從國家安全角度，國產 GPU勢在必行，對於國產 GPU廠商而言是時代機遇。
文/每日財報 劉鋒
美國對中國半導體晶片制裁的力度一次又一次加強，其中就包括對高性能GPU晶片的限制。
GPU，指 Graphics Processing Unit，圖形處理器，進行圖形和圖像相關運算工作的微處理器。
GPU 概念自20世紀70年代末提出，其角色變換從最早分擔 CPU 壓力的附屬硬體，到由於能承擔大規模運算而逐漸被人們重視。如今，GPU國產化正在如火如荼地進行。
後摩爾定律時代
歷史上，由於摩爾定律的存在，使得 CPU 處理器的性能可以滿足應用軟體不斷升級的 需求。但近幾年隨著半導體技術改進達到物理極限，電路複雜度逐漸提升。2016 年 3 月 24 日，英特爾宣布正式停用「Tick-Tock」處理器研發模式，未來研發周期將從兩年周期向三年期轉變。至此，摩爾定律對英特爾幾近失效。
隨著網際網路用戶和各類網絡應用的快速增長，數據體量的急劇膨脹，數據中心對計算的 需求也在迅猛上漲。諸如深度學習在線預測、直播中的視頻轉碼、圖片壓縮解壓縮以及 HTTPS 加密等各類應用對計算的需求已遠遠超出了傳統 CPU 處理器的能力所及。
一方面，處理器性能再無法按照摩爾定律進行增長，另一方面數據增長對計算性能要求超過了按「摩爾定律」增長的速度。CPU 處理器本身無法滿足計算性能需求，導致需求和性能之間出現了缺口。解決方法是通過硬體加速，採用專用協處理器的異構計算方式來提升處理性能，而 GPU 憑藉其相對通用靈活和適應並行計算等特性成為主要選擇。
當前主要興起的計算晶片分別為 GPU、ASIC、FPGA 等，其中 GPU 最初專用於圖形處理製作，後逐漸應用於計算，是核心計算資源底座。以在 AI 市場的應用為例，IDC 研究發現，2021 年上半年，中國人工智慧晶片中，GPU依然是實現數據中心加速的首選，占有90% 以上的市場份額，而 ASIC、FPGA、NPU 等其他非 GPU 晶片也在各個行業和領域被越來越多地採用，整體市場份額接近10%。
依據 T4 的統計數據，2020 年全球 GPU 市場規模價值 200 億美元，預計 2021年將增長 15%，從 2015 年到 2025 年平均每年增長 13%，從80億美元擴大到 350億美元。而依據 Allied Market Research 預測，2019年全球 GPU 市場規模為 197.5億美元，預計到 2027 年將達到 2008.5 億美元，2020 年至 2027 年的複合年增長率為 33.6%，對比來看 Allied Market Research 對 GPU 市場空間更為樂觀。
從下游應用來看，GPU 需求仍在快速增長期，其中遊戲領域是GPU 應用的傳統應用領域。
參考 GPU全球龍頭英偉達的營收數據，其遊戲領域業務收入由 2019 年的 55.18 億元 增長至 2021 年的 124.62 億元，近三年符合增長率31.20%，整體趨勢保持穩定增長，為英偉達占比最高的業務。另一方面，伴隨人工智慧算法的不斷普及和應用，以及對商業計算和大數據處理的算力需求的不斷增長，全球範圍內數據中心對計算加速硬體的需求不斷上升。英偉達數據中心業務收入由 2019 年的 29.83 億美元增長至 2021 年的 106.13 億美元，近三年複合增長率高達52.66%，增速遠超其他板塊業務。Nvidia 數據中心業務收入的快速增長體現了下游數據中心市場對於泛人工智慧類晶片（以 GPU為主）的旺盛需求。
三強壟斷
全球 GPU 市場中，基本被 Nvidia、Intel 和 AMD 三家壟斷。
據 JPR 統計，全球PC GPU在 2022 年 Q2出貨量達到 8400萬台，同比下降 34%，預計 2022-2026 GPU複合增長率為3.8%，在未來五年內 dGPU 在 PC 中滲透率增長至 30%。從市場格局來看， Nvidia、Intel 和 AMD三家在 2022 年 Q2 市場占有率分別為 18%、62%和 20%，Intel 憑藉其集成顯卡在桌面端的優勢占據最大的市場份額。
獨顯市場中，Nvidia占據領先地位。不同於整體市場，在獨顯市場中，Nvidia 與 AMD 雙雄壟斷市場，其 2022 年 Q2 市占率分別約為 80%和20%，可以看到近年來 Nvidia 不斷鞏固自己的優勢，其獨立顯卡市占率整體呈現上升趨勢。
2022 年8月9日，美國總統拜登簽署《2022 年美國晶片與科學法案》，旨在為美國半導體的研究和生產提供約 520億美元的政府補貼，來對抗中國及控制半導體產業鏈。8月31日，英偉達發布公告，美國政府對向中國和俄羅斯出口的 A100 和即將推出的 H100晶片實施了新的許可要求。據路透社消息，AMD MI250 晶片亦受到影響。高端 GPU限制產品基本都是具備「64 位浮點數字」（FP64）雙精度算力的高性能顯卡，主要應用於AI、數據分析和HPC 應用場景。此次受限雖然只針對高端 GPU 型號，但依然為我國廠商敲響了警鐘。
從國家安全角度，國產 GPU勢在必行，對於國產 GPU廠商而言是時代機遇。
部分優質國產GPU企業已逐步展現出發展潛力，2022年 3 月，壁仞科技首款通用 GPU 晶片BR100成功點亮，後於2022年8月正式發布，創下全球算力的新紀錄。公司的產品體系主要涵蓋 BR100系列通用 GPU晶片、BIRENSUPA 軟體開發平台以 及開發者雲三大板塊。其中，BR100系列通用 GPU晶片是公司的核心產品，目前主要包括 BR100、BR104 兩款晶片。
摩爾線程是一家以 GPU晶片設計為主的集成電路高科技公司。公司誕生於 2020 年 10 月，專注於研發設計全功能 GPU 晶片及相關產品，支持 3D 高速圖形渲染、AI 訓練推理加速、超高清視頻編解碼和高性能科學計算等多種組合工作負載，兼顧算力與算效， 為中國科技生態合作夥伴提供強大的計算加速能力。
海思半導體成立於2004 年，是全球領先的 Fabless 半導體與器件設計公司，旗下晶片共有五大系列，分別是用於智能設備的麒麟系列；用於數據中心的鯤鵬系列伺服器 CPU；用於人工智慧的場景 AI 晶片組昇騰系列 SoC；用於通信連接的晶片（基站晶片天罡、 終端晶片巴龍）；以及其他專用晶片。
據 IDC 數據顯示，2018 年全年中國 GPU 伺服器市場規 模約為 13.05 億美金（約合人民幣 90.05 億元），同比增長 131.2%。同時 IDC預測， 到2023 年中國 GPU 伺服器市場規模將達到 43.2億美金（約合人民幣300億元），未 來 5 年整體市場年複合增長率（CAGR）為 27.1%。因此，相關公司均有較大發展空間。（每財網出品）