479
北京时间11月7日凌晨，英雄联盟2021全球总决赛（S11）冠军赛引爆了电竞圈的狂欢：中国大陆赛区EDG战队3:2逆转战胜韩国赛区DK战队夺冠。
在电子竞技这一对画面渲染、图像数据计算需求量极大的应用场景中，GPU性能的优劣几乎起到决定性作用，而英雄联盟选手使用的NVIDIA RTX 3090款GPU，市场单价约为12000元人民币，是市场上现有的GPU中几乎性能最好的产品。
随着电竞市场逐渐升温，高计算力、高画面处理能力的GPU芯片也逐步受到移动端与桌面端整机厂商青睐。为争夺日益升温的高性能GPU市场，各大供应商纷纷提供了自己的技术方案。
全球GPU市场单季出货量破亿颗
市场研究公司 Jon PeddieResearch 的报告显示，2021年第一季度全球GPU出货量高达1.19亿颗，同比增长 38.78%。日益庞大且高速增长的GPU市场，显示出市场对高算力持续且高涨的需求。服务器、PC、移动端、游戏主机构成GPU最主要的四大市场。IDC报告显示，2021年第二季度全球服务器出货量超过320万台。
在全球领先的服务器供应商戴尔、HPE、浪潮、联想、IBM、ODM Direct中，HPE、联想、IBM已推出搭载GPU的产品由于GPU具有良好的并行运算能力，GPU服务器已成为AI加速方案的优选，当前市面上的GPU服务器多配备八核GPU。据IDC预测，到2024年中国GPU服务器市场规模将达到64亿美元。
在游戏主机市场，当前全球两大游戏主机之一的Switch2021年7-9月出货量为383万台，索尼今年第三季度售出450万台PlayStation5和140万台PS4。
而GPU最大的市场仍为PC与智能手机。IDC最新公布的PC市场研究报告显示，2021年第三季度全球PC出货量达到8670万台，同比增长3.9%，连续第六个季度实现增长。Canalys数据显示，2021年第三季度，全球智能手机出货量达到3.26亿部，较上一季度增长3%。
庞大的市场基数与快速增长带来了GPU市场行业的繁荣。暗藏在繁荣之下的，是厂商间对市场的激烈争夺。
游戏场景英伟达一骑绝尘
从全球2020年第二季度PC领域的GPU出货量来看，Intel是全球最大的处理器供应商。凭借CPU在出货量上的优势，集成GPU销售取得了极高的市场份额。价格低、供电少、兼容好是集成显卡的优势，也是下游主机厂商和消费者选择集成显卡和英特尔的理由。
但在对画面质量要求更高的制图、游戏等应用场景中，以英伟达为领袖的独立显卡则依然是主机厂商和消费者的首选。独立GPU市场中，英伟达居于绝对垄断地位，占有80%的市场份额，剩余20%份额由AMD占据；台式独立GPU市场与独立GPU市场保持相似市场结构，由英伟达与AMD二分天下。其中，英伟达以78%的市场份额立于不败之地。此外，集邦咨询分析师姚嘉洋在接受《中国电子报》记者采访时表示，Intel也有推出独立GPU分食英伟达与AMD市场的打算。
搭载英伟达GPU的游戏效果
作为以专业性、高性能为核心竞争力的桌面端GPU市场，英伟达与AMD将更多的研发精力投入在提升运算能力、提升速度、优化图像呈现能力等指标的提升上。
英伟达中国区Omniverse经理何展在接受《中国电子报》采访时表示：“GPU参数的主要核心有三个方向，分别是CUDA Core、Tensor Core和RT Core。”从数量上来看，英伟达推出的GEFORCERTX 30系列显卡相较于20系列在CUDA Core数量上实现了全面提升，从2018年发布的20系列显卡到2020年发布的30系列显卡，CUDA Core数量由1920~4352核提升至3584~ 10496核。CUDA Core即为英伟达命名的一类流处理器，可成组或者大数量地运行，CUDA Core数量越多，GPU并行处理能力越强，也就意味着GPU能够更快地处理任务，也就能够负载运算量更大的计算任务，Tensor Core同样关注于并行计算；RT Core则专注于光线实时追踪。
英伟达30系列与20系列CUDA Core数量对比
为了提升画面使用的流畅度和画面清晰度，AMD在2020年10月发布的RDNA2架构中加入了无限缓存(Infinity Cache)功能。使得产品只需不高的显存位宽、带宽即可满足性能需求，容量越大、游戏分辨率越高，效果越明显。据了解，AMD将在2022年发布的RNDA3架构也将延续这一设计。AMD RDNA3架构会融入3D堆叠的无限缓存，而且容量最高达512MB，是目前的整整4倍。其中，Navi 31大核心拥有完整的512MB，Navi 32、Navi 33会分别精简到384MB、256MB。Navi 31本身还会采用MCM双芯整合封装方式，相当于每个核心的无限缓存还是256MB。
此外，何展向《中国电子报》记者表示，英伟达在更新迭代硬件架构的同时，也在提供软件的更新：“我们通过AI、软件提升硬件的运行速度整体的应用效能，这也是我们提倡的发展方向。”
除此之外，姚嘉洋在接受《中国电子报》记者采访时还表示：“在桌面端领域本就需要较强性能的GPU的前提下，更需要专业工作领域的生产软件配合，例如电影制作、工业设计、动画制作等。例如，NVIDIA就会将GPU分为游戏与专业工作领域两种类别，方便让消费者挑选合适的产品，AMD在这几年也有相同的作法。”
五企业逐鹿GPU架构市场
与桌面端GPU英特尔、英伟达与AMD的寡头竞争相对稳定的市场格局相比，以智能手机为代表的移动终端市场在近几年快速成长起来，且仍具有极高的增长速度。这便为上游市场带来了更多的市场可能性。与桌面端GPU芯片基本采用自研架构的产业格局不同，移动端GPU行业普遍采用的架构研发与芯片厂商分离的方式。由IP厂商研发芯片架构，向芯片厂商授权。
Imagination、ARM、高通、Vivante、英伟达已成为当前GPU架构市场占有率最高的五大企业。与英特尔主导桌面端集成GPU的逻辑相类似，由于高通是安卓阵营最大的处理器供应商，高通GPU便因此占据了极高的市场份额，且高通Adreno系列GPU仅自用，并不对外授权。Imagination已成为移动平台GPU架构授权龙头企业，授权伙伴主要有Intel、苹果、联发科、LG、瑞萨、三星、海思等。C端市场已有Oppo A93、LG K42、K52、K62、K71等智能手机搭载Imagination 架构。ARM Mail的GPU性能相对较弱，主要应用在华为和三星手机。
面对品牌众多、功能各异的移动端产品，架构厂商要想立于不败之地，便要找到自己的竞争优势。Arm将竞争的重点放在提升芯片的机器学习效能与计算密集型体验提升上。今年5月，Arm新推出针对旗舰智能手机和Chromebook笔记本市场的的高性能 GPU Arm Mali-G710，在计算密集型体验方面（如 AAA 高保真游戏）的性能提升 20%，对于各种与机器学习有关的任务（如全新相机和视频模式的图像增强），Mali-G710也带来了35%的性能提升。
由于移动设备自身电容量有限，在要求产品在提高运算能力的同时保持低功耗也是市场带给移动端GPU行业的一大挑战，于是，如何在提升芯片性能同时保持低功耗也成为芯片厂商保持自身市场竞争力、争取下游市场认可的要诀。
搭载Imagination GPU光线追踪技术的游戏效果
Imagination技术前瞻副总裁 Kristof Beets表示：“核心的数目没有办法无限堆加，发光和功耗也会成为很大的问题，所以效率会面临挑战。”针对这一问题，Imagination提出的解决方案，是将GPU中的处理单元硬件化，11月4日，Imagination Technologies推出的旗舰款GPU IP产品IMG CXT便是将GPU的光线追踪功能从软件计算方式中硬件化，使其成为硬件架构本身的一部分，从而在帮助用户实现光线追踪立体使用效果的同时降低系统整体耗能。
作者丨姬晓婷
编辑丨连晓东
美编丨马利亚
下载ECAD模型
