域，GPU可說是必須倚重的“彈藥”。
作為異構(gòu)時代和新興應用驅(qū)動下的最大受益者之一，隨著服務器、汽車、人工智能、邊緣計算等領(lǐng)域?qū)λ懔虯I性能需求的不斷提升，GPU憑借自身在并行處理和通用計算的優(yōu)勢高歌猛進，市場得以持續(xù)高速成長。
據(jù)Verified Market Research的數(shù)據(jù),2020年全球 GPU 市場價值為254.1億美元,2027年有望達到 1853.1 億美元,年平均增速高達 32.82%。
目前GPU被廣泛地運用于PC、游戲、數(shù)據(jù)中心、高性能計算、智能汽車等領(lǐng)域。值得注意的是，游戲與PC是其傳統(tǒng)主戰(zhàn)場，而數(shù)據(jù)中心、高性能計算和智能汽車將成為GPU增長的新引擎，不同應用對GPU的需求也各有側(cè)重。
據(jù)了解，游戲主機的設計思路著重提升體驗，側(cè)重開發(fā)人員對CPU、GPU等硬件優(yōu)化和底層API等軟件優(yōu)化。而PC的GPU需在性能、拓展性、能效方面做到平衡，主要有集成GPU和獨立GPU兩類，大部分集成GPU已與CPU集成為SoC，而獨立GPU多采用PCIe總線與CPU實時通信。從高性能計算和服務器來看，對GPU具有大數(shù)據(jù)量的快速吞吐、超強穩(wěn)定性、長時間運行等嚴格要求；汽車GPU需滿足諸如AEC-Q100等車規(guī)認證，并支持專用的圖形API，并且未來的趨勢是汽車CPU將和GPU組成SoC，從分布式向中心化發(fā)展。
在多年鏖戰(zhàn)之后，全球GPU呈現(xiàn)寡頭壟斷的格局，英偉達是絕對的霸主，AMD緊隨其后，但在英特爾重返獨立GPU戰(zhàn)場之后，原本的平衡將被打破。
通過技術(shù)革新、場景拓展、外延并購，加上依托于CUDA軟件堆棧對GPU通用計算能力的不斷發(fā)掘，英偉達成為GPU領(lǐng)域的佼佼者，引領(lǐng)全球GPU發(fā)展。2022財年，英偉達收入創(chuàng)紀錄，達到269.1億美元，同比增長 61%。
翻看英偉達的營收結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，受益于對英偉達Ampere 架構(gòu)產(chǎn)品的強勁需求，游戲成最大動力，數(shù)據(jù)中心市場增速最快，創(chuàng)106.1億美元新高；而汽車業(yè)務雖有下滑，但后續(xù)仍將持續(xù)收獲。其下一步布局也是火力全開：已推出新一代桌面GPU 和筆記本電腦 GPU； 面向數(shù)據(jù)中心的下一代GPU Hopper GH100 芯片或超過1400 億個晶體管，并將采用臺積電5nm節(jié)點的多芯片模塊 (MCM) 設計。且下一代自動駕駛芯片Orin計劃用于2022年量產(chǎn)，算力將達到254TOPS，目前已經(jīng)獲得蔚來、理想、沃爾沃、奔馳等多家整車廠項目。
經(jīng)過近些年的“突飛猛進”，AMD在CPU和GPU市場均站穩(wěn)了市場第二的位置。在GPU布局上，2022年AMD通過新的頂級、中端和入門級 GPU，進一步擴展顯卡市場，同時配備新的AMD Software支持。在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，AMD也激進不止，前不久發(fā)布了基于 GPU 架構(gòu)的 Instinct MI200 加速卡，致力于HPC和AI加速。其采用第二代CDNA架構(gòu)（專為優(yōu)化數(shù)據(jù)中心計算工作負載而設計），是首個多芯片、首個支持128GB HBM2E顯存的GPU，也是首款Exascale級（百億億次級）GPU。同時還推出了新型面向數(shù)據(jù)中心GPU——下一代 Radeon Pro V620，旨在滿足云應用、3D工作負載等對GPU加速日益增長的需求。
在PC等集成GPU領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先優(yōu)勢的英特爾，自前幾年宣布重回獨立GPU戰(zhàn)場之后，招數(shù)凌厲，不斷精進。2020年底，英特爾在其架構(gòu)日中首次推出Xe GPU架構(gòu)，Xe微架構(gòu)可滿足從集成/入門圖形需求到數(shù)據(jù)中心和高性能計算的需求。同時，英特爾發(fā)布了其首款數(shù)據(jù)中心服務器GPU，完成了“CPU+GPU+FPGA”混合XPU架構(gòu)的全面構(gòu)建。
在2021年架構(gòu)日上，英特爾即重磅推出兩款獨立GPU。而在前不久舉辦的投資日上，英特爾發(fā)布兩款GPU，分別面向游戲領(lǐng)域和數(shù)據(jù)中心。接著，英特爾宣稱，代號為ATS-M的數(shù)據(jù)中心GPU將于第三季度發(fā)布，其集成多個Xe內(nèi)核、AV1硬件編碼器、GDDR6內(nèi)存、光線追蹤單元等，可提供每秒150萬億次運算。不止如此，面向傳統(tǒng)陣地PC領(lǐng)域，英特爾也志在必得，分別推出了面向筆記本電腦平臺的Arc銳炫系列顯卡和面向臺式機的首款A3系列顯卡——銳炫A380 GPU。而且，不僅僅是A380，具有更高性能的英特爾銳炫A5系列和A7系列也將于今年夏季面市。
在硝煙四起的GPU領(lǐng)域，火力全開的英特爾或?qū)⑷轿幌駻MD與英偉達發(fā)起挑戰(zhàn)。
異構(gòu)計算“短兵相接”
直接來看，英特爾、英偉達和AMD三大巨頭的異構(gòu)“拼圖”均已大致成形。
在這三大巨頭中，顯然英特爾的異構(gòu)組合更具底蘊。過去五年來，確立“以數(shù)據(jù)為中心”轉(zhuǎn)型目標的英特爾，持續(xù)通過并購等動作豐富自身在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的布局，包括收購優(yōu)質(zhì)的FPGA、eASIC、ASIC公司，再加上研發(fā)獨立GPU、IPU、神經(jīng)擬態(tài)芯片、量子計算芯片，以及研發(fā)統(tǒng)一編程軟件工具oneAPI，為CPU、GPU、FPGA和其他加速器在內(nèi)的異構(gòu)計算提供統(tǒng)一簡化的應用程序開發(fā)編程模型，實現(xiàn)了覆蓋多重架構(gòu)的產(chǎn)品組合。
加之最近IDM2.0策略的大舉擴張，以及宣稱開放x86、高調(diào)加入RISC-V陣營的一系列動作，讓英特爾在異構(gòu)化時代手握多張“王牌”，更加游刃有余。
而從AMD來看，其業(yè)務長期聚焦在CPU和GPU兩大核心領(lǐng)域，F(xiàn)PGA則是其最大短板。但在AMD宣布以全股份交易方式完成了對賽靈思的收購之后，憑借賽靈思在FPGA、可編程SoC及ACAP領(lǐng)域的深厚積累，為AMD提供了橫向云端及邊緣計算實力的走強補充了“營養(yǎng)”。AMD與賽靈思的合并，不僅將著力提升其整體的數(shù)據(jù)中心業(yè)務競爭力，還將在數(shù)據(jù)中心異構(gòu)化時代獲得更多籌碼。
在Pensando被AMD收入囊中之后，意味著AMD不僅正式切入到DPU領(lǐng)域，也讓AMD的業(yè)務已完整涵蓋 CPU、GPU、FPGA、DPU，構(gòu)建了基本完備的算力“拼圖”。
以GPU縱橫江湖的英偉達，為成全其“GPU+CPU+DPU”的路線，英偉達先是高調(diào)宣布收購Arm，后花費69億美元收購以色列網(wǎng)絡設備商Mellanox補給DPU。盡管最終“毫無意外”地收購Arm折戟，但其已在大力投入CPU開發(fā)，并于2021年的GTC大會上正式推出面向數(shù)據(jù)中心AI和高性能計算應用的自研CPU——基于Arm Neoverse架構(gòu)的Grace芯片。根據(jù)協(xié)議，英偉達取得了ARM將近20年的架構(gòu)授權(quán)，未來可通過ARM授權(quán)IP來開發(fā)ARM架構(gòu)CPU。
對于英偉達來說，Grace CPU的研發(fā)意義深遠，因GPU需搭配CPU運算，此招將使其在CPU方面不再受限，CPU的自立自強也將使其異構(gòu)融合更綱舉目張。
面臨全面較量，三大巨頭也有著不同的隱憂。
有行業(yè)人士分析，AMD還需要時間消化和整合GPU+CPU+DPU+FPGA，擴展為云、企業(yè)和邊緣客戶提供領(lǐng)先解決方案的能力；英偉達倚重的GPU未來在數(shù)據(jù)中心加速領(lǐng)域或面臨ASIC的蠶食；而英特爾還是一個基因?qū)儆贑PU的公司，而在GPU上的投入需要配合CPU的成長，因此處理好CPU和GPU之間的發(fā)展沖突將是巨大挑戰(zhàn)。此外，在IDM2.0的指揮棒下，投資重心不可避免向先進制造傾斜，如何平衡各大XPU 的創(chuàng)新與整合投入資源也需要仔細掂量。
需要指出的是，隨著Chiplet UCIe協(xié)議的確定，設計規(guī)?？稍黾訑?shù)倍，如CPU、GPU和DPU均可平行擴展N倍；或?qū)崿F(xiàn)垂直整合，CPU+GPU+DPU可合并成一個超異構(gòu)的單芯片，或是兩兩合并。
因而，不同系統(tǒng)如何并行不悖以及如何高效的自適應交互，將成為巨頭們面臨的全新挑戰(zhàn)。誰能在這方面先行一步，誰將放大未來的贏面。
影響格局的關(guān)鍵因素
在重新披掛上陣之后，三大巨頭的對決也將火力全開。
除了應對“xPU+”的架構(gòu)創(chuàng)新、生態(tài)構(gòu)建和執(zhí)行力的持續(xù)考驗之外，真要實現(xiàn)超異構(gòu)計算，不得不說，制程和封裝才是將理念化為實際產(chǎn)品的關(guān)鍵。
先說工藝，以及相關(guān)的產(chǎn)能因素。
無論是CPU、GPU還是DPU、FPGA，都是先進工藝的先行者。要想與一眾高手對決，采用最先進的工藝當是王道。
近期有消息顯示，臺積電在其3nm工藝良率方面存在困難，如果3nm良率問題繼續(xù)存在，許多客戶可能會延長5nm工藝節(jié)點的使用時間，從而影響客戶諸如AMD、英特爾、英偉達的芯片出貨。
這使得產(chǎn)能緊缺導致的供應瓶頸成為他們面臨的阻力之一。正如英偉達發(fā)布財報時表示，鑒于全球芯片和晶圓生產(chǎn)能力短缺，未來供應方面限制仍將是一個不利因素。據(jù)報道，英偉達已在2021年第三季度預付臺積電約16.4億美元，并將在2022年第一季度支付17.9億美元，整個長期訂單預付款將達到69億美元，遠高于他們之前支付的價格。
相對于英偉達和AMD，英特爾的優(yōu)勢是其正在大力發(fā)展的代工業(yè)務。雖然目前在代工方面英特爾技術(shù)尚未突破5nm，但如果按照其技術(shù)路線圖，2025年將可看齊臺積電的代工水平?；蛟S，屆時英特爾可全力支撐自己的先進制程設計，在x86、Arm和RISC-V的異構(gòu)整合層面更加游刃有余，并在產(chǎn)能保障上優(yōu)先供應，其IDM 2.0戰(zhàn)略背后的深意或比想象得更加深遠。
此外，異構(gòu)計算繞不過去的就是異構(gòu)集成和先進封裝。異構(gòu)集成與先進封裝技術(shù)的進步使在單個封裝內(nèi)構(gòu)建復雜系統(tǒng)成為了可能，能夠快速達到異構(gòu)計算系統(tǒng)內(nèi)的芯片所需要的功耗、體積、性能的要求。
在先進封裝層面，看起來作為傳統(tǒng)IDM的英特爾似乎更具優(yōu)勢，而AMD原本也是IDM，只是后來將芯片制造業(yè)務剝離出去了，但該公司依然具備制程和封裝的基因。過去幾年，AMD因其率先推向市場的chiplet和互連技術(shù)而占得了先機，在此基礎(chǔ)上，該公司推出了新一代封裝技術(shù)，也就是3D堆疊V-Cache。在這方面，賽靈思也可為AMD提供幫助，因為賽靈思已為其自適應FPGA平臺構(gòu)建了一系列高性能封裝和互連技術(shù)。
對于英偉達而言，作為一家純粹的Fabless，在異構(gòu)整合的制程和封裝方面略遜于英特爾和AMD，不僅在高性能應用領(lǐng)域，在制程和封裝方面對合作伙伴的依賴度更高一些。
對比之下，英特爾多路并進，在Co-EMIB、UCIe、Foveros等方面不斷推進。特別是在3D封裝部分，英特爾已推出Foveros Direct，實現(xiàn)了向直接銅對銅鍵合的轉(zhuǎn)變，通過HBI技術(shù)以實現(xiàn)10微米以下的凸點間距，讓不同芯片之間可實現(xiàn)10倍以上的互聯(lián)密度提升。而且前不久其為超算研發(fā)的頂級加速卡Ponte Vecchio，集成晶體管數(shù)量突破1000億個，使用5種不同的制造工藝，在內(nèi)部封裝了多達47個不同的單元(Tile)，成為采用Foveros的3D堆疊封裝技術(shù)和Co-EMIB連接技術(shù)的“集大成者”。
據(jù)咨詢機構(gòu)Yole Developpement數(shù)據(jù)顯示，2021年半導體廠商在先進封裝領(lǐng)域的資本支出約為119億美元。該機構(gòu)表示，2021年先進封裝市場體量約為27.4億美元，同時預測該市場到2027年將實現(xiàn)19%的復合年化增長率，屆時先進封裝市場體量將達到每年78.7億美元。
如此來看，未來的爭奪也將在架構(gòu)創(chuàng)新、工藝、封裝等全面展開，在這些方面三大巨頭或需面面俱到，未來的勝負手將如何書寫？