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2023-01-31
GPU被推至聚光燈下：行業(yè)研發(fā)壁壘高筑 一圖縱覽本土產(chǎn)業(yè)鏈“孤勇者”
更新時間：2022-09-01 13:41:18作者：佚名
從零開始研發(fā)GPU，堪稱一條“孤獨的奮斗之路”。GPU有多重要？技術(shù)壁壘又有多高？
《科創(chuàng)板日報》9月1日訊 今日多只GPU概念股走高。截至午間，寒武紀漲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是計算機圖形顯示的核心。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)學運算應用于高度并行的數(shù)據(jù)集。雖然CPU也可以執(zhí)行相同的任務，但不具備GPU的并行性，因此在這些任務中效率不高。
▌哪些應用需要GPU？
早期GPU多用于2D和3D圖形的計算和處理。傳統(tǒng)上來說，之前GPU最關(guān)鍵的市場在游戲領(lǐng)域。但長期來看，這部分市場增速趨緩，甚至隱隱有下降勢頭。
而在眼下的算力時代，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。除游戲主機與PC之外，其終端應用還包括服務器、汽車、移動等領(lǐng)域。
總體上，GPU應用場景主要可以分為兩大類：圖顯、計算。
（1）圖顯中：PC是GPU的重要應用領(lǐng)域，2020年全球PC GPU出貨達3.94億片。
同時，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)應用發(fā)展，如何高性能圖像渲染也將成為用戶體驗的核心要素之一，雖說目前對于“渲染是由云端完成還是使用本地GPU”尚無最終定論，但英偉達也已將這一領(lǐng)域納入GPU需求助力。
（2）計算中：GPU更與AI息息相關(guān)——GPU服務器是AI加速方案首選，一臺GPU服務器通常搭載多個GPU加速芯片，2019年平均每臺服務器配置8.02個GPU。值得注意的是，相較普通的AI芯片，GPU兼具圖形顯示與AI計算，性能更強。
在多個應用驅(qū)動下，Verified Market Research預計，2028年全球GPU市場規(guī)模將達2465.1億美元，年復合增速達32.83%。另據(jù)浙商證券測算，“十四五”期間，我國服務器GPU市場增速有望超過25%。
▌GPU技術(shù)壁壘有多高？
GPU設(shè)計是一項系統(tǒng)工程。總體來說，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)精密復雜，是長期技術(shù)演進的結(jié)果。高級圖形處理步驟較多，包括頂點處理、光柵化、紋理貼圖等步驟，給予支持的是底層精密 復雜的硬件結(jié)構(gòu)。以英偉達2018年推出的Turing架構(gòu)為例，其包含4608個CUDA Core、576個深度學習矩陣運算單元、72個光追單元等。
算法方面，GPU圖形渲染需用到計算圖形學，涉及數(shù)學、物理等多學科知識。模擬真實世界時，即便是樹葉抖動、風吹發(fā)絲、水波蕩漾這樣看似平常的場景，若想在計算機上實現(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廠商的重要競爭屏障。還是以龍頭英偉達為例，公司已與行業(yè)伙伴形成商業(yè)合作/互相授權(quán)，同時，還推出供軟件開發(fā)人員使用的CUDA平臺，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，三足鼎立的寡頭競爭格局已經(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，已在集成GPU市場獨占鰲頭。Jon Peddie Research數(shù)據(jù)顯示，2021年一季度，英特爾在PC GPU顯卡市場的份額高達68％，2022年一季度依然有60％。
而獨立GPU市場則主要由英偉達、AMD占據(jù)，其中英偉達在PC端獨立GPU領(lǐng)域市占率優(yōu)勢明顯，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。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)計商必須完全自主研發(fā)，從零做起，難度較大，堪稱一條“孤獨的奮斗之路”。
但即便如此，我國本土GPU公司新興團隊也已開始不斷涌現(xiàn)，行業(yè)發(fā)展進程也在持續(xù)推進。分析師預計，今年我國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)板日報》不完全梳理，本土GPU產(chǎn)業(yè)鏈包括：
