疫情、战争、矿潮、芯片荒,种种影响叠加,造就了去年显卡价格的“疯狂”。虽然近期因以太坊价格暴跌,显卡价格从高位滑落,但中高端消费级显卡价格仍难以回到矿潮前的水平。目前显卡市场主要被英伟达、AMD、英特尔等厂商瓜分,尤其是英伟达和AMD,两家在独显领域遥遥领先。多年来,国内GPU厂商始终在努力打破这种垄断。今天我们从一款国产显卡亮相开始,回顾国产GPU的诞生历程。

 

7月18日,格兰菲智能科技有限公司在官网挂出了他们第一款显卡产品——Arise-GTa10C0。据介绍,这颗GPU芯片基于28nm工艺制造,内置一款完全自主研发的图像引擎。它能兼容Windows平台,可同时可在X86、ARM、MIPS等主流硬件平台操作运行,并且支持多种图形和图像的API接口标准,例如DirectX11、OpenGL4.5、OpenCL1.2等。多家媒体发文表示其性能接近英伟达的GTX 1050。

 

Arise-GTa10C0

 

近几年,国产GPU的发展可谓迅猛。包括芯动科技、摩尔线程、壁仞科技、天数智芯、沐曦等一众企业纷纷涌入这条赛道,融资和量产动作频频。就在本篇文章截稿之时,龙芯官微透露公司新一代龙芯3号系列处理器配套桥片龙芯片7A2000也要正式发布,集成龙芯自研统一渲染架构的GPU模块。

 

众所周知,GPU依赖CPU运行,没有CPU的控制器,GPU不能单独工作。因此在国内CPU、GPU都缺乏的情况下,大多数芯片厂商都将工作重点放在了自研CPU上。此外,GPU的研发也有着极高的难度。GPU不仅需要硬件工程师设计并制造芯片,更需要配套大量软件工程师为其开发驱动与接口。Moor Insights & Strategy首席分析师莫海德曾表示:“相比CPU,开发GPU要更加困难,而GPU设计师、工程师和驱动程序的作者都要更少。”所以,技术难度高,也反应在了人才缺乏上。

 

正因如此,与CPU相比,国产GPU的发展要落后的多。甚至直到2014年,景嘉微成功研发出国内首款高性能低功耗GPU芯片——JM5400,中国才终于有了一块自己的GPU芯片。今天,我们就来一起回顾下第一款国产GPU诞生背后的故事。

 

开始的开始,曾万辉加盟景嘉微电子

如果我们以人为主线,那么第一款国产GPU诞生的起点,始于湖南娄底的一个小山村。1970年,未来的景嘉微电子创始人曾万辉在这里呱呱坠地。1988年,曾万辉收到了国防科技大学微波与毫米波专业的录取通知书,毕业后的曾万辉被分配到中央某部委工作。后来他在接受媒体采访时说,就是那个时候,他产生了实业报国的想法。

 

曾万辉

 

2006年,回乡探亲的曾万辉偶遇大学同学胡亚华。那时胡与一位师兄饶先宏刚从国防科技大学转业,成立长沙景嘉微电子有限公司。据2015年长沙晚报对他们的采访,公司刚成立时注册资金50万元,实缴10万元,因为那时他们连做什么都没想好。

 

三人相遇的那一天,他们彻夜长谈,发现竟是如此合拍,天亮后曾万辉决定加盟这家公司,不仅补齐40万注册资金缺口,还与两名合伙人约定了分工:曾万辉负责市场开拓,饶先宏负责软件开发,胡亚华负责硬件开发。曾万辉加入后,景嘉微的团队才算补齐最后一块拼图。

 

偶然的机会,攻克高难显卡课题

同年7月,曾万辉接到中航工业某所需要请外面的公司开发图像压缩的控制板的消息。团队对此非常重视,然而还是没赶上接手这个项目。错过控制板开发业务的曾万辉,却阴差阳错地从该研究所拿到了一个全新课题——开发M9芯片配套驱动。那时候中航工业某所已经在国内找了几家实力很强的单位开发,研发了3年都没有成功,因为芯片驱动软件做不出来。曾万辉主动表示要尝试一下。

 

曾万辉接手后才发现问题相当棘手,因为当时国内根本找不到任何有价值的资料。要知道,一款优秀的显卡,少不了配套驱动的加持。就像驾驶一台汽车,如果一个没有见过汽车的人上去胡乱操作,结果不仅可能发生意外,更大概率是汽车根本发动不了。驱动就像一个经验老道的司机,可以精准快速的执行命令,驾驶汽车完成各种各样的复杂任务。

 

我们再以英伟达举例,我们玩的游戏从软件到GPU的过程有四个环节,与游戏软件接触的是DirectX Game,中间的是用户层驱动、内核层驱动,最后到GPU,驱动与游戏的使用体验息息相关。英伟达不仅雇佣大量技术人才专门研发显卡驱动,更是与大量游戏厂家一起合作,通过海量的测试,共同寻找优化方案,解决问题,一代又一代的更新驱动版本。可想而知,从零起步的景嘉微团队面临怎样的困难。那时的曾万辉带领团队从底层技术开始研究,夜以继日的摸索,失败了一次又一次。每天连续工作16个小时的他们,终于在三个月后点亮了眼前漆黑的屏幕。

 

“正是基于这种高门槛的起点和高品质的创新,这项技术打破了国际封锁、填补了国内空白,为我国航空航天事业发展做出了贡献。”曾万辉曾这样对媒体讲到。

 

在成功研发驱动后,景嘉微公司又解决了嵌入式操作系统下的3D图形处理难题,具备了从底层驾驭图形显控产品的能力。此后,各类军工订单接踵而至,业绩持续向好的景嘉微便将研发重点转向国产GPU替代。

 

繁荣的开端,GPU市场迎来爆发

来到2014年,据海关数据统计,彼时我国芯片进口额达2176亿美元,超过原油成为第一大进口商品。就在那年4月,景嘉微公司芯片设计团队历经8年攻关,自筹经费3000多万元,终于成功研制出国内首款具有完全自主知识产权的图形处理芯片—— JM5400,也是其景美系列的第一款产品。JM5400采用65nm工艺制程,图形填充渲染能力2.2GPixel/S,性能几乎不值一提,规格也较弱,但它可广泛应用于有高可靠性要求的图形生成及显示等领域,满足机载、舰载、车载环境下图形系统的功能与性能要求,可以全面替代M9、M54、M72、M96、IMX6等国外芯片。

 

景嘉微JM5400

 

到2016年3月,景嘉微在深圳证券交易所挂牌上市,景美系列GPU芯片是他们的核心产品线,营收、盈利占比超过70%。

 

在实现军用GPU的国产替代之后,景嘉微开始研发第二代GPU。2018年,景嘉微第二代GPU JM7200研制成功。第二代GPU采用28nm工艺制造,最大核心频率达到了1.3GHz,像素纹理填充率分别为5.2GPixels/s、10.4GT/s。JM7200终于杀入商用市场,具备了一般PC通用功能。

 

2021年12月,已成为国产GPU龙头企业的景嘉微发布了最新产品JH920。这款GPU芯片采用14nm工艺,像素填充率为32G Pixels/s,单精度浮点性能为1.5TFlops,与英伟达、AMD的低端显卡有了一战之力。

 

目前国产GPU的性能距离英伟达、AMD等大厂的高端消费级GPU还有很大差距,不过可以看到,从一无所有到如今实现部分国产替代,国产GPU仅花了不到十年时间,加上现在产业大环境和资本的助力,相信未来可期。

 

参考资料:

http://www.glenfly.com/  格兰菲智能科技有限公司官网

http://www.jingjiamicro.com/  景嘉微官网

https://news.mydrivers.com/1/433/433187.htm  长沙晚报《自费3000万 他们研发出国内首款图形处理芯片》

https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_11705617  GPU深度报告,三大巨头,十四个国内玩家一文看懂