“近幾年大火的概念實現(xiàn)都離不開GPU。”GPU IP巨頭Imagination中國戰(zhàn)略市場及生態(tài)副總時昕博士在一場演講中曾說道。

那究竟什么是GPU呢?維基百科定義，GPU中文名為圖形處理器，是一種在個人電腦、工作站、游戲機和一些移動設備(如平板電腦、智能手機等)上做圖像和圖形相關(guān)運算工作的微處理器。

VR、區(qū)塊鏈、3D建模、渲染等一切跟圖像有關(guān)的處理過程都需要GPU。當下最熱門的元宇宙，集以上圖像處理需求大成，對GPU的需求也不言而喻。除了圖形處理功能，GPU還是目前公認最好的AI加速器，尤其是在云端訓練大模型應用場景中。更有意思的是，在自動駕駛的賽道上，GPU也殺了進來：全球GPU龍頭英偉達正對接越來越多的車企合作訂單。 簡而言之，只要有高清畫質(zhì)需求，只要有AI處理需求，就離不開GPU。因此，隨著這兩大需求的持續(xù)增長和巨大的市場想象空間，全球GPU龍頭英偉達憑借GPU芯片的優(yōu)勢，市值就高達7410億美元(約合人民幣47198億元，截至2021年12月23日)，晉升為當下全球市值最高的半導體企業(yè)。

GPU芯片研發(fā)有多難?GPU需求大，價值高，反觀國內(nèi)芯片企業(yè)在該領(lǐng)域卻進度緩慢。目前中國在桌面和移動端領(lǐng)域的GPU供應基本被英偉達、AMD、ARM壟斷，國產(chǎn)GPU是個巨大的藍海市場且鮮有企業(yè)涉足。 近年來，在市場和國家戰(zhàn)略替代的需求下，國內(nèi)掀起一股“GPU投資熱潮”，涌現(xiàn)了一批國產(chǎn)GPU初創(chuàng)企業(yè)。盡管投資熱度高漲，國內(nèi)初創(chuàng)企業(yè)多以技術(shù)難度更低的通用計算型GPU(GPGPU)切入賽道，能做高性能商業(yè)化的渲染GPU產(chǎn)品的企業(yè)依舊鳳毛麟角。

這么重要的芯片為何鮮有國產(chǎn)企業(yè)踏足，GPU難在哪里呢?

在落幕的“中國集成電路設計業(yè)2021年會暨無錫集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇(ICCAD 2021)”上，國內(nèi)芯片企業(yè)芯動科技公開展示了其今年11月最新發(fā)布的首款國產(chǎn)高性能4K級顯卡GPU芯片——“風華1號”，引發(fā)了業(yè)內(nèi)人士的強烈關(guān)注，盛贊芯動科技是“中國版的英偉達”。以芯動科技為樣本，綜合其“風華1號”發(fā)布會上的介紹，或能解答這一問題。

芯師爺從不久前舉辦的“風華1號”發(fā)布會上了解到，“風華1號”GPU在多個領(lǐng)域表現(xiàn)上取得了第一，如第一款渲染能力達到5T-10T FLOPS的國產(chǎn)GPU顯卡;第一款圖形API達到OpenGL4.0以上，并能實際演示4.0 benchmark的GPU;還是第一款支持多路渲染+編解碼+AI服務，硬件虛擬化和chiplet可延展的國產(chǎn)GPU等。

芯動科技SoC體系架構(gòu)師何穎提及，單從算力對標的話，采用“風華1號”雙芯片的顯卡可對標英偉達T4系列產(chǎn)品。換而言之，“風華1號”是一顆“真正”的高端國產(chǎn)GPU芯片，即便是對標全球GPU龍頭企業(yè)產(chǎn)品也不遑多讓。 據(jù)芯師爺復盤“風華1號”的研發(fā)之路，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)企業(yè)做GPU主要有兩大難，一是難在專利壁壘;二是難在GPU芯片的體系化創(chuàng)新。 在專利壁壘方面，GPU是先進制程數(shù)字芯片，對于GPU企業(yè)來說，高技術(shù)含量的自有IP的持續(xù)演進是技術(shù)自主和市場競爭優(yōu)勢的保障。但在該領(lǐng)域起步早的全球GPU巨頭們已筑建了層層專利保護墻。以GPU架構(gòu)IP專利為例，就連全球科技領(lǐng)頭羊企業(yè)蘋果，在該領(lǐng)域也繞不開專利授權(quán)：蘋果從A4到A10X所有處理器芯片都是采用Imagination的IP，到A10之后蘋果通過架構(gòu)授權(quán)，有了自己的GPU架構(gòu)把控，依然是基于Imagination的TBDR架構(gòu)專利授權(quán)，隸屬于該架構(gòu)分支。但一旦架構(gòu)授權(quán)后獨立演進了，也就不再被專利卡脖子了。 在GPU芯片設計方面，GPU也絕非簡單的芯片設計，其設計較一般芯片更復雜，系統(tǒng)更龐大，涉及面更廣。做GPU需要極其專業(yè)的團隊，團隊從前到后要包圓，做到軟硬全棧。專業(yè)人才要涵蓋架構(gòu)、算法、硬件、軟件以及各種驗證方式，包括后端、版圖、驅(qū)動、測試、機械結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)、供應鏈等領(lǐng)域。這意味著，GPU研發(fā)團隊需要在全鏈條節(jié)點上都配備豐富的量產(chǎn)經(jīng)驗人才，才能完成這樣非常商業(yè)化的體系。

為何是芯動科技突圍而出?芯動科技從0-1直接突圍高端GPU芯片的研發(fā)，這樣的成果值得溯源與反思：為什么是芯動科技一鳴驚人，突破了國內(nèi)企業(yè)做GPU芯片的困局。 芯師爺了解到，芯動科技是中國一站式IP和芯片定制及GPU領(lǐng)軍企業(yè)，成立至今已15年。15年間芯動科技作為幕后英雄，為各國產(chǎn)半導體代工廠和300家全球知名客戶提供頂尖IP和芯片定制，協(xié)助了包括瑞芯微、君正、微軟、AMD、亞馬遜等知名公司各種芯片量產(chǎn)，而且所有技術(shù)自研可控，能持續(xù)迭代，不斷超越。逾50億顆先進SoC芯片成功推向市場的背后，比如大家每天用的軌道交通身份證識別和全球頂級示波器，都有用到芯動科技的IP技術(shù)。廣泛的合作使得芯動科技在To B的圈子非常知名，更值得一提的是，在芯片IP領(lǐng)域，芯動科技還是TSMC 2021全球研討會認可的唯一大陸合作伙伴，其技術(shù)和量產(chǎn)積累之深厚可見一斑。 正是在為各合作伙伴提供IP和芯片定制期間，芯動科技積累了GPU所需要的全套高端IP、圖形芯片內(nèi)核定制技術(shù)和先進工藝經(jīng)驗，形成了從工藝到設計，到器件，到量產(chǎn)，到封裝，到整機的完整芯片設計驗證條流程。這為“風華1號”GPU芯片的研發(fā)奠定了穩(wěn)固的基礎。芯動科技SoC體系架構(gòu)師何穎透露，“風華1號”集成了GDDR6/6X、PCIe 4、Chiplet Innolink、HDMI 2.1 、Display port 、VDAC、PLL、TV Sensor、PUF等高端自研IP技術(shù)，IP全自主研發(fā)，遠高于友商。 其中，GDDR6/6X、Chiplet Innolink均為GPU業(yè)內(nèi)頂尖技術(shù)。以GDDR6X技術(shù)為例，GDDR6X并非簡單的超頻技術(shù)，為了數(shù)據(jù)密度更高，它使用了32位并行單端PAM4技術(shù)，比業(yè)界常見的串口差分PAM4技術(shù)，難不止一個數(shù)量級，全球除了英偉達，一個公司都做不出來，每個時鐘周期可以傳輸多次數(shù)據(jù)——數(shù)據(jù)吞吐量越大，芯片并行計算能力越大，GPU能夠同時渲染的像素點越多，畫質(zhì)越清晰。使用GDDR6X技術(shù)可滿足4K高刷新率畫面需求;在提升接口數(shù)據(jù)傳輸速率的同時，它實際內(nèi)核頻率甚至可以做到比上一代技術(shù)更低一些。 GDDR6X顯存技術(shù)研發(fā)難度極高，目前全球只有英偉達和芯動科技兩家擁有。芯動科技GDDR6X研發(fā)負責人高專表示，GDDR6X的PAM4并行技術(shù)是英偉達與美光在一棟樓里共同研發(fā)兩年才研發(fā)出來，而芯動團隊是全球唯一一家，僅憑有限的遠程技術(shù)支持，只用一年時間就做出來了，連AMD目前都還沒有做到成功研發(fā)該技術(shù)。這都是基于芯動科技團隊十多年的技術(shù)基礎積累和200次流片打磨的經(jīng)驗。 此外，為了保持技術(shù)的領(lǐng)先，芯動科技還立足全球和GPU全產(chǎn)業(yè)鏈，持續(xù)引入了大量GPU領(lǐng)域頂尖專業(yè)人才。 芯動首席算法科學家楊喜樂博士是頂級的架構(gòu)師，她自從博士畢業(yè)之后，曾在英國Imagination公司擔任架構(gòu)師，過去的25年間一直從事GPU核心圖形引擎的建模和創(chuàng)新，是全球GPU芯片領(lǐng)域從幾何物理渲染到計算引擎領(lǐng)域的知名專家，持有GPU 3D計算機圖形學核心領(lǐng)域頂級圖形專利共計125項，目前Imagination、蘋果等公司最新的核心GPU產(chǎn)品的設計、優(yōu)化和迭代都離不開她的專利和算法。在芯動科技的邀請下，她回國投身國產(chǎn)GPU圖形引擎的持續(xù)創(chuàng)新。

在芯動科技GPU專家團隊的努力下，“風華1號”GPU架構(gòu)目前已在Imagination GPU的架構(gòu)授權(quán)下，自主研發(fā)了兩代，把原生移動端的架構(gòu)拓展到了高性能計算、云計算的場景，在架構(gòu)自主可控上不存在被“卡脖子”風險。 芯動科技DX團隊負責人章濤也是其從海外招攬的技術(shù)大咖。據(jù)悉，章濤是來自前AMD的圖形框架開發(fā)的領(lǐng)軍人物。他表示，“投身芯動開發(fā)GPU軟件感覺非常棒!芯動團隊從老板到員工，都在專心做事。”章濤透露，明年芯動科技就會發(fā)布風華顯卡Windows操作系統(tǒng)的DX框架。 芯動云計算總裁敖海在“風華1號”發(fā)布會上曾這樣總結(jié)：“‘風華1號’凝聚了芯動科技自有的眾多技術(shù)積累，又有世界著名GPU公司頂尖人才的聯(lián)合參與的加持，是芯動人努力和成果的結(jié)晶，也是芯動科技完成‘讓風華GPU走進千家萬戶，讓大家習慣用國產(chǎn)的GPU辦公和娛樂’使命的開端。風華系列GPU賦能國產(chǎn)生態(tài)正加緊奮勇向前，目前芯動科技正在加緊與合作伙伴進行‘風華1號’適配調(diào)優(yōu)，在向數(shù)據(jù)中心和國產(chǎn)桌面GPU 等合作伙伴送樣的同時，風華2號和3號已經(jīng)在路上了。”

寫在最后在半導體供應鏈面臨不確定風險的產(chǎn)業(yè)環(huán)境下，芯動科技瞄準高速成長的高清畫質(zhì)云渲染和元宇宙需求，推出的“風華1號”正當其時，填補了國產(chǎn)4K級桌面顯卡和服務器顯卡兩大空白，為國產(chǎn)新基建5G數(shù)據(jù)中心、桌面、元宇宙、云游戲、云桌面等千億級產(chǎn)業(yè)提供了有力支持，值得國產(chǎn)半導體產(chǎn)業(yè)為其喝彩。 同時，我們也該注意到，羅馬不是一天建成的，發(fā)展中的中國GPU產(chǎn)業(yè)和國際巨頭之間仍有不小的差距。芯動科技選擇的是既充滿機遇、又充滿挑戰(zhàn)的GPU市場，未來國產(chǎn)GPU生態(tài)的長期發(fā)展也需要國產(chǎn)GPU產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的持續(xù)支持。 巨大的研發(fā)費用和長期資本開支，在已經(jīng)多年持續(xù)盈利的芯動科技看來，并非很大挑戰(zhàn)。芯動科技工程副總毛鳴明認為，硬科技要“十年坐得板凳冷”，需要長期打磨，不是像互聯(lián)網(wǎng)靠砸錢就能成功的，投資人需要非常清楚這一點。長遠來看，國產(chǎn)GPU芯片技術(shù)突圍最終還是需要靠經(jīng)年累月的迭代和優(yōu)化, 通過不斷試錯，走進應用于千家萬戶的終端產(chǎn)品供應鏈中取勝。 芯動科技SoC體系架構(gòu)師何穎也表示：“芯動科技是全球6大晶圓代工廠簽約支持的技術(shù)合作伙伴，有著眾多自研IP和強大穩(wěn)定的團隊執(zhí)行力，在多年的持續(xù)奮斗中，芯動科技在跨工藝研發(fā)和供應鏈能力上極具優(yōu)勢，令合作客戶長期受惠。而國產(chǎn)GPU上下游產(chǎn)業(yè)鏈的長期、持續(xù)商用也會成為芯動科技GPU芯片發(fā)展的強大驅(qū)動力。未來，芯動科技將根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈客戶需求，為風華系列GPU產(chǎn)品找到更多可持續(xù)落地場景，完成讓風華GPU走進大家生活的使命。”

關(guān)于芯動科技

芯動科技(Innosilicon)是中國一站式IP和芯片定制領(lǐng)軍企業(yè)，專注于高性能計算GPU、高帶寬交換與存儲等領(lǐng)域，提供全球各大工藝從55納米到5納米FinFET全套高性能IP核和ASIC定制解決方案。公司15年來立足本土發(fā)展，所有IP和芯片全國產(chǎn)自主可控，經(jīng)過200多次先進工藝流片，過50億顆高端SoC量產(chǎn)，連續(xù)十年中國市場份額遙遙領(lǐng)先。芯動是中國唯一受到全球6大頂尖晶圓廠(臺積電/三星/格芯/中芯國際/聯(lián)華電子/英特爾)簽約支持的技術(shù)合作伙伴，聚焦從28/22納米、14/12納米、10納米、7納米到5納米等FinFET/FDX節(jié)點，支持了中芯國際、華力等國產(chǎn)先進工藝量產(chǎn)首發(fā)。芯動是為數(shù)不多圓滿完成多項國家重大專項的領(lǐng)軍企業(yè)，歷史客戶群涵蓋華為海思、中興通訊、瑞芯微、全志、君正等國內(nèi)前十設計公司，以及AMD、微軟、亞馬遜、高通、安盛美等全球知名企業(yè)。我們?nèi)粘Ｋ玫能壍澜煌ㄉ矸葑C“刷臉認證”、高清機頂盒、監(jiān)控攝像、游戲機、手機、平板、全球頂級示波器主控芯片、以及CPU/GPU/NPU等多種先進產(chǎn)品背后都有芯動技術(shù)。

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原文標題：首款國產(chǎn)高端GPU芯片來了!GPU市場迎變數(shù)

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