中國GPU崛起，新玩家涌現(xiàn)

本文由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫  編譯自tomshardware

根據(jù)Jon Peddie Research（JPR）的一份報(bào)告，中國的GPU初創(chuàng)公司數(shù)量大增，因?yàn)樵搰噲D獲得人工智能（AI）實(shí)力和半導(dǎo)體主權(quán)。此外，近年來，隨著對(duì)AI、高性能計(jì)算 （HPC） 和圖形處理的需求以前所未有的速度增長，全球 GPU 制造商的數(shù)量也在增長。在PC的獨(dú)立顯卡方面，AMD和Nvidia保持領(lǐng)先，而英特爾正試圖迎頭趕上。

在 1980 年代和 1990 年代，數(shù)十家公司開發(fā)了顯卡和獨(dú)立圖形處理器，但對(duì) 3D 游戲最高性能的激烈競爭迫使其中絕大多數(shù)公司破產(chǎn)。到2010年，只有AMD和Nvidia可以為游戲和計(jì)算提供有競爭力的獨(dú)立GPU，而其它公司則專注于集成GPU或GPU IP。

2010 年代中期，中國 PC GPU 開發(fā)商的數(shù)量迅速增加，這得益于中國推動(dòng)技術(shù)自給自足以及人工智能和 HPC 作為高科技大趨勢的出現(xiàn)。

根據(jù)Jon Peddie Research的數(shù)據(jù)，全球總共有18家公司開發(fā)和生產(chǎn)GPU。有兩家公司主要針對(duì)智能手機(jī)和筆記本電腦開發(fā)SoC綁定的GPU，有6家GPU IP提供商，還有11家專注于PC和數(shù)據(jù)中心的GPU，包括AMD，英特爾和Nvidia，他們?cè)O(shè)計(jì)的顯卡最終出現(xiàn)在我們的最佳顯卡列表中。

事實(shí)上，如果我們把壁仞科技和天數(shù)智芯等其它中國公司加入名單，將會(huì)有更多的GPU設(shè)計(jì)師。然而，壁仞科技和天數(shù)智芯目前只專注于AI和HPC，因此JPR不認(rèn)為他們是GPU開發(fā)商。

作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，中國大陸不可避免地在幾乎所有方面與美國和其它發(fā)達(dá)國家競爭，包括技術(shù)。中國做了很多工作來吸引來自世界各地的工程師，并在中國建立各種芯片設(shè)計(jì)初創(chuàng)公司。事實(shí)上，中國每年都有數(shù)百家新的IC設(shè)計(jì)公司出現(xiàn)，他們開發(fā)從微型傳感器到復(fù)雜通信芯片等各種產(chǎn)品，從而使該國能夠提升供應(yīng)鏈自給自足能力。

但要真正加入人工智能和HPC的潮流，中國需要CPU、GPU和專用加速器。在計(jì)算方面，中國公司不可能很快拋棄長期的CPU和GPU市場領(lǐng)導(dǎo)者。然而，開發(fā)和生產(chǎn)一個(gè)像樣的GPU可以說比試圖構(gòu)建一個(gè)有競爭力的CPU更容易。

“人工智能培訓(xùn)是（中國GPU公司）的最大動(dòng)力，避免了英偉達(dá)的高價(jià)格，以及中國對(duì)自給自足的渴望，”JPR負(fù)責(zé)人喬恩·佩迪（Jon Peddie）說。

GPU 是并行的，這意味著內(nèi)部有大量可用于冗余的計(jì)算單元，這使得 GPU 更容易啟動(dòng)和運(yùn)行（假設(shè)每個(gè)晶體管的成本相對(duì)較低并且整體產(chǎn)量不錯(cuò)）。此外，由于 GPU是并行的，因此以橫向擴(kuò)展方式并行化它們更容易。中芯國際沒有臺(tái)積電那樣先進(jìn)的制程節(jié)點(diǎn)技術(shù)，這種性能擴(kuò)展方式看起來足夠好。事實(shí)上，即使中國GPU開發(fā)商無法獲得臺(tái)積電的先進(jìn)節(jié)點(diǎn)（N7及以下）訂單，至少其中一些仍然可以在中芯國際生產(chǎn)更簡單的GPU設(shè)計(jì)，并解決AI/HPC和游戲/娛樂市場。

從中國角度來看，人工智能和具有HPC功能的GPU可能也比CPU更重要，因?yàn)槿斯ぶ悄芎虷PC可以實(shí)現(xiàn)全新的應(yīng)用，例如自動(dòng)駕駛汽車和智慧城市。

同時(shí)，應(yīng)該注意的是，雖然有一堆GPU開發(fā)人員，但實(shí)際上只有兩個(gè)可以為PC構(gòu)建有競爭力的獨(dú)立GPU。這可能是因?yàn)殚_發(fā) GPU 架構(gòu)相對(duì)容易，但要正確實(shí)現(xiàn)它并設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序確實(shí)很難。

CPU和GPU微架構(gòu)本質(zhì)上處于科學(xué)和藝術(shù)的交叉點(diǎn)。Peddie說，它們是一組復(fù)雜的算法，可以由相當(dāng)小的工程師團(tuán)隊(duì)開發(fā)，但它們可能需要數(shù)年時(shí)間才能開發(fā)出來。

Peddie表示，成本方面，如果只考慮架構(gòu)師，團(tuán)隊(duì)可以低至一個(gè)人到四個(gè)人，但是，任何類型的建筑，建筑物，火箭飛船，網(wǎng)絡(luò)或處理器都是復(fù)雜的“國際象棋游戲”，試圖預(yù)測五年后的制造過程和標(biāo)準(zhǔn)，成本效益權(quán)衡在哪里，要添加哪些功能，以及刪除或忽略哪些功能是非常棘手和耗時(shí)的工作，等等，架構(gòu)師在腦海中花費(fèi)大量時(shí)間運(yùn)行假設(shè)場景——如果我們將緩存放大 25% 會(huì)怎樣？如果我們有 6000個(gè)FPU會(huì)怎樣？

由于微架構(gòu)可能需要數(shù)年時(shí)間才能開發(fā)成功，并且需要才華橫溢的設(shè)計(jì)師，因此在一個(gè)上市時(shí)間就是一切的世界里，許多公司從 Arm 或 Imagination Technologies （IMG）等公司獲得現(xiàn)成的微架構(gòu)甚至經(jīng)過硅驗(yàn)證的 GPU IP 許可。例如，芯片和物理IP的合同開發(fā)商Innosilicon授權(quán)Imagination為其Fantasy GPU微架構(gòu)IP授權(quán)。還有另一家位于中國的GPU開發(fā)商，它使用Imagination的PowerVR架構(gòu)。同時(shí)，兆芯使用了從Via Technologies獲得的高度重復(fù)的GPU微架構(gòu)，Via Technologies繼承了S3 Graphics的“財(cái)產(chǎn)”。

開發(fā)微架構(gòu)的成本可能會(huì)有所不同，但與現(xiàn)代高端 GPU 的物理實(shí)現(xiàn)成本相比，它相對(duì)較低。

多年來，蘋果和英特爾這兩家公司都擁有大量的工程人才，他們的GPU設(shè)計(jì)都依賴于IMG（蘋果仍然在一定程度上這樣做）。高通公司長期使用ATI/AMD的產(chǎn)品，三星在嘗試設(shè)計(jì)自己的圖形引擎，但目前在使用AMD的。

兩家新的中國公司聘請(qǐng)了前AMD和Nvidia架構(gòu)師來創(chuàng)建他們的GPU團(tuán)隊(duì)，另外兩家使用IMG。對(duì)于架構(gòu)師來說、擔(dān)心的問題以及如何找到修復(fù)方法是一個(gè)非常耗時(shí)的過程。

“如果你能去一家已經(jīng)有設(shè)計(jì)并且已經(jīng)設(shè)計(jì)了很長時(shí)間的公司，你可以節(jié)省大量的時(shí)間和金錢 - 上市時(shí)間就是一切，”Jon Peddie Research的負(fù)責(zé)人說?！坝羞@么多的‘陷阱’，并非AMD或Nvidia設(shè)計(jì)的每個(gè)GPU都是贏家，但是，一個(gè)好的設(shè)計(jì)會(huì)造福幾代人。”

使用新的制程節(jié)點(diǎn)技術(shù)，硬件實(shí)施和軟件開發(fā)非常昂貴。國際商業(yè)時(shí)報(bào)估計(jì)，使用5nm級(jí)技術(shù)制造的相當(dāng)復(fù)雜的器件的成本超過5.4億美元，這些成本將在3nm時(shí)增加兩倍。

“如果包括布局和平面圖、模擬、驗(yàn)證和驅(qū)動(dòng)程序，那么GPU的開發(fā)成本和時(shí)間就會(huì)飆升，”Peddie 解釋道?！芭e(cuò)一條布線，你可能會(huì)花費(fèi)數(shù)月時(shí)間追蹤它?！?/span>

世界上只有少數(shù)幾家公司可以開發(fā)具有現(xiàn)代游戲復(fù)雜性的芯片，AMD和Nvidia的計(jì)算GPU（460億-800億個(gè)晶體管）是佼佼者，但總部位于中國的壁仞科技可以對(duì)其BR104和BR100做類似的事情（推測BR104包含約385億個(gè)晶體管）。

盡管成本高昂，但11家PC/數(shù)據(jù)中心 GPU開發(fā)商中有 8家來自中國。也許，在不久的將來，除了美國大公司之外，我們不會(huì)看到任何人提供有競爭力的獨(dú)立游戲GPU，這是因?yàn)殚_發(fā) GPU 既困難又耗時(shí)，而且在很大程度上，這些高度復(fù)雜的 GPU 需要極其昂貴的硬件實(shí)現(xiàn)。中國能否派出有競爭力的參賽者還有待觀察。