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编辑:TSknight

 

最近两个月我也报道了不少国产半导体行业的新闻,不少读者看完也是颇感兴趣,都希望我能够多聊一聊国产GPU的发展。实际上,国产GPU的行业规模并不小,虽然远未到英伟达、AMD等头部厂商的规模与技术,但是在国内的各个行业却有着举足轻重的地位。

 

特别是在美国对我们的半导体行业进行全方位打击后,国产GPU的研发投入与产出也开始同步上升。目前国内主要的十家GPU产业公司中有7家是2015年后成立的,其中2018年后成立的有5家,基本上与国内对半导体行业的需求增长及投入成正比。

 

图片来源:首创证券

 

在市场需求和政策的支持下,目前国内的GPU企业都有着较好的前景与发展,那么现状又如何?

 

国产GPU现状:不算糟但也不算好

 

聊到GPU,很多人包括我在内第一时间想到的都是英伟达、AMD,作为全球GPU市场的领军企业占据了绝大部分的独立显卡市场份额,而集成显卡的市场份额则是由AMD与英特尔瓜分。

 

经过多年的技术发展与积累,国外半导体厂商在GPU领域建立了许多专利壁垒,其它公司想要追赶甚至超越的难度极大,对于国内厂商来说难度更是要上升一个等级。所以,受限于工艺制程、EDA等技术封锁,国内厂商目前在自主研发领域的成果与国际一流水平还有着很大的差距。

 

目前国内自研GPU的领军企业主要是景嘉微、壁仞科技、芯动科技等,其中成立最早的是景嘉微,2006年就开始研发拥有自主知识产权的GPU产品。现在已经发展出了一系列的产品线,并且均采用国内成熟制程工艺及自主架构,以至于在2021年就被美国列入实体清单。

 

不过,得益于产品使用的技术与生产都与美国及相关海外企业联系不大,所以景嘉微很快就发布公告称旗下产品的生产与研发不会受到实质影响,整体风险可控。目前,景嘉微的最新产品是JH920独立显卡,支持4路显示输出及视频解码,支持OpenGL 4.0、Vulkan1.1等图形编程接口,支持OpenGL3.0计算编程接口,支持4 路4K@60fps HDMI 2.0外视频输入。

 

图片来源:官方

 

从参数来看,JH 920的性能与英伟达在2016年发布的GTX 1050相仿,虽然从年份来看两者仅相差6年时间,但是GTX 1050实质上为英伟达10系显卡中的入门级产品,显然无法代表英伟达在2016年的全部水平。

 

在比对性能参数后,我一直回溯到2010年的GTX 500系列才找到性能与GTX 1050相符且作为旗舰型号发售的GTX 580,意味着JH 920基本上是达到了英伟达12年前的水平,所以整体而言国产GPU的现状并不算乐观,虽然在特殊领域算是可以满足自给自足的需求,但是在中高端领域及个人消费领域还有着非常大的差距。

 

目前来说,景嘉微所代表的就是自主知识架构GPU的顶尖水平,其产品则主要应用于工业、人工智能、云计算、军用工业等领域,至少是保证了国内相关产业即使被封锁也依然能够正常提供服务。

 

在景嘉微之外,国内的主要GPU企业还有芯瞳半导体、壁仞科技、摩尔线程、沐曦集成电路、瀚博半导体、登临科技、天数智芯、芯动科技、龙芯中科等多家企业,面向的领域基本涵盖了目前GPU应用的主要市场,如人工智能、AI计算、自动驾驶、深度学习等。

 

如果将采用IP授权及商用架构等方式进行生产的GPU厂商算进去,那么国产GPU的性能水平可能也就仅仅落后于美国而已。实际上,全球范围内的GPU企业数量并不算多,因为这个行业可以说赢者通吃,英伟达与AMD经过多年的合并收购已经奠定了自己无可动摇的领导地位,除了少数极为特殊的需求市场,独立GPU的相关市场都已经被两家瓜分完毕。

 

可以说,如果不是国内企业面临被美国断供的风险,不得不加快脚步研发GPU芯片,那么国产GPU的性能可能至少会落后20年的时间,而不是现在的10年左右。

 

国产GPU的未来

 

从现状来看,国产GPU的未来是否明朗?个人认为,在国家相关政策及产业资金的倾斜下,国产GPU的未来是可期的,但是想要走出国内进军全球却有着很高的难度。

 

首先是面临英伟达、AMD的围堵,通过产业联盟、专利限制等方式,两家半导体巨头几乎可以掐死一切威胁到自己的GPU厂商,除非国产GPU厂商捣鼓出划时代的全新GPU产品,否则是不可能突破巨头的技术封锁与限制。

 

图片来源:首创证券

 

其次是国内的GPU产业发展依然受限于半导体制造产业的发展,在国产光刻机取得突破性进展之前,国产自研GPU芯片的性能上限已经明确,可以预见在未来数年内,14nm GPU将走到上限,如果届时光刻机仍然无法突破,将会被英伟达、AMD快速拉大差距。

 

整体来说,GPU的研发与CPU一样,牵一发而动全身,需要的不仅仅是企业的架构迭代与升级,还需要光刻机等配套产业的同步提升,才能缩短国产GPU与国际领先水平之间的差距。

 

而且,目前国内主流的GPU企业中,有不少都是采用的商用IP授权,简单来说就是购买一个商用GPU IP,然后自行修改迭代,如果IP供应商终止合作,那么就会面临研发、生产中断等问题。

 

目前国内性能领先的GPU企业基本都是以商用IP为主,大多数自研架构的企业业务集中在AI计算等领域,只有景嘉微等少数企业有自研架构的图形渲染显卡产品。

 

图片来源:官网

 

所以,如果大家期待着国产显卡在个人消费领域的突破,那么短时间内机会渺茫,倒是在AI计算方面可以期待一下,未来我们使用的自动驾驶汽车等集成AI智能系统的产品,应该就能看到国产GPU的身影。

 

国产GPU面临的问题主要集中在IP授权的不可控性、先进制程的不可控性(部分领先GPU企业的芯片由台积电、三星代工)以及美国相关政策的风险。目前国内的GPU产业对海外的EDA等软硬件还有着较高的依赖性,国产相关产品暂时还无法直接替代,这也意味着一旦美国继续收紧半导体政策,那么非自研架构的GPU企业会受到较大的影响。

 

看到这里,或许有读者朋友会吐槽:“又是买回来的IP,就不能有点自主的东西吗?”其实从产业发展角度来看,目前国产GPU的自研+IP授权的并行发展机制是十分必要的。

 

因为GPU架构自研难度极高,需要大量人力物力与时间成本的投入,企业即使有政策及资金扶持也不可能all in自研,否则整个科研生态将会变得十分畸形并难以维系。

 

所以,通过IP授权研发自主架构GPU,以此培养自己的产业链和产品设计思路并获得资金流转,再以IP授权芯片的收入来弥补自研架构的研发投入缺口,最终形成自循环的研发体系。而且还能保持企业对市场的敏感性,适时调整产品的研发线路,避免花费重金研发出一款不实用的产品。

 

个人认为,国产GPU的未来关键不在于个人消费市场,而是以自动驾驶、AI智能等领域为主的商用及工业市场,这些市场恰恰是目前国内的强势区,凭借在新能源汽车及相关领域的突破及份额提升,国产GPU或许会走出一条与英伟达、AMD截然不同的发展道路。