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談到計算機與GPU的關(guān)系，就不得不提到IBM公司在1981年發(fā)布的世界上第一臺個人電腦IBM5150，該電腦配備了黑白顯示適配器和彩色圖形適配器，這是最早的圖形顯示控制器。在20世紀(jì)80年代初期，以GE芯片為代表的圖形處理器開始出現(xiàn)，它具備四位向量的浮點運算功能，可以完成圖形渲染過程中的矩陣、裁剪、投影等運算，標(biāo)志著計算機圖形學(xué)進(jìn)入以圖形處理器為主導(dǎo)的階段。

隨著GE等圖形處理器功能的不斷完善，圖形處理功能也逐漸從CPU向GPU（前身）轉(zhuǎn)移。隨著時間進(jìn)入上世紀(jì)90年代，如今GPU的王者英偉達(dá)進(jìn)入個人電腦3D市場，并于1999年推出具有標(biāo)志意義的圖形處理器GeForce256，真正意義上的GPU第一次出現(xiàn)。

與以往的圖形處理器相比GeForce256將T&L硬件從CPU中分離，并將其單獨組合成硬件，這種創(chuàng)新使得GPU可以獨立進(jìn)行三維頂點的空間坐標(biāo)變換，從而將CPU從繁重的光照計算中解放出來。這意味著，即使是低端CPU，如果搭配了支持硬件T&L的顯卡，也可以流暢地玩游戲。這一技術(shù)革新使得NVIDIA在市場競爭中獲得了較大的優(yōu)勢，并且其市占率也持續(xù)提升。

當(dāng)今全球GPU市場分析

目前，全球局勢動蕩，前幾年新冠疫情席卷全球，整個世界逐漸轉(zhuǎn)入“線上”模式，隨著家用電腦需求量的增加和因疫情等原因帶來的芯片緊缺，加之中美沖突，當(dāng)下北約內(nèi)部矛盾，一度激化上演全武行至今也不見降溫跡象。再到如今的后疫情時代，大語言模型AI的火爆，加之汽車智能化浪潮和智能駕駛對于AI算力的需求，一下子就把GPU推到了世界半導(dǎo)體硬件的舞臺中央。 就當(dāng)下而言，GPU應(yīng)用市場可劃分為三大應(yīng)用領(lǐng)域分別為：PC市場（游戲）、AI&數(shù)據(jù)中心和智能汽車。 首先，我們先來看看GPU的主戰(zhàn)場，也就是PC領(lǐng)域。 根據(jù)Jon Peddie Research的數(shù)據(jù)，2023年的整體出貨量包括NVIDIA、AMD和英特爾的出貨量都呈現(xiàn)大幅下降的情況。根據(jù)該報告，2023年第一季GPU的總出貨量達(dá)到了630萬片，但與上一季相比下降了12.6%，與2022年同期相比則下降了38.2%。其中，2023年第一季出貨量相較上一季下降了12.6%，低于 -4.9%的10年平均水平。而2023年的第二季度情況則更讓人矚目，GPU市場規(guī)模達(dá)到了6160萬美元，但同比下降了驚人的23%。

究其原因，筆者認(rèn)為一是后疫情時代消費者普遍預(yù)算吃緊，消費意愿較低；二是NVIDIA和AMD都有較舊型號的庫存，可用于吸引部分主流和預(yù)算型市場的游戲玩家，加上英特爾的高性比顯卡的入局；三是雖然新的顯卡已經(jīng)推出，但在性價比明顯不佳情況下，消費者對它們的興趣不大，更多的消費者寧可選擇前代3090系列或是英特爾的產(chǎn)品。 盡管整體趨勢呈下降態(tài)勢，但該報告還是給出了GPU市場樂觀的預(yù)測：2022年至2026年期間，PC用GPU的復(fù)合年增長率將穩(wěn)定在3.70%，并有望在2026年年末達(dá)到總規(guī)模2998萬片。與此同時，JPR認(rèn)為PC用獨立顯卡(DGPU)的滲透率有望增長到32%，為市場帶來新的發(fā)展契機。

其次，我再來關(guān)注一下GPU擁有巨大潛力的市場，那便是2023年初被推上風(fēng)口的AI&數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域。 在數(shù)據(jù)中心，GPU被廣泛應(yīng)用于人工智能的訓(xùn)練、推理、高性能計算（HPC）等領(lǐng)域。以ChatGPT、文心一言等為代表的生成式大語言模型AI的涌現(xiàn)，其展現(xiàn)出了高度的擬人化和智能化，背后離不開利用GPU進(jìn)行的海量基礎(chǔ)訓(xùn)練，自GPT-3模型推出后，大規(guī)模自然語言模型進(jìn)入了擁有千億個參數(shù)的時代。在2021年之后，出現(xiàn)了許多達(dá)到千億級別的自然語言模型，這些模型的訓(xùn)練算力顯著增加。例如，ChatGPT模型擁有1.75億個參數(shù)，其訓(xùn)練所需的算力為3.14x10^23次浮點運算。 當(dāng)前，各種預(yù)訓(xùn)練語言模型仍在不斷快速更新和迭代，不斷刷新自然語言處理任務(wù)的最佳表現(xiàn)記錄。同時，單個模型的訓(xùn)練算力需求也不斷創(chuàng)新高。

以ChatGPT的訓(xùn)練為例，單次模型訓(xùn)練就可能需要超過2000張英偉達(dá)A100顯卡持續(xù)不斷地訓(xùn)練27天。不僅如此，大模型的日常運行中每一次用戶調(diào)用都需要一定的算力和帶寬作為支撐。還是以ChatGPT為例，近期，ChatGPT官網(wǎng)每日吸引的訪客數(shù)量接近5000萬，每小時平均訪問人數(shù)約為210萬人。在高峰時期，同時在線人數(shù)達(dá)到450萬人。假設(shè)每個人在一小時內(nèi)提問8個問題，每個問題的回答長度為200個字，那么需要使用14,000塊英偉達(dá)A100芯片來提供日常算力支持。大模型在融入搜索引擎或以app形式提供其他商業(yè)化服務(wù)過程中，其AI芯片需求將得到進(jìn)一步的顯著拉動。 根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2023年全球AI芯片市場規(guī)模達(dá)到了1500億美元，預(yù)計到2028年將達(dá)到2500億美元。全球范圍內(nèi)，企業(yè)在人工智能市場的技術(shù)投資從2019年的612.4億美元增長至2021年的924.0億美元，2022年同比增長26.6%至1,170.0億美元，并有望到2025年突破2,000億美元，增幅高于企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型（DX）支出整體增幅。 ? ? ? ? ?

在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，則是GPU市場保持持續(xù)增長的另一個強勁支柱，根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)，2019年全球人工智能服務(wù)器市場規(guī)模為23億美金，2026年將達(dá)到376億美金，CAGR為49%。而根據(jù)IDC的數(shù)據(jù)顯示，2020年中國數(shù)據(jù)中心用于人工智能推理的芯片的市場份額已經(jīng)超過50%，預(yù)計到2025年，用于人工智能推理工作負(fù)載的芯片將達(dá)到60.8%。人工智能服務(wù)器在搭建時，一般選用CPU+各種加速處理器的組合。而常用的加速處理器有FPGA、ASIC、GPU、NPU等。而就目前來看，GPU憑借其出色的深度學(xué)習(xí)能力、并行計算能力還有其不俗的通用性，在數(shù)據(jù)中心加速芯片市場中占比一騎絕塵，超過90%的AI服務(wù)器將GPU作為了加速芯片。因此相關(guān)數(shù)據(jù)指出，在2026年AI服務(wù)器市場規(guī)模將達(dá)到376億美元，隨著AI服務(wù)器迅速增長GPU在這一部分市場也將迎來需求的大爆發(fā)。

最后，我們來看一下GPU在汽車電子中的應(yīng)用情況。 在如今新能源汽車崛起高速增長的今天，隨著汽車智能化浪潮的到來，自動駕駛和智能座艙是最具有發(fā)展前景的兩個方向。 在自動駕駛領(lǐng)域，使用的芯片不計其數(shù)，各個類型的芯片都有涉及，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，全球自動駕駛市場2025年將達(dá)到780億美金，其中用于自動駕駛的AI芯片超過100億美元。在這之中GPU在自動駕駛的滲透率隨著自動駕駛的等級的提升而提升。根據(jù)ICVTank的自動駕駛滲透數(shù)據(jù)：假設(shè)GPU在L2中的滲透率達(dá)到15%，在L3-L5中的滲透率達(dá)到50%，那么可以估算出GPU在自動駕駛領(lǐng)域的市場規(guī)模。整體規(guī)模預(yù)計將從2020年的7.1億美元增長到2025年的44億美元，年復(fù)合增長率為44%。 在智能座艙領(lǐng)域，獨立GPU往往不會被應(yīng)用，往往是以SoC的形式以集成GPU的形態(tài)被應(yīng)用的。在一片完整的SoC中一般由GPU、CPU、AI引擎、DPU等組成。而目前的智能座艙往往向著一芯多屏的方向發(fā)展，這就是GPU部分在智能座艙中有著無可替代且越來越重要的優(yōu)勢。 ?

國內(nèi)外GPU相關(guān)企業(yè)概況

談到GPU方面的市場份額，那么就不得不提目前幾乎是一家獨大的英偉達(dá)。在消費級獨立PC市場上，根據(jù) Jon Peddie Research 調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2023 年第一季度，全球桌面級顯卡銷量約為 630 萬塊，其中英偉達(dá)顯卡銷量約為 529 萬張，以 84%的市場份額占據(jù)領(lǐng)先地位，此外銷量位居前三的 GPU 供應(yīng)商還包括 AMD 及 Intel，其銷量分別為 76 萬張、25 萬張。而國內(nèi)方面則在消費級獨立GPU上起步較晚，我國國產(chǎn)GPU廠商市場份額普遍較小，但也不乏如芯動科技、摩爾線程等勇于挑戰(zhàn)國外廠商壟斷地位的國內(nèi)GPU新興廠商，未來隨著國內(nèi)數(shù)據(jù)中心、智能駕駛及終端側(cè) GPU 市場需求的提升，國產(chǎn) GPU 市場份額有望實現(xiàn)滲透。 而在盈利能力方面，英偉達(dá)憑借其絕對的市場地位遙遙領(lǐng)先，根據(jù)權(quán)威機構(gòu)Jon Peddie Research GPU市場統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2023年第二季度英偉達(dá)以68%的PC顯卡市場份額位居市場第一。

與此相對，2024財年第二季度游戲業(yè)務(wù)實現(xiàn)了24.9億美元的營收，同比增長了22%。而老對手AMD的游戲業(yè)務(wù)則以15.81億美元，同比下降4%，環(huán)比下降了10%，營業(yè)利潤2.25億美元的成績緊隨其后。 在數(shù)據(jù)中心市場，英偉達(dá)依舊是處于領(lǐng)導(dǎo)地位，根據(jù)研究機構(gòu)TrendForce的預(yù)測，目前數(shù)據(jù)中心市場上，英偉達(dá)的GPU已成為主流芯片，市場份額約占60-70%。而國內(nèi)在該領(lǐng)域布局者較多，產(chǎn)品性能逐漸向英偉達(dá)靠攏。比如，目前國內(nèi)算力最高的產(chǎn)品是由壁仞科技推出的BR100P，其采用了臺積電7nm工藝。在峰值狀態(tài)下，它具有單精度浮點算力240TFLOPS和整型算力1920TOPS。BR100芯片的性能比英偉達(dá)的A100高出3倍以上，雖說對比英偉達(dá)的旗艦產(chǎn)品H100還有不小的差距，但是依舊未來可期。

在盈利方面，據(jù)英偉達(dá) 2024 財年 Q2 報告，其數(shù)據(jù)中心營收已達(dá)到 103.2 億美元，同比增長171%，約占總營收比例為 76%，目前數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)已經(jīng)成為英偉達(dá)最高的收入來源。而我國壁仞科技的 BR100P 系列芯片同樣由臺積電代工，預(yù)計于 2023 年量產(chǎn)，若量產(chǎn)計劃順利推進(jìn)，也有望在數(shù)據(jù)中心這一廣闊的市場中分一杯羹。 在智能駕駛領(lǐng)域，國內(nèi)大多數(shù)智能駕駛車型選用英偉達(dá)產(chǎn)品，大多都采用其旗下的ORIN 產(chǎn)品。但在智能駕駛領(lǐng)域，華為也在之中提供了自動駕駛的全棧解決方案，其發(fā)布的昇騰 610、MDC810 已經(jīng)量產(chǎn)，MDC610平臺，單組算力為200 TOPS，與英偉達(dá) ORIN 產(chǎn)品差距較小。

在市場結(jié)構(gòu)方面，2023年上半年，中國市場乘用車自動駕駛計算方案市場份額中，英偉達(dá)以52.57%的份額位居第一，地平線占據(jù)30.71%的市場份額位居第二，華為海思占據(jù)4.05%的市場份額。 在盈利能力方面，英偉達(dá)的智能駕駛業(yè)務(wù)在2024財年第二季度的營收較第一季度出現(xiàn)了下滑，但與去年同期相比，仍然增長了15%，總營收達(dá)到2.53億美元。 ?

結(jié)? 語

就目前的GPU市場而言，英偉達(dá)在市場中憑借自己多年的技術(shù)積累大殺四方，占據(jù)了絕對的領(lǐng)導(dǎo)地位（80%以上的市場份額），而AMD和重新歸來的英特爾在其后瓜分剩下的一點市場份額。而國內(nèi)GPU廠商則是剛剛起步，正在完成從0到1的突破階段，總體來看還有很長的路要走。但是在諸如智能駕駛等國內(nèi)重點發(fā)展的領(lǐng)域也能從英偉達(dá)口中分得一點點市場份額。

未來看我國的GPU發(fā)展，作為數(shù)據(jù)處理的重要工具，GPU具有重要的戰(zhàn)略地位，并受到國家的高度重視。在中美科技摩擦的背景下，自主研發(fā)和掌握GPU顯得尤為重要。從成長性的角度來看，全球市場空間廣闊，國內(nèi)市場規(guī)模也相當(dāng)龐大，并隨著下游需求的增加而呈現(xiàn)加速增長的趨勢。在數(shù)字化驅(qū)動的總需求提升背景下，結(jié)合國產(chǎn)化的發(fā)展趨勢，為國產(chǎn)GPU產(chǎn)業(yè)提供了總量和份額雙提升的機遇。因此，國產(chǎn)GPU廠商得到了快速發(fā)展的機會。在大市場需求下，GPU的國產(chǎn)化進(jìn)程具有廣闊的空間，而優(yōu)秀廠商的稀缺性也日益凸顯，有望實現(xiàn)加速成長，部分廠商甚至有望實現(xiàn)爆發(fā)式增長。

編輯：黃飛

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