本文來自微信公眾號“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫”，由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID:ICVIEWS）編譯自tomshardware。
全球GPU開發(fā)商數(shù)量因為中國大陸廠商的加入而大增。
根據(jù)Jon Peddie Research（JPR）的一份報告，中國的GPU初創(chuàng)公司數(shù)量大增，因為該國試圖獲得人工智能（AI）實力和半導(dǎo)體主權(quán)。此外，近年來，隨著對AI、高性能計算（HPC）和圖形處理的需求以前所未有的速度增長，全球GPU制造商的數(shù)量也在增長。在PC的獨立顯卡方面，AMD和Nvidia保持領(lǐng)先，而英特爾正試圖迎頭趕上。
18家GPU開發(fā)商
在1980年代和1990年代，數(shù)十家公司開發(fā)了顯卡和獨立圖形處理器，但對3D游戲最高性能的激烈競爭迫使其中絕大多數(shù)公司破產(chǎn)。到2010年，只有AMD和Nvidia可以為游戲和計算提供有競爭力的獨立GPU，而其它公司則專注于集成GPU或GPU IP。
2010年代中期，中國PC GPU開發(fā)商的數(shù)量迅速增加，這得益于中國推動技術(shù)自給自足以及人工智能和HPC作為高科技大趨勢的出現(xiàn)。
根據(jù)Jon Peddie Research的數(shù)據(jù)，全球總共有18家公司開發(fā)和生產(chǎn)GPU。有兩家公司主要針對智能手機和筆記本電腦開發(fā)SoC綁定的GPU，有6家GPU IP提供商，還有11家專注于PC和數(shù)據(jù)中心的GPU，包括AMD，英特爾和Nvidia，他們設(shè)計的顯卡最終出現(xiàn)在我們的最佳顯卡列表中。
事實上，如果我們把壁仞科技和天數(shù)智芯等其它中國公司加入名單，將會有更多的GPU設(shè)計師。然而，壁仞科技和天數(shù)智芯目前只專注于AI和HPC，因此JPR不認為他們是GPU開發(fā)商。
中國需要GPU產(chǎn)品
作為世界第二大經(jīng)濟體，中國大陸不可避免地在幾乎所有方面與美國和其它發(fā)達國家競爭，包括技術(shù)。中國做了很多工作來吸引來自世界各地的工程師，并在中國建立各種芯片設(shè)計初創(chuàng)公司。事實上，中國每年都有數(shù)百家新的IC設(shè)計公司出現(xiàn)，他們開發(fā)從微型傳感器到復(fù)雜通信芯片等各種產(chǎn)品，從而使該國能夠提升供應(yīng)鏈自給自足能力。
但要真正加入人工智能和HPC的潮流，中國需要CPU、GPU和專用加速器。在計算方面，中國公司不可能很快拋棄長期的CPU和GPU市場領(lǐng)導(dǎo)者。然而，開發(fā)和生產(chǎn)一個像樣的GPU可以說比試圖構(gòu)建一個有競爭力的CPU更容易。
“人工智能培訓(xùn)是（中國GPU公司）的最大動力，避免了英偉達的高價格，以及中國對自給自足的渴望，”JPR負責(zé)人喬恩·佩迪（Jon Peddie）說。
GPU是并行的，這意味著內(nèi)部有大量可用于冗余的計算單元，這使得GPU更容易啟動和運行（假設(shè)每個晶體管的成本相對較低并且整體產(chǎn)量不錯）。此外，由于GPU是并行的，因此以橫向擴展方式并行化它們更容易。中芯國際沒有臺積電那樣先進的制程節(jié)點技術(shù)，這種性能擴展方式看起來足夠好。事實上，即使中國GPU開發(fā)商無法獲得臺積電的先進節(jié)點（N7及以下）訂單，至少其中一些仍然可以在中芯國際生產(chǎn)更簡單的GPU設(shè)計，并解決AI/HPC和游戲/娛樂市場。
從中國角度來看，人工智能和具有HPC功能的GPU可能也比CPU更重要，因為人工智能和HPC可以實現(xiàn)全新的應(yīng)用，例如自動駕駛汽車和智慧城市。
GPU微架構(gòu)相對容易，但硬件設(shè)計昂貴
同時，應(yīng)該注意的是，雖然有一堆GPU開發(fā)人員，但實際上只有兩個可以為PC構(gòu)建有競爭力的獨立GPU。這可能是因為開發(fā)GPU架構(gòu)相對容易，但要正確實現(xiàn)它并設(shè)計適當?shù)尿?qū)動程序確實很難。
CPU和GPU微架構(gòu)本質(zhì)上處于科學(xué)和藝術(shù)的交叉點。Peddie說，它們是一組復(fù)雜的算法，可以由相當小的工程師團隊開發(fā)，但它們可能需要數(shù)年時間才能開發(fā)出來。
Peddie表示，成本方面，如果只考慮架構(gòu)師，團隊可以低至一個人到四個人，但是，任何類型的建筑，建筑物，火箭飛船，網(wǎng)絡(luò)或處理器都是復(fù)雜的“國際象棋游戲”，試圖預(yù)測五年后的制造過程和標準，成本效益權(quán)衡在哪里，要添加哪些功能，以及刪除或忽略哪些功能是非常棘手和耗時的工作，等等，架構(gòu)師在腦海中花費大量時間運行假設(shè)場景——如果我們將緩存放大25%會怎樣？如果我們有6000個FPU會怎樣？
由于微架構(gòu)可能需要數(shù)年時間才能開發(fā)成功，并且需要才華橫溢的設(shè)計師，因此在一個上市時間就是一切的世界里，許多公司從Arm或Imagination Technologies（IMG）等公司獲得現(xiàn)成的微架構(gòu)甚至經(jīng)過硅驗證的GPU IP許可。例如，芯片和物理IP的合同開發(fā)商Innosilicon授權(quán)Imagination為其Fantasy GPU微架構(gòu)IP授權(quán)。還有另一家位于中國的GPU開發(fā)商，它使用Imagination的PowerVR架構(gòu)。同時，兆芯使用了從Via Technologies獲得的高度重復(fù)的GPU微架構(gòu)，Via Technologies繼承了S3 Graphics的“財產(chǎn)”。
開發(fā)微架構(gòu)的成本可能會有所不同，但與現(xiàn)代高端GPU的物理實現(xiàn)成本相比，它相對較低。
多年來，蘋果和英特爾這兩家公司都擁有大量的工程人才，他們的GPU設(shè)計都依賴于IMG（蘋果仍然在一定程度上這樣做）。高通公司長期使用ATI/AMD的產(chǎn)品，三星在嘗試設(shè)計自己的圖形引擎，但目前在使用AMD的。
兩家新的中國公司聘請了前AMD和Nvidia架構(gòu)師來創(chuàng)建他們的GPU團隊，另外兩家使用IMG。對于架構(gòu)師來說、擔心的問題以及如何找到修復(fù)方法是一個非常耗時的過程。
“如果你能去一家已經(jīng)有設(shè)計并且已經(jīng)設(shè)計了很長時間的公司，你可以節(jié)省大量的時間和金錢-上市時間就是一切，”Jon Peddie Research的負責(zé)人說。“有這么多的‘陷阱’，并非AMD或Nvidia設(shè)計的每個GPU都是贏家，但是，一個好的設(shè)計會造福幾代人。”
使用新的制程節(jié)點技術(shù)，硬件實施和軟件開發(fā)非常昂貴。國際商業(yè)時報估計，使用5nm級技術(shù)制造的相當復(fù)雜的器件的成本超過5.4億美元，這些成本將在3nm時增加兩倍。
“如果包括布局和平面圖、模擬、驗證和驅(qū)動程序，那么GPU的開發(fā)成本和時間就會飆升，”Peddie解釋道。“弄錯一條布線，你可能會花費數(shù)月時間追蹤它。”
世界上只有少數(shù)幾家公司可以開發(fā)具有現(xiàn)代游戲復(fù)雜性的芯片，AMD和Nvidia的計算GPU（460億-800億個晶體管）是佼佼者，但總部位于中國的壁仞科技可以對其BR104和BR100做類似的事情（推測BR104包含約385億個晶體管）。
盡管成本高昂，但11家PC/數(shù)據(jù)中心GPU開發(fā)商中有8家來自中國。也許，在不久的將來，除了美國大公司之外，我們不會看到任何人提供有競爭力的獨立游戲GPU，這是因為開發(fā)GPU既困難又耗時，而且在很大程度上，這些高度復(fù)雜的GPU需要極其昂貴的硬件實現(xiàn)。中國能否派出有競爭力的參賽者還有待觀察。
