又一晶片巨頭瀕臨破産，GPU賽道競争加劇

半導體産業縱橫

2024-05-15 18:48釋出于廣東科技領域創作者

近年來，許多晶片企業破産。去年高達上萬家晶片公司關門大吉，平均每天倒31家。而今年依舊慘不忍睹，中國IP設計新星華夏芯破産清算，砺算科技也因燒光3億人民币，去年6月爆發欠薪，加上美元基金撤離，險些在流片前夕破産。

砺算科技成立于2021年，實際營運從2022年年初成立砺算上海開始。砺算上海是南京砺算科技的全資子公司，也是公司核心所在。三位創辦人分别是宣以方、孔德海及牛一心，都在矽谷GPU公司S3擁有深厚的技術能力及工程經驗。

官網資訊顯示，砺算科技堅持自研架構、自主知識産權，正在打造對标國際主流産品的國産GPU晶片，服務國内2000億渲染GPU全方位市場，實作端、雲、邊的圖形渲染，滿足學習工作娛樂、元宇宙、遊戲動漫、數字孿生、影視制作、ARVR、智能工廠、專業設計、智能座艙、智慧醫療等的晶片和算力的需要。

好在，東芯股份于近日釋出公告，宣布拟使用自有資金或超募資金對砺算科技（上海）有限公司進行增資，占股比例不超過40%，金額上限為2億元。砺算科技破産波瀾背後折射的是GPU晶片賽道競争加劇。

GPU的起源

GPU的全稱是Graphics Processing Unit，圖形處理單元。它最初的功能主要用于繪制圖像和處理圖中繼資料的特定晶片，後來增加了許多其他功能。

GPU相比CPU更加适合于密集型資料處理。從晶片微架構上看，GPU是在原有CPU結構基礎上進行了優化與調整，通過與CPU進行合并，實作RAM共享的同時，采用SIMD架構，建構成百上千個邏輯運算單元，實作同一時間的并行處理。

GPU特别擅長同時處理很多任務，比如把計算機裡的資料轉換成我們在螢幕上看到的精美圖像。在計算任務中，GPU利用其并行計算優勢加速處理如深度學習訓練、科學計算等大規模資料密集型任務。

1962年，麻省理工大學的博士伊凡·蘇澤爾的論文以及他的畫闆程式奠定了計算機圖形學的基礎。1962-1984年，這一階段，沒有專門的圖形處理硬體，圖形處理任務都由CPU完成。

随着計算機的發展，圖像處理需求逐漸增加。追溯GPU的曆史，要從圖形顯示控制器說起。世界上第一台個人電腦IBM5150于1981年由IBM公司釋出，這台PC搭載了黑白顯示擴充卡（monochrome display adapter，MDA）和彩色圖形擴充卡（color graphics adapter，CGA），這便是最早的圖形顯示控制器。1984年，美國SGI公司推出了面向專業領域的高端圖形工作站。1984-1995年，SGI又不斷研發出了一系列性能更好的圖形工作站。

1995年，3DFX公司釋出一款消費級3D顯示卡Voodoo。此時，圖形顯示硬體賽道已經開始變得火熱，AMD、ATI（2006年被AMD收購）、NVIDIA都開始推出自己的顯示卡産品。CPU得以擺脫部分圖形處理任務，但是頂點變換等任務仍需CPU完成。

成立于1993年的NVIDIA是GPU概念的提出者。1999年NVIDIA釋出的GeForce 256圖形晶片，首次引入GPU的概念，GPU時代來臨。GeForce 256采用了“T&L”硬體，立方環境材質貼圖和頂點混合等先進技術。

在這一時期，各硬體單元形成一條圖形處理流水線，每個流水級功能固定，不可對硬體進行程式設計。随着技術的發展，GPU從隻能按照固定方式工作變成了可以程式設計的智能晶片，并且能夠創造出更複雜的視覺效果。2003年，NVIDIA和ATI釋出的新産品都同時具備了可程式設計頂點處理和可程式設計像素處理器，具備了良好的程式設計性。

進入21世紀，随着遊戲和多媒體應用的普及，GPU的性能需求迅速增長。各大晶片廠商紛紛投入巨資研發新一代GPU，不斷提高其性能。在這個階段，GPU的内部組成也發生了顯著變化，包括圖形顯存控制器、壓縮單元、BIOS、圖形和計算整列、總線接口、電源管理單元、視訊管理單元等。

随着人工智能和深度學習技術的興起，GPU的應用領域得到了進一步拓展。NVIDIA開發出CUDA技術，使得GPU不僅能畫圖，還能幹更多非圖形類的工作，例如處理大資料。除了傳統的圖形渲染外，GPU還被廣泛應用于深度學習、機器視覺、大資料分析等領域。這種趨勢推動了GPU技術的進一步發展，使其逐漸從專用圖形處理器演變為通用計算平台。

國内開始湧現出一批研發GPU的企業：景嘉微電子，芯源微電子，壁仞科技等。

直到2014年4月，景嘉微才成功研發出首款國産高性能、低功耗GPU晶片——JM5400。2018年8月，景嘉微自主研發的新一代高性能、高可靠GPU晶片-JM7200流片成功。2019年，景嘉微在JM7200基礎上，推出了商用版本——JM7201，滿足桌面系統高性能顯示需求，并全面支援國産CPU和國産作業系統。

2020年，晶片行業掀起了創業熱潮，這次主要集中在GPU領域。國産GPU在資本的加持下獲得了飛速發展，大量公司進入這一領域。此外，中央和地方不斷出台政策支援內建電路産業發展，在這樣的綜合影響下，可以說GPU迎來了最好的時代。這些創業公司主要緻力于開發能夠同時滿足圖形處理和AI計算的GPU，也即現在國内所說的GPGPU（通用GPU，General-purposeGPU）。但随着融資資金耗盡，部分企業也陷入破産邊緣。

根據IDC資料，2022年全球AI晶片市場将達352億美元。其中GPU占比最大，Goldman預計到2025年GPU占比将達到57%。在美國限制中國進口最新的英偉達GPU産品的情況下，國産GPU前景廣闊。

全球GPU呈三足鼎立寡頭競争格局

從全球GPU整體市場情況來看，全球GPU市場現已形成三足鼎立的寡頭競争格局，NVIDIA仍是全球獨立GPU絕對上司者。Intel得益于在筆記本電腦及傳統PC行業的優勢，現已在內建GPU市場獨占鳌頭，獨立GPU市場則主要由NVIDIA和AMD兩家公司占據。

NVIDIA現在最大的獨立顯示卡生産銷售商，旗下有民用的Geforce系列，還有專業的Quadro系列。其GPU具有cuda通用運算，PureVideo高清視訊技術，PhysX實體加速，Optimus智能顯示卡切換等。今年三月份，英偉達推出新一代AI圖形處理器晶片(GPU)架構Blackwell，并重磅釋出采用該架構的GPU——B200和GB200産品系列。據了解，Blackwell可以支援多達10萬億參數的模型進行AI訓練和實時LLM推理。B200由兩個超大型Die（裸片）封裝組合而成，内含超過2080億個半導體，是前一代800億個半導體的兩倍以上，整塊晶片還封裝有192GB高速HBM3e顯存。

Intel是全球最大的內建GPU供應商。Intel的GPU主要是內建顯示卡，用于intel的主機闆和intel的筆記本。英特爾首代獨立顯示卡于2022年釋出，距今大緻已有2年。近日，有媒體報道，英特爾向oneAPI DPC++ 編譯器的 LLVM 文檔添加了 bmg_g21（Battlemage G21、BMG-G21）核心相關代碼。這也是首次有 Battlemage 架構獨顯相關代碼現身該文檔，暗示 Battlemage G21 GPU 有望成為英特爾下代獨顯首發型号。

AMD成立于1969年，是目前業内稀缺的可以提供高性能CPU、高性能獨立顯示卡GPU、主機闆晶片組三大元件的半導體公司。2006年，AMD以54億美元收購了ATI，成為了第一家可以同時設計高性能CPU和GPU的半導體公司。AMD旗下有民用的Radeon系列，還有專業的FireGL系列等。其GPU具有Stream通用運算，ATI Video Converter視訊轉碼，UVD高清視訊技術，Havok、Bullet和Pixelux DMM三種實體引擎等。AMD 的 GPU 分為兩個截然不同的産品領域，一個是針對遊戲的，另一個是用于超級計算機、大資料分析和機器學習系統的。

2023年，AMD正式釋出了新一代AI/HPC加速器Instinct MI300X、Instinct MI300A，一個是傳統GPU加速器，一個是獨一無二的CPU+GPU融合加速器。MI300A 是面向 HPC 産品定位，是以産品形态是CPU+GPU/APU 合封 Chiplet 的方式(24個Zen4 core及其I/0，128G HBM3，封裝了13個Chiplet) ; 并改造了底層IF高速互連和UMA記憶體架構。首批采購方也是美國國家超算 (EI Capitan Exascale)。對标英偉達的CUDA，AMD則開發了ROCm。

國内GPU市場百花齊放

雖然國内GPU起步晚，但得益于近年來資本的加持和人工智能的市場催化，大量公司切入這一賽道。随着國内資訊産業圖形處理和加速計算需求的不斷湧現，國内GPU市場已呈現出“百花齊放”的态勢，其中不乏一些表現出色的企業和産品。

景嘉微是國内首家實作自主研發國産化GPU并産業化的企業。為打破ATI公司（現已被 AMD 收購）M9 晶片在軍用圖形顯控領域的長期壟斷，公司曆經多年技術鑽研，于2014 年成功研制國内首款高性能GPU晶片JM5400，實作軍用GPU國産化。2018年8月公司成功研發第二代圖形處理晶片JM7200，并于2020年陸續完成與國産化裝置的适配工作，逐漸向通用領域拓展。2021年12月，公司正式釋出第三代圖檔處理晶片JH920。該晶片在産品性能和工藝設計上較前兩代産品大幅提升的同時，也為國産化GPU在人工智能、資訊系統等領域帶來新的突破。

芯動科技是一家專注半導體領域IP定制、設計、流片的公司，從DDR到接口再到GPU均有涉獵。2021年年底，芯動推出的“風華1号”就是一款12nm的高性能顯示卡，支援4路4K60幀輸出，最高支援16個1080P使用者同時線上，填補了國産4K級桌面顯示卡和伺服器級顯示卡兩大空白。“風華”系列GPU 自帶浮點和智能3D圖形處理功能，全定制多級流水計算核心，可實作高性能渲染和智能AI算力，适用于元宇宙、雲遊戲、雲桌面、AI計算等領域。

由前英偉達全球副總裁張建中創辦，成立于2020年的摩爾線程，緻力于研發全球領先的自主創新GPU知識産權，其GPU産品線覆寫通用圖形計算和高性能計算。公司核心成員主要來自NVIDIA、微軟、Intel、AMD、ARM等全球知名晶片企業，覆寫GPU研發設計、生産制造、市場銷售、服務支援等完整架構。在成立1年後便釋出了第一代MUSA系統架構GPU“蘇堤”，其中的頂配桌面級顯示卡MTT S60，擁有2048個MUSA核心，主頻達1.5GHz，提供6T FLOPS的單精度浮點計算能力，闆載8GB顯存，闆載DP1.4和HDMI 2.1接口并支援最大8K視訊輸出。

龍芯中科于2020年成立GPU突擊隊，加快GPU産品的研發設計。目前，龍芯中科自主研發的GPU內建在7A2000中。龍芯7A2000是面向伺服器及個人計算機領域的第二代龍芯3号系列處理器配套橋片，在7A1000基礎上實作全面的優化更新。此外片内首次內建了自研GPU，采用統一渲染架構，搭配32位DDR4顯存接口，最大支援16GB顯存容量。

芯瞳半導體成立于2019年12月，主要業務包括GPU晶片設計、異構計算平台方案、嵌入式顯示系統解決方案、GPU應用部署解決方案。公司GPU架構采用了業界主流的統一渲染架構，并具有高度可擴充的互聯結構和計算陣列。2023年，芯瞳GB2062正式對外釋出，這是芯瞳半導體推出的第二代自主研發高性能圖形處理器晶片。該晶片采用12nm CMOS工藝，具有自主設計、更強功能、更低功耗等特點，可廣泛适用于三維圖形領域（CAD、GIS、動畫模型、電腦遊戲等）和通用計算（GPGPU）領域。

壁仞科技創立于2019年，緻力于研發原創性的通用計算體系，建立高效的軟硬體平台，同時在智能計算領域提供一體化的解決方案。BR100是由壁仞科技釋出自主研發的首款通用GPU晶片，其16位浮點算力達到1000T以上、8位定點算力達到2000T以上，單晶片峰值算力達到PFlops（1PFlops等于1000萬億次浮點指令/秒）級别。

天數智芯成立于2015年12月，2018年正式啟動GPGPU晶片的設計研發工作，是國内首家GPGPU高端晶片及超級算力提供商。2021年1月，其成功自主研制7納米GPGPU高端自研雲端訓練晶片，具有全方位生态相容、高性能有效算力、指令集程式設計架構以及軟硬體全棧支援等優勢。

此外，還有許多公司在研發GPU産品。不過近年來受制于美國禁令限制，部分企業無法使用台積電等工藝流片，極大的制約了企業發展。

信創疊加美國禁令，帶來巨大市場空間

由于曆史的原因，大陸在資訊技術領域長期處于模仿和引進的地位。國際巨頭占據了大量的市場佔有率，也壟斷了國内的資訊基礎設施。它們制定了國内IT底層技術标準，并控制了整個資訊産業生态。随着中國國力的不斷崛起，某些國家主動挑起貿易和科技領域的摩擦，試圖打壓中國的和平發展。作為國民經濟底層支援的資訊技術領域，自然而然地成為他們的重點打擊對象。面對日益增加的安全風險，必須實作自主可控，“信創”就此被正式提出。

2022年，美國當局禁止英偉達向中國出口高性能GPU晶片(A100、H100)，到2023年10月，除了原來禁售的A100、H100之外，閹割版的A800、H8009、L40、L40S、甚至普通桌面端顯示卡RTX4090都在禁售之列。

近年來國内建立設的資料中心、智算中心都已經逐漸采用國産晶片設計，為國内企業創造了巨大的市場空間。是以，相關賽道近年來湧入了很多國内參與者，競争加劇。随着部分企業研發和市場開發不及預期，融資資金逐漸燒完，開始逐漸被收購并購，甚至破産。但危與機同在，由信創和美國禁令帶動為國内市場創造的巨大的市場空間将在未來行業競争中，逐漸決出頭部企業。

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