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。
隨著人(ren)工智能（AI）、高性能計算（HPC）和圖形處(chu)理的(de)需(xu)求以前所未有的(de)速度增長，近年來全(quan)球(qiu)GPU制(zhi)造商的(de)數量也在(zai)增長。談(tan)到個人(ren)電腦的(de)獨立顯卡，AMD和Nvidia保(bao)持(chi)領先，而(er)英特爾正在(zai)努力追趕(gan)。
在上世(shi)紀(ji)八九十年代，全球一度(du)有(you)多達數(shu)十家公司(si)在開發了顯卡和獨立(li)圖形處理(li)器，但(dan)為了在3D游(you)戲(xi)中獲得最高性(xing)能而進(jin)行(xing)的殘酷(ku)競爭，其中絕(jue)大多數(shu)公司(si)被淘汰。
到(dao)大約2010年時，只(zhi)有AMD和Nvidia能夠為(wei)游戲和計(ji)算提供有競(jing)爭力的獨(du)立GPU，而其(qi)他公司(si)則專注于集成GPU或GPU IP。
從2015年左右開始，中(zhong)(zhong)國(guo)的(de)PC GPU開發商(shang)數量開始迅速增加，這得益(yi)于(yu)中(zhong)(zhong)國(guo)對技術(shu)自給自足的(de)推動，以及(ji)AI和高(gao)性(xing)能計算(suan)作為(wei)高(gao)科技大趨勢的(de)出現。
根據Jon Peddie Research的數(shu)(shu)據，目前(qian)總共有(you)18家(jia)(jia)公司在開(kai)發和(he)生產GPU。有(you)兩家(jia)(jia)公司主(zhu)要針對(dui)智能手(shou)機(ji)和(he)筆(bi)記本電腦開(kai)發SoC綁定的GPU，有(you)6家(jia)(jia)開(kai)發GPU IP，有(you)11家(jia)(jia)GPU開(kai)發商專(zhuan)注(zhu)于PC和(he)數(shu)(shu)據中心的GPU，包括(kuo)AMD、英特爾和(he)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(jie)第二大經濟(ji)體，中國(guo)不可避(bi)免地與美國(guo)和其他發達的(de)國(guo)家在(zai)幾(ji)乎所有(you)方面進行(xing)競爭。中國(guo)竭盡所能地吸(xi)引世(shi)界(jie)各地的(de)工程(cheng)師(shi)。
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(jun)有(you)涉獵(lie)，力圖實現(xian)對(dui)西方國家(jia)供(gong)應商的自給自足。
但要真正跳上(shang)人工智能和高性能計算的浪潮，需(xu)要CPU、GPU和特殊用(yong)途(tu)的計算加速(su)技(ji)術。
談到CPU，中(zhong)國面臨(lin)美國在(zai)制造設備和技(ji)術上(shang)的越來越嚴密的技(ji)術封鎖，不可(ke)能很快趕上(shang)全(quan)球先進水平。然而在(zai)另一個賽道上(shang)，可(ke)以說，開發和生(sheng)產一款像樣的GPU，比試圖(tu)造出(chu)一款有競(jing)爭力的CPU更容易出(chu)成果。
「對(dui)于中國公司來說，人(ren)工智能(neng)訓練(lian)是自(zi)主研發GPU的(de)(de)主要驅動(dong)力，一方面是因為英偉達(da)的(de)(de)GPU太(tai)貴(gui)了(le)，另外也是出(chu)于對(dui)自(zi)給(gei)自(zi)足的(de)(de)渴望。」JPR的(de)(de)負責(ze)人(ren)Jon Peddie說。
GPU本(ben)質(zhi)上是并行(xing)(xing)設備，其(qi)內(nei)部有大量(liang)的計算單元可以用于(yu)冗余，這使得GPU更容易啟(qi)動和(he)運行(xing)(xing)，單位晶(jing)體管的成本(ben)相對較低，整體產量(liang)也不錯。此外，GPU的并行(xing)(xing)性質(zhi)使其(qi)更容易以擴展的方式實(shi)現部署。
與CPU相比(bi)，GPU在設計(ji)和制造上對(dui)制程(cheng)工(gong)藝的(de)要求(qiu)沒有那么(me)苛刻，即(ji)使(shi)目前中(zhong)(zhong)國(guo)最先進(jin)(jin)的(de)芯片(pian)制造商中(zhong)(zhong)芯國(guo)際并沒有像(xiang)臺(tai)積電那樣先進(jin)(jin)的(de)生產工(gong)藝，仍然可以利用GPU性(xing)能(neng)擴展的(de)方式實現足夠(gou)可觀的(de)性(xing)能(neng)。
事實上，即使(shi)(shi)中(zhong)國的(de)(de)GPU開發(fa)商(shang)失去了使(shi)(shi)用臺積電先進節(jie)點（N7及(ji)以下）的(de)(de)機(ji)會，至少他(ta)們中(zhong)的(de)(de)一些(xie)人仍然(ran)可以在中(zhong)芯國際生產更簡單的(de)(de)GPU設計，并滿足(zu)AI、HPC和部分游戲/娛樂市(shi)場的(de)(de)需求。
而(er)且，從(cong)國家的角(jiao)度來看，具(ju)有AI和HPC能(neng)力的GPU可能(neng)也可以說(shuo)比CPU更(geng)重要，因為(wei)AI和HPC可以實現全新(xin)的應(ying)用，如(ru)自動駕駛(shi)汽車(che)和智能(neng)城市等應(ying)用。
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(gai)注意的是，雖(sui)然目前有(you)很多(duo)GPU開(kai)發商，但只有(you)兩(liang)家能真正為PC打造有(you)競爭力的獨立(li)GPU。這也許是因為，開(kai)發一個GPU架構相對容易，但要正確(que)實現它(ta)并設計適當的驅動程序確(que)實很難。
CPU和(he)GPU微架(jia)構(gou)基本上(shang)是(shi)「科學和(he)藝術的(de)交(jiao)匯」。這些架(jia)構(gou)是(shi)一組復雜的(de)算法(fa)，開發這些架(jia)構(gou)的(de)團隊規(gui)模可能相當小(xiao)，但(dan)可能需(xu)要長達幾年(nian)的(de)時間。
可(ke)以(yi)(yi)這么(me)理(li)解，微架構是(shi)在餐巾紙和白板上完成的。至(zhi)于(yu)成本，如果只(zhi)是(shi)架構師自己，團隊(dui)規(gui)模可(ke)以(yi)(yi)只(zhi)有一個(ge)人，也(ye)許是(shi)三四個(ge)人。但是(shi)任何類型的建筑，建筑、火箭飛(fei)船(chuan)、網絡(luo)或處理(li)器(qi)都是(shi)一個(ge)復雜的棋局。
比(bi)如，試(shi)圖預測五年后的制(zhi)造工藝和標準，性價比(bi)的權衡，增加什么(me)功能，放棄或忽略(lve)什么(me)功能，這些(xie)都是非常棘手和耗時的工作。
架構師們花(hua)了很多時(shi)間在頭(tou)腦中進(jin)行假(jia)設，比如(ru)(ru)如(ru)(ru)果(guo)(guo)把(ba)緩存做大25%，如(ru)(ru)果(guo)(guo)有6000個(ge)(ge)FPU，是否(fou)應該做一個(ge)(ge)PCIe 5.0 I/O總線？這么做能不(bu)能按時(shi)完成(cheng)？諸如(ru)(ru)此類。
由于微架構的(de)(de)開發(fa)可能需要(yao)數(shu)年時(shi)間(jian)，而且需要(yao)有(you)才華的(de)(de)設計師，在這個上市時(shi)間(jian)至關重要(yao)的(de)(de)世界里，許多公司就干(gan)脆從Arm或Imagination Technologies等公司授權使(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)芯動科技（Innosilicon）就從(cong)英(ying)國的(de)Imagination公司授(shou)權GPU微架構IP用(yong)于其Fantasy GPU。
還有(you)一家中國(guo)的(de)(de)(de)GPU開發(fa)商，使(shi)用了Imagination的(de)(de)(de)PowerVR架構。同時，另一家GPU制造商兆芯（Zhaoxin）使(shi)用的(de)(de)(de)是Via Technologies獲得的(de)(de)(de)GPU微架構。
開發(fa)一個微架構(gou)的成(cheng)本可能有所(suo)不同，但(dan)與現(xian)代高端(duan)GPU的物理(li)實現(xian)成(cheng)本相比，它的開發(fa)成(cheng)本相對較低。
多年(nian)來，蘋果和(he)英(ying)特爾(er)這兩家(jia)擁有大量工(gong)程人才的公司(si)都依賴Img進行GPU設(she)(she)計。聯發(fa)科和(he)其他小型(xing)SoC供應商依靠Arm。高通公司(si)在很長一段時間內使(shi)用ATI/AMD，而三星在嘗試(shi)設(she)(she)計自己的圖形引(yin)擎數(shu)年(nian)后，也轉向(xiang)了AMD。
最(zui)近，兩家新(xin)的中(zhong)國GPU公司聘請了前AMD和英偉達(da)的架(jia)構師，另(ling)外兩家使用Img。進入市場(chang)的時間(jian)和學習作為一(yi)個架(jia)構師的技能(neng)，要(yao)擔心(xin)什么，以及如(ru)何找(zhao)到解決方法，是一(yi)個非常耗時的過程。
「如果你能去找一(yi)家已經有了設(she)計方(fang)案，并且(qie)已經設(she)計了很長(chang)時間(jian)(jian)的公司，可以節省(sheng)大量的時間(jian)(jian)和(he)金錢(qian)，而(er)在市場(chang)上，時間(jian)(jian)就是(shi)一(yi)切。」
「這個過程中會有(you)太多的(de)問題。并(bing)非每一個由AMD或英偉(wei)達設計的(de)GPU都能成為(wei)贏家。不過，一套好的(de)架構設計可以(yi)經(jing)歷幾(ji)代的(de)調整，慢慢進(jin)步。」研究機構Jon Peddie Research的(de)負(fu)責人表(biao)示。
對于新(xin)的生(sheng)產制(zhi)程來說，硬件實現和軟件開發的成(cheng)(cheng)本(ben)太高了。據《國際商業時(shi)報》估計(ji)，使用5nm級技術制(zhi)造(zao)的設備(bei)，其(qi)設計(ji)成(cheng)(cheng)本(ben)超過5.4億美(mei)元。如果制(zhi)程為3nm，設計(ji)成(cheng)(cheng)本(ben)還將增加(jia)3倍。
「如果(guo)將(jiang)布局和平(ping)面圖、模擬、驗證和驅(qu)動程序全(quan)部考慮在內，GPU開發的成本和時(shi)間就會激增。」Peddie解(jie)釋說。
「硬(ying)件設計和布局(ju)是非常直接(jie)的：如果弄錯(cuo)一條(tiao)線，可能要花幾個(ge)月的時(shi)間來查(cha)錯(cuo)。」
目前，世界上只有少數幾家公(gong)司(si)能(neng)夠(gou)開發(fa)出具有AMD和英(ying)偉達(da)級別的現代游戲或(huo)計算用(yong)GPU（460億-800億個晶(jing)體管規模）芯片。
不(bu)過(guo)，前不(bu)久中國的壁(bi)仞科技發布的BR104和BR100也達(da)到了(le)幾(ji)乎類(lei)似(si)的水平(ping)。（據猜測，BR104包含大(da)約385億(yi)個晶體管(guan)）。
目(mu)前，全球11個PC/數據中心GPU設計(ji)供應商中的8個來(lai)自中國，這本身就(jiu)說明了問題。
也許在不久的(de)(de)將來，除了美國公司(si)，我們(men)不會看到(dao)有(you)(you)競(jing)爭力(li)的(de)(de)獨立游戲GPU。中國是否能(neng)推(tui)出有(you)(you)競(jing)爭力(li)的(de)(de)競(jing)爭對手，目前還(huan)有(you)(you)待觀察。
