一個(gè)原本高度成熟的市場(chǎng),由雙寡頭走向漸有百花齊放之勢(shì),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(dòng)態(tài)出發(fā),討論如今的數(shù)據(jù)中心GPU的市場(chǎng)現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)。
GPU的“新生”與“掠奪”
前兩年,在“GTC英偉達(dá)開發(fā)者大會(huì)”的報(bào)道中,《國(guó)際電子商情》就談到過(guò):“對(duì)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(yíng)收和凈利潤(rùn)都出現(xiàn)了飆升,這兩個(gè)值甚至曾一度增長(zhǎng)至三位數(shù)——英偉達(dá)的業(yè)績(jī)表現(xiàn)讓其看起來(lái)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(jī)的井噴式增長(zhǎng),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(guò)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(chǎng)發(fā)生了什么?


關(guān)于數(shù)據(jù)中心加速器市場(chǎng)的成長(zhǎng)空間和市場(chǎng)價(jià)值數(shù)據(jù),不同分析機(jī)構(gòu)給出的數(shù)據(jù)量級(jí)差別甚大,CAGR(年復(fù)合增長(zhǎng)率)數(shù)據(jù)也不一而足。但所有預(yù)測(cè)都認(rèn)為,在未來(lái)十年內(nèi),該市場(chǎng)CAGR將維持兩位數(shù)的增長(zhǎng),例如前面的Ark Invest就預(yù)測(cè)稱,2020-2030年期間,數(shù)據(jù)中心加速器將有近7倍的成長(zhǎng)。
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(chǎng)參與者,整個(gè)行業(yè)會(huì)呈現(xiàn)出“百花齊放”的特點(diǎn)。只有具備巨大的成長(zhǎng)空間,該市場(chǎng)才會(huì)吸引諸多參與者進(jìn)入。現(xiàn)階段,無(wú)論從哪個(gè)角度來(lái)看,數(shù)據(jù)中心加速器市場(chǎng)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(chǎng)的新晉參與者會(huì)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(gè)市場(chǎng)中來(lái)。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(chǎng)走向區(qū)域化的趨勢(shì)有關(guān),中國(guó)比全球其他地區(qū)有更迫切的芯片自主化需求,對(duì)中國(guó)的新進(jìn)企業(yè)而言,無(wú)論是從市場(chǎng)還是技術(shù)的角度來(lái)觀察, GPU都是比CPU相對(duì)更容易切入的方向;另一方面,這個(gè)市場(chǎng)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(lái),Intel針對(duì)Xe-HPC架構(gòu)顯卡的市場(chǎng)推廣不遺余力, CPU在數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的價(jià)值占比日趨下降,Intel在數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)亟待尋求業(yè)務(wù)拓展的機(jī)會(huì)。除了數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)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(chǎng)。在大部分情況下,這些市場(chǎng)的產(chǎn)品都是由數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)帶來(lái)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(guó)的芯動(dòng)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(guó)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(chǎng)的企業(yè)之一,后來(lái)該公司主要業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)戰(zhàn)到移動(dòng)市場(chǎng)。把Imagination稱為“新晉市場(chǎng)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(chǎng)。在2017年私募基金凱橋資本(Canyon Bridge)宣布收購(gòu)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(guò)相同架構(gòu)的核心進(jìn)行規(guī)模化縮放,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(lái)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(lái)構(gòu)建,以便為未來(lái)幾年留出更多的性能余量?!盜magination Technologies首席營(yíng)銷官David Harold在接受《國(guó)際電子商情》分析師采訪時(shí)表示:“無(wú)論是當(dāng)下還是未來(lái),PC和數(shù)據(jù)中心都是Imagination的重要市場(chǎng)。我們認(rèn)識(shí)到,移動(dòng)5G應(yīng)用正在推動(dòng)連接數(shù)的大幅增加,這也對(duì)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(chǎng)提供授權(quán),計(jì)劃未來(lái)18個(gè)月內(nèi)就會(huì)推出相應(yīng)的芯片?!?/span>另外,Imagination中國(guó)區(qū)董事長(zhǎng)白農(nóng)在“2022全球CEO峰會(huì)”現(xiàn)場(chǎng)曾提到,對(duì)于Imagination而言,中國(guó)云游戲市場(chǎng)是高速發(fā)展的四個(gè)市場(chǎng)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(zhǎng)項(xiàng)。“我們認(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(duì)多的場(chǎng)景中是必不可少的工具。”去年,沐曦聯(lián)合創(chuàng)始人、CMO孫爾俊在接受《國(guó)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(chǎng)需求,新的一些渲染場(chǎng)景的增強(qiáng)也對(duì)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?!痹趹?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(dòng)駕駛、生命科學(xué)、數(shù)字孿生、元宇宙等。社會(huì)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(duì)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(chǎng)潛力。在巨大的市場(chǎng)潛力的推動(dòng)下,新進(jìn)參與者紛紛公開了GPU產(chǎn)品動(dòng)態(tài),例如瀚博半導(dǎo)體在“WAIC 2022世界人工智能大會(huì)”上宣布將推出GPU產(chǎn)品;沐曦也對(duì)外表示,未來(lái)公司將推出能做渲染的GPU,以全面覆蓋高性能GPU市場(chǎng);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(chǎng)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(gè)大門類:超級(jí)計(jì)算中心、企業(yè)計(jì)算數(shù)據(jù)中心、超級(jí)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(duì)這六大板塊做過(guò)詳細(xì)分析,大部分面向數(shù)據(jù)中心的大芯片可依此來(lái)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(lái)的新系統(tǒng)對(duì)英偉達(dá)GPU的采用率還在提高。這個(gè)超算數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用包括量子計(jì)算、氣候預(yù)測(cè)、化石能源開采、分子建模、物理模擬、空氣動(dòng)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(yíng)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(chǎng)爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)。超級(jí)集群此前,IDC針對(duì)超級(jí)集群數(shù)據(jù)中心做出過(guò)定義,它是占地超過(guò)1萬(wàn)平方英尺、超過(guò)5,000臺(tái)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(guò)云來(lái)提供服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施,應(yīng)用方向如云游戲、自動(dòng)化客戶服務(wù)、高級(jí)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(chǎng)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(lái)做供應(yīng)鏈優(yōu)化、生產(chǎn)制造的預(yù)測(cè)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(duì)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(cāng)庫(kù)、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(guò),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(chǎng)達(dá)成了先發(fā)優(yōu)勢(shì),但是新晉參與者在潛在市場(chǎng)方面的機(jī)會(huì)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(jí)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(gè)門類上,2021年英偉達(dá)GPU就占到了全球AI處理器營(yíng)收的80%以上(不含CPU),這遠(yuǎn)超過(guò)AMD、谷歌、Intel等市場(chǎng)參與者。而AI芯片本身的市場(chǎng)需求也水漲船高。這些年來(lái),無(wú)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(gè)分支。Ark Invest的預(yù)測(cè)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(zhǎng)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(chǎng)
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(zhǎng)空間,英偉達(dá)只占據(jù)了潛力市場(chǎng)的一部分。英偉達(dá)在AI訓(xùn)練方面的市場(chǎng)地位幾乎不可撼動(dòng),但2021年Cassell和Omdia團(tuán)隊(duì)在一份報(bào)告中提到,未來(lái)幾年內(nèi)其他芯片制造商將吞噬英偉達(dá)的市場(chǎng)份額,因?yàn)槠渌愋偷腁I芯片的市場(chǎng)接受度正越來(lái)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(gè)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(chǎng)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(lái)還會(huì)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(jìng)爭(zhēng)壓力,畢竟這一市場(chǎng)還遠(yuǎn)未成熟,未來(lái)有被顛覆的可能性。即便如此,在《國(guó)際電子商情》分析師過(guò)去的采訪中,絕大部分市場(chǎng)參與者仍表示,其對(duì)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(shì),所以瀚博入市的切入點(diǎn)是DSA方向的AI推理芯片。在《國(guó)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(gè)部分,無(wú)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(huì)上,英偉達(dá)宣布又更新了某個(gè)領(lǐng)域的某些軟件庫(kù),對(duì)應(yīng)性能動(dòng)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(chǎng)?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(chǎng)景,相比專用的AI芯片,GPU的通用性更強(qiáng),落地場(chǎng)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(chǎng)普遍看好GPU?!蓖瑫r(shí),他還提到了中國(guó)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(guó)際電子商情》分析師曾問過(guò)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(gè)壓力更大的賽道?”錢軍回答道:“過(guò)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(huì)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(gè)針對(duì)市場(chǎng)的觀察預(yù)設(shè),David說(shuō):“異構(gòu)計(jì)算在崛起,越來(lái)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(chǎng)機(jī)會(huì)。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(chǎng)價(jià)值從CPU轉(zhuǎn)向加速器,體現(xiàn)出摩爾定律停滯的無(wú)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(wú)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(chǎng)還是一個(gè)新生兒,針對(duì)數(shù)據(jù)中心GPU的競(jìng)爭(zhēng)才開啟第一局,英偉達(dá)暫時(shí)在這一局里占了優(yōu)勢(shì),但這不意味著其他市場(chǎng)參與者毫無(wú)勝算。END
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原文標(biāo)題:一大獨(dú)大格局下,數(shù)據(jù)中心GPU的市場(chǎng)機(jī)會(huì)
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