10月29日,天数智芯宣布公司全自研、国内首款云端7纳米GPGPU产品卡——“天垓100”已正式进入量产环节;10月8日,壁仞科技宣布其首款通用GPU——BR100,于近日正式交付开始流片,预计将于明年面向市场发布;今年9月,景嘉微也发布公告称其新一代图形处理芯片(JM9系列)已完成流片、封装阶段工作。

在国内GPU厂商不断取得突破的同时,在全球市场当中,巨头GPU厂商也出现了一些新的调整,这其中包括英特尔或将 其GPU技术应用于Xe-HPC(Ponte Vecchio)和 Xe-HPG(Intel Arc)系列而不是 Xe-HP 。

在这些新动态之下,GPU市场或许又将面临着新一轮的改变。

2018年,GPU市场混战的开端

由大量数据驱动的人工智能需要借助深度计算,GPU则是实现深度计算的关键之一。因此,在人工智能开始颠覆千行万业的过程中,GPU市场的发展也受到了行业的重视。

根据当时德勤的报告显示,用GPU来训练深度神经网络,所使用的训练集更大,所耗费的时间大幅缩短,占用的数据中心基础设施更少。GPU还被用于运行机器学习训练模型,以便

在云端进行分类和预测,从而在耗费功率更低、占用基础设施更少的情况下能够支持远比从前更大的数据量和吞吐量。与单纯使用CPU的做法相比,GPU具有数以千计的计算核心、可实现 10—100倍应用吞吐量。

(图片来源:德勤)

在这种情况下,尤其是对于当时已经确立要向“以数据中心”转型的英特尔来说,重拾GPU市场之于他们来说十分重要。于是,在英特尔聘请Raja Koduri成为他们的GPU首席架构师后,紧接着在2018年8月15日的SIGGRAPH2018大会上,英特尔便正式宣布将会推出自己的独立显卡,重返GPU市场。而这也意味着,英特尔将在高性能GPU市场直接与AMD和英伟达竞争。

国际芯片巨头之间围绕着GPU的竞争也引起了国内半导体行业的注意——首先从国内市场需求中看,根据国海证券的调研报告显示,当时国产计算机生态已基本搭建,国产化进程有望加速,国产GPU迎来发展良机。

国内GPU市场:从起步到量产

景嘉微是国内GPU市场的领军者,从他们的研发经历上看,2014年他们便成功研发出了其首款GPU芯片——JM540,打破了国外产品长期垄断我国GPU市场的局面;2018年,景嘉微第二代JM7200流片成功,并由此开始走向民用市场。

除了景嘉微之外,正如上文所说,GPU市场的热潮也同样引起了国内半导体产业的关注,因此,在2017到2019年间,以天数智芯、璧韧科技等为代表的初创企业开始布局GPU市场,并不断地受到了资本的注意。

根据公开资料显示,天数智芯在2017年完成了A论融资,次年他们便启动了7纳米通用并行 GPGPU 云端计算芯片设计。今年3月,在天数智芯完成了12亿C轮融资后,他们的日训练芯片 BI 及产品卡也正式发布了。8个月后,天数智芯方面宣布,其首款云端7纳米GPGPU产品卡——“天垓100”已正式进入量产环节,也就是说在短短三年时间,天数智芯便让产品从设计步入了量产阶段。

璧韧科技也是成立于GPU热潮下的明星初创企业之一,截止至今年4月,仅成立一年多的他们,累计融资金额已超过47亿元,创下该领域融资速度及融资规模。今年十月,璧韧科技也交上了他们阶段性成果的答卷,即其采用7纳米工艺的首款通用GPU——BR100,于近日正式开始交付流片,公司预计该产品将于明年面向市场发布。

在今年2月完成由元禾璞华、元生资本联合领投的A+轮融资的登临科技也是国内GPU领域中备受瞩目的企业之一。在今年当中,他们的GPU产品也进入到了新的阶段——根据相关报道显示,登临首款GPU+ (软件定义的片内异构通用人工智能处理器)产品已成功回片通过测试,开始客户送样。

除了上述企业已经在GPU领域取得了成绩以外,还有一些初创企业正在涌入GPU这个市场。其中,在2020年成立的两家芯片公司——摩尔线程和沐曦集成电路也是积极布局GPU发展的本土企业,这两者均在成立后的短时间内获得了亿元级别的融资,因而受到行业的瞩目。从产品规划上看,以沐曦为例,他们拟采用业界最先进的5nm工艺技术,专注研发全兼容CUDA及ROCm生态的国产高性能GPU芯片,满足HPC、数据中心及AI等方面的计算需求。

从国内GPU企业的发展来看,他们所推出的产品多是围绕着数据中心、HPC等领域进行布局。这种布局与国内市场需求息息相关,根据IDC发布的《中国半年度加速计算市场(2021上半年)跟踪》报告显示,2021年上半年加速服务器市场规模达到23．8亿美元,同比增长85．1%。其中GPU服务器依然占主导地位,占据91．9%的市场份额,达到21．9亿美元,同比增长82．2%。

由此来看,服务器市场是国内GPU厂商布局的一个重点方向,而我们也看到,在这方面,国内GPU厂商正在从0走向1。

GPU巨头的焦点

众所周知,英特尔、英伟达和AMD都在围绕着数据中心市场进行布局。在他们看来,未来服务器市场不仅仅是由单一的CPU、GPU或FPGA等任何一种计算架构所支撑的,由此,他们也开始向多个领域进行拓展。在这个过程中,GPU市场也成为了一个“兵家必争之地”。

英伟达是GPU领域的佼佼者,其中数据中心业务是他们发展的动力之一,在其2021财年当中,数据中心业务为其贡献了40%的营收。他们依托于通过CUDA软件堆栈对GPU通用计算能力的不断发掘,以及近年来深度学习在AI领域的大规模应用,使得英伟达的GPU产品在通用计算领域占据着重要的地位。

从市场地位中看,根据中信证券的调研报告显示,lyftr的统计数据称,2021Q1,在全球TOP云厂商数据中心AI加速芯片市场,英伟达份额占比为78%,近年来基本稳定在80%附近,市场领先地位稳固。同时根据Lifter 2019年5月的数据显示,全球四大云计算平台阿里云、AWS、Azure和谷歌云(GCP)中,英伟达TESLA系列GPU产品的市场占有率大幅领先。其中,阿里云采用英伟达TESLA系列GPU比例为81%,AWS、Azure和GCP使用比例分别为89%、100%和100%,市场份额绝对领先。另外据Top500．Org数据显示,英伟达GPU产品在全球Top 500超算中心的渗透率逐年提高,由2013H1的72．2%提升至2021H2的90．3%,几乎处于垄断地位。

在数据中心市场的布局方面,英特尔则推出了Xe-HPC(Ponte Vecchio)。在2021架构日活动期间,英特尔详细介绍了Ponte Vecchio A0的芯片设计。根据英特尔的介绍,Ponte Vecchio作为基于Xe HPC架构的首款产品,在验证方法、软件、可靠性方法、信号完整性机制、互连、供电、封装、I/O架构、内存架构、IP架构、SoC架构等方面均进行了创新,以期通过这些创新点提高GPU的性能,抢占更多的HPC GPU份额。

结合当前目前市场的消息——英特尔或将 其GPU技术应用于Xe-HPC(Ponte Vecchio)和 Xe-HPG(Intel Arc)系列而不是 Xe-HP ——我们也能看出来,英特尔对于HPC GPU领域的看重。

AMD近些年来在GPU领域的发展也值得注意,从他们的财报信息中我们得以发现,应用在数据中心的GPU在AMD的营收中变得越来越重要——在2021年第一季度中,AMD就曾指出其数据中心GPU收入环比增长。AMD表示,该业务将在下半年实现收入增长,因为它会增加下一代芯片的生产,这些芯片将被高性能计算(HPC)客户使用。到了2021年第二季度,AMD方面称其数据中心GPU的销售收入“同比增长了一倍多”。AMD首席执行官Lisa Su将该细分市场的出色表现归功于该公司Instinct加速器部署的增加,其中还包括其基于CDNA 2架构的最新数据中心显卡的首次出货。

从这些巨头GPU厂商的布局来看,HPC领域已经成为了他们重点布局的方向之一。另一方面,我们也看到,国内GPU厂商也正在向这个方向努力。从事实角度出发,虽然英伟达在该领域的地位依旧难以被轻易攻破,但随着国内GPU在技术和生态上的完善,加之国产化趋势的推动下,国内GPU厂商的未来依旧可期。