CPU被“洽談”中國企業紛紛換賽道:國產GPU這條路能走通嗎?

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CPU被“洽談”中國企業紛紛換賽道:國產GPU這條路能走通嗎?

來源:尋美食 釋出時間:2022-12-27 16:11

面對來自西方在CPU晶片領域的技術封閉,越來越多的海內公司轉向了另一條賽道:GPU。

根據技術市場研究機構Jon Peddie Research的一份新呈文,中國的GPU初創企業數目非同尋常,由於該國試圖獲得人工智慧的上風以及半導體主權。

跟著人工智慧(AI)、高效能計算(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製造商的數目也在增長。談到個人電腦的獨立顯示卡,AMD和Nvidia保持領先,而英特爾正在努力追趕。

在上世紀八九十年代,全球一度有多達數十家公司在開發了顯示卡和獨立圖形處理器,但為了在3D遊戲中獲得最高機能而進行的殘酷競爭,其中絕大多數公司被淘汰。

到大約2010年時,只有AMD和Nvidia能夠為遊戲和計算提供有競爭力的獨立GPU,而其他公司則專注於整合GPU或GPU IP。

從2015年左右開始,中國的PC GPU開發商數目開始迅速增加,這得益於中國對技術自給自足的推動,以及AI和高效能計算作為高科技大趨勢的泛起。

根據Jon Peddie Research的資料,目前總共有18家公司在開發和出產GPU。有兩家公司主要針對智慧手機和膝上型電腦開發SoC繫結的GPU,有6家開發GPU IP,有11家GPU開發商專注於PC和資料中心的GPU,包括AMD、英特爾和英偉達。

事實上,假如在名單中加入其他中國公司,如壁仞科技和天樞智信,那麼GPU企業數目將更多。不外,壁仞科技和天樞智信目前只專注於AI和高效能計算,所以JPR不以為他們是傳統意義上的GPU開發商。

中國的技術救國之路:GPU開發

作為世界第二大經濟體,中國不可避免地與美國和其他發達的國家在幾乎所有方面進行競爭。中國竭盡所能地吸引世界各地的工程師。

事實上,在中國,每年都有數百家新的IC設計公司成立。他們開發的產品種類繁多,從微小的感測器到複雜的通訊晶片均由涉獵,力圖實現對西方國家供應商的自給自足。

中國GPU企業摩爾執行緒釋出的MTT S3000 GPU

但要真正跳上人工智慧和高效能計算的浪潮,需要CPU、GPU和特殊用途的計算加速技術。

談到CPU,中國面臨美國在製造裝置和技術上的越來越嚴密的技術封閉,不可能很快遇上全球進步前輩水平。然而在另一個賽道上,可以說,開發和出產一款像樣的GPU,比試圖造出一款有競爭力的CPU更輕易出成果。

「對於中國公司來說,人工智慧練習是自主研發GPU的主要驅動力,一方面是因為英偉達的GPU太貴了,另外也是出於對自給自足的渴想。」JPR的負責人Jon Peddie說。

GPU本質上是並行裝置,其內部有大量的計算單元可以用於冗餘,這使得GPU更輕易啟動和執行,單位電晶體的本錢相對較低,整體產量也不錯。此外,GPU的並行性質使其更輕易以擴充套件的方式實現部署。

與CPU比擬,GPU在設計和製造上對製程工藝的要求沒有那麼苛刻,即使目前中國最進步前輩的晶片製造商中芯國際並沒有像臺積電那樣進步前輩的生產工藝,仍舊可以利用GPU機能擴充套件的方式實現足夠可觀的機能。

事實上,即使中國的GPU開發商失去了使用臺積電進步前輩節點(N7及以下)的機會,至少他們中的一些人仍舊可以在中芯國際出產更簡樸的GPU設計,並滿意AI、HPC和部門遊戲/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,由於AI和HPC可以實現全新的應用,如自動駕駛汽車和智慧城市等應用。

儘管美國政府鼎力限制向中國出口以超級計算機為基礎的CPU和GPU,但比起CPU,GPU在設計和製造上的相對較低的門檻,使得這種限制的效果遠沒有CPU來的顯著 。

GPU微架構相對輕易,硬體設計卻很昂貴

不外,應該留意的是,固然目前有許多GPU開發商,但只有兩家能真正為PC打造有競爭力的獨立GPU。這也許是因為,開發一個GPU架構相對輕易,但要準確實現它並設計適當的驅動程式確實很難。

CPU和GPU微架構基本上是「科學和藝術的交匯」。這些架構是一組複雜的演算法,開發這些架構的團隊規模可能相稱小,但可能需要長達幾年的時間。

可以這麼理解,微架構是在餐巾紙和白板上完成的。至於本錢,假如只是架構師自己,團隊規模可以只有一個人,也許是三四個人。但是任何型別的建築,建築、火箭飛船、網路或處理器都是一個複雜的棋局。

好比,試圖猜測五年後的製造工藝和尺度,價效比的權衡,增加什麼功能,拋卻或忽略什麼功能,這些都是非常棘手和耗時的工作。

架構師們花了許多時間在頭腦中進行假設,好比假如把快取做大25%,假如有6000個FPU,是否應該做一個PCIe 5.0 I/O匯流排?這麼做能不能按時完成?諸如此類。

因為微架構的開發可能需要數年時間,而且需要有才華的設計師,在這個上市時間至關重要的世界裡,很多公司就乾脆從Arm或Imagination Technologies等公司授權使用現成的微架構,或者是是經由驗證的GPU IP。

例如,中國的芯動科技(Innosilicon)就從英國的Imagination公司授權GPU微架構IP用於其Fantasy GPU。

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

開發一個微架構的本錢可能有所不同,但與現代高階GPU的物理實現本錢比擬,它的開發成本相對較低。

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靠Img進行GPU設計。聯發科和其他小型SoC供應商依賴Arm。高通公司在很長一段時間內使用ATI/AMD,而三星在嘗試設計自己的圖形引擎數年後,也轉向了AMD。

最近,兩家新的中國GPU公司禮聘了前AMD和英偉達的架構師,另外兩家使用Img。進入市場的時間和學習作為一個架構師的技能,要擔心什麼,以及如何找到解決方法,是一個非常耗時的過程。

「假如你能去找一家已經有了設計方案,並且已經設計了很長時間的公司,可以節省大量的時間和金錢,而在市場上,時間就是一切。」

「這個過程中會有太多的題目。並非每一個由AMD或英偉達設計的GPU都能成為贏家。不外,一套好的架構設計可以經歷幾代的調整,慢慢提高。」研究機構Jon Peddie Research的負責人表示。

對於新的出產製程來說,硬體實現和軟體開發的本錢太高了。據《國際貿易時報》估計,使用5nm級技術製造的裝置,其設計本錢超過5.4億美元。假如製程為3nm,設計本錢還將增加3倍。

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