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一大獨(dú)大格局下,數(shù)據(jù)中心GPU的市場機(jī)會

Dbwd_Imgtec ? 來源:未知 ? 2023-03-10 23:40 ? 次閱讀
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一個原本高度成熟的市場,由雙寡頭走向漸有百花齊放之勢,在任何領(lǐng)域應(yīng)該都相當(dāng)少見。本期封面故事從一些GPU新晉企業(yè)的動態(tài)出發(fā),討論如今的數(shù)據(jù)中心GPU的市場現(xiàn)狀和未來趨勢。1993年,英偉達(dá)剛建立的時(shí)候,PC和專業(yè)圖形加速芯片市場熱鬧非凡。但在10年之后(2003年),該市場只存活下英偉達(dá)和ATI((即后來的AMD))兩家企業(yè)。此后,GPU的應(yīng)用場景也從單純的游戲圖形渲染,走向了企業(yè)HPC、超算、數(shù)據(jù)中心加速,以及人工智能(AI)應(yīng)用。在過去兩年里,《國際電子商情》一直在關(guān)注英偉達(dá)的財(cái)報(bào),自去年年中開始,英偉達(dá)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的營收正式超過游戲業(yè)務(wù)——數(shù)據(jù)中心自此成為了英偉達(dá)最賺錢的業(yè)務(wù)部門。值得一提的是,隨著消費(fèi)電子全面步入下行期,英偉達(dá)FY23 Q3(2023財(cái)年第三季度,截至2022年10月30日)游戲業(yè)務(wù)營收大幅滑坡,同比跌幅超過50%,但數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)依舊堅(jiān)挺——營收為38.33億美元,同比增長31%。數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)營收占到了英偉達(dá)該季度總營收的64.6%。自本世紀(jì)初,全球GPU市場形成雙寡頭局面,在后來的十多年里,GPU、顯卡被英偉達(dá)和AMD把持。但近兩年來,在全球GPU市場尤其是中國市場,有許多企業(yè)向這一領(lǐng)域進(jìn)軍。去年末,市場研究機(jī)構(gòu)Jon Peddie Research統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,全球總共有18家企業(yè)正在開發(fā)或制造GPU。當(dāng)然,這個數(shù)據(jù)還包括了移動市場,以及上游的GPU IP企業(yè)。不過,即使不統(tǒng)計(jì)這些企業(yè),來自PC和數(shù)據(jù)中心市場的玩家依然有11家,包括了Intel、壁仞、瀚博、天數(shù)智芯、芯動、沐曦、摩爾線程等等。

一個原本高度成熟的市場,由雙寡頭走向漸有百花齊放之勢,在任何領(lǐng)域應(yīng)該都相當(dāng)少見。本期封面故事從一些GPU新晉企業(yè)的動態(tài)出發(fā),討論如今的數(shù)據(jù)中心GPU的市場現(xiàn)狀和未來趨勢。


GPU的“新生”與“掠奪”

前兩年,在“GTC英偉達(dá)開發(fā)者大會”的報(bào)道中,《國際電子商情》就談到過:“對英偉達(dá)而言,這些年屬實(shí)是‘黃金時(shí)代’——從2015年開始,英偉達(dá)的營收和凈利潤都出現(xiàn)了飆升,這兩個值甚至曾一度增長至三位數(shù)——英偉達(dá)的業(yè)績表現(xiàn)讓其看起來不像是一家成熟企業(yè),反倒像是一家剛剛成立的新公司?!?/span>

英偉達(dá)業(yè)績的井噴式增長,與新業(yè)務(wù)拓展有著密不可分的關(guān)系。觀察英偉達(dá)過去的股價(jià)變化,可以看到從1999至2015年期間,這家公司的股價(jià)一直都不溫不火,到2015年其股價(jià)僅為4-5元美元。但2021年,該公司的股價(jià)一度飆升突破300美元(詳見圖1)。在2015-2021年期間,全球GPU市場發(fā)生了什么?

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圖1:英偉達(dá)股價(jià)翻了幾十倍從2016財(cái)年開始,英偉達(dá)的年報(bào)中開始頻頻出現(xiàn)“Datacenter(數(shù)據(jù)中心)”這個詞,過去該業(yè)務(wù)一直被稱為“Enterprise(企業(yè))”業(yè)務(wù)。雖然現(xiàn)在英偉達(dá)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)營收超過公司總營收的六成,但是該業(yè)務(wù)價(jià)值占比的迅速提升也與消費(fèi)電子市場下行有關(guān)。整體來觀察,數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的攀升趨勢持續(xù)了幾十個季度。如今,數(shù)據(jù)中心和企業(yè)GPU是英偉達(dá)最大的營收來源。根據(jù)IDC的數(shù)據(jù)顯示,到2021年,英偉達(dá)占據(jù)了全球91.4%的企業(yè)GPU市場份額,排第二的AMD市場份額僅有8.5%。從PC游戲圖形加速到數(shù)據(jù)中心,GPU這一路是怎么發(fā)展的?GPU是一種包含大量并行計(jì)算單元、擅長浮點(diǎn)運(yùn)算的加速器。它不僅能滿足3D圖形渲染的需求,而且也能滿足HPC、AI之類的計(jì)算需求。2007年,斯坦福大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Ian Buck開發(fā)了CUDA——這是一個可對GPU編程的平臺。或許不能簡單地認(rèn)為,是CUDA把GPU帶到了游戲和專業(yè)視覺之外,讓顯卡能為各行各業(yè)所用;但CUDA已經(jīng)成為全球開發(fā)者現(xiàn)在的學(xué)習(xí)熱點(diǎn),也是英偉達(dá)HPC、AI乃至元宇宙(Omniverse)的重要組成部分。與此同時(shí),CUDA的盛行又把開發(fā)者鎖在了英偉達(dá)的生態(tài)內(nèi)。從GPU架構(gòu)層面來看,游戲GPU去掉一些圖形渲染固定功能單元,就能為數(shù)據(jù)中心的各類應(yīng)用加速。不過,英偉達(dá)顯然在運(yùn)營層面把游戲和數(shù)據(jù)中心當(dāng)做兩個獨(dú)立業(yè)務(wù),雖然兩類GPU的芯片架構(gòu)相似,但是其市場、客戶、應(yīng)用方向截然不同。同時(shí),隨著數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)地位越來越重要,其GPU也有了自己的一些特性,甚至這也將影響到圖形GPU。比如,英偉達(dá)在去年發(fā)布的Hopper架構(gòu),偏重Transformer引擎的加入,著力于NLP(自然語言處理)。從大分類來看,數(shù)據(jù)中心GPU屬于加速器類別,它是圍繞CPU的加速器。從數(shù)據(jù)中心服務(wù)器內(nèi)部的不同器件、芯片的價(jià)值占比來看,加速器的價(jià)值占比遠(yuǎn)不及CPU。Ark Invest此前給出的數(shù)據(jù)是,2020年CPU占到了所有處理器芯片價(jià)值的83%,也就是說GPU能夠獲得的價(jià)值連17%都不到。

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圖2:2020-2030年服務(wù)器內(nèi)器件價(jià)值占比(單位:美元) 圖片來源:Big Idea 2021, Ark Invest從英偉達(dá)和Intel的營收規(guī)模差異上就能看出。即使Intel正面臨巨大的市場和競爭壓力,過去一年里這家公司的DCAI(數(shù)據(jù)中心與AI)業(yè)務(wù)營收,也依然遠(yuǎn)超英偉達(dá)的數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)營收。這意味著,CPU比GPU更賺錢,只不過,該局面可能很快就要發(fā)生變化。Ark Invest認(rèn)為,2020年之后的10年內(nèi),CPU在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中的價(jià)值占比,將大幅下滑至40%(圖2)。如果將CPU、存儲、加速器和其他類別都考慮進(jìn)來,預(yù)計(jì)到2030年加速器類別市場價(jià)值將達(dá)到410億美元,CPU的市場價(jià)值會小幅收縮至270億美元。Ark Invest表示:“包括GPU、TPU、FPGA等在內(nèi)的加速器,將會適用于對計(jì)算性能有需求的應(yīng)用,比如AI、數(shù)據(jù)分析、藥物發(fā)現(xiàn)、云游戲等?!?/span>當(dāng)然,“加速器”也不全然是指GPU,它還包含F(xiàn)PGA、AI芯片和各類ASIC。但“在未來5年內(nèi),GPU將持續(xù)統(tǒng)領(lǐng)加速器市場,這與其可編程和軟件棧特性有關(guān)”。Valuates Reports的數(shù)據(jù)中心加速器市場報(bào)告中也提到,GPU在2018年已占到數(shù)據(jù)中心加速器市場整體的85%。

關(guān)于數(shù)據(jù)中心加速器市場的成長空間和市場價(jià)值數(shù)據(jù),不同分析機(jī)構(gòu)給出的數(shù)據(jù)量級差別甚大,CAGR(年復(fù)合增長率)數(shù)據(jù)也不一而足。但所有預(yù)測都認(rèn)為,在未來十年內(nèi),該市場CAGR將維持兩位數(shù)的增長,例如前面的Ark Invest就預(yù)測稱,2020-2030年期間,數(shù)據(jù)中心加速器將有近7倍的成長。


新一輪的“百花齊放”電子產(chǎn)業(yè)的絕大部分子領(lǐng)域,只有在發(fā)展早期才有眾多的市場參與者,整個行業(yè)會呈現(xiàn)出“百花齊放”的特點(diǎn)。只有具備巨大的成長空間,該市場才會吸引諸多參與者進(jìn)入。現(xiàn)階段,無論從哪個角度來看,數(shù)據(jù)中心加速器市場都相當(dāng)吸引人。換言之,GPU從PC圖形渲染加速器搖身一變,成為數(shù)據(jù)中心各類應(yīng)用的加速器,這類芯片從原本高度成熟的領(lǐng)域,拓展到了有巨大發(fā)展空間的新領(lǐng)域。即使該市場的新晉參與者會面臨英偉達(dá)這樣的巨擘,也依然有企業(yè)愿意參與到這個市場中來。這主要有兩方面的原因:一方面,與中美貿(mào)易摩擦、全球半導(dǎo)體市場走向區(qū)域化的趨勢有關(guān),中國比全球其他地區(qū)有更迫切的芯片自主化需求,對中國的新進(jìn)企業(yè)而言,無論是從市場還是技術(shù)的角度來觀察, GPU都是比CPU相對更容易切入的方向;另一方面,這個市場也的確具備足夠的吸引力。實(shí)際上,不只是新晉參與者表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)姆e極性,就連Intel的巨頭也在發(fā)力數(shù)據(jù)中心GPU業(yè)務(wù)。近一年來,Intel針對Xe-HPC架構(gòu)顯卡的市場推廣不遺余力, CPU在數(shù)據(jù)中心市場的價(jià)值占比日趨下降,Intel在數(shù)據(jù)中心市場亟待尋求業(yè)務(wù)拓展的機(jī)會。除了數(shù)據(jù)中心市場之外,也有企業(yè)試圖進(jìn)入已被英偉達(dá)和AMD掌控,且高度成熟的PC顯卡市場。在大部分情況下,這些市場的產(chǎn)品都是由數(shù)據(jù)中心市場帶來的副產(chǎn)品。在GPU架構(gòu)走向模塊化、可彈性縮放之后,這種嘗試在技術(shù)上完全可行。當(dāng)然,像中國的芯動科技、摩爾線程等企業(yè),他們布局PC顯卡是有半導(dǎo)體自主化、國產(chǎn)化需求的大背景。在新晉參與者中,Imagination是極具代表性的一員。20世紀(jì)90年代,Imagination也是逐鹿圖形加速卡市場的企業(yè)之一,后來該公司主要業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)戰(zhàn)到移動市場。把Imagination稱為“新晉市場參與者”,是因?yàn)榇饲捌銰PU業(yè)務(wù)并未涉足數(shù)據(jù)中心市場。在2017年私募基金凱橋資本(Canyon Bridge)宣布收購Imagination以后, Imagination的歷史翻開了新的篇章。Imagination當(dāng)前的GPU設(shè)計(jì)基于模塊化設(shè)計(jì)方案,通過相同架構(gòu)的核心進(jìn)行規(guī)?;s放,覆蓋從手機(jī)到數(shù)據(jù)中心的各類應(yīng)用——這是非常契合當(dāng)代GPU設(shè)計(jì)理念的方案。“從IP的角度來看,我們認(rèn)為這種轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵在于,確保硬件能夠以可擴(kuò)展的方式來構(gòu)建,以便為未來幾年留出更多的性能余量?!盜magination Technologies首席營銷官David Harold在接受《國際電子商情》分析師采訪時(shí)表示:“無論是當(dāng)下還是未來,PC和數(shù)據(jù)中心都是Imagination的重要市場。我們認(rèn)識到,移動5G應(yīng)用正在推動連接數(shù)的大幅增加,這也對合格、可靠的云解決方案提出了更高的需求。在CXT架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心配置的基礎(chǔ)上,我們正幫助客戶以可持續(xù)、高效的方式,將光線追蹤技術(shù)整合到云解決方案中。C系列已經(jīng)在這一市場提供授權(quán),計(jì)劃未來18個月內(nèi)就會推出相應(yīng)的芯片?!?/span>另外,Imagination中國區(qū)董事長白農(nóng)在“2022全球CEO峰會”現(xiàn)場曾提到,對于Imagination而言,中國云游戲市場是高速發(fā)展的四個市場之一。因此,該公司著眼的“數(shù)據(jù)中心”GPU包含圖形渲染,這也是Imagination的長項(xiàng)?!拔覀冋J(rèn)為GPU將是數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的基本組成要素,這不僅是因其3D圖形處理能力,還在于GPU的高度并行計(jì)算能力。尤其是,后者在一對多的場景中是必不可少的工具?!?/span>去年,沐曦聯(lián)合創(chuàng)始人、CMO孫爾俊在接受《國際電子商情》采訪時(shí)曾提到:“以通用計(jì)算為切入點(diǎn)是考慮到了科學(xué)計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)和AI訓(xùn)練等方面迫切的市場需求,新的一些渲染場景的增強(qiáng)也對計(jì)算部分提出了新的需求,甚至渲染與計(jì)算也在進(jìn)行著密切的融合。”在應(yīng)用方向上,沐曦的GPU涉及到人工智能、智慧城市、數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、自動駕駛、生命科學(xué)、數(shù)字孿生、元宇宙等。社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大環(huán)境,本身基于手機(jī)、IoT、AI、大數(shù)據(jù)的發(fā)展,以及它們對IT、通信與數(shù)據(jù)中心加速器的需求。正如沐曦列舉的應(yīng)用方向那樣,GPU有著廣泛、巨大的市場潛力。在巨大的市場潛力的推動下,新進(jìn)參與者紛紛公開了GPU產(chǎn)品動態(tài),例如瀚博半導(dǎo)體在“WAIC 2022世界人工智能大會”上宣布將推出GPU產(chǎn)品;沐曦也對外表示,未來公司將推出能做渲染的GPU,以全面覆蓋高性能GPU市場;壁仞科技發(fā)布首款通用GPU芯片BR100、自主原創(chuàng)架構(gòu)……
GPU市場切分,以及AI熱

去年,英偉達(dá)創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛把數(shù)據(jù)中心分成了6個大門類:超級計(jì)算中心、企業(yè)計(jì)算數(shù)據(jù)中心、超級集群(hyperscaler)、云計(jì)算數(shù)據(jù)中心、AI工廠、邊緣數(shù)據(jù)中心。Seeking Alpha曾對這六大板塊做過詳細(xì)分析,大部分面向數(shù)據(jù)中心的大芯片可依此來分類。

超算數(shù)據(jù)中心 2021年全球TOP 500超算中有70%采用英偉達(dá)GPU,且后來的新系統(tǒng)對英偉達(dá)GPU的采用率還在提高。這個超算數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用包括量子計(jì)算、氣候預(yù)測、化石能源開采、分子建模、物理模擬、空氣動力學(xué)、核聚變研究等。企業(yè)數(shù)據(jù)中心 企業(yè)數(shù)據(jù)中心是企業(yè)內(nèi)部運(yùn)營的數(shù)據(jù)中心,用于IT、財(cái)務(wù)、醫(yī)療健康或者客戶數(shù)據(jù)支持等項(xiàng)目。這一領(lǐng)域的容量很大,也是目前市場爭奪的焦點(diǎn)。超級集群

此前,IDC針對超級集群數(shù)據(jù)中心做出過定義,它是占地超過1萬平方英尺、超過5,000臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心,它的基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模大且可靈活性縮放,能滿足不同客戶的需求,Meta、谷歌、阿里巴巴等科技巨頭都有這類數(shù)據(jù)中心。

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心 云計(jì)算數(shù)據(jù)中心是通過云來提供服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施,應(yīng)用方向如云游戲、自動化客戶服務(wù)、高級醫(yī)療成像等。Canalys的數(shù)據(jù)顯示,2021年英偉達(dá)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的市場份額達(dá)33%。AI工廠 AI工廠是數(shù)據(jù)中心的新類別,某些企業(yè)開始注重?cái)?shù)據(jù)的利用,借助AI來做供應(yīng)鏈優(yōu)化、生產(chǎn)制造的預(yù)測性維護(hù)和流程控制。英偉達(dá)的典型客戶之一寶馬汽車廠的生產(chǎn)線和供應(yīng)鏈,就有機(jī)器人、AI、數(shù)字孿生在AI工廠的充分利用。邊緣數(shù)據(jù)中心 邊緣數(shù)據(jù)中心是相對小型的數(shù)據(jù)中心,與端側(cè)用戶更為接近,達(dá)成數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡脱舆t和高速度。這類數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用更加廣泛,諸如倉庫、零售、汽車、機(jī)器人、智慧交通等。在這6大門類上,英偉達(dá)橫向可提供芯片和系統(tǒng)/解決方案產(chǎn)品,縱向還可提供自下而上的全棧軟件。不過,筆者認(rèn)為,雖然英偉達(dá)聯(lián)合OEM廠商或合作伙伴在某些市場達(dá)成了先發(fā)優(yōu)勢,但是新晉參與者在潛在市場方面的機(jī)會仍然非常大。值得一提的是,在不同維度的應(yīng)用切分上,AI是GPU的重頭戲。英偉達(dá)Hopper新架構(gòu)的升級重點(diǎn)也明確地偏向于AI上,這與現(xiàn)階段AI的大火有很大關(guān)系。據(jù)Omdia數(shù)據(jù)顯示,單在AI處理器這個門類上,2021年英偉達(dá)GPU就占到了全球AI處理器營收的80%以上(不含CPU),這遠(yuǎn)超過AMD、谷歌、Intel等市場參與者。

而AI芯片本身的市場需求也水漲船高。這些年來,無論是初創(chuàng)公司,還是老牌半導(dǎo)體行業(yè)企業(yè),都在想方設(shè)法加強(qiáng)AI芯片的布局——廣義上,GPU也屬于AI芯片的一個分支。Ark Invest的預(yù)測顯示,2021-2025年,數(shù)據(jù)中心在AI處理器(包括GPU,但不包括CPU)上的花銷將增長4倍,金額從50億美元上升到220億美元。


英偉達(dá)之外的市場

統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)可知,數(shù)據(jù)中心GPU還有數(shù)倍成長空間,英偉達(dá)只占據(jù)了潛力市場的一部分。英偉達(dá)在AI訓(xùn)練方面的市場地位幾乎不可撼動,但2021年Cassell和Omdia團(tuán)隊(duì)在一份報(bào)告中提到,未來幾年內(nèi)其他芯片制造商將吞噬英偉達(dá)的市場份額,因?yàn)槠渌愋偷腁I芯片的市場接受度正越來越高。

這份報(bào)告指出,預(yù)計(jì)到2026年,AI應(yīng)用方向的GPU所占份額將跌至54%,這個數(shù)值在2021年還高達(dá)82%。在AI芯片方面,GPU暫時(shí)占據(jù)了市場價(jià)值的大頭,隨著全球范圍內(nèi)涌現(xiàn)出非常多AI芯片企業(yè),未來還會出現(xiàn)更多的FPGA、TPU及各類AI專用芯片。因此,英偉達(dá)在數(shù)據(jù)中心加速芯片方面正面臨著競爭壓力,畢竟這一市場還遠(yuǎn)未成熟,未來有被顛覆的可能性。即便如此,在《國際電子商情》分析師過去的采訪中,絕大部分市場參與者仍表示,其對英偉達(dá)的存在感到巨大壓力。2021年,瀚博在推出AI推理芯片時(shí)曾表示,英偉達(dá)GPU在AI訓(xùn)練賽道上已具備相當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)優(yōu)勢,所以瀚博入市的切入點(diǎn)是DSA方向的AI推理芯片。在《國際電子商情》雜志2021年10月刊的封面故事采訪中,Graphcore坦言作為數(shù)據(jù)中心AI芯片企業(yè),公司正在努力拓展應(yīng)用領(lǐng)域,正基于現(xiàn)有人力物力,將發(fā)展方向聚焦到互聯(lián)網(wǎng)、金融、研究、醫(yī)療健康和其他五個部分,無法像英偉達(dá)那樣,將覆蓋到那么廣的生態(tài)范圍。在每年的GTC大會上,英偉達(dá)宣布又更新了某個領(lǐng)域的某些軟件庫,對應(yīng)性能動輒x倍提升,這都在加大數(shù)據(jù)中心GPU賽道的難度。但為何仍有那么多企業(yè)想要進(jìn)入這一市場?孫爾俊表示:“GPU在人工智能、科學(xué)計(jì)算、金融、工業(yè)等重點(diǎn)領(lǐng)域都有大量應(yīng)用場景,相比專用的AI芯片,GPU的通用性更強(qiáng),落地場景更豐富,應(yīng)用領(lǐng)域更廣闊。大量資本涌入GPU賽道,可反映出市場普遍看好GPU?!蓖瑫r(shí),他還提到了中國政府政策的推力,尤其“東數(shù)西算”工程,以及數(shù)字經(jīng)濟(jì)的前景。去年,瀚博宣布要做GPU時(shí),《國際電子商情》分析師曾問過瀚博半導(dǎo)體創(chuàng)始人兼CEO錢軍“為什么選擇進(jìn)入這樣一個壓力更大的賽道?”錢軍回答道:“過去,瀚博聚焦視頻的計(jì)算處理,而現(xiàn)在還想做‘像素的產(chǎn)生’,我們會像前期做AI一樣,先選擇一些行業(yè)、領(lǐng)域去做?!?/span>Imagination還有一個針對市場的觀察預(yù)設(shè),David說:“異構(gòu)計(jì)算在崛起,越來越多的企業(yè)正做定制化芯片?!边@是在英偉達(dá)之外,數(shù)據(jù)中心GPU的市場機(jī)會。這可能與Imagination作為IP供應(yīng)商的角色有關(guān)。數(shù)據(jù)中心市場價(jià)值從CPU轉(zhuǎn)向加速器,體現(xiàn)出摩爾定律停滯的無奈。CPU這種更依賴于摩爾定律向前發(fā)展的處理器,在HPC方向上正面臨著無法滿足數(shù)字經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展需求的尷尬,所以具備數(shù)據(jù)高度并行處理能力的加速器變得炙手可熱。GPU芯片在數(shù)據(jù)中心市場還是一個新生兒,針對數(shù)據(jù)中心GPU的競爭才開啟第一局,英偉達(dá)暫時(shí)在這一局里占了優(yōu)勢,但這不意味著其他市場參與者毫無勝算。

END


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