編者按：自1956年中國將半導(dǎo)體作為國家重要的發(fā)展領(lǐng)域后，今年是第66個(gè)年頭。回望66年的發(fā)展，從無到有、從小到大，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了風(fēng)雨坎坷同時(shí)又迸發(fā)出無限的生機(jī)。在中國“十四五”提出數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，瞄準(zhǔn)集成電路等戰(zhàn)略性領(lǐng)域之際，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫推出“國產(chǎn)化進(jìn)程”系列專題，講述當(dāng)今中國半導(dǎo)體各領(lǐng)域發(fā)展進(jìn)程，解析國產(chǎn)化最新態(tài)勢，本期為“國產(chǎn)化進(jìn)程”專題集成電路篇第三篇文章：GPU。Ly3esmc

近年來，國產(chǎn)GPU頻頻傳出好消息。景嘉微宣布其JM9系列第二款GPU已經(jīng)完成流片、封裝階段工作。芯動(dòng)科技在去年底推出一顆“風(fēng)華1號(hào)”，填補(bǔ)了國產(chǎn)4K級(jí)桌面顯卡和服務(wù)器級(jí)顯卡兩大空白。2020年成立的摩爾線程在1年后發(fā)布了第一代MUSA系統(tǒng)架構(gòu)GPU，并可量產(chǎn)交付。壁仞科技也緊跟著宣布首款通用GPU芯片點(diǎn)亮成功。Ly3esmc

在市場和政策的推動(dòng)下，曾經(jīng)蒙塵的國產(chǎn)GPU開始閃爍自己的光芒。這是國產(chǎn)GPU的黃金時(shí)代。Ly3esmc

國產(chǎn)GPU的發(fā)展到什么地步？

據(jù)Verified Market Research數(shù)據(jù)顯示，2020年中國大陸的獨(dú)立GPU市場規(guī)模為47.39億美元，預(yù)計(jì)2027年中國大陸GPU市場規(guī)模將超過345.57億美元。Ly3esmc

如此廣闊的中國市場中，國產(chǎn)GPU的市占比卻少的可憐。2019年，中國芯片的自給率僅為30%左右，從中國主要芯片國產(chǎn)化率來看，射頻芯片、移動(dòng)通信終端、模擬芯片、閃存、微控制器、內(nèi)存、可編輯邏輯器件的國產(chǎn)化率分別為40%、24%、15%、5%、3%、1%、1%。謹(jǐn)慎估計(jì)GPU芯片的國產(chǎn)化規(guī)模約37億元。Ly3esmc

但屬于高端芯片的GPU研發(fā)卻并不容易。Intel一直想踏足高端GPU領(lǐng)域，但仍未成功。英特爾最早的GPU研發(fā)可以追溯到1997年，英特爾通過收購C&T獲得了2D顯示核心技術(shù)，3D技術(shù)源于擁有20%股權(quán)的Real3D。但直到2022年4月，Intel仍未推出自己消費(fèi)級(jí)的獨(dú)立GPU產(chǎn)品。Ly3esmc

國內(nèi)GPU究竟達(dá)到國際的什么水平？

從國內(nèi)GPU龍頭景嘉微的產(chǎn)品來看，景嘉微在2021年9月推出的JM9231和JM9271將采用業(yè)界主流的統(tǒng)一渲染架構(gòu)，支持 OpenGL4.5接口，可以無縫兼容市面上主流的CPU、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。Ly3esmc

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JM9231性能與國際同類公司2016年中低端產(chǎn)品性能相當(dāng)，主要針對國產(chǎn)化辦公電腦，便攜式計(jì)算機(jī)、中低端的游戲機(jī)和高端嵌入式系統(tǒng)等消費(fèi)電子領(lǐng)域。JM9271在JM9231基礎(chǔ)上對科學(xué)計(jì)算能力進(jìn)行大幅度提高和改進(jìn)，可以達(dá)到國際同類公司2017年中高端產(chǎn)品的性能。Ly3esmc

可以看出，相較于國際巨頭，國內(nèi)GPU的性能差距還很遠(yuǎn)。因此對于中國來說，推動(dòng)GPU的自主研發(fā)刻不容緩。Ly3esmc

國產(chǎn)GPU的黃金時(shí)代

盡管國內(nèi)GPU的發(fā)展存在很多問題，但筆者仍然認(rèn)為現(xiàn)在的時(shí)代是國產(chǎn)GPU發(fā)展的黃金時(shí)代。Ly3esmc

我們正在進(jìn)入“一切需要可視化的時(shí)代”，這幾年市場對于GPU的需求增長極快?？梢暬枰罅康膱D形、圖像計(jì)算能力，無論是云端還是邊緣側(cè)都需要大量的高性能圖像處理能力。Ly3esmc

GPU在AI、數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域需求極大。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2022年全球AI芯片市場將達(dá)352億美元。其中GPU占比最大，Goldman預(yù)計(jì)到2025年GPU占比將達(dá)到57%。Ly3esmc

GPU巨頭英偉達(dá)2022年發(fā)布的財(cái)報(bào)中各項(xiàng)經(jīng)營指標(biāo)驚人，2022財(cái)年全年?duì)I收269億美元，相比2021財(cái)年增加103億美元，同比增長61%；凈利潤97.5億美元，同比增長122%。不管是營收還是凈利潤，均創(chuàng)紀(jì)錄。Ly3esmc

無論是客戶需求還是供應(yīng)商的市值變化都在證明——GPU市場正處于火爆時(shí)刻。Ly3esmc

在2006年，國務(wù)院頒布了《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006年-2020年）》，“核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品”（簡稱“核高基重大專項(xiàng)”）位列16個(gè)科技重大專項(xiàng)首位，也被稱之為“01專項(xiàng)”，國產(chǎn)GPU位列其中。Ly3esmc

國務(wù)院印發(fā)《新時(shí)期促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》，《若干政策》強(qiáng)調(diào)，集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)的核心，是引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵力量。國務(wù)院發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，中國芯片自給率要在2025年達(dá)到70%Ly3esmc

自2017年以來，多個(gè)中國新一代初創(chuàng)型GPU研發(fā)公司相繼成立，逐漸成為中國GPU歷史舞臺(tái)上的一員。Ly3esmc

在圖形GPU領(lǐng)域，國內(nèi)以景嘉微、航錦科技等為代表的傳統(tǒng)企業(yè)為主力。另外，從事CPU研發(fā)的企業(yè)（如兆芯、龍芯等），也開始切入這個(gè)賽道，增強(qiáng)了國內(nèi)GPU企業(yè)的整體研發(fā)實(shí)力。Ly3esmc

景嘉微是中國第一家成立的GPU公司，公司產(chǎn)品主要分為圖形圖像處理系統(tǒng)、小型雷達(dá)系統(tǒng)、GPU芯片，廣泛應(yīng)用于軍工行業(yè)。公司圖形顯控領(lǐng)域產(chǎn)品包括圖顯模塊和加固類產(chǎn)品，其中圖顯模塊是核心產(chǎn)品。Ly3esmc

景嘉微成立當(dāng)年，恰逢我國軍用飛機(jī)圖形顯控系統(tǒng)由使用DSP與FPGA圖形加速器向使用GPU圖形處理器升級(jí)，公司準(zhǔn)確把握機(jī)遇，將大量資源投入飛機(jī)圖形顯控領(lǐng)域的研究。也正因如此，景嘉微最初是制作軍工產(chǎn)品起家。Ly3esmc

摩爾線程在2020年6月成立，用18個(gè)月發(fā)布全新統(tǒng)一系統(tǒng)架構(gòu)MUSA和全能GPU產(chǎn)品“蘇堤”等系列新品。其公司創(chuàng)始人兼CEO張建中此前曾任英偉達(dá)全球副總裁、中國區(qū)總經(jīng)理，在GPU行業(yè)深耕超過15年，帶領(lǐng)英偉達(dá)開拓建立了GPU在中國的完整的生態(tài)系統(tǒng)。Ly3esmc

沐曦集成電路在2021年完成數(shù)億元PreA+輪融資，融資由兩家“國家隊(duì)”：國調(diào)基金、中網(wǎng)投聯(lián)合領(lǐng)投，聯(lián)想創(chuàng)投等多家機(jī)構(gòu)跟投。據(jù)稱這家高性能通用GPU芯片設(shè)計(jì)公司的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)主要來自AMD等國際公司，擁有從40nm到7nm制程GPU芯片的設(shè)計(jì)和量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。Ly3esmc

芯瞳半導(dǎo)體創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)來自西郵GPU研發(fā)團(tuán)隊(duì)，這家專注于計(jì)算機(jī)圖形和高性能計(jì)算的芯片設(shè)計(jì)初創(chuàng)公司將在南京投資1.5億元，開發(fā)高性能、高可靠和高穩(wěn)定性的國產(chǎn)自主GPU和人工智能芯片。Ly3esmc

天數(shù)智芯自研的一款7納米GPGPU(通用圖形處理器)芯片產(chǎn)品卡——BI成功發(fā)布,這是中國第一款全自研且有產(chǎn)品面世的GPGPU的芯片。其首款全自研GPU架構(gòu)下的7nm云端訓(xùn)練芯片及GPGPU產(chǎn)品卡已亮相，這款芯片采用臺(tái)積電7nm制程、容納240億晶體管及采用2.5DCoWoS晶圓封裝技術(shù)。Ly3esmc

國產(chǎn)GPU發(fā)展困境

IP授權(quán)Ly3esmc

國產(chǎn)GPU最近一段時(shí)間借助IP授權(quán)多點(diǎn)開花，紛紛流片成功或量產(chǎn)，算是邁出了艱難的第一步。Ly3esmc

任何一款高端芯片的打造都離不開IP。一個(gè)GPU中行業(yè)IP核占用的面積超過了80%。但I(xiàn)P的研發(fā)并不輕松，GPU IP自研需要36-48個(gè)月以及200個(gè)工程師，而采用外購IP的方式，可以減少12-18個(gè)月開發(fā)周期。Ly3esmc

芯動(dòng)科技于去年發(fā)布的GPU“風(fēng)華1號(hào)”，其IP購買自英國GPU技術(shù)授權(quán)公司Imagination。獲得架構(gòu)許可后，芯動(dòng)科技探索了很多自己的方案，包括自研的Cache一致性Innolink Chiplet技術(shù)，內(nèi)置國產(chǎn)物理不可克隆iUnique Security PUF信息安全加密技術(shù)等。因此“風(fēng)華1號(hào)”GPU80%以上的IP都屬于自主研發(fā)。Ly3esmc

外購IP加上自研設(shè)計(jì)非常有利于商業(yè)變現(xiàn)，可以快速獲得成熟系統(tǒng)和后端版圖，同時(shí)也有利于快速構(gòu)建軟件棧和底層工業(yè)API適配，極大的降低研發(fā)周期和風(fēng)險(xiǎn)。如今國內(nèi)主要的通用計(jì)算+圖形GPU創(chuàng)業(yè)公司，如芯動(dòng)、摩爾線程、壁仞等等都使用Imagination IP或者芯原授權(quán)的IP。但使用IP授權(quán)也有缺點(diǎn)，即核心電路專利無法自控和自主迭代。Ly3esmc

創(chuàng)業(yè)熱潮下的生產(chǎn)困境Ly3esmc

隨著GPU成為AI計(jì)算的必需品，一波GPU創(chuàng)業(yè)潮在中國市場興起。據(jù)統(tǒng)計(jì)僅2020~2021年，GPGPU領(lǐng)域就有近20起融資事件發(fā)生。2018年12月瀚博半導(dǎo)體在上海成立，目前已經(jīng)完成總計(jì)5000萬美元的A輪融資；2019年成立的壁仞科技，在2021年3月完成了B輪融資，18月累計(jì)融資超過47億元；同年11月芯瞳半導(dǎo)體成立；2021年，沐曦集成電路宣布完成10億元人民幣A輪融資。Ly3esmc

但初創(chuàng)之下國產(chǎn)GPU仍然面臨生產(chǎn)困難。目前和AI相關(guān)的大芯片，因?yàn)樾枰狢oWoS等先進(jìn)封裝，所涉及的中介層原材料非常緊缺，在目前產(chǎn)能吃緊的情況下，對于已經(jīng)推出一些產(chǎn)品的初創(chuàng)GPU企業(yè)，會(huì)面臨短期盈利的問題。Ly3esmc

并且GPU市場早已被虎視眈眈的英偉達(dá)、AMD包圍，中國GPU芯片初創(chuàng)公司需要和這些擁有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)實(shí)力的巨頭競爭，必然是處于劣勢。Ly3esmc

成本難降，量產(chǎn)數(shù)量少Ly3esmc

芯片量產(chǎn)前還要經(jīng)歷冗長的設(shè)計(jì)測試流程。通常一款高端芯片前端和后端設(shè)計(jì)要耗1~3年，設(shè)計(jì)完成后流片環(huán)節(jié)需要3~6個(gè)月，期間還會(huì)有流片失敗一切重來的風(fēng)險(xiǎn)。即使成功流片，還需經(jīng)過3~12個(gè)月的產(chǎn)品測試調(diào)優(yōu)，才能開啟量產(chǎn)。Ly3esmc

因此盡管越來越多的GPU廠商涌入，但陣陣喧鬧過后，市場上仍未見可與國際巨頭對標(biāo)的量產(chǎn)產(chǎn)品。Ly3esmc

國內(nèi)GPU生態(tài)突圍Ly3esmc

此外，對于國產(chǎn)GPU來說，產(chǎn)品如何實(shí)現(xiàn)規(guī)?；逃茫罱▏a(chǎn)GPU生態(tài)同樣是一個(gè)難題。芯片的成功和成熟需要大量的驗(yàn)證和出貨，而找到可持續(xù)的落地場景才是長期發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。Ly3esmc

ICViews采訪業(yè)內(nèi)人士其表示：“目前國產(chǎn)GPU在相同性能下，價(jià)格更貴。同時(shí)，由于英偉達(dá)等國外龍頭推出GPU時(shí)間更長，長期使用國外GPU的廠商出于慣性也不會(huì)突然更換國產(chǎn)GPU。”Ly3esmc

尚未成熟的GPU在搭建國內(nèi)生態(tài)上也捉襟見肘。Ly3esmc

風(fēng)口之下，國產(chǎn)GPU如何發(fā)展？

GPU是一個(gè)高技術(shù)含量的賽道，而且我國在這一領(lǐng)域發(fā)展已經(jīng)落后許久。盡管近年來突然開始有不少初創(chuàng)公司踏足GPU領(lǐng)域，并受到資本青睞，但我國想要徹底打破GPU壟斷并不是一件易事。Ly3esmc

GPU設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，包含硬件架構(gòu)、算法、軟件生態(tài)等多個(gè)組成，缺一不可。從GPU的發(fā)展歷程來看，GPU單芯片算力增長速度超過CPU，在算力競爭上，GPU也比CPU更勝一籌。Ly3esmc

沐曦集成電路CEO陳維良曾表示：“全球高性能GPU市場被國外公司壟斷，核心算力芯片受制于人，國家安全以及國計(jì)民生存在巨大的不可控風(fēng)險(xiǎn)，國產(chǎn)替代勢在必行。”Ly3esmc

在市場、政策的推動(dòng)下，國產(chǎn)GPU百花齊放，這將是國產(chǎn)GPU最好的時(shí)代。Ly3esmc