國產GPU如何實現長期制勝?
近年來,受需求以及政策、資本的推動,作為圖形渲染和智能計算的航母平台的GPU成為市場寵兒,一眾GPU廠商站上時代潮頭。
據Verified Market Research數據統計,2027年全球GPU市場規模有望達到1853.1億美元,年平均增速高達32.82%,千億級賽道風口已至。
全球GPU市場規模走勢預測
其中,中國GPU市場規模和增長潛力巨大。據賽迪數據顯示,2021年中國大陸GPU市場規模約為70億美元。在當前地緣政治、大國博弈的背景下,相較於有一定積累的國產CPU,GPU的破局更具緊迫性和必要性。國產GPU不僅孕育着千億量級的市場空間,還承擔着國產替代和打破巨頭壟斷的重任。
隨着國內GPU賽道上一個又一個有力的“新跑手”交出真刀真槍的產品,國產GPU正迅速走過“從無到有”,進入“從可用到好用”的迭代階段。
在此趨勢和背景下,芯動科技“風華2號”GPU新品隆重面市。
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“風華2號”的創新與突破
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據介紹,“風華2號”是一款集超低功耗、強渲染、4K高清三屏顯示、4K視頻解碼及智能AI計算於一體的桌面和筆記本GPU,實現了多個自研技術的創新突破。
在新品發佈現場,“風華2號”GPU通過基準測試跑分、辦公軟件、工程製圖、GIS到遊戲娛樂等多種重度典型應用的現場實時演示,向業界全方位展示了其領跑國產桌面、筆記本電腦和工控機賽道的能效,表現震撼全場。
芯動科技CEO敖海展示了採用“風華2號”GPU芯片的無風扇板卡
超低功耗是“風華2號”桌面級GPU的主打亮點。發佈現場,“風華2號”實測能效比領先,在統信4K桌面環境,芯動工程師現場演示了金山WPS、視頻網站、中望CAD、glmark等各種典型桌面渲染應用,操作流暢。桌面應用典型功耗4-15W,實測結果顯示,風華2號運行在低功耗模式下時,即使同時開啟多種應用,工作功耗僅在4瓦左右,其能效比遠優於市場同等算力產品。而其低散熱要求也使得系統可靠性大大增加,可以支持無風扇設計,支持筆記本和MXM一體機。
強渲染能力是“風華2號”的另一突出優勢,也是此前國內GPU的佈局痛點和技術難點。
風華2號支持三屏高清顯示(演示場景為CAD製圖、高清視頻、曼哈頓)
近年,國產GPU市場異常火熱,本土GPU廠商融資和產品開發進展頻頻,不僅受到了資本的青睞支持,也取得了技術層面的實際突破。其中大多數廠商專注於通用GPU(GPGPU)研發,這種GPU主要處理原本由CPU負責的通用計算任務,實現相對簡單的AI運算,並不具備圖形渲染能力,而具備圖像渲染能力的自主GPU國內鮮見。
去年底,芯動發佈的數據中心服務器GPU“風華1號”,首次突破了國內GPU渲染能力瓶頸,像素填充率達到160GPixel/秒,FP32浮點算力達到5T FLOPS。在雲應用和數據中心領域首次實現多用户1080P和多路硬件虛擬化、各種高清編解碼/轉碼功能,支持數據中心服務器高密度圖形渲染,大幅提升了國產GPU的渲染能力,在5G數據中心渲染性能上能夠對標國外主流顯卡。
風華1號可同時支持16路1080P雲遊戲
如今“風華2號”的問世,再次不負所望,在多操作系統下的能效比和功能性都不輸國際水準,使得我們的桌面級GPU技術擁有了“門面擔當”。
“風華2號”GPU像素填充率48GPixel/秒,FP32浮點算力1.5TFLOPS,基準跑分成績領先。工程師現場展示了在麒麟操作系統下風華2號GLmark2基準測試實測評分超過6500。通過Unigine Heaven重度基準測試,充分展現了OpenGL4.3的能力,並在演示過程中突出了曲面細分(Tessellation)的渲染效果,形象立體。
風華2號在Unigine Heaven下的OpenGL4.3水平
同時,“風華2號”還支持4K級三屏高清顯示,無論是辦公上網視頻,還是多媒體娛樂以及蒼穹GIS應用上均有優秀表現。現場工程師還即興試玩了Linux下最新的重量級賽車遊戲,畫面流暢逼真,渲染能力遊刃有餘,必將成為遊戲玩家和極客們的福音。
風華2號演示Linux下重度賽車遊戲
風華2號GPU比肩國際的功能和能效還表現在卓越的AI計算能力上。風華2號支持科學/邊緣計算,AI性能超過12.5TOPS,支持人臉識別、目標識別、語義分割、圖像超分辨率等多種場景實時應用,超過傳統低功耗桌面顯卡的AI計算水平。
除了性能表現,GPU的使用同樣離不開其通用性和適配性,“風華2號”還實現了多平台兼容,已與統信和麒麟等操作系統完成互認證, 並全面支持飛騰、龍芯、申威、海光、兆芯、鯤鵬等主流國產CPU平台,在國產系統上進行蒼穹GIS空間地圖實時渲染遊刃有餘。
“風華2號”在Windows10系統上的渲染展示
值得關注的是,“風華2號”已經流暢支持微軟Win10 DirectX圖形框架。據悉,Windows DirectX 11嚴格要求支持包括曲面細分在內的各種高級渲染技術,開發難度極大,至今全球只有少數幾家公司的GPU支持了Windows DirectX 11。發佈現場,芯動工程師演示了Win10操作系統下的QQ通訊、辦公上網和娛樂遊戲等各種應用,風華2號完美實現了多種複雜場景的流暢渲染和曲面細分的細節呈現,3D渲染性能完全能夠滿足日常工作娛樂所需。
對於“風華2號”的優勢,芯動科技CEO敖海總結出 自研率領先、能效比領先、渲染力領先、
AI計算領先、兼容性領先、高安全高可靠、高帶寬領先、3屏4K顯示等八大亮點。
“風華2號”諸多優勢背後,凝聚着芯動科技16年來匠心打磨的眾多全球頂尖高性能計算IP,正如風華1號採用了全球首款GDDR6/6X Combo高性能IP,使得其顯存帶寬領先。“風華2號”再現芯動黑科技,自研了全球首款速度最高LPDDR5X顯存技術,在桌面級低功耗水平下達到10Gbps帶寬新高。
“風華2號”GPU自研率非常突出,諸如PCIe3.0、LPDDR5/4、HDMI2.0/DP/eDP1.4/VGA、中國專利的物理不可克隆PUF安全技術,都是芯動長期對外授權的自研優勢技術。也是由於芯動接口技術的優勢,其產品的普適性非常強,板卡支持長鑫、長存等內存、顯存、電源管理芯片,成為從IP到板卡的國產化自研率突出的顯卡產品,產品性能優越,實現了里程碑式的突破。
芯動科技針對高性能計算的全棧底層核心技術和一站式服務
GPU的自研率必然要看內核的自主演進程度。芯動和蘋果公司一樣,在最初架構授權的基礎上不斷優化GPU內核,憑藉團隊強大的IP自研能力和全棧底層核心技術的創新能力,現已完整獨立掌握了GPU內核演進架構圖,有了自己的GPU架構把控,並且有能力做到未來三年每年發佈兩款GPU。比如‘風華2號’能夠支持到DX11/OpenGL4.2以上API,這些都是原來的GPU架構所不具備的。
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國產GPU如何制勝
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風華系列GPU芯片的成功研發還只是開始,更重要的問題是產品如何實現規模化商用,國產GPU又如何共建新生態和推動替代進程。對此,芯動科技副總裁毛鳴明表示,芯動科技的優勢在於可以更貼近客户、貼近需求,在軟硬件設計和配套方案方面做出差異化、定製化。
芯動科技GPU項目總監何穎(左)、芯動科技副總裁毛鳴明(右)接受媒體採訪
毛鳴明強調,“芯片產品的成功需要大量流片驗證和量產出貨,而可持續的落地場景是長期規模化發展的關鍵驅動力。”進入新領域時,芯動科技不在存量市場上跟行業巨頭進行正面競爭,而以“風華1號”先立足於國產數據中心服務器市場,“風華2號”則在低功耗桌面級GPU開闢一條新出路。“先把當前市場做好,通過快速的技術升級和產品迭代站穩腳跟,進而緊跟雲渲染指數級增長的態勢向前發展,積累到一定程度或許會逐漸進入更多增量市場。”
芯片國產化的趨勢也給本土廠商帶來了新機遇,就國產GPU生態如何制勝這一話題,現場參加圓桌論壇的專家們認為,行業上下游夥伴、學術機構、科研院所等需要通力合作、共建生態才能實現長期共贏。而國產GPU從能用到好用是一個漫長的過程,需要時間推廣、佈局、優化、提升,更需要用户的支持、包容與糾錯。精準定位客户需求,發揮本土企業功能定製化和響應及時性、產品通用性優勢,是風華系列GPU獨闢蹊徑的核心,也是國產GPU當下的出路之一。目前,風華系列GPU正在與國內外軟硬件廠商積極適配,不斷完善國產GPU生態,賦能國產GPU生態鏈建設。
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風華的未來之路
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從需求端考慮,GPU的優勢在於並行計算。展望未來,GPU將聚焦兩大應用發展方向,即更逼真的圖形顯現和更高算力的科學計算。
一方面,圖形顯現是GPU芯片最初的功能,隨着視覺科技和虛擬現實技術的發展,更加真實的圖形顯現效果會對GPU的並行計算能力提出更高的要求。另一方面,高性能計算又分為通用計算和人工智能計算,通用計算是來處理一些原本CPU可以處理、但是更適合擁有強大浮點計算能力的GPU處理的運算,比如人臉識別等;不同於傳統基於流處理器的GPU,用於AI計算的GPU大多數情況下浮點計算精度要求較低,但對計算吞吐量要求較高。
芯動科技首席GPU科學家楊喜樂博士表示,風華將針對辦公桌面、車載智能座艙、雲遊戲、雲計算等市場及相關衍生需求,持續推出GPU新產品,設計演進先進的GPU架構,實現頂尖的渲染性能,同時兼顧低功耗、高度擴展性設計,滿足客户的不同需求。未來幾款風華GPU也會支持光線追蹤等最先進的圖形處理生態,進一步支持Direct X12、OpenGL4.6、Vulkan等框架;不僅如此,未來芯動還會開發高性能GPGPU,以滿足AI訓練推理、圖像處理、通用計算、科學及工程計算等廣泛應用領域。
敖海也表示,“風華2號”是芯動賦能桌面生態鏈的開始,將拉開風華系列GPU走向大眾市場的序幕。目前“風華3號”已基本完成研發,將為國內用户提供超大算力光追等酷炫性能;GPGPU和座艙產品也正與客户定義中,未來更多定製計算產品線將接踵而至。
可以看到,強悍迭代能力是芯動的固有優勢,靠自有IP和定製能力以及代工廠合作伙伴的支持,不斷演進先進技術,確保性能持續領先、供應鏈安全和優勢性價比,芯動科技正在對標國際前沿的道路上愈走愈遠,一馬當先,開拓國產GPU的新未來。
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寫在最後
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發佈會現場,賽迪顧問集成電路產業研究中心一級諮詢專家池憲念表示,過去20多年裏,GPU的需求來源於視頻加速、2D/3D遊戲,後來利用自身並行處理和通用計算的優勢,逐步開拓出服務器、汽車、人工智能、物聯網、邊緣計算等新領域的衍生需求。
“雲化”加速時代,GPU與CPU組成了異構計算的運算體系,從底層由系統軟件和驅動層支持着上層的各種應用,GPU也逐漸成為了專用計算時代的剛需。
面對國際巨頭的激烈競爭,國產GPU何去何從,池憲念給出了三點建議:其一,目前國內GPU產品被國外壟斷嚴重,需要從低端產品到高端產品逐漸佈局,利用政策和成本優勢逐漸佔領市場。其二,調研和跟蹤國際龍頭髮展路徑與研發動態,建立產品研發和應用生態,建立軟硬件結合的一體化循環產品,增加客户粘性。最後,呼籲投資者對GPU企業給予更多關注,讓國內企業有開發產品、發展市場的資金支持和前進動力。
綜合來看,國產GPU行業的發展,需要產業各界給予耐心與支持。芯動科技頻頻發力,風華GPU正成為加速國產GPU產業發展與突圍的“利器”。
*免責聲明:本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點,半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點,不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持,如果有任何異議,歡迎聯繫半導體行業觀察。
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