本文來(lái)自微信公眾號(hào)“信創(chuàng)專研社”。
GPU，Graphic Processing Unit，即圖形處理單元，是計(jì)算機(jī)顯卡的核心，主要用于處理眾多與圖形顯示相關(guān)的操作。而最早出現(xiàn)在上世紀(jì)80年代的GPU何以在近幾年迎來(lái)高光時(shí)刻？這要得益于它強(qiáng)大的并行化的計(jì)算能力，雖然GPU最初的用途是渲染圖形和圖像，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是NVIDIA通用并行計(jì)算架構(gòu)CUDA推出了GPGPU，其將GPU部分或全部圖形處理能力投入通用計(jì)算后，GPU越來(lái)越多地被用于各種需要大量“算力”的領(lǐng)域。
而人工智能AI大模型的出現(xiàn)，便是GPU需求的燃爆點(diǎn)。
國(guó)內(nèi)GPU市場(chǎng)現(xiàn)狀
最近，OpenAI公司CEO山姆奧特曼在一場(chǎng)非公開(kāi)會(huì)議上透露，GPU的嚴(yán)重短缺阻礙了ChatGPT的進(jìn)步，GPU市場(chǎng)有多火爆可見(jiàn)一斑。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，2021年全球GPU市場(chǎng)規(guī)模335億元，2028年全球GPU市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到4774億元，其中中國(guó)市場(chǎng)2020年規(guī)模47.39億美元，預(yù)計(jì)2027年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)345.57億美元。而全球GPU行業(yè)市場(chǎng)主要由英偉達(dá)NVIDIA和AMD兩家主導(dǎo)，市場(chǎng)占比分別為84%和12%，尤其在AI大模型訓(xùn)練芯片市場(chǎng)中，NVIDIA憑借V100 NVLink、V100PCIe等系列產(chǎn)品占據(jù)了超過(guò)90%的市場(chǎng)份額。
在國(guó)內(nèi)，GPU本就稀缺，加之美國(guó)為了限制和打壓中國(guó)芯片科技的發(fā)展，從2019年開(kāi)始就對(duì)我國(guó)高端GPU芯片進(jìn)口進(jìn)行限制和斷供，2022年NVIDIA兩款顯卡A100和H100被限制出口中國(guó)，使得國(guó)內(nèi)GPU更加供不應(yīng)求。
龐大的市場(chǎng)需求和歐美的芯片封鎖，迫使得國(guó)產(chǎn)GPU被推到了聚光燈下，迎來(lái)了絕佳的發(fā)展期。有業(yè)內(nèi)人士稱：“國(guó)產(chǎn)GPU在信創(chuàng)方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)逐步替代，AI&數(shù)據(jù)中心、智能汽車(chē)、游戲等應(yīng)用領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)GPU需求量也有極大的提升，國(guó)產(chǎn)GPU迎來(lái)發(fā)展黃金期，我們看好國(guó)產(chǎn)GPU公司的發(fā)展與投資機(jī)遇。”
近日，國(guó)內(nèi)多個(gè)GPU廠商，從老牌的景嘉微，到初創(chuàng)的沐曦，都順應(yīng)市場(chǎng)需求，相繼推出了各自在GPU領(lǐng)域的最新拳頭產(chǎn)品。
中天恒星：６月１５日在北京發(fā)布國(guó)產(chǎn)自主GPU架構(gòu)“天狼星”，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，自研核心架構(gòu)確保產(chǎn)品迭代自主可控，同時(shí)擁有完備的交付能力，并已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
景嘉微：成功研發(fā)JM54系列、JM72系列、JM92系列三代GPU產(chǎn)品。應(yīng)用于臺(tái)式機(jī)、筆記本、一體機(jī)、服務(wù)器、工控機(jī)、自助終端等設(shè)備。
天數(shù)智芯：６月１０日發(fā)布天垓100加速卡的算力集群，已經(jīng)具備支持百億級(jí)參數(shù)大模型訓(xùn)練的能力。是國(guó)內(nèi)第一款全自研、GPU架構(gòu)下的云端訓(xùn)練芯片，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)通用GPU從0到1的重大突破。
芯動(dòng)科技：芯動(dòng)發(fā)布的“風(fēng)華2號(hào)”是一款集超低功耗、強(qiáng)渲染、4K高清三屏顯示、4K視頻解碼及智能AI計(jì)算于一體的桌面和筆記本GPU，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)自研技術(shù)的創(chuàng)新突破。
摩爾線程：基于MUSA架構(gòu)打造了兩顆全功能GPU芯片“蘇堤”和“春曉”；面向信創(chuàng)市場(chǎng)推出了桌面級(jí)顯卡MTT S10、MTT S30和MTT S50。
沐曦：6月1４日宣布曦云系列的最新產(chǎn)品MXC500成功點(diǎn)亮，產(chǎn)品直接對(duì)標(biāo)英偉達(dá)A100，采用通用GPU架構(gòu)，兼容CUDA。
盡管?chē)?guó)產(chǎn)GPU的推出步伐不斷加快，其中也不乏一些對(duì)標(biāo)國(guó)際高端GPU的產(chǎn)品，但不得不承認(rèn)，國(guó)產(chǎn)GPU要走向真正成熟可靠，實(shí)現(xiàn)完全國(guó)產(chǎn)替代還有很長(zhǎng)的距離。
01
GPU研發(fā)技術(shù)壁壘極高
GPU的研發(fā)是一項(xiàng)大型的系統(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，壁壘極高。CPU巨頭Intel近二十年多次嘗試征服高端GPU領(lǐng)域，曾在前兩年專門(mén)成立加速計(jì)算系統(tǒng)與圖形事業(yè)部（AXG），試圖再度殺入高端GPU市場(chǎng)，卻始終反響平平。甚至現(xiàn)在的GPU絕對(duì)霸主NVIDIA，從95年首款產(chǎn)品NV1正式誕生發(fā)展至今，也是在顯卡領(lǐng)域耕耘了20多年才有當(dāng)前的成績(jī)。足可見(jiàn)GPU產(chǎn)業(yè)的門(mén)檻之高。
在硬件上，國(guó)產(chǎn)最大的問(wèn)題就是IP，任何一款高端芯片的打造都離不開(kāi)IP。但是，GPU IP的自研開(kāi)發(fā)需要3-5年的周期，需要數(shù)百個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的工程師。因此短時(shí)間內(nèi)在硬件上實(shí)現(xiàn)完全國(guó)產(chǎn)化并不容易，國(guó)內(nèi)GPU廠商如芯動(dòng)、摩爾線程等幾乎都是外購(gòu)IP加上部分的自主研發(fā)。中天恒星剛發(fā)布的“天狼星”雖然實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)自主GPU架構(gòu)，100%IP屬于自主研發(fā)，但真正要完善軟件生態(tài)，穩(wěn)定商用，我想還需要很長(zhǎng)的一段時(shí)間。
在軟件上，國(guó)產(chǎn)難題主要涉及驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)、算法及軟件生態(tài)。業(yè)內(nèi)人士指出，計(jì)算芯片最大的門(mén)檻其實(shí)不是硬件，而是軟件。目前業(yè)內(nèi)GPU特別是用于通用算力的GPGPU，主流的軟件架構(gòu)是英偉達(dá)的CUDA，此架構(gòu)在2006問(wèn)世以來(lái)，與下游軟件、驅(qū)動(dòng)廠家已經(jīng)有了深度合作。而且CUDA本身涵蓋了多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，其開(kāi)發(fā)與后續(xù)更新都與英偉達(dá)自家GPU高度綁定，從某種角度來(lái)看，英偉達(dá)在GPU領(lǐng)域的壟斷很大程度上是通過(guò)CUDA平臺(tái)上的軟件生態(tài)實(shí)現(xiàn)。因此國(guó)內(nèi)GPU廠商如果想真正對(duì)標(biāo)英偉達(dá)，CUDA生態(tài)是繞不開(kāi)的一環(huán)。
02
國(guó)產(chǎn)GPU整個(gè)商業(yè)生態(tài)尚未成熟
在芯片“斷供”之前，國(guó)內(nèi)購(gòu)買(mǎi)海外高端GPU芯片之路暢通，很少有客戶在重大項(xiàng)目采購(gòu)時(shí)會(huì)考慮國(guó)產(chǎn)GPU，都普遍傾向海外最先進(jìn)、最穩(wěn)定的產(chǎn)品，以保證項(xiàng)目順利完成。究其原因有二，一是畢竟國(guó)產(chǎn)GPU的發(fā)展才剛剛起步，在性能和穩(wěn)定性方面尚未取得長(zhǎng)時(shí)間，多項(xiàng)目的驗(yàn)證，不少國(guó)產(chǎn)GPU在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)了工作負(fù)載低，芯片性能不穩(wěn)定，兼容性差的情況。二是軟件生態(tài)不夠完善，如果一個(gè)芯片沒(méi)有與之配套的軟件生態(tài)，則很難真正形成大面積的應(yīng)用。
在當(dāng)下GPU應(yīng)用最火的AI大模型訓(xùn)練中，騰訊云新一代HCC（High-Performance Computing Cluster）高性能計(jì)算集群使用的是英偉達(dá)最新代次H800 GPU；阿里曾在2018-2019年采購(gòu)了上萬(wàn)塊英偉達(dá)的V100和T4 GPU用于近年來(lái)的云計(jì)算和大模型訓(xùn)練，其他字節(jié)、百度、美團(tuán)、B站等都清一色采購(gòu)英偉達(dá)的A100、H100 GPU或是去年禁令后英偉達(dá)專門(mén)推出的減配版A800、H800 GPU。
這使得國(guó)產(chǎn)GPU在國(guó)內(nèi)鮮有大企業(yè)應(yīng)用成功的案例，大部分還僅僅圍繞在PC、圖形渲染領(lǐng)域，或是應(yīng)用在專門(mén)的軍事、政府等部門(mén)。商業(yè)市場(chǎng)的大門(mén)，只是開(kāi)了一條縫。
另外，國(guó)產(chǎn)GPU廠商的硬件架構(gòu)，軟件API接口不盡相同，客戶基本只能多選一，兼容和替換都不夠靈活，比較難實(shí)現(xiàn)技術(shù)生態(tài)的統(tǒng)一。
03
短期難盈利
對(duì)于GPU創(chuàng)企而言，巨大的研發(fā)費(fèi)用和資本開(kāi)支是必需，但長(zhǎng)期、持續(xù)的利潤(rùn)支撐才是GPU跨代發(fā)展的強(qiáng)勁驅(qū)動(dòng)力。
盡管近幾年因?yàn)锳I人工智能的火爆，使得GPU創(chuàng)企的融資環(huán)境變得相對(duì)寬松，但由于國(guó)內(nèi)近幾年批量的GPU創(chuàng)企涌入，使得競(jìng)爭(zhēng)激烈，加上研發(fā)投入巨大，在規(guī)模市場(chǎng)打開(kāi)之前，GPU廠商在短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)盈利，令一眾大VC和PE機(jī)構(gòu)望而卻步。
芯片市場(chǎng)上，OPPO上個(gè)月關(guān)停了手機(jī)芯片自研公司哲庫(kù)，便是因?yàn)槎唐陔y盈利，倒在了黎明前。同樣，對(duì)于部分GPU創(chuàng)企來(lái)說(shuō)，也面臨著資本市場(chǎng)洗牌的風(fēng)險(xiǎn)。
04
新技術(shù)替代的風(fēng)險(xiǎn)
還有一點(diǎn)，編者認(rèn)為很少有人提及，但相信在不少國(guó)內(nèi)準(zhǔn)備或正在GPU領(lǐng)域大展拳腳的玩家一定會(huì)考慮到：那就是量子計(jì)算的突破。
量子計(jì)算具有超強(qiáng)并行計(jì)算能力，相比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)可以以百萬(wàn)倍計(jì)，作為下一代算力提升的突破點(diǎn)，量子計(jì)算極有可能成為下一輪科技革命的“主引擎”。這顛覆性的技術(shù)優(yōu)勢(shì)也讓越來(lái)越多的國(guó)家紛紛投入到量子計(jì)算領(lǐng)域的研發(fā)中。
在3月份的GTC開(kāi)發(fā)者大會(huì)上，英偉達(dá)就表示已經(jīng)在量子計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)行研究，與以色列的Quantum Machines合作，在用AI芯片構(gòu)建的超級(jí)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行量子物理學(xué)中使用的算法；同時(shí)與德國(guó)的于利希超級(jí)計(jì)算中心和ParTec公司合作，開(kāi)展一個(gè)經(jīng)典-量子混合計(jì)算實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目。
這樣一來(lái)，問(wèn)題就顯然易見(jiàn)了，一邊是GPU研發(fā)周期長(zhǎng)，投入大，短期難盈利；一邊則是量子計(jì)算的突破，如果在五年內(nèi)量子計(jì)算技術(shù)應(yīng)用落地，那么以算力火爆的GPU會(huì)不會(huì)很快被量子計(jì)算機(jī)所取代？這在科技發(fā)展迅猛的時(shí)代，確實(shí)值得深思。
縱觀科技發(fā)展的半個(gè)世紀(jì)，沒(méi)有一個(gè)技術(shù)或產(chǎn)品是一蹴而就的。“寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來(lái)"，國(guó)產(chǎn)GPU的發(fā)展，需要企業(yè)靜下心來(lái)正視現(xiàn)存的問(wèn)題，持續(xù)打磨自身技術(shù)功底，勇于創(chuàng)新，踏踏實(shí)實(shí)服務(wù)客戶，服務(wù)市場(chǎng)。
相信國(guó)產(chǎn)GPU的成功最終會(huì)到來(lái)！
