芯動科技：借力兼容生態(tài)，細分領(lǐng)域下國產(chǎn)GPU的破局之道
近2年國產(chǎn)GPU領(lǐng)域受到投資熱捧，多家國產(chǎn)GPU初創(chuàng)公司獲得大額融資，甚至有成立僅僅100天的GPU公司獲得數(shù)十億元的融資。一直以來，無論是GPU還是GPGPU，國內(nèi)廠商與國外巨頭相比差距都極其巨大，不過與以往不同的是，近年來除了如景嘉微、兆芯等老牌廠商外，還誕生了不少初創(chuàng)公司，并且在2020年也獲得產(chǎn)品落地的新進展。一眾初創(chuàng)公司紛紛高調(diào)進入且獲得數(shù)十億級的巨額風(fēng)投而備受關(guān)注。但是喧鬧過后，市場上仍缺乏可與國際巨頭對標(biāo)的量產(chǎn)產(chǎn)品，去年年底，芯動科技潛心為中國5G數(shù)據(jù)中心定制的高性能顯卡GPU芯片——“風(fēng)華1號”回片測試成功，全球首發(fā)，這是否有望改變服務(wù)器級高性能GPU國產(chǎn)無芯的局面呢？
對于近2年掀起的國產(chǎn)GPU投資熱，芯動科技首席SoC架構(gòu)師何穎認為，這既是商業(yè)化的需求，也是國家戰(zhàn)略替代的需求。“GPU市場非常大，但相較于已有一定積累的CPU來說，我國在GPU方面的發(fā)展進度還十分緩慢。目前桌面和移動端的GPU基本被NVIDIA、AMD、ARM壟斷，所以國產(chǎn)替代的空間和潛能也很大。國產(chǎn)GPU和CPU一樣，也是具有國家戰(zhàn)略意義的高端集成電路產(chǎn)品，可以說是一個巨大的藍海市場。投資者青睞GPU領(lǐng)域其實也是看好這個市場的巨大發(fā)展前景和機會！
另一方面，在GPU投資熱之下，其背后的投機屬性也不能忽視！耙环矫，一些GPU新勢力尚沒有明確自己的細分市場，沒有想清楚未來長遠的發(fā)展方向，還只是停留在PPT階段，所以盡管熱度高漲，但真正能用產(chǎn)品說話的企業(yè)非常少，尤其是高性能商業(yè)化的渲染GPU產(chǎn)品鳳毛麟角。另一方面，GPU技術(shù)門檻高，長期被NVIDIA和AMD等霸主壟斷，新勢力想要生存必須掌握有核心技術(shù)，有多年的技術(shù)積累和人才資金供給。長遠來看，GPU領(lǐng)域在競爭中將會逐漸由多家公司收斂成屈指可數(shù)的幾家公司！焙畏f解釋道。
當(dāng)前，無論是GPU還是GPGPU市場，都基本由NVIDIA、AMD壟斷，新晉企業(yè)競爭難度可想而知，但同時這也正是國產(chǎn)替代需求的根源。不過，對于選擇GPU或是GPGPU路線，各家企業(yè)都有不同考量。
比如芯動科技選擇了圖形渲染GPU作為切入點，何穎對《華強電子》記者表示：“雖然GPGPU的價值很高，增長也不錯，但細分市場總的體量還是遠不及圖形渲染領(lǐng)域。芯動選擇的是一個起步很難但可以走得很遠的賽道。”
據(jù)何穎介紹，目前大多數(shù)初創(chuàng)公司基本上是做GPGPU，而原因是通用計算型GPU主要實現(xiàn)的還是相對比較簡單的一些AI運算，相對圖形渲染GPU是小容量的市場。而圖形渲染GPU因為其流水線（pipeline）特別長，經(jīng)過了十幾年的演化進程，實現(xiàn)起來會更加復(fù)雜，設(shè)計也要難得多，同時還存在著很多專利陷阱，也就是人們常說的雷區(qū)（Minefield）。
與此同時，相比于CPU，GPU盡管指令集相對簡單，但計算核的數(shù)量多出一個數(shù)量級，所以GPU在執(zhí)行可并行度高的計算時會大幅提高計算效率。也因為計算核數(shù)量多，一般而言GPU芯片中的邏輯門數(shù)量會比CPU多十倍以上。當(dāng)GPU用作三維圖形實時處理時，畫面中的每一個像素顏色都經(jīng)過GPU上百次計算而產(chǎn)生的，其架構(gòu)設(shè)計也要不斷更改來適應(yīng)新的市場需求，這也是GPU系統(tǒng)復(fù)雜的原因之一。
另一方面，GPU架構(gòu)具有多個計算核，可以對同一個指令用不同的數(shù)據(jù)并行計算，所以，GPU也適合處理數(shù)據(jù)密集型、高度并行化的計算任務(wù)。因此，在近年興起的AI浪潮中，由于對用傳統(tǒng)語言編寫的、軟件形式的計算有較好支持，GPGPU應(yīng)運而生，爆發(fā)出大量需求。
這與前些年的AI芯片熱潮有異曲同工之處，但相比于專用的ASIC芯片，GPGPU具有更加廣泛的適用性、兼容性、靈活性、對技術(shù)變化的包容和適應(yīng)能力更為突出，產(chǎn)品的應(yīng)用生命周期更長。不過，盡管現(xiàn)階段聚焦于GPU市場，但據(jù)何穎透露，芯動未來也會有GPGPU的規(guī)劃。
縱觀國內(nèi)GPU的發(fā)展歷程，除了主要用于軍工的景嘉微、用于特殊應(yīng)用的中船重工外，民用產(chǎn)品就只有兆芯，而兆芯的GPU技術(shù)事實上是來源于美國S3公司。GPU系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜且龐大，涉及面廣，因此需要一個技術(shù)積累過程。
何穎坦言：“由于做GPU設(shè)計的復(fù)雜度確實很大，架構(gòu)從零開始設(shè)計的時間周期太長，涉及的專利太多，所以芯動做GPU設(shè)計‘站在了巨人的肩膀上’！
他還透露，基于Imagination的架構(gòu)授權(quán)，芯動開發(fā)了“風(fēng)華”系列GPU，并且在架構(gòu)授權(quán)上進行自研演進，這是自主可控的，“芯動科技與Imagination的合作是與蘋果一樣的架構(gòu)授權(quán)，而不僅僅是某一個IP的授權(quán)。如何把這個架構(gòu)做成最終的GPU，不是簡單的堆砌核和各種IP就行了，如何把他們有機地利用、調(diào)用起來，如何通訊都要付出大量努力。芯動在這個初始架構(gòu)上探索了很多自己的方案，包括自研的Cache一致性Innolink Chiplet技術(shù)，內(nèi)置國產(chǎn)物理不可克隆iUnique Security PUF信息安全加密技術(shù)，提升數(shù)據(jù)安全和算力抗攻擊性等等！
得益于Imagination BXT架構(gòu)的多核可擴展性，芯動能夠為客戶打造量身定制、融合圖形和智能計算的顯卡芯片解決方案，以滿足高端桌面和數(shù)據(jù)中心的需求。另外，由于現(xiàn)有的架構(gòu)是基于安卓開發(fā)的原生架構(gòu)，風(fēng)華GPU在安卓云游戲上也會更具備優(yōu)勢，而且可以適配ARM、X86服務(wù)器平臺，對各種Linux、安卓和國產(chǎn)各種操作系統(tǒng)都能支持。
在市場方面，何穎表示：“國產(chǎn)信創(chuàng)桌面和服務(wù)器這兩大細分領(lǐng)域，其中服務(wù)器主要是指安卓云游戲領(lǐng)域。一方面，信創(chuàng)市場做的是國產(chǎn)替代，另一方面我們選擇做更商業(yè)化的產(chǎn)品，也就是云服務(wù)器和云游戲的市場。我們敢于擁抱商業(yè)化的競爭，做更商業(yè)化的產(chǎn)品！
不過，GPU并不只是擁有了核心架構(gòu)就能夠產(chǎn)出可用的產(chǎn)品。何穎補充道：“站在巨人的肩膀上能成功也必須自身夠硬。憑借芯動在GDDR6/6X高速存儲、緩存一致的多晶粒封裝芯片（Chiplet）創(chuàng)新、以及高性能多媒體處理器優(yōu)化等方面的堅實積累，進而去開發(fā)獨立的、支持PCI-E規(guī)格的GPU顯卡芯片是水到渠成的事情。”
在當(dāng)前的國產(chǎn)GPU發(fā)展階段，何穎指出：“國產(chǎn)GPU行業(yè)要采取開放合作的心態(tài)，要學(xué)會站在巨人的肩膀上，善于利用現(xiàn)有架構(gòu)和生態(tài)，設(shè)計契合市場需求的優(yōu)秀產(chǎn)品，打造全球化設(shè)計水平的開發(fā)團隊。因為國產(chǎn)GPU發(fā)展到今天，我們可以集全國力量打造一個GPU軟件團隊，卻很難組建GPU硬件團隊，一些核心的模塊基本都沒有在中國設(shè)計過，所以我們現(xiàn)在還不具備相應(yīng)的基礎(chǔ)，但是可以在發(fā)展的過程中不斷探索、學(xué)習(xí)。國產(chǎn)GPU在起步階段兼容現(xiàn)有生態(tài)更容易發(fā)展，先求生存；長期還是要擺脫兼容思路，站穩(wěn)腳跟后再求發(fā)展自有的核心技術(shù)。”
對于現(xiàn)階段的國產(chǎn)GPU廠商來說，正面與NVIDIA、AMD、ARM等巨頭正面競爭并不現(xiàn)實，尋找細分領(lǐng)域，找到可持續(xù)的落地場景，才是自身發(fā)展的持久驅(qū)動力。
編輯：ZQY 最后修改時間：2022-06-25
