國產(chǎn)GPU供不應(yīng)求——國產(chǎn)之光性能超乎想象

AI屆春晚—英偉達GTC大會在3月召開，B100/B200晶片的亮相，刷新了計算新速度，隨著人工智能技術(shù)的日新月異，從數(shù)據(jù)處理到算法優(yōu)化，再到應(yīng)用場景的拓展，每一步都可能帶來新的市場機會。從智能硬件到云計算，再到物聯(lián)網(wǎng)等多個領(lǐng)域，AI技術(shù)的深入應(yīng)用都將成為市場的關(guān)注焦點。AI對算力的要求是需要大量的并行及重復(fù)計算，GPU正好有這個專長，時勢造英雄，因此GPU就出山擔(dān)此重任。

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就在近期，在一則對英偉達CEO黃仁勛的最新專訪中，黃仁勛表示：當下我們正處于生成式人工智能革命的開端，機器人基礎(chǔ)模型可能即將出現(xiàn)，新一代GPU性能超乎想象，今年到明年，GPU都會供不應(yīng)求！

如何構(gòu)建比英偉達更好的GPU

面對國外的行業(yè)龍頭，國內(nèi)GPU在對標的同時也在不斷進步，縮小與頭部公司的差距，在我看來，GPU 有傳統(tǒng) 2D/3D 圖形渲染 GPU 和專注高性能計算的GPU兩條主要的發(fā)展路線。隨著國家的政策支持及廠商的大力投入，國產(chǎn)GPU 廠商在圖形渲染 GPU 和高性能計算 GPGPU 領(lǐng)域上均推出了較為成熟的產(chǎn)品，在性能上不斷追趕行業(yè)主流產(chǎn)品，在特定領(lǐng)域達到業(yè)界一流水平。在軟件支持方面，國產(chǎn)GPU企業(yè)正在積極與主流操作系統(tǒng)、開發(fā)環(huán)境以及圖形處理軟件等進行適配，確保用戶能夠流暢地使用各種應(yīng)用軟件。同時，一些企業(yè)還在推動GPU在人工智能、云計算等新興領(lǐng)域的應(yīng)用，為國產(chǎn)GPU生態(tài)注入新的活力。

生態(tài)方面國產(chǎn)廠商大多兼容英偉達 CUDA，融入大生態(tài)進而實現(xiàn)客戶端導(dǎo)入。

我國移動GPU和桌面GPU兩大主要終端應(yīng)用場景市場持續(xù)保持增長。全球GPU的市場已經(jīng)達到了448億美元，我國約占全球市場規(guī)模的24.7%?；ヂ?lián)網(wǎng)、政府側(cè)、服務(wù)、電信、金融、制造、教育等領(lǐng)域是GPU算力需求較大的領(lǐng)域，目前國產(chǎn)GPU企業(yè)都在積極朝大模型方向布局，包括訓(xùn)練和推理。另外軟件和生態(tài)建設(shè)也在加速推進。

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沐曦

沐曦于2020年9月成立于上海，致力于為異構(gòu)計算提供全棧GPU芯片及解決方案，可廣泛應(yīng)用于人工智能、智慧城市、自動駕駛、數(shù)字孿生、元宇宙等前沿領(lǐng)域。公司擁有技術(shù)完備、設(shè)計和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗豐富的團隊，核心成員平均擁有近20年高性能GPU產(chǎn)品端到端研發(fā)經(jīng)驗。

公司擁有完全自主研發(fā)的GPU IP、指令集和架構(gòu)，以及兼容主流GPU生態(tài)的完整軟件棧（MXMACA），產(chǎn)品具備高能效、高通用性。目前已推出MXN系列GPU（曦思）用于AI推理，MXC系列GPU（曦云）用于AI訓(xùn)練及通用計算，以及MXG系列GPU（曦彩）用于圖形渲染，可滿足數(shù)據(jù)中心對高能效和高通用性的算力需求。

沐曦擁有目前國內(nèi)出生于全球頂級GPU廠商的全建制團隊，擁有二十年高性能GPU從設(shè)計到量產(chǎn)交付的全流程經(jīng)驗。作為初創(chuàng)公司，成立一年內(nèi)獲得四輪共數(shù)十億人民幣的融資。2021年8月25日，公司獲得十億人民幣融資，由國調(diào)基金和中網(wǎng)投領(lǐng)投，和利資本、紅杉中國等跟投。通過此輪融資，進一步加強了沐曦在高性能GPU領(lǐng)域的研發(fā)投入。

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海光信息

海光信息主要從事高端處理器、加速器等計算芯片產(chǎn)品和系統(tǒng)的研發(fā)、設(shè)計和銷售。公司的產(chǎn)品包括海光通用處理器（CPU）和海光協(xié)處理器（DCU），具有成熟而豐富的應(yīng)用生態(tài)環(huán)境，內(nèi)置專用安全硬件，可滿足互聯(lián)網(wǎng)、金融、能源等行業(yè)的廣泛應(yīng)用需求。

其系列產(chǎn)品海光 8100 采用先進的 FinFET 工藝，以GPU架構(gòu)為基礎(chǔ)，兼容通用的“類 CUDA”環(huán)境以及國際主流商業(yè)計算軟件和人工智能軟件，可充分挖掘應(yīng)用的并行性，發(fā)揮其大規(guī)模并行計算的能力。

摩爾線程

摩爾線程成立于2020年，是一家以全功能GPU芯片設(shè)計為主的集成電路高科技公司，能夠為廣泛的科技生態(tài)合作伙伴提供強大的計算加速能力，致力于打造為下一代互聯(lián)網(wǎng)提供多元算力的元計算平臺。

值得一提的是，摩爾線程的創(chuàng)始人是原NVIDIA全球副總裁、中國區(qū)總經(jīng)理張建中先生。核心創(chuàng)建團隊基本都來自NVIDIA，擁有完整的高端芯片人才團隊，全面覆蓋GPU芯片IP研發(fā)、系統(tǒng)軟硬件設(shè)計、生態(tài)建設(shè)和市場營銷等。

2022年，摩爾線程就推出了GPU統(tǒng)一系統(tǒng)架構(gòu)MUSA，發(fā)布并量產(chǎn)“蘇堤”和“春曉”兩顆全功能GPU芯片，這也是國內(nèi)采用現(xiàn)代GPU架構(gòu)，唯一內(nèi)置圖形渲染、視頻編解碼、AI計算加速、物理仿真、科學(xué)計算四大引擎的全功能高端GPU芯片。

12月19日發(fā)布的摩爾線程MTT S4000是專為計算而生的加速卡，基本代表國產(chǎn)計算卡的領(lǐng)軍水平。從圖中可以看到這款卡的一些基本參數(shù)。其中，F(xiàn)P32（單精）達到25TFLOPS, FP16（半精）達到100TFLOPS，片間互聯(lián)達到240GB/s。作為對比，NVIDIA的RTX4080的FP16和FP32均為48.74TFLOPS，而H100則達到了FP16為1979TFLOPS，F(xiàn)P32為67TFLOPS的算力；華為的晟騰910的FP16算力為320TFLOPS。

近日，無問芯穹發(fā)布了“無穹Infini-AI”大模型開發(fā)與服務(wù)平臺，并宣布與摩爾線程達成深度戰(zhàn)略合作。

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壁仞科技

壁仞科技創(chuàng)立于 2019 年，在 GPU、DSA（專用加速器）和計算機體系結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域具有深厚的技術(shù)積累。公司致力于開發(fā)原創(chuàng)性的通用計算體系，建立高效的軟硬件平臺，同時在智能計算領(lǐng)域提供一體化的解決方案。

        2022 年 8 月公司發(fā)布的通用 GPU 芯片 BR100 創(chuàng)下全球通用 GPU 算力記錄，峰值算力達到國際廠商在售旗艦產(chǎn)品 3 倍以上。BR100 率先采用 Chiplet 技術(shù)、新一代主機接口PCIe 5.0、支持 CXL 互連協(xié)議，確立了公司在國內(nèi)廠商間的技術(shù)領(lǐng)先地位。公司堅持自主研發(fā)，同步推出原創(chuàng)架構(gòu)“壁立仞”和自研BIRENSUPA 軟件平臺，實現(xiàn)了 BR100 性能的大幅提升。

      以壁仞科技于 2022 年8 月發(fā)布的首款 GP GPU BR100 為例，該芯片采用 Chiplet 技術(shù)，16 位浮點算力達到 1000T 以上、8 位定點算力達到 2000T 以上，單芯片峰值算力達到 PFLOPS級別，是國際廠商在售旗艦產(chǎn)品的 3 倍以上，創(chuàng)造了全球通用 GPU 的算力記錄。

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不僅如此，國內(nèi)也有一些廠商，依靠著IP及豐富的產(chǎn)品類型，不斷在GPU領(lǐng)域活躍著。

寒武紀

寒武紀是國內(nèi)領(lǐng)先人工智能芯片設(shè)計企業(yè)，搭建廣泛覆蓋終端、云端、邊緣端場景的智能芯片產(chǎn)品體系。公司面向終端、云端、邊緣端三大場景，分別研發(fā)推出終端智能處理器IP（智能處理器的產(chǎn)品級實現(xiàn)方案，由核心架構(gòu)、代碼、文檔等組成）、云端智能芯片及加速卡（用于加速特定領(lǐng)域應(yīng)用程序的板卡產(chǎn)品，以計算芯片為核心部件）、邊緣智能芯片及加速卡等產(chǎn)品，適用于各類智能終端、云服務(wù)器、邊緣計算設(shè)備等，并為該三類產(chǎn)品，研發(fā)推出統(tǒng)一的基礎(chǔ)系統(tǒng)軟件平臺，為客戶提供豐富芯片產(chǎn)品與系統(tǒng)軟件解決方案，致力構(gòu)建云、邊、端一體的智能生態(tài)。

寒武紀推出的新款智能加速卡 MLU370-X8/M8、訓(xùn)練整機玄思 1001智能加速器(MLU-X1001)。首次將雙芯片四芯粒思元370整合在MLU370-X8智能加速卡中，提供了兩倍于標準思元370加速卡的內(nèi)存、編解碼資源，同時搭載MLU-Link?多芯互聯(lián)技術(shù)。在YOLOv3、Transformer、BERT和ResNet101訓(xùn)練任務(wù)中， 8卡并行平均性能達350W RTX GPU的155%。

寒武紀1A、寒武紀1H應(yīng)用于華為海思等旗艦智能手機芯片內(nèi)，已集成在超過1億臺智能手機及其他智能終端中。思元系列芯片及對應(yīng)加速器產(chǎn)品，已應(yīng)用在中科曙光、浪潮、聯(lián)想等多家廠商的服務(wù)器中?；诖?，公司產(chǎn)品輻射互聯(lián)網(wǎng)、云計算、能源、教育、金融、電信、交通、醫(yī)療等行業(yè)，支持人工智能行業(yè)各類中小企業(yè)發(fā)展。

在2023年度中國AI芯片先鋒企業(yè)TOP 30中，寒武紀入選。寒武紀入選2023中國AI芯片先鋒企業(yè)TOP30

寒武紀子公司與中國一汽合作，聚焦智能駕駛芯片研發(fā)與應(yīng)用

寒武紀入選2022年度人工智能領(lǐng)航企業(yè)TOP50

芯原股份

芯原依托自主半導(dǎo)體 IP，為客戶提供平臺化、全方位、一站式芯片定制服務(wù)和半導(dǎo)體 IP 授權(quán)服務(wù)，擁有獨特的“芯片設(shè)計平臺即服務(wù)”經(jīng)營模式。公司可提供高清視頻、物聯(lián)網(wǎng)連接、數(shù)據(jù)中心等多種一站式芯片定制解決方案，擁有自主可控的圖形處理器 IP、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器 IP 等五類處理器 IP 及 1400 多個數(shù)?；旌?IP 和射頻 IP，可快速打造出從定義到測試封裝完成的半導(dǎo)體產(chǎn)品，業(yè)務(wù)范圍覆蓋消費電子、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)等多種應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù) IPnest 在 2021 年的統(tǒng)計，芯原的半導(dǎo)體 IP 銷售收入排中國大陸第二，全球第七，其中公司的圖形處理器 IP 排名全球前三。

       公司的GPU IP已被眾多主流和高端的汽車品牌所采用，同時，公司基于約 20年 Vivante GPU 的研發(fā)經(jīng)驗，所推出的 Vivante 3D GPGPU IP 還可提供從低功嵌入式設(shè)備到高性能服務(wù)器的計算能力，滿足廣泛的人工智能計算需求。

芯原攜最新的高效能IP應(yīng)用亮相2024年國際嵌入式展

采用芯原NPU IP的AI類芯片已在全球出貨超過1億顆

賽昉基于RISC-V的JH-7110智能視覺處理平臺采用了芯原的顯示處理器IP

嘉楠基于RISC-V的端側(cè)AIoT SoC采用了芯原的ISP IP和GPU IP

       近些年國產(chǎn)GPU正在蓬勃發(fā)展，不過相較于國際巨頭，仍然存在較大差距。近年來，大模型快速發(fā)展，國產(chǎn)GPU在大模型訓(xùn)練方面的不足也凸顯出來，在大模型訓(xùn)練及軟件和生態(tài)方面都面臨諸多挑戰(zhàn)，舉個例子，多媒體和圖形處理都屬于單精度浮點計算（FP32）的計算需求，雙精度浮點計算能力FP64是進行高算力計算的硬性指標。英偉達的A100同時具備上述兩類能力，而國內(nèi)大多GPU只能處理單精度浮點計算。

       但在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等多下游領(lǐng)域快速發(fā)展情況下，我國數(shù)據(jù)中心端、云廠商以及智算領(lǐng)域?qū)PU需求也極為旺盛，在中美貿(mào)易戰(zhàn)、全球芯片供應(yīng)不穩(wěn)定的情況下，我國發(fā)展AI行業(yè)，形成自主可控的芯片供應(yīng)體系，為國產(chǎn)GPU提供了進入市場的機會。所以整體看來，國產(chǎn)GPU市場空間還是相當廣闊的。