GPU时代真的来临了

GPU时代来了！国产GPU一飞冲天

近几年，GPU受到越来越多人的关注，尤其是国产GPU，可谓是全面开花！

那么，什么是GPU？它有着怎么样的魔力？

一、什么是GPU？

根据维基百科定义，GPU中文名为图形处理器，是一种在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上做图像和图形相关运算工作的微处理器。

VR、区块链、3D建模、渲染等一切跟图像有关的处理过程都需要GPU。除了图形处理功能，GPU还是目前公认最好的AI加速器，尤其是在云端训练大模型应用场景中。

换言之，只要有高清画质需求，只要有AI处理需求，就离不开GPU。因此，随着这两大需求的持续增长和巨大的市场想象空间，全球GPU龙头英伟达凭借GPU芯片的优势，市值就高达5753亿美元（约合人民币36358亿元，截至2022年3月10日），晋升为当下全球市值最高的半导体企业。

那现如今，GPU有着怎么样的市场规模？

二、GPU市场规模

根据Verified Market Research数据，2020年全球GPU市场价值为254.1亿美元，2027年有望达到1853.1亿美元，年复合增长32.82%。

2021年一季度，在全球PC端GPU市场中，英特尔以68%的市场份额位居榜首，AMD和英伟达分别以17%和15%的市场份额名列第二和第三；在PC端独立GPU领域中，英伟达占据81%的市场份额拥有领先优势，AMD以19%的市场份额排名第二。

2020年中国大陆的独立GPU市场规模为47.39亿美元，预计2027年中国大陆GPU市场规模将超过345.57亿美元。随着政策端对信息关键基础设施自主可控的重视，国产替代浪潮来临，国内独立GPU产商的广阔市场空间已被打开。

三、GPU芯片研发有多难

国内企业做GPU主要有两大难，一是难在专利壁垒；二是难在GPU芯片的体系化创新。

在专利壁垒方面，GPU是先进制程数字芯片，对于GPU企业来说，高技术含量的自有IP的持续演进是技术自主和市场竞争优势的保障。但在该领域起步早的全球GPU巨头们已筑建了层层专利保护墙。以GPU架构IP专利为例，就连全球科技领头羊企业苹果，在该领域也绕不开专利授权：苹果从A4到A10X所有处理器芯片都是采用Imagination的IP，到A10之后苹果通过架构授权，有了自己的GPU架构把控，依然是基于Imagination的TBDR架构专利授权，隶属于该架构分支。但一旦架构授权后独立演进了，也就不再被专利卡脖子了。

在GPU芯片设计方面，GPU也绝非简单的芯片设计，其设计较一般芯片更复杂，系统更庞大，涉及面更广。做GPU需要极其专业的团队，团队从前到后要包圆，做到软硬全栈。专业人才要涵盖架构、算法、硬件、软件以及各种验证方式，包括后端、版图、驱动、测试、机械结构、生产、供应链等领域。这意味着，GPU研发团队需要在全链条节点上都配备丰富的量产经验人才，才能完成这样非常商业化的体系。

四、国产GPU最新进展

多家国产GPU厂商发布了产品的研发和商用情况。

2021年10月上旬，壁仞科技首款通用GPU芯片BR100正式交付台积电生产，这款芯片主要聚焦人工智能（AI）训练和推理、通用运算等众多计算应用场景，可广泛应用于包括智慧城市、公有云、大数据分析、自动驾驶、医疗健康、生命科学、云游戏等领域。壁仞科技成立两年，累计融资50亿元。

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。这颗芯片主要应用于数据中心和服务器等领域。在2021年3月，天数知芯还公布公司获C轮12亿元融资。

11月，景嘉微宣布JM9系列已经完成流片、封装、初步测试工作。根据测试结果，这款芯片可以满足地理信息系统、媒体处理、CAD 辅助设计、游戏、虚拟化等高性能显示需求和人工智能计算需求。

同期，登临科技的Goldwasser系列产品商业化落地，已经应用于互联网、智慧安防等领域。此外，登临科技在11月获得新一轮融资，由高通创投及数家行业顶级企业联合战略投资。2020年6月Goldwasser系列产品在台积电12nm工艺上Full Mask流片成功。

还有，芯动科技表示首款国产高性能服务器级GPU“风华1号”测试成功，搭载全球顶尖的GDDR6X和chiplet技术，应用于5G数据中心、云游戏、元宇宙等领域。

另一大动作是摩尔线程推出首款国产全功能GPU，内置自主研发的3D图形计算核芯、AI训练与推理计算核芯、高性能并行计算核芯、超高清视频编解码计算等核芯。摩尔线程的融资也备受关注 ，公司在一年内完成了三轮融资，累计超30亿元。

无论是壁仞、天数智芯还是登临科技、摩尔线程等GPU创业公司，资本对其都是大手笔投资。究其原因，离不开GPU人才少、技术难度高、生态建设匮乏等因素，同时在被巨头垄断的市场，国产GPU迫切需要取得突破。

五、GPU有三大应用场景：游戏 、 AI和自动驾驶

1、游戏

IDC数据显示，2020年游戏PC和显示器的出货量同比增长26.8％，达到5500万台。游戏笔记本电脑在2020年增长了创纪录的26.9％。与PC并行，游戏显示器在2020年也达到了新的高度，与2019年相比增长了77％以上，出货量达到了1430万台。

IDC预计2021年游戏显示器的销量将首次超过游戏台式机。即使游戏台式机逐渐受到青睐，游戏笔记本电脑的显示器连接率不断提高也意味着游戏监控器市场的五年复合年增长率预计将超过10％。IDC预计2025年全球销量达到7290万，复合年增长率为5.8％。

2、AI

移动端AI芯片市场不止于智能手机，潜在市场还包括：智能手环/手表、 VR/AR眼镜等市场。

人工智能服务器通常搭载GPU、FPGA、ASIC等加速芯片，利用CPU与加速芯片的组合可以满足高吞吐量互联的需求，为自然语言处理、计算机视觉、语音交互等人工智能应用场景提供强大的算力支持，在提供相同算力情况下，GPU服务器在成本、空间占用和能耗分别为传统方案的1/8、1/15和1/8。

当前在云端场景下被最广泛应用的AI芯片是英伟达的GPU，主要原因是：强大的并行计算能力（相比CPU）、通用性以及成熟的开发环境。2020年全球AI服务器市场规模为122亿美元，预计到2025年全球AI智能服务器市场将达到288亿美元，5年CAGR达到18.8%。

▲2020-2025年全球AI服务器行业市场规模及增速（单位：亿美元）

3、自动驾驶

全球自动驾驶迈入商用阶段，未来可期。IDC最新发布的数据显示，2024年全球L1-L5级自动驾驶汽车出货量预计将达到约5425万辆，2020至2024年的年均复合增长率（CAGR）达到18.3%。

我国汽车市场规模不断增长，自动驾驶由L2向L3过渡。多地开展自动泊车、自动驾驶公交车、无人智能重卡等方面的示范应用。

到2025年，我国PA（部分自动驾驶）、CA（有条件自动驾驶）级智能网联汽车销量占当年汽车总销量比例超过50%，C-V2X（以蜂窝通信为基础的移动车联网）终端新车装配率达50%。

随着传感器、车载处理器等产品的进一步完善，将会有更多L3级车型出现。而L4、L5级自动驾驶预计将会率先在封闭园区中的商用车平台上实现应用落地，更广泛的乘用车平台高级别自动驾驶，需要伴随着技术、政策、基础设施建设的进一步完善，预计至少在2025年~2030年以后才会出现在一般道路上。

感知路境，短时处理海量数据。行车过程中依赖雷达等传感器对道理信息进行采集后，处理器每秒需实时数据解析几G量级数据，每秒可以产生超过 1G 的数据。对处理器的计算量要求较高。

自动规划，瞬时反应保障安全。处理分析实时数据后，需要在毫秒的时间精度下对行车路径、车速进行规划，保障行车过程安全，对处理器的计算速度要求较高。

兼具技术成本优势，GPU为自动驾驶领域主流。

小结

在传统GPU市场中，排名前三的Nvidia、AMD、Intel的营收几乎可以代表整个GPU行业的收入。国产GPU的发展远远落后，但是国内市场规模和潜力巨大，在国产芯片自主创新和摩尔定律放缓等因素的驱动下，国产GPU和海外巨头的差距会逐步减少。