又一芯片巨頭瀕臨破產，GPU賽道競爭加劇

作者：鵬程

近年來，許多芯片企業(yè)破產。去年高達上萬家芯片公司關門大吉，平均每天倒31家。而今年依舊慘不忍睹，中國IP設計新星華夏芯破產清算，礪算科技也因燒光3億人民幣，去年6月爆發(fā)欠薪，加上美元基金撤離，險些在流片前夕破產。

礪算科技成立于2021年，實際營運從2022年年初成立礪算上海開始。礪算上海是南京礪算科技的全資子公司，也是公司核心所在。三位創(chuàng)辦人分別是宣以方、孔德海及牛一心，都在硅谷GPU公司S3擁有深厚的技術能力及工程經(jīng)驗。

官網(wǎng)信息顯示，礪算科技堅持自研架構、自主知識產權，正在打造對標國際主流產品的國產GPU芯片，服務國內2000億渲染GPU全方位市場，實現(xiàn)端、云、邊的圖形渲染，滿足學習工作娛樂、元宇宙、游戲動漫、數(shù)字孿生、影視制作、ARVR、智能工廠、專業(yè)設計、智能座艙、智慧醫(yī)療等的芯片和算力的需要。

好在，東芯股份于近日發(fā)布公告，宣布擬使用自有資金或超募資金對礪算科技（上海）有限公司進行增資，占股比例不超過40%，金額上限為2億元。礪算科技破產波瀾背后折射的是GPU芯片賽道競爭加劇。

?01、GPU的起源

GPU的全稱是Graphics Processing Unit，圖形處理單元。它最初的功能主要用于繪制圖像和處理圖元數(shù)據(jù)的特定芯片，后來增加了許多其他功能。

GPU相比CPU更加適合于密集型數(shù)據(jù)處理。從芯片微架構上看，GPU是在原有CPU結構基礎上進行了優(yōu)化與調整，通過與CPU進行合并，實現(xiàn)RAM共享的同時，采用SIMD架構，構建成百上千個邏輯運算單元，實現(xiàn)同一時間的并行處理。

GPU特別擅長同時處理很多任務，比如把計算機里的數(shù)據(jù)轉換成我們在屏幕上看到的精美圖像。在計算任務中，GPU利用其并行計算優(yōu)勢加速處理如深度學習訓練、科學計算等大規(guī)模數(shù)據(jù)密集型任務。

1962年，麻省理工大學的博士伊凡·蘇澤爾的論文以及他的畫板程序奠定了計算機圖形學的基礎。1962-1984年，這一階段，沒有專門的圖形處理硬件，圖形處理任務都由CPU完成。

隨著計算機的發(fā)展，圖像處理需求逐步增加。追溯GPU的歷史，要從圖形顯示控制器說起。世界上第一臺個人電腦IBM5150于1981年由IBM公司發(fā)布，這臺PC搭載了黑白顯示適配器（monochrome display adapter，MDA）和彩色圖形適配器（color graphics adapter，CGA），這便是最早的圖形顯示控制器。1984年，美國SGI公司推出了面向專業(yè)領域的高端圖形工作站。1984-1995年，SGI又不斷研發(fā)出了一系列性能更好的圖形工作站。

1995年，3DFX公司發(fā)布一款消費級3D顯卡Voodoo。此時，圖形顯示硬件賽道已經(jīng)開始變得火熱，AMD、ATI（2006年被AMD收購）、NVIDIA都開始推出自己的顯卡產品。CPU得以擺脫部分圖形處理任務，但是頂點變換等任務仍需CPU完成。

成立于1993年的NVIDIA是GPU概念的提出者。1999年NVIDIA發(fā)布的GeForce 256圖形芯片，首次引入GPU的概念，GPU時代來臨。GeForce 256采用了“T&L”硬件，立方環(huán)境材質貼圖和頂點混合等先進技術。

在這一時期，各硬件單元形成一條圖形處理流水線，每個流水級功能固定，不可對硬件進行編程。隨著技術的發(fā)展，GPU從只能按照固定方式工作變成了可以編程的智能芯片，并且能夠創(chuàng)造出更復雜的視覺效果。2003年，NVIDIA和ATI發(fā)布的新產品都同時具備了可編程頂點處理和可編程像素處理器，具備了良好的編程性。

進入21世紀，隨著游戲和多媒體應用的普及，GPU的性能需求迅速增長。各大芯片廠商紛紛投入巨資研發(fā)新一代GPU，不斷提高其性能。在這個階段，GPU的內部組成也發(fā)生了顯著變化，包括圖形顯存控制器、壓縮單元、BIOS、圖形和計算整列、總線接口、電源管理單元、視頻管理單元等。

隨著人工智能和深度學習技術的興起，GPU的應用領域得到了進一步拓展。NVIDIA開發(fā)出CUDA技術，使得GPU不僅能畫圖，還能干更多非圖形類的工作，例如處理大數(shù)據(jù)。除了傳統(tǒng)的圖形渲染外，GPU還被廣泛應用于深度學習、機器視覺、大數(shù)據(jù)分析等領域。這種趨勢推動了GPU技術的進一步發(fā)展，使其逐漸從專用圖形處理器演變?yōu)橥ㄓ糜嬎闫脚_。

國內開始涌現(xiàn)出一批研發(fā)GPU的企業(yè)：景嘉微電子，芯源微電子，壁仞科技等。

直到2014年4月，景嘉微才成功研發(fā)出首款國產高性能、低功耗GPU芯片——JM5400。2018年8月，景嘉微自主研發(fā)的新一代高性能、高可靠GPU芯片-JM7200流片成功。2019年，景嘉微在JM7200基礎上，推出了商用版本——JM7201，滿足桌面系統(tǒng)高性能顯示需求，并全面支持國產CPU和國產操作系統(tǒng)。

2020年，芯片行業(yè)掀起了創(chuàng)業(yè)熱潮，這次主要集中在GPU領域。國產GPU在資本的加持下獲得了飛速發(fā)展，大量公司進入這一領域。此外，中央和地方不斷出臺政策支持集成電路產業(yè)發(fā)展，在這樣的綜合影響下，可以說GPU迎來了最好的時代。這些創(chuàng)業(yè)公司主要致力于開發(fā)能夠同時滿足圖形處理和AI計算的GPU，也即現(xiàn)在國內所說的GPGPU（通用GPU，General-purposeGPU）。但隨著融資資金耗盡，部分企業(yè)也陷入破產邊緣。

根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2022年全球AI芯片市場將達352億美元。其中GPU占比最大，Goldman預計到2025年GPU占比將達到57%。在美國限制中國進口最新的英偉達GPU產品的情況下，國產GPU前景廣闊。

?02、全球GPU呈三足鼎立寡頭競爭格局

從全球GPU整體市場情況來看，全球GPU市場現(xiàn)已形成三足鼎立的寡頭競爭格局，NVIDIA仍是全球獨立GPU絕對領導者。Intel得益于在筆記本電腦及傳統(tǒng)PC行業(yè)的優(yōu)勢，現(xiàn)已在集成GPU市場獨占鰲頭，獨立GPU市場則主要由NVIDIA和AMD兩家公司占據(jù)。

NVIDIA現(xiàn)在最大的獨立顯卡生產銷售商，旗下有民用的Geforce系列，還有專業(yè)的Quadro系列。其GPU具有cuda通用運算，PureVideo高清視頻技術，PhysX物理加速，Optimus智能顯卡切換等。今年三月份，英偉達推出新一代AI圖形處理器芯片(GPU)架構Blackwell，并重磅發(fā)布采用該架構的GPU——B200和GB200產品系列。據(jù)了解，Blackwell可以支持多達10萬億參數(shù)的模型進行AI訓練和實時LLM推理。B200由兩個超大型Die（裸片）封裝組合而成，內含超過2080億個晶體管，是前一代800億個晶體管的兩倍以上，整塊芯片還封裝有192GB高速HBM3e顯存。

Intel是全球最大的集成GPU供應商。Intel的GPU主要是集成顯卡，用于intel的主板和intel的筆記本。英特爾首代獨立顯卡于2022年發(fā)布，距今大致已有2年。近日，有媒體報道，英特爾向oneAPI DPC++ 編譯器的 LLVM 文檔添加了 bmg_g21（Battlemage G21、BMG-G21）核心相關代碼。這也是首次有 Battlemage 架構獨顯相關代碼現(xiàn)身該文檔，暗示 Battlemage G21 GPU 有望成為英特爾下代獨顯首發(fā)型號。

AMD成立于1969年，是目前業(yè)內稀缺的可以提供高性能CPU、高性能獨立顯卡GPU、主板芯片組三大組件的半導體公司。2006年，AMD以54億美元收購了ATI，成為了第一家可以同時設計高性能CPU和GPU的半導體公司。AMD旗下有民用的Radeon系列，還有專業(yè)的FireGL系列等。其GPU具有Stream通用運算，ATI Video Converter視頻轉碼，UVD高清視頻技術，Havok、Bullet和Pixelux DMM三種物理引擎等。AMD 的 GPU 分為兩個截然不同的產品領域，一個是針對游戲的，另一個是用于超級計算機、大數(shù)據(jù)分析和機器學習系統(tǒng)的。

2023年，AMD正式發(fā)布了新一代AI/HPC加速器Instinct MI300X、Instinct MI300A，一個是傳統(tǒng)GPU加速器，一個是獨一無二的CPU+GPU融合加速器。MI300A 是面向 HPC 產品定位，因此產品形態(tài)是CPU+GPU/APU 合封 Chiplet 的方式(24個Zen4 core及其I/0，128G HBM3，封裝了13個Chiplet) ; 并改造了底層IF高速互連和UMA內存架構。首批采購方也是美國國家超算 (EI Capitan Exascale)。對標英偉達的CUDA，AMD則開發(fā)了ROCm。

?03、國內GPU市場百花齊放

雖然國內GPU起步晚，但得益于近年來資本的加持和人工智能的市場催化，大量公司切入這一賽道。隨著國內信息產業(yè)圖形處理和加速計算需求的不斷涌現(xiàn)，國內GPU市場已呈現(xiàn)出“百花齊放”的態(tài)勢，其中不乏一些表現(xiàn)出色的企業(yè)和產品。

景嘉微是國內首家實現(xiàn)自主研發(fā)國產化GPU并產業(yè)化的企業(yè)。為打破ATI公司（現(xiàn)已被 AMD 收購）M9 芯片在軍用圖形顯控領域的長期壟斷，公司歷經(jīng)多年技術鉆研，于2014 年成功研制國內首款高性能GPU芯片JM5400，實現(xiàn)軍用GPU國產化。2018年8月公司成功研發(fā)第二代圖形處理芯片JM7200，并于2020年陸續(xù)完成與國產化設備的適配工作，逐步向通用領域拓展。2021年12月，公司正式發(fā)布第三代圖片處理芯片JH920。該芯片在產品性能和工藝設計上較前兩代產品大幅提升的同時，也為國產化GPU在人工智能、信息系統(tǒng)等領域帶來新的突破。

芯動科技是一家專注半導體領域IP定制、設計、流片的公司，從DDR到接口再到GPU均有涉獵。2021年年底，芯動推出的“風華1號”就是一款12nm的高性能顯卡，支持4路4K60幀輸出，最高支持16個1080P用戶同時在線，填補了國產4K級桌面顯卡和服務器級顯卡兩大空白?！帮L華”系列GPU 自帶浮點和智能3D圖形處理功能，全定制多級流水計算內核，可實現(xiàn)高性能渲染和智能AI算力，適用于元宇宙、云游戲、云桌面、AI計算等領域。

由前英偉達全球副總裁張建中創(chuàng)辦，成立于2020年的摩爾線程，致力于研發(fā)全球領先的自主創(chuàng)新GPU知識產權，其GPU產品線覆蓋通用圖形計算和高性能計算。公司核心成員主要來自NVIDIA、微軟、Intel、AMD、ARM等全球知名芯片企業(yè)，覆蓋GPU研發(fā)設計、生產制造、市場銷售、服務支持等完整架構。在成立1年后便發(fā)布了第一代MUSA系統(tǒng)架構GPU“蘇堤”，其中的頂配桌面級顯卡MTT S60，擁有2048個MUSA核心，主頻達1.5GHz，提供6T FLOPS的單精度浮點計算能力，板載8GB顯存，板載DP1.4和HDMI 2.1接口并支持最大8K視頻輸出。

龍芯中科于2020年成立GPU突擊隊，加快GPU產品的研發(fā)設計。目前，龍芯中科自主研發(fā)的GPU集成在7A2000中。龍芯7A2000是面向服務器及個人計算機領域的第二代龍芯3號系列處理器配套橋片，在7A1000基礎上實現(xiàn)全面的優(yōu)化升級。此外片內首次集成了自研GPU，采用統(tǒng)一渲染架構，搭配32位DDR4顯存接口，最大支持16GB顯存容量。

芯瞳半導體成立于2019年12月，主要業(yè)務包括GPU芯片設計、異構計算平臺方案、嵌入式顯示系統(tǒng)解決方案、GPU應用部署解決方案。公司GPU架構采用了業(yè)界主流的統(tǒng)一渲染架構，并具有高度可擴展的互聯(lián)結構和計算陣列。2023年，芯瞳GB2062正式對外發(fā)布，這是芯瞳半導體推出的第二代自主研發(fā)高性能圖形處理器芯片。該芯片采用12nm CMOS工藝，具有自主設計、更強功能、更低功耗等特點，可廣泛適用于三維圖形領域（CAD、GIS、動畫模型、電腦游戲等）和通用計算（GPGPU）領域。

壁仞科技創(chuàng)立于2019年，致力于研發(fā)原創(chuàng)性的通用計算體系，建立高效的軟硬件平臺，同時在智能計算領域提供一體化的解決方案。BR100是由壁仞科技發(fā)布自主研發(fā)的首款通用GPU芯片，其16位浮點算力達到1000T以上、8位定點算力達到2000T以上，單芯片峰值算力達到PFlops（1PFlops等于1000萬億次浮點指令/秒）級別。

天數(shù)智芯成立于2015年12月，2018年正式啟動GPGPU芯片的設計研發(fā)工作，是國內首家GPGPU高端芯片及超級算力提供商。2021年1月，其成功自主研制7納米GPGPU高端自研云端訓練芯片，具有全方位生態(tài)兼容、高性能有效算力、指令集編程架構以及軟硬件全棧支持等優(yōu)勢。

此外，還有許多公司在研發(fā)GPU產品。不過近年來受制于美國禁令限制，部分企業(yè)無法使用臺積電等工藝流片，極大的制約了企業(yè)發(fā)展。

?04、信創(chuàng)疊加美國禁令，帶來巨大市場空間

由于歷史的原因，我國在信息技術領域長期處于模仿和引進的地位。國際巨頭占據(jù)了大量的市場份額，也壟斷了國內的信息基礎設施。它們制定了國內IT底層技術標準，并控制了整個信息產業(yè)生態(tài)。隨著中國國力的不斷崛起，某些國家主動挑起貿易和科技領域的摩擦，試圖打壓中國的和平發(fā)展。作為國民經(jīng)濟底層支持的信息技術領域，自然而然地成為他們的重點打擊對象。面對日益增加的安全風險，必須實現(xiàn)自主可控，“信創(chuàng)”就此被正式提出。

2022年，美國當局禁止英偉達向中國出口高性能GPU芯片(A100、H100)，到2023年10月，除了原來禁售的A100、H100之外，閹割版的A800、H8009、L40、L40S、甚至普通桌面端顯卡RTX4090都在禁售之列。

近年來國內新建設的數(shù)據(jù)中心、智算中心都已經(jīng)逐步采用國產芯片設計，為國內企業(yè)創(chuàng)造了巨大的市場空間。因此，相關賽道近年來涌入了很多國內參與者，競爭加劇。隨著部分企業(yè)研發(fā)和市場開發(fā)不及預期，融資資金逐漸燒完，開始逐步被收購并購，甚至破產。但危與機同在，由信創(chuàng)和美國禁令帶動為國內市場創(chuàng)造的巨大的市場空間將在未來行業(yè)競爭中，逐漸決出頭部企業(yè)。