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一個原本高度成熟的市場，由雙寡頭走向漸有百花齊放之勢，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)的動態(tài)出發(fā)，討論如今的數(shù)據(jù)中心GPU的市場現(xiàn)狀和未來趨勢。1993年，英偉達剛建立的時候，PC和專業(yè)圖形加速芯片市場熱鬧非凡。但在10年之后(2003年)，該市場只存活下英偉達和ATI((即后來的AMD))兩家企業(yè)。此后，GPU的應(yīng)用場景也從單純的游戲圖形渲染，走向了企業(yè)HPC、超算、數(shù)據(jù)中心加速，以及人工智能(AI)應(yīng)用。在過去兩年里，《國際電子商情》一直在關(guān)注英偉達的財報，自去年年中開始，英偉達數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的營收正式超過游戲業(yè)務(wù)——數(shù)據(jù)中心自此成為了英偉達最賺錢的業(yè)務(wù)部門。值得一提的是，隨著消費電子全面步入下行期，英偉達FY23 Q3(2023財年第三季度，截至2022年10月30日)游戲業(yè)務(wù)營收大幅滑坡，同比跌幅超過50%，但數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)依舊堅挺——營收為38.33億美元，同比增長31%。數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)營收占到了英偉達該季度總營收的64.6%。自本世紀初，全球GPU市場形成雙寡頭局面，在后來的十多年里，GPU、顯卡被英偉達和AMD把持。但近兩年來，在全球GPU市場尤其是中國市場，有許多企業(yè)向這一領(lǐng)域進軍。去年末，市場研究機構(gòu)Jon Peddie Research統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，全球總共有18家企業(yè)正在開發(fā)或制造GPU。當(dāng)然，這個數(shù)據(jù)還包括了移動市場，以及上游的GPU IP企業(yè)。不過，即使不統(tǒng)計這些企業(yè)，來自PC和數(shù)據(jù)中心市場的玩家依然有11家，包括了Intel、壁仞、瀚博、天數(shù)智芯、芯動、沐曦、摩爾線程等等。

一個原本高度成熟的市場，由雙寡頭走向漸有百花齊放之勢，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)的動態(tài)出發(fā)，討論如今的數(shù)據(jù)中心GPU的市場現(xiàn)狀和未來趨勢。

GPU的“新生”與“掠奪”

前兩年，在“GTC英偉達開發(fā)者大會”的報道中，《國際電子商情》就談到過：“對英偉達而言，這些年屬實是‘黃金時代’——從2015年開始，英偉達的營收和凈利潤都出現(xiàn)了飆升，這兩個值甚至曾一度增長至三位數(shù)——英偉達的業(yè)績表現(xiàn)讓其看起來不像是一家成熟企業(yè)，反倒像是一家剛剛成立的新公司。”

英偉達業(yè)績的井噴式增長，與新業(yè)務(wù)拓展有著密不可分的關(guān)系。觀察英偉達過去的股價變化，可以看到從1999至2015年期間，這家公司的股價一直都不溫不火，到2015年其股價僅為4-5元美元。但2021年，該公司的股價一度飆升突破300美元(詳見圖1)。在2015-2021年期間，全球GPU市場發(fā)生了什么?

圖1：英偉達股價翻了幾十倍從2016財年開始，英偉達的年報中開始頻頻出現(xiàn)“Datacenter(數(shù)據(jù)中心)”這個詞，過去該業(yè)務(wù)一直被稱為“Enterprise(企業(yè))”業(yè)務(wù)。雖然現(xiàn)在英偉達數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)營收超過公司總營收的六成，但是該業(yè)務(wù)價值占比的迅速提升也與消費電子市場下行有關(guān)。整體來觀察，數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的攀升趨勢持續(xù)了幾十個季度。如今，數(shù)據(jù)中心和企業(yè)GPU是英偉達最大的營收來源。根據(jù)IDC的數(shù)據(jù)顯示，到2021年，英偉達占據(jù)了全球91.4%的企業(yè)GPU市場份額，排第二的AMD市場份額僅有8.5%。從PC游戲圖形加速到數(shù)據(jù)中心，GPU這一路是怎么發(fā)展的？GPU是一種包含大量并行計算單元、擅長浮點運算的加速器。它不僅能滿足3D圖形渲染的需求，而且也能滿足HPC、AI之類的計算需求。2007年，斯坦福大學(xué)計算機科學(xué)教授Ian Buck開發(fā)了CUDA——這是一個可對GPU編程的平臺。或許不能簡單地認為，是CUDA把GPU帶到了游戲和專業(yè)視覺之外，讓顯卡能為各行各業(yè)所用；但CUDA已經(jīng)成為全球開發(fā)者現(xiàn)在的學(xué)習(xí)熱點，也是英偉達HPC、AI乃至元宇宙(Omniverse)的重要組成部分。與此同時，CUDA的盛行又把開發(fā)者鎖在了英偉達的生態(tài)內(nèi)。從GPU架構(gòu)層面來看，游戲GPU去掉一些圖形渲染固定功能單元，就能為數(shù)據(jù)中心的各類應(yīng)用加速。不過，英偉達顯然在運營層面把游戲和數(shù)據(jù)中心當(dāng)做兩個獨立業(yè)務(wù)，雖然兩類GPU的芯片架構(gòu)相似，但是其市場、客戶、應(yīng)用方向截然不同。同時，隨著數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)地位越來越重要，其GPU也有了自己的一些特性，甚至這也將影響到圖形GPU。比如，英偉達在去年發(fā)布的Hopper架構(gòu)，偏重Transformer引擎的加入，著力于NLP(自然語言處理)。從大分類來看，數(shù)據(jù)中心GPU屬于加速器類別，它是圍繞CPU的加速器。從數(shù)據(jù)中心服務(wù)器內(nèi)部的不同器件、芯片的價值占比來看，加速器的價值占比遠不及CPU。Ark Invest此前給出的數(shù)據(jù)是，2020年CPU占到了所有處理器芯片價值的83%，也就是說GPU能夠獲得的價值連17%都不到。

圖2：2020-2030年服務(wù)器內(nèi)器件價值占比(單位：美元) 圖片來源：Big Idea 2021, Ark Invest從英偉達和Intel的營收規(guī)模差異上就能看出。即使Intel正面臨巨大的市場和競爭壓力，過去一年里這家公司的DCAI(數(shù)據(jù)中心與AI)業(yè)務(wù)營收，也依然遠超英偉達的數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)營收。這意味著，CPU比GPU更賺錢，只不過，該局面可能很快就要發(fā)生變化。Ark Invest認為，2020年之后的10年內(nèi)，CPU在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中的價值占比，將大幅下滑至40%(圖2)。如果將CPU、存儲、加速器和其他類別都考慮進來，預(yù)計到2030年加速器類別市場價值將達到410億美元，CPU的市場價值會小幅收縮至270億美元。Ark Invest表示：“包括GPU、TPU、FPGA等在內(nèi)的加速器，將會適用于對計算性能有需求的應(yīng)用，比如AI、數(shù)據(jù)分析、藥物發(fā)現(xiàn)、云游戲等。”當(dāng)然，“加速器”也不全然是指GPU，它還包含F(xiàn)PGA、AI芯片和各類ASIC。但“在未來5年內(nèi)，GPU將持續(xù)統(tǒng)領(lǐng)加速器市場，這與其可編程和軟件棧特性有關(guān)”。Valuates Reports的數(shù)據(jù)中心加速器市場報告中也提到，GPU在2018年已占到數(shù)據(jù)中心加速器市場整體的85%。

關(guān)于數(shù)據(jù)中心加速器市場的成長空間和市場價值數(shù)據(jù)，不同分析機構(gòu)給出的數(shù)據(jù)量級差別甚大，CAGR(年復(fù)合增長率)數(shù)據(jù)也不一而足。但所有預(yù)測都認為，在未來十年內(nèi)，該市場CAGR將維持兩位數(shù)的增長，例如前面的Ark Invest就預(yù)測稱，2020-2030年期間，數(shù)據(jù)中心加速器將有近7倍的成長。

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參與者，整個行業(yè)會呈現(xiàn)出“百花齊放”的特點。只有具備巨大的成長空間，該市場才會吸引諸多參與者進入。現(xiàn)階段，無論從哪個角度來看，數(shù)據(jù)中心加速器市場都相當(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。即使該市場的新晉參與者會面臨英偉達這樣的巨擘，也依然有企業(yè)愿意參與到這個市場中來。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)體市場走向區(qū)域化的趨勢有關(guān)，中國比全球其他地區(qū)有更迫切的芯片自主化需求，對中國的新進企業(yè)而言，無論是從市場還是技術(shù)的角度來觀察， GPU都是比CPU相對更容易切入的方向;另一方面，這個市場也的確具備足夠的吸引力。實際上，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，Intel針對Xe-HPC架構(gòu)顯卡的市場推廣不遺余力， CPU在數(shù)據(jù)中心市場的價值占比日趨下降，Intel在數(shù)據(jù)中心市場亟待尋求業(yè)務(wù)拓展的機會。除了數(shù)據(jù)中心市場之外，也有企業(yè)試圖進入已被英偉達和AMD掌控，且高度成熟的PC顯卡市場。在大部分情況下，這些市場的產(chǎn)品都是由數(shù)據(jù)中心市場帶來的副產(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，像中國的芯動科技、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90年代，Imagination也是逐鹿圖形加速卡市場的企業(yè)之一，后來該公司主要業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)戰(zhàn)到移動市場。把Imagination稱為“新晉市場參與者”，是因為此前其GPU業(yè)務(wù)并未涉足數(shù)據(jù)中心市場。在2017年私募基金凱橋資本(Canyon Bridge)宣布收購Imagination以后， Imagination的歷史翻開了新的篇章。Imagination當(dāng)前的GPU設(shè)計基于模塊化設(shè)計方案，通過相同架構(gòu)的核心進行規(guī)模化縮放，覆蓋從手機到數(shù)據(jù)中心的各類應(yīng)用——這是非常契合當(dāng)代GPU設(shè)計理念的方案。“從IP的角度來看，我們認為這種轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵在于，確保硬件能夠以可擴展的方式來構(gòu)建，以便為未來幾年留出更多的性能余量。”Imagination Technologies首席營銷官David Harold在接受《國際電子商情》分析師采訪時表示：“無論是當(dāng)下還是未來，PC和數(shù)據(jù)中心都是Imagination的重要市場。我們認識到，移動5G應(yīng)用正在推動連接數(shù)的大幅增加，這也對合格、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)在這一市場提供授權(quán)，計劃未來18個月內(nèi)就會推出相應(yīng)的芯片。”另外，Imagination中國區(qū)董事長白農(nóng)在“2022全球CEO峰會”現(xiàn)場曾提到，對于Imagination而言，中國云游戲市場是高速發(fā)展的四個市場之一。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的長項。“我們認為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的高度并行計算能力。尤其是，后者在一對多的場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《國際電子商情》采訪時曾提到：“以通用計算為切入點是考慮到了科學(xué)計算、機器學(xué)習(xí)和AI訓(xùn)練等方面迫切的市場需求，新的一些渲染場景的增強也對計算部分提出了新的需求，甚至渲染與計算也在進行著密切的融合。”在應(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、云計算、自動駕駛、生命科學(xué)、數(shù)字孿生、元宇宙等。社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大環(huán)境，本身基于手機、IoT、AI、大數(shù)據(jù)的發(fā)展，以及它們對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、巨大的市場潛力。在巨大的市場潛力的推動下，新進參與者紛紛公開了GPU產(chǎn)品動態(tài)，例如瀚博半導(dǎo)體在“WAIC 2022世界人工智能大會”上宣布將推出GPU產(chǎn)品；沐曦也對外表示，未來公司將推出能做渲染的GPU，以全面覆蓋高性能GPU市場；壁仞科技發(fā)布首款通用GPU芯片BR100、自主原創(chuàng)架構(gòu)……

GPU市場切分，以及AI熱

去年，英偉達創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛把數(shù)據(jù)中心分成了6個大門類：超級計算中心、企業(yè)計算數(shù)據(jù)中心、超級集群(hyperscaler)、云計算數(shù)據(jù)中心、AI工廠、邊緣數(shù)據(jù)中心。Seeking Alpha曾對這六大板塊做過詳細分析，大部分面向數(shù)據(jù)中心的大芯片可依此來分類。

超算數(shù)據(jù)中心 2021年全球TOP 500超算中有70%采用英偉達GPU，且后來的新系統(tǒng)對英偉達GPU的采用率還在提高。這個超算數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用包括量子計算、氣候預(yù)測、化石能源開采、分子建模、物理模擬、空氣動力學(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)部運營的數(shù)據(jù)中心，用于IT、財務(wù)、醫(yī)療健康或者客戶數(shù)據(jù)支持等項目。這一領(lǐng)域的容量很大，也是目前市場爭奪的焦點。超級集群

此前，IDC針對超級集群數(shù)據(jù)中心做出過定義，它是占地超過1萬平方英尺、超過5,000臺服務(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。

云計算數(shù)據(jù)中心 云計算數(shù)據(jù)中心是通過云來提供服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)用方向如云游戲、自動化客戶服務(wù)、高級醫(yī)療成像等。Canalys的數(shù)據(jù)顯示，2021年英偉達云計算數(shù)據(jù)中心的市場份額達33%。AI工廠 AI工廠是數(shù)據(jù)中心的新類別，某些企業(yè)開始注重數(shù)據(jù)的利用，借助AI來做供應(yīng)鏈優(yōu)化、生產(chǎn)制造的預(yù)測性維護和流程控制。英偉達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)中心是相對小型的數(shù)據(jù)中心，與端側(cè)用戶更為接近，達成數(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，諸如倉庫、零售、汽車、機器人、智慧交通等。在這6大門類上，英偉達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，筆者認為，雖然英偉達聯(lián)合OEM廠商或合作伙伴在某些市場達成了先發(fā)優(yōu)勢，但是新晉參與者在潛在市場方面的機會仍然非常大。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Hopper新架構(gòu)的升級重點也明確地偏向于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處理器這個門類上，2021年英偉達GPU就占到了全球AI處理器營收的80%以上(不含CPU)，這遠超過AMD、谷歌、Intel等市場參與者。

而AI芯片本身的市場需求也水漲船高。這些年來，無論是初創(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AI芯片的布局——廣義上，GPU也屬于AI芯片的一個分支。Ark Invest的預(yù)測顯示，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4倍，金額從50億美元上升到220億美元。

英偉達之外的市場

統(tǒng)計機構(gòu)的數(shù)據(jù)可知，數(shù)據(jù)中心GPU還有數(shù)倍成長空間，英偉達只占據(jù)了潛力市場的一部分。英偉達在AI訓(xùn)練方面的市場地位幾乎不可撼動，但2021年Cassell和Omdia團隊在一份報告中提到，未來幾年內(nèi)其他芯片制造商將吞噬英偉達的市場份額，因為其他類型的AI芯片的市場接受度正越來越高。

這份報告指出，預(yù)計到2026年，AI應(yīng)用方向的GPU所占份額將跌至54%，這個數(shù)值在2021年還高達82%。在AI芯片方面，GPU暫時占據(jù)了市場價值的大頭，隨著全球范圍內(nèi)涌現(xiàn)出非常多AI芯片企業(yè)，未來還會出現(xiàn)更多的FPGA、TPU及各類AI專用芯片。因此，英偉達在數(shù)據(jù)中心加速芯片方面正面臨著競爭壓力，畢竟這一市場還遠未成熟，未來有被顛覆的可能性。即便如此，在《國際電子商情》分析師過去的采訪中，絕大部分市場參與者仍表示，其對英偉達的存在感到巨大壓力。2021年，瀚博在推出AI推理芯片時曾表示，英偉達GPU在AI訓(xùn)練賽道上已具備相當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)優(yōu)勢，所以瀚博入市的切入點是DSA方向的AI推理芯片。在《國際電子商情》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)療健康和其他五個部分，無法像英偉達那樣，將覆蓋到那么廣的生態(tài)范圍。在每年的GTC大會上，英偉達宣布又更新了某個領(lǐng)域的某些軟件庫，對應(yīng)性能動輒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)想要進入這一市場？孫爾俊表示：“GPU在人工智能、科學(xué)計算、金融、工業(yè)等重點領(lǐng)域都有大量應(yīng)用場景，相比專用的AI芯片，GPU的通用性更強，落地場景更豐富，應(yīng)用領(lǐng)域更廣闊。大量資本涌入GPU賽道，可反映出市場普遍看好GPU。”同時，他還提到了中國政府政策的推力，尤其“東數(shù)西算”工程，以及數(shù)字經(jīng)濟的前景。去年，瀚博宣布要做GPU時，《國際電子商情》分析師曾問過瀚博半導(dǎo)體創(chuàng)始人兼CEO錢軍“為什么選擇進入這樣一個壓力更大的賽道?”錢軍回答道：“過去，瀚博聚焦視頻的計算處理，而現(xiàn)在還想做‘像素的產(chǎn)生’，我們會像前期做AI一樣，先選擇一些行業(yè)、領(lǐng)域去做。”Imagination還有一個針對市場的觀察預(yù)設(shè)，David說：“異構(gòu)計算在崛起，越來越多的企業(yè)正做定制化芯片。”這是在英偉達之外，數(shù)據(jù)中心GPU的市場機會。這可能與Imagination作為IP供應(yīng)商的角色有關(guān)。數(shù)據(jù)中心市場價值從CPU轉(zhuǎn)向加速器，體現(xiàn)出摩爾定律停滯的無奈。CPU這種更依賴于摩爾定律向前發(fā)展的處理器，在HPC方向上正面臨著無法滿足數(shù)字經(jīng)濟高速發(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)中心市場還是一個新生兒，針對數(shù)據(jù)中心GPU的競爭才開啟第一局，英偉達暫時在這一局里占了優(yōu)勢，但這不意味著其他市場參與者毫無勝算。

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原文標題：一大獨大格局下，數(shù)據(jù)中心GPU的市場機會

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一大獨大格局下，數(shù)據(jù)中心GPU的市場機會

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