根據技術市場研究機構Jon Peddie Research的一份新報告，中國的GPU初創企業數量非同尋常，因為中國試圖獲得人工智能的優勢以及半導體主權。
隨著(zhu)人(ren)工智能(neng)(neng)（AI）、高(gao)性能(neng)(neng)計算(suan)（HPC）和圖(tu)形處理的需(xu)求以(yi)前所未(wei)有(you)的速度(du)增(zeng)長，近(jin)年來全(quan)球GPU制造商的數量也在增(zeng)長。談到個人(ren)電(dian)腦(nao)的獨(du)立顯卡，AMD和Nvidia保持(chi)領先，而英(ying)特爾正在努力追趕。
在上世紀八九十(shi)年(nian)代，全(quan)球一度(du)有多達數(shu)十(shi)家(jia)公司在開(kai)發了(le)顯卡(ka)和(he)獨立圖形處理器，但(dan)為了(le)在3D游(you)戲(xi)中獲得最高性能而進行的殘酷競爭，其中絕大多數(shu)公司被(bei)淘(tao)汰。
到(dao)大約2010年時，只有AMD和Nvidia能(neng)夠(gou)為游戲(xi)和計算提供有競爭力的獨立GPU，而(er)其(qi)他公(gong)司則專注(zhu)于集(ji)成GPU或GPU IP。
從2015年左右開(kai)(kai)始(shi)，中國的PC GPU開(kai)(kai)發商(shang)數(shu)量開(kai)(kai)始(shi)迅速增加，這得(de)益于中國對技術自給自足(zu)的推(tui)動(dong)，以(yi)及AI和高(gao)(gao)性(xing)能計算作(zuo)為高(gao)(gao)科技大趨勢(shi)的出現。
根(gen)據(ju)Jon Peddie Research的(de)數(shu)(shu)據(ju)，目前總共有(you)18家(jia)(jia)公(gong)司在開發和生產GPU。有(you)兩家(jia)(jia)公(gong)司主要針對智能手(shou)機和筆記本(ben)電腦(nao)開發SoC綁定的(de)GPU，有(you)6家(jia)(jia)開發GPU IP，有(you)11家(jia)(jia)GPU開發商專注(zhu)于(yu)PC和數(shu)(shu)據(ju)中心(xin)的(de)GPU，包括AMD、英特(te)爾和英偉達。
事實上，如果在名單中加入其他中國公司，如壁仞科技和天樞智信，那么GPU企業數量將更多。不過，壁仞科技和天樞智信目前只專注于AI和高性能計算，所以JPR不認為他們是傳統意義上的GPU開發商。
中國的技術救國之路：GPU開發
作為世(shi)界第二大(da)經(jing)濟(ji)體，中(zhong)國(guo)不(bu)可(ke)避免地(di)與美國(guo)和其(qi)他發達的國(guo)家在幾(ji)乎所(suo)有方面進行(xing)競爭(zheng)。中(zhong)國(guo)竭(jie)盡所(suo)能(neng)地(di)吸(xi)引世(shi)界各地(di)的工程(cheng)師。
事實上，在中國，每年都有數百家新的IC設計公司成立。他們開發的產品種類繁多，從微小的傳感器到復雜的通信芯片均有涉獵(lie)，力(li)圖(tu)實(shi)現(xian)對西(xi)方國家(jia)供(gong)應商的(de)自(zi)給自(zi)足(zu)。
但要真正跳上人工智能(neng)(neng)和高性能(neng)(neng)計算的浪潮，需要CPU、GPU和特殊用途的計算加速技(ji)術。
談到CPU，中國面臨美(mei)國在(zai)制(zhi)造設備和(he)(he)技術(shu)上的(de)(de)越來越嚴密(mi)的(de)(de)技術(shu)封(feng)鎖，不可(ke)(ke)能很快趕上全球先(xian)進水平。然而在(zai)另一個賽道上，可(ke)(ke)以說，開發和(he)(he)生產一款像樣的(de)(de)GPU，比試圖造出(chu)一款有競(jing)爭力的(de)(de)CPU更(geng)容易出(chu)成(cheng)果。
「對(dui)于中國公司(si)來說，人(ren)(ren)工智能訓練是自主研發GPU的(de)主要驅動力，一(yi)方(fang)面(mian)是因為英偉達的(de)GPU太(tai)貴了，另外也是出(chu)于對(dui)自給自足的(de)渴望。」JPR的(de)負(fu)責人(ren)(ren)Jon Peddie說。
GPU本質上(shang)是并行(xing)(xing)設(she)備，其內部(bu)有大量(liang)的(de)(de)計算單元(yuan)可以用于冗余(yu)，這(zhe)使得GPU更(geng)容易(yi)啟動和運行(xing)(xing)，單位晶體(ti)管(guan)的(de)(de)成(cheng)本相對較低，整體(ti)產(chan)量(liang)也不錯(cuo)。此外，GPU的(de)(de)并行(xing)(xing)性質使其更(geng)容易(yi)以擴展的(de)(de)方式實現部(bu)署(shu)。
與CPU相(xiang)比，GPU在設計和制造上(shang)對(dui)制程工藝的(de)要求沒(mei)有(you)那(nei)么苛刻，即(ji)使目前中國最先(xian)進的(de)芯片制造商中芯國際并沒(mei)有(you)像臺積電(dian)那(nei)樣先(xian)進的(de)生(sheng)產工藝，仍(reng)然可以(yi)利(li)用GPU性(xing)能擴展(zhan)的(de)方式實現足(zu)夠可觀(guan)的(de)性(xing)能。
事實上，即使中(zhong)(zhong)國的GPU開發商失(shi)去了使用臺積電先進節點（N7及(ji)以下）的機會(hui)，至少他們(men)中(zhong)(zhong)的一(yi)些人(ren)仍然可以在中(zhong)(zhong)芯國際生產更簡(jian)單的GPU設計(ji)，并滿(man)足AI、HPC和部分游戲/娛樂市(shi)場(chang)的需(xu)求。
而且，從國(guo)家(jia)的(de)(de)角度(du)來看，具有AI和HPC能力的(de)(de)GPU可(ke)能也可(ke)以(yi)說比(bi)CPU更重要，因為AI和HPC可(ke)以(yi)實現全(quan)新(xin)的(de)(de)應(ying)用(yong)，如自(zi)動駕駛汽車和智(zhi)能城市(shi)等應(ying)用(yong)。
盡管美國政府大力限制向中國出口以超級計算機為基礎的CPU和GPU，但比起CPU，GPU在設計和制造上的相對較低的門檻，使得這種限制的效果遠沒有CPU來的明顯 。
GPU微架構相對容易，硬件設計卻很昂貴
不過，應該注意的(de)是，雖(sui)然目前有(you)很多GPU開(kai)發(fa)商(shang)，但只有(you)兩家能真正為(wei)PC打造有(you)競爭力(li)的(de)獨立GPU。這也許是因為(wei)，開(kai)發(fa)一個GPU架構(gou)相對容易，但要正確(que)實現(xian)它(ta)并(bing)設計適當的(de)驅動程序確(que)實很難。
CPU和(he)GPU微架構(gou)基本上是「科學和(he)藝術的交(jiao)匯」。這些(xie)架構(gou)是一組(zu)復雜的算(suan)法，開發這些(xie)架構(gou)的團隊規模(mo)可(ke)能相當(dang)小，但可(ke)能需(xu)要長達幾年的時間。
可以這么理解(jie)，微架構(gou)是(shi)(shi)(shi)在餐巾紙和(he)白板(ban)上完成的(de)(de)。至(zhi)于成本(ben)，如(ru)果只是(shi)(shi)(shi)架構(gou)師自己，團隊規模可以只有(you)一個(ge)人，也許是(shi)(shi)(shi)三四(si)個(ge)人。但是(shi)(shi)(shi)任何類(lei)型的(de)(de)建筑(zhu)，建筑(zhu)、火箭飛船、網(wang)絡或(huo)處(chu)理器都(dou)是(shi)(shi)(shi)一個(ge)復雜的(de)(de)棋(qi)局。
比如，試(shi)圖預測五(wu)年后的制造工藝和標準(zhun)，性價比的權(quan)衡，增(zeng)加什(shen)么功(gong)能(neng)，放(fang)棄或忽略什(shen)么功(gong)能(neng)，這些都是非(fei)常棘(ji)手和耗(hao)時(shi)的工作(zuo)。
架構(gou)師們花了很多時(shi)間(jian)在頭腦中進行假設(she)，比如(ru)如(ru)果把緩存(cun)做(zuo)大25%，如(ru)果有(you)6000個FPU，是否應該做(zuo)一個PCIe 5.0 I/O總線(xian)？這么做(zuo)能(neng)不能(neng)按時(shi)完成(cheng)？諸(zhu)如(ru)此類(lei)。
由于微架構的(de)(de)開(kai)發可(ke)能需(xu)要(yao)數年(nian)時間(jian)，而(er)且需(xu)要(yao)有才(cai)華的(de)(de)設計(ji)師，在這個上市時間(jian)至關重(zhong)要(yao)的(de)(de)世界里(li)，許(xu)多公(gong)司就(jiu)干(gan)脆(cui)從Arm或Imagination Technologies等公(gong)司授權使(shi)用現成的(de)(de)微架構，或者(zhe)是(shi)是(shi)經(jing)過驗證的(de)(de)GPU IP。
例如，中國的(de)芯動科(ke)技（Innosilicon）就(jiu)從(cong)英國的(de)Imagination公(gong)司授權GPU微架構IP用于其Fantasy GPU。
還(huan)有一家中國的GPU開發商(shang)，使用了Imagination的PowerVR架構。同時，另一家GPU制造商(shang)兆芯（Zhaoxin）使用的是Via Technologies獲得的GPU微(wei)架構。
開發(fa)一個微架(jia)構的成本可能(neng)有所不同，但與(yu)現代(dai)高端(duan)GPU的物理實現成本相(xiang)比，它(ta)的開發(fa)成本相(xiang)對(dui)較(jiao)低。
多年(nian)來，蘋果和英特爾這(zhe)兩家擁有大量工程(cheng)人才的公(gong)司都(dou)依賴Img進行(xing)GPU設(she)計。聯發科和其他(ta)小型SoC供應商依靠Arm。高(gao)通公(gong)司在很長一段時間內使用ATI/AMD，而三(san)星在嘗(chang)試(shi)設(she)計自己(ji)的圖形引擎數年(nian)后(hou)，也轉向了AMD。
最近，兩(liang)家(jia)新的中(zhong)國GPU公司聘請了前AMD和英偉達的架構師(shi)，另(ling)外兩(liang)家(jia)使用Img。進入(ru)市場的時(shi)間和學習(xi)作為一(yi)(yi)個架構師(shi)的技能(neng)，要擔心什么，以及(ji)如何找到解決方(fang)法，是(shi)一(yi)(yi)個非(fei)常耗(hao)時(shi)的過(guo)程。
「如果你能去(qu)找一(yi)家已經(jing)(jing)有了(le)(le)設計(ji)方案，并且已經(jing)(jing)設計(ji)了(le)(le)很長(chang)時(shi)間的(de)公司，可以節省大量的(de)時(shi)間和金錢，而在(zai)市場上(shang)，時(shi)間就(jiu)是一(yi)切。」
「這個過程中會(hui)有太多(duo)的(de)(de)問題。并(bing)非每(mei)一(yi)個由AMD或英(ying)偉達設計(ji)的(de)(de)GPU都能成為(wei)贏家。不(bu)過，一(yi)套好的(de)(de)架構設計(ji)可以經歷幾代的(de)(de)調整，慢慢進步。」研究機(ji)構Jon Peddie Research的(de)(de)負責(ze)人表示(shi)。
對(dui)于(yu)新的(de)生產制(zhi)程來說(shuo)，硬件(jian)實(shi)現(xian)和軟(ruan)件(jian)開發的(de)成(cheng)本太高了(le)。據(ju)《國際商業(ye)時(shi)報》估計，使用5nm級技(ji)術制(zhi)造的(de)設(she)備，其設(she)計成(cheng)本超過5.4億美元。如果制(zhi)程為3nm，設(she)計成(cheng)本還將增加3倍。
「如果將布局和(he)平面圖、模擬、驗(yan)證和(he)驅(qu)動程序全部(bu)考慮(lv)在內，GPU開發的(de)成本和(he)時間就會激增(zeng)。」Peddie解釋說。
「硬(ying)件設計和布局(ju)是非常直(zhi)接的：如果弄錯一條線，可能(neng)要(yao)花幾個(ge)月的時間來查錯。」
目前(qian)，世界上(shang)只有少數幾家公司能(neng)夠開發出具有AMD和英偉達級別的(de)現代游(you)戲或計算用GPU（460億-800億個晶體管(guan)規模）芯片。
不過(guo)，前(qian)不久(jiu)中國的壁(bi)仞科技發布的BR104和BR100也達到了(le)幾乎類似的水平。（據猜測，BR104包含大約385億(yi)個晶體管）。
目前(qian)，全球11個PC/數據(ju)中(zhong)心GPU設計供應商中(zhong)的(de)8個來自中(zhong)國，這(zhe)本(ben)身就說(shuo)明了問題。
也許在不(bu)久的將來(lai)，除了美國公司，我們(men)不(bu)會看到(dao)有競爭力的獨(du)立游戲GPU。中國是否能(neng)推出有競爭力的競爭對(dui)手，目前還(huan)有待觀察。
