芯动科技：借力兼容生态，细分领域下国产GPU的破局之道

近2年国产GPU领域受到投资热捧，多家国产GPU初创公司获得大额融资，甚至有成立仅仅100天的GPU公司获得数十亿元的融资。一直以来，无论是GPU还是GPGPU，国内厂商与国外巨头相比差距都极其巨大，不过与以往不同的是，近年来除了如景嘉微、兆芯等老牌厂商外，还诞生了不少初创公司，并且在2020年也获得产品落地的新进展。一众初创公司纷纷高调进入且获得数十亿级的巨额风投而备受关注。但是喧闹过后，市场上仍缺乏可与国际巨头对标的量产产品，去年年底，芯动科技潜心为中国5G数据中心定制的高性能显卡GPU芯片——“风华1号”回片测试成功，全球首发，这是否有望改变服务器级高性能GPU国产无芯的局面呢？

对于近2年掀起的国产GPU投资热，芯动科技首席SoC架构师何颖认为，这既是商业化的需求，也是国家战略替代的需求。“GPU市场非常大，但相较于已有一定积累的CPU来说，我国在GPU方面的发展进度还十分缓慢。目前桌面和移动端的GPU基本被NVIDIA、AMD、ARM垄断，所以国产替代的空间和潜能也很大。国产GPU和CPU一样，也是具有国家战略意义的高端集成电路产品，可以说是一个巨大的蓝海市场。投资者青睐GPU领域其实也是看好这个市场的巨大发展前景和机会。”

另一方面，在GPU投资热之下，其背后的投机属性也不能忽视。“一方面，一些GPU新势力尚没有明确自己的细分市场，没有想清楚未来长远的发展方向，还只是停留在PPT阶段，所以尽管热度高涨，但真正能用产品说话的企业非常少，尤其是高性能商业化的渲染GPU产品凤毛麟角。另一方面，GPU技术门槛高，长期被NVIDIA和AMD等霸主垄断，新势力想要生存必须掌握有核心技术，有多年的技术积累和人才资金供给。长远来看，GPU领域在竞争中将会逐渐由多家公司收敛成屈指可数的几家公司。”何颖解释道。 

当前，无论是GPU还是GPGPU市场，都基本由NVIDIA、AMD垄断，新晋企业竞争难度可想而知，但同时这也正是国产替代需求的根源。不过，对于选择GPU或是GPGPU路线，各家企业都有不同考量。

比如芯动科技选择了图形渲染GPU作为切入点，何颖对《华强电子》记者表示：“虽然GPGPU的价值很高，增长也不错，但细分市场总的体量还是远不及图形渲染领域。芯动选择的是一个起步很难但可以走得很远的赛道。”

据何颖介绍，目前大多数初创公司基本上是做GPGPU，而原因是通用计算型GPU主要实现的还是相对比较简单的一些AI运算，相对图形渲染GPU是小容量的市场。而图形渲染GPU因为其流水线（pipeline）特别长，经过了十几年的演化进程，实现起来会更加复杂，设计也要难得多，同时还存在着很多专利陷阱，也就是人们常说的雷区（Minefield）。

与此同时，相比于CPU，GPU尽管指令集相对简单，但计算核的数量多出一个数量级，所以GPU在执行可并行度高的计算时会大幅提高计算效率。也因为计算核数量多，一般而言GPU芯片中的逻辑门数量会比CPU多十倍以上。当GPU用作三维图形实时处理时，画面中的每一个像素颜色都经过GPU上百次计算而产生的，其架构设计也要不断更改来适应新的市场需求，这也是GPU系统复杂的原因之一。

另一方面，GPU架构具有多个计算核，可以对同一个指令用不同的数据并行计算，所以，GPU也适合处理数据密集型、高度并行化的计算任务。因此，在近年兴起的AI浪潮中，由于对用传统语言编写的、软件形式的计算有较好支持，GPGPU应运而生，爆发出大量需求。

这与前些年的AI芯片热潮有异曲同工之处，但相比于专用的ASIC芯片，GPGPU具有更加广泛的适用性、兼容性、灵活性、对技术变化的包容和适应能力更为突出，产品的应用生命周期更长。不过，尽管现阶段聚焦于GPU市场，但据何颖透露，芯动未来也会有GPGPU的规划。

纵观国内GPU的发展历程，除了主要用于军工的景嘉微、用于特殊应用的中船重工外，民用产品就只有兆芯，而兆芯的GPU技术事实上是来源于美国S3公司。GPU系统设计复杂且庞大，涉及面广，因此需要一个技术积累过程。

何颖坦言：“由于做GPU设计的复杂度确实很大，架构从零开始设计的时间周期太长，涉及的专利太多，所以芯动做GPU设计‘站在了巨人的肩膀上’。”

他还透露，基于Imagination的架构授权，芯动开发了“风华”系列GPU，并且在架构授权上进行自研演进，这是自主可控的，“芯动科技与Imagination的合作是与苹果一样的架构授权，而不仅仅是某一个IP的授权。如何把这个架构做成最终的GPU，不是简单的堆砌核和各种IP就行了，如何把他们有机地利用、调用起来，如何通讯都要付出大量努力。芯动在这个初始架构上探索了很多自己的方案，包括自研的Cache一致性Innolink Chiplet技术，内置国产物理不可克隆iUnique Security PUF信息安全加密技术，提升数据安全和算力抗攻击性等等。”

得益于Imagination BXT架构的多核可扩展性，芯动能够为客户打造量身定制、融合图形和智能计算的显卡芯片解决方案，以满足高端桌面和数据中心的需求。另外，由于现有的架构是基于安卓开发的原生架构，风华GPU在安卓云游戏上也会更具备优势，而且可以适配ARM、X86服务器平台，对各种Linux、安卓和国产各种操作系统都能支持。

在市场方面，何颖表示：“国产信创桌面和服务器这两大细分领域，其中服务器主要是指安卓云游戏领域。一方面，信创市场做的是国产替代，另一方面我们选择做更商业化的产品，也就是云服务器和云游戏的市场。我们敢于拥抱商业化的竞争，做更商业化的产品。”

不过，GPU并不只是拥有了核心架构就能够产出可用的产品。何颖补充道：“站在巨人的肩膀上能成功也必须自身够硬。凭借芯动在GDDR6/6X高速存储、缓存一致的多晶粒封装芯片（Chiplet）创新、以及高性能多媒体处理器优化等方面的坚实积累，进而去开发独立的、支持PCI-E规格的GPU显卡芯片是水到渠成的事情。”

在当前的国产GPU发展阶段，何颖指出：“国产GPU行业要采取开放合作的心态，要学会站在巨人的肩膀上，善于利用现有架构和生态，设计契合市场需求的优秀产品，打造全球化设计水平的开发团队。因为国产GPU发展到今天，我们可以集全国力量打造一个GPU软件团队，却很难组建GPU硬件团队，一些核心的模块基本都没有在中国设计过，所以我们现在还不具备相应的基础，但是可以在发展的过程中不断探索、学习。国产GPU在起步阶段兼容现有生态更容易发展，先求生存；长期还是要摆脱兼容思路，站稳脚跟后再求发展自有的核心技术。”

对于现阶段的国产GPU厂商来说，正面与NVIDIA、AMD、ARM等巨头正面竞争并不现实，寻找细分领域，找到可持续的落地场景，才是自身发展的持久驱动力。