根據(jù)技術(shù)市場研究機(jī)構(gòu)Jon Peddie Research的一份新報(bào)告，中國的GPU初創(chuàng)企業(yè)數(shù)量非同尋常，因?yàn)樵搰噲D獲得人工智能的優(yōu)勢以及半導(dǎo)體主權(quán)。

隨著人工智能（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，近年來全球GPU制造商的數(shù)量也在增長。談到個(gè)人電腦的獨(dú)立顯卡，AMD和Nvidia保持領(lǐng)先，而英特爾正在努力追趕。

在上世紀(jì)八九十年代，全球一度有多達(dá)數(shù)十家公司在開發(fā)了顯卡和獨(dú)立圖形處理器，但為了在3D游戲中獲得最高性能而進(jìn)行的殘酷競爭，其中絕大多數(shù)公司被淘汰。

到大約2010年時(shí)，只有AMD和Nvidia能夠?yàn)橛螒蚝陀?jì)算提供有競爭力的獨(dú)立GPU，而其他公司則專注于集成GPU或GPU IP。

從2015年左右開始，中國的PC GPU開發(fā)商數(shù)量開始迅速增加，這得益于中國對技術(shù)自給自足的推動(dòng)，以及AI和高性能計(jì)算作為高科技大趨勢的出現(xiàn)。

根據(jù)Jon Peddie Research的數(shù)據(jù)，目前總共有18家公司在開發(fā)和生產(chǎn)GPU。有兩家公司主要針對智能手機(jī)和筆記本電腦開發(fā)SoC綁定的GPU，有6家開發(fā)GPU IP，有11家GPU開發(fā)商專注于PC和數(shù)據(jù)中心的GPU，包括AMD、英特爾和英偉達(dá)。

事實(shí)上，如果在名單中加入其他中國公司，如壁仞科技和天樞智信，那么GPU企業(yè)數(shù)量將更多。不過，壁仞科技和天樞智信目前只專注于AI和高性能計(jì)算，所以JPR不認(rèn)為他們是傳統(tǒng)意義上的GPU開發(fā)商。

中國的技術(shù)救國之路：GPU開發(fā)

作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，中國不可避免地與美國和其他發(fā)達(dá)的國家在幾乎所有方面進(jìn)行競爭。中國竭盡所能地吸引世界各地的工程師。

事實(shí)上，在中國，每年都有數(shù)百家新的IC設(shè)計(jì)公司成立。他們開發(fā)的產(chǎn)品種類繁多，從微小的傳感器到復(fù)雜的通信芯片均由涉獵，力圖實(shí)現(xiàn)對西方國家供應(yīng)商的自給自足。

但要真正跳上人工智能和高性能計(jì)算的浪潮，需要CPU、GPU和特殊用途的計(jì)算加速技術(shù)。

談到CPU，中國面臨美國在制造設(shè)備和技術(shù)上的越來越嚴(yán)密的技術(shù)封鎖，不可能很快趕上全球先進(jìn)水平。然而在另一個(gè)賽道上，可以說，開發(fā)和生產(chǎn)一款像樣的GPU，比試圖造出一款有競爭力的CPU更容易出成果。

「對于中國公司來說，人工智能訓(xùn)練是自主研發(fā)GPU的主要驅(qū)動(dòng)力，一方面是因?yàn)橛ミ_(dá)的GPU太貴了，另外也是出于對自給自足的渴望。」JPR的負(fù)責(zé)人Jon Peddie說。

GPU本質(zhì)上是并行設(shè)備，其內(nèi)部有大量的計(jì)算單元可以用于冗余，這使得GPU更容易啟動(dòng)和運(yùn)行，單位晶體管的成本相對較低，整體產(chǎn)量也不錯(cuò)。此外，GPU的并行性質(zhì)使其更容易以擴(kuò)展的方式實(shí)現(xiàn)部署。

與CPU相比，GPU在設(shè)計(jì)和制造上對制程工藝的要求沒有那么苛刻，即使目前中國最先進(jìn)的芯片制造商中芯國際并沒有像臺(tái)積電那樣先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，仍然可以利用GPU性能擴(kuò)展的方式實(shí)現(xiàn)足夠可觀的性能。

事實(shí)上，即使中國的GPU開發(fā)商失去了使用臺(tái)積電先進(jìn)節(jié)點(diǎn)（N7及以下）的機(jī)會(huì)，至少他們中的一些人仍然可以在中芯國際生產(chǎn)更簡單的GPU設(shè)計(jì)，并滿足AI、HPC和部分游戲/娛樂市場的需求。

而且，從國家的角度來看，具有AI和HPC能力的GPU可能也可以說比CPU更重要，因?yàn)锳I和HPC可以實(shí)現(xiàn)全新的應(yīng)用，如自動(dòng)駕駛汽車和智能城市等應(yīng)用。

盡管美國政府大力限制向中國出口以超級計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的CPU和GPU，但比起CPU，GPU在設(shè)計(jì)和制造上的相對較低的門檻，使得這種限制的效果遠(yuǎn)沒有CPU來的明顯 。

GPU微架構(gòu)相對容易，硬件設(shè)計(jì)卻很昂貴

不過，應(yīng)該注意的是，雖然目前有很多GPU開發(fā)商，但只有兩家能真正為PC打造有競爭力的獨(dú)立GPU。這也許是因?yàn)椋_發(fā)一個(gè)GPU架構(gòu)相對容易，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)基本上是「科學(xué)和藝術(shù)的交匯」。這些架構(gòu)是一組復(fù)雜的算法，開發(fā)這些架構(gòu)的團(tuán)隊(duì)規(guī)模可能相當(dāng)小，但可能需要長達(dá)幾年的時(shí)間。

可以這么理解，微架構(gòu)是在餐巾紙和白板上完成的。至于成本，如果只是架構(gòu)師自己，團(tuán)隊(duì)規(guī)模可以只有一個(gè)人，也許是三四個(gè)人。但是任何類型的建筑，建筑、火箭飛船、網(wǎng)絡(luò)或處理器都是一個(gè)復(fù)雜的棋局。

比如，試圖預(yù)測五年后的制造工藝和標(biāo)準(zhǔn)，性價(jià)比的權(quán)衡，增加什么功能，放棄或忽略什么功能，這些都是非常棘手和耗時(shí)的工作。

架構(gòu)師們花了很多時(shí)間在頭腦中進(jìn)行假設(shè)，比如如果把緩存做大25%，如果有6000個(gè)FPU，是否應(yīng)該做一個(gè)PCIe 5.0 I/O總線？這么做能不能按時(shí)完成？諸如此類。

由于微架構(gòu)的開發(fā)可能需要數(shù)年時(shí)間，而且需要有才華的設(shè)計(jì)師，在這個(gè)上市時(shí)間至關(guān)重要的世界里，許多公司就干脆從Arm或Imagination Technologies等公司授權(quán)使用現(xiàn)成的微架構(gòu)，或者是是經(jīng)過驗(yàn)證的GPU IP。

例如，中國的芯動(dòng)科技（Innosilicon）就從英國的Imagination公司授權(quán)GPU微架構(gòu)IP用于其Fantasy GPU。

還有一家中國的GPU開發(fā)商，使用了Imagination的PowerVR架構(gòu)。同時(shí)，另一家GPU制造商兆芯（Zhaoxin）使用的是Via Technologies獲得的GPU微架構(gòu)。

開發(fā)一個(gè)微架構(gòu)的成本可能有所不同，但與現(xiàn)代高端GPU的物理實(shí)現(xiàn)成本相比，它的開發(fā)成本相對較低。

多年來，蘋果和英特爾這兩家擁有大量工程人才的公司都依賴Img進(jìn)行GPU設(shè)計(jì)。聯(lián)發(fā)科和其他小型SoC供應(yīng)商依靠Arm。高通公司在很長一段時(shí)間內(nèi)使用ATI/AMD，而三星在嘗試設(shè)計(jì)自己的圖形引擎數(shù)年后，也轉(zhuǎn)向了AMD。

最近，兩家新的中國GPU公司聘請了前AMD和英偉達(dá)的架構(gòu)師，另外兩家使用Img。進(jìn)入市場的時(shí)間和學(xué)習(xí)作為一個(gè)架構(gòu)師的技能，要擔(dān)心什么，以及如何找到解決方法，是一個(gè)非常耗時(shí)的過程。

「如果你能去找一家已經(jīng)有了設(shè)計(jì)方案，并且已經(jīng)設(shè)計(jì)了很長時(shí)間的公司，可以節(jié)省大量的時(shí)間和金錢，而在市場上，時(shí)間就是一切。」

「這個(gè)過程中會(huì)有太多的問題。并非每一個(gè)由AMD或英偉達(dá)設(shè)計(jì)的GPU都能成為贏家。不過，一套好的架構(gòu)設(shè)計(jì)可以經(jīng)歷幾代的調(diào)整，慢慢進(jìn)步。」研究機(jī)構(gòu)Jon Peddie Research的負(fù)責(zé)人表示。

對于新的生產(chǎn)制程來說，硬件實(shí)現(xiàn)和軟件開發(fā)的成本太高了。據(jù)《國際商業(yè)時(shí)報(bào)》估計(jì)，使用5nm級技術(shù)制造的設(shè)備，其設(shè)計(jì)成本超過5.4億美元。如果制程為3nm，設(shè)計(jì)成本還將增加3倍。

「如果將布局和平面圖、模擬、驗(yàn)證和驅(qū)動(dòng)程序全部考慮在內(nèi)，GPU開發(fā)的成本和時(shí)間就會(huì)激增。」Peddie解釋說。

「硬件設(shè)計(jì)和布局是非常直接的：如果弄錯(cuò)一條線，可能要花幾個(gè)月的時(shí)間來查錯(cuò)。」

目前，世界上只有少數(shù)幾家公司能夠開發(fā)出具有AMD和英偉達(dá)級別的現(xiàn)代游戲或計(jì)算用GPU（460億-800億個(gè)晶體管規(guī)模）芯片。

不過，前不久中國的壁仞科技發(fā)布的BR104和BR100也達(dá)到了幾乎類似的水平。（據(jù)猜測，BR104包含大約385億個(gè)晶體管）。

目前，全球11個(gè)PC/數(shù)據(jù)中心GPU設(shè)計(jì)供應(yīng)商中的8個(gè)來自中國，這本身就說明了問題。

也許在不久的將來，除了美國公司，我們不會(huì)看到有競爭力的獨(dú)立游戲GPU。中國是否能推出有競爭力的競爭對手，目前還有待觀察。