GPU市場(chǎng)分析:全球視野下的競(jìng)爭(zhēng)格局與未來(lái)發(fā)展

談到計(jì)算機(jī)與GPU 的關(guān)系，就不得不提到IBM 公司在1981 年發(fā)布的世界上第一臺(tái)個(gè)人電腦IBM5150，該電腦配備了黑白顯示適配器和彩色圖形適配器，這是最早的圖形顯示控制器。在20 世紀(jì)80 年代初期，以GE 芯片為代表的圖形處理器開始出現(xiàn)，它具備四位向量的浮點(diǎn)運(yùn)算功能，可以完成圖形渲染過(guò)程中的矩陣、裁剪、投影等運(yùn)算，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)進(jìn)入以圖形處理器為主導(dǎo)的階段。隨著GE 等圖形處理器功能的不斷完善，圖形處理功能也逐漸從CPU 向GPU（前身）轉(zhuǎn)移。隨著時(shí)間進(jìn)入上世紀(jì)90 年代，如今GPU 的王者英偉達(dá)進(jìn)入個(gè)人電腦3D 市場(chǎng)，并于1999 年推出具有標(biāo)志意義的圖形處理器GeForce256，真正意義上的GPU 第一次出現(xiàn)。與以往的圖形處理器相比GeForce256 將T&L硬件從CPU 中分離，并將其單獨(dú)組合成硬件，這種創(chuàng)新使得GPU 可以獨(dú)立進(jìn)行三維頂點(diǎn)的空間坐標(biāo)變換，從而將CPU 從繁重的光照計(jì)算中解放出來(lái)。這意味著，即使是低端CPU，如果搭配了支持硬件T&L 的顯卡，也可以流暢地玩游戲。這一技術(shù)革新使得NVIDIA 在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得了較大的優(yōu)勢(shì)，并且其市占率也持續(xù)提升。

當(dāng)今全球GPU市場(chǎng)分析

目前，全球局勢(shì)動(dòng)蕩，前幾年新冠疫情席卷全球，整個(gè)世界逐漸轉(zhuǎn)入“線上”模式，隨著家用電腦需求量的增加和因疫情等原因帶來(lái)的芯片緊缺，加之中美沖突，當(dāng)下北約內(nèi)部矛盾，一度激化上演全武行至今也不見降溫跡象。再到如今的后疫情時(shí)代，大語(yǔ)言模型AI 的火爆，加之汽車智能化浪潮和智能駕駛對(duì)于AI 算力的需求，一下子就把GPU 推到了世界半導(dǎo)體硬件的舞臺(tái)中央。

就當(dāng)下而言，GPU 應(yīng)用市場(chǎng)可劃分為三大應(yīng)用領(lǐng)域分別為：PC 市場(chǎng)（游戲）、AI& 數(shù)據(jù)中心和智能汽車。

首先，我們先來(lái)看看GPU 的主戰(zhàn)場(chǎng)，也就是PC領(lǐng)域。

根據(jù)Jon Peddie Research 的數(shù)據(jù)，2023 年的整體出貨量包括NVIDIA、AMD 和英特爾的出貨量都呈現(xiàn)大幅下降的情況。根據(jù)該報(bào)告，2023 年第一季GPU的總出貨量達(dá)到了630 萬(wàn)片，但與上一季相比下降了12.6%，與2022 年同期相比則下降了38.2%。其中，2023 年第一季出貨量相較上一季下降了12.6%，低于-4.9% 的10 年平均水平。而2023 年的第二季度情況則更讓人矚目，GPU 市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了6160 萬(wàn)美元，但同比下降了驚人的23%。究其原因，筆者認(rèn)為一是后疫情時(shí)代消費(fèi)者普遍預(yù)算吃緊，消費(fèi)意愿較低；二是NVIDIA 和AMD 都有較舊型號(hào)的庫(kù)存，可用于吸引部分主流和預(yù)算型市場(chǎng)的游戲玩家，加上英特爾的高性比顯卡的入局；三是雖然新的顯卡已經(jīng)推出，但在性價(jià)比明顯不佳情況下，消費(fèi)者對(duì)它們的興趣不大，更多的消費(fèi)者寧可選擇前代3090 系列或是英特爾的產(chǎn)品。

盡管整體趨勢(shì)呈下降態(tài)勢(shì)，但該報(bào)告還是給出了GPU 市場(chǎng)樂觀的預(yù)測(cè)：2022 年至2026 年期間，PC 用GPU 的復(fù)合年增長(zhǎng)率將穩(wěn)定在3.70%，并有望在2026年年末達(dá)到總規(guī)模2998 萬(wàn)片。與此同時(shí)，JPR 認(rèn)為PC用獨(dú)立顯卡(DGPU) 的滲透率有望增長(zhǎng)到32%，為市場(chǎng)帶來(lái)新的發(fā)展契機(jī)。

其次，我再來(lái)關(guān)注一下GPU 擁有巨大潛力的市場(chǎng)，那便是2023 年初被推上風(fēng)口的AI& 數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域。

在數(shù)據(jù)中心，GPU 被廣泛應(yīng)用于人工智能的訓(xùn)練、推理、高性能計(jì)算（HPC）等領(lǐng)域。以ChatGPT、文心一言等為代表的生成式大語(yǔ)言模型AI 的涌現(xiàn)，其展現(xiàn)出了高度的擬人化和智能化，背后離不開利用GPU 進(jìn)行的海量基礎(chǔ)訓(xùn)練，自GPT-3 模型推出后，大規(guī)模自然語(yǔ)言模型進(jìn)入了擁有千億個(gè)參數(shù)的時(shí)代。在2021 年之后，出現(xiàn)了許多達(dá)到千億級(jí)別的自然語(yǔ)言模型，這些模型的訓(xùn)練算力顯著增加。例如，ChatGPT 模型擁有1.75億個(gè)參數(shù)，其訓(xùn)練所需的算力為3.14x10^23 次浮點(diǎn)運(yùn)算。當(dāng)前，各種預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型仍在不斷快速更新和迭代，不斷刷新自然語(yǔ)言處理任務(wù)的最佳表現(xiàn)記錄。同時(shí)，單個(gè)模型的訓(xùn)練算力需求也不斷創(chuàng)新高。以ChatGPT的訓(xùn)練為例，單次模型訓(xùn)練就可能需要超過(guò)2000 張英偉達(dá)A100 顯卡持續(xù)不斷地訓(xùn)練27 天。不僅如此，大模型的日常運(yùn)行中每一次用戶調(diào)用都需要一定的算力和帶寬作為支撐，還是以ChatGPT 為例，近期，ChatGPT官網(wǎng)每日吸引的訪客數(shù)量接近5000 萬(wàn)，每小時(shí)平均訪問(wèn)人數(shù)約為210 萬(wàn)人。在高峰時(shí)期，同時(shí)在線人數(shù)達(dá)到450 萬(wàn)人。假設(shè)每個(gè)人在一小時(shí)內(nèi)提問(wèn)8 個(gè)問(wèn)題，每個(gè)問(wèn)題的回答長(zhǎng)度為200 個(gè)字，那么需要使用14,000 塊英偉達(dá)A100 芯片來(lái)提供日常算力支持。大模型在融入搜索引擎或以app 形式提供其他商業(yè)化服務(wù)過(guò)程中，其AI 芯片需求將得到進(jìn)一步的顯著拉動(dòng)。

圖 大模型時(shí)代人工智能算力需求顯著提升

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2023 年全球AI 芯片市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了1500 億美元，預(yù)計(jì)到2028 年將達(dá)到2500 億美元。全球范圍內(nèi)，企業(yè)在人工智能市場(chǎng)的技術(shù)投資從2019年的612.4 億美元增長(zhǎng)至2021 年的924.0 億美元，2022年同比增長(zhǎng)26.6% 至1,170.0 億美元，并有望到2025年突破2,000 億美元，增幅高于企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型（DX）支出整體增幅。

在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，則是GPU 市場(chǎng)保持持續(xù)增長(zhǎng)的另一個(gè)強(qiáng)勁支柱，根據(jù)Omdia 數(shù)據(jù)，2019 年全球人工智能服務(wù)器市場(chǎng)規(guī)模為23 億美金，2026 年將達(dá)到376億美金，CAGR 為49%。而根據(jù)IDC 的數(shù)據(jù)顯示，2020 年中國(guó)數(shù)據(jù)中心用于人工智能推理的芯片的市場(chǎng)份額已經(jīng)超過(guò)50%，預(yù)計(jì)到2025 年，用于人工智能推理工作負(fù)載的芯片將達(dá)到60.8%。人工智能服務(wù)器在搭建時(shí)，一般選用CPU+ 各種加速處理器的組合。而常用的加速處理器有FPGA、ASIC、GPU、NPU 等。而就目前來(lái)看，GPU 憑借其出色的深度學(xué)習(xí)能力、并行計(jì)算能力還有其不俗的通用性，在數(shù)據(jù)中心加速芯片市場(chǎng)中占比一騎絕塵，超過(guò)90% 的AI 服務(wù)器將GPU 作為了加速芯片。因此相關(guān)數(shù)據(jù)指出，在2026 年AI 服務(wù)器市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到376 億美元，隨著AI 服務(wù)器迅速增長(zhǎng)GPU 在這一部分市場(chǎng)也將迎來(lái)需求的大爆發(fā)。

圖 全球人工智能芯片市場(chǎng)規(guī)模（億美元）

最后，我們來(lái)看一下GPU 在汽車電子中的應(yīng)用情況。

在如今新能源汽車崛起高速增長(zhǎng)的今天，隨著汽車智能化浪潮的到來(lái)，自動(dòng)駕駛和智能座艙是最具有發(fā)展前景的兩個(gè)方向。

在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，使用的芯片不計(jì)其數(shù)，各個(gè)類型的芯片都有涉及，根據(jù)Yole 數(shù)據(jù)，全球自動(dòng)駕駛市場(chǎng)2025 年將達(dá)到780 億美金，其中用于自動(dòng)駕駛的AI 芯片超過(guò)100 億美元。在這之中GPU 在自動(dòng)駕駛的滲透率隨著自動(dòng)駕駛的等級(jí)的提升而提升。根據(jù)ICVTank的自動(dòng)駕駛滲透數(shù)據(jù)：假設(shè)GPU 在L2 中的滲透率達(dá)到15%，在L3-L5 中的滲透率達(dá)到50%，那么可以估算出GPU 在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模。整體規(guī)模預(yù)計(jì)將從2020 年的7.1 億美元增長(zhǎng)到2025 年的44 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為44%。

在智能座艙領(lǐng)域，獨(dú)立GPU 往往不會(huì)被應(yīng)用，往往是以SoC 的形式以集成GPU 的形態(tài)被應(yīng)用的。在一片完整的SoC 中一般由GPU、CPU、AI 引擎、DPU 等組成。而目前的智能座艙往往向著一芯多屏的方向發(fā)展，這就是得GPU 部分在在智能座艙中有著無(wú)可替代且越來(lái)越重要的優(yōu)勢(shì)。

國(guó)內(nèi)外GPU相關(guān)企業(yè)概況

談到GPU 方面的市場(chǎng)份額，那么就不得不提目前幾乎是一家獨(dú)大的英偉達(dá)。在消費(fèi)級(jí)獨(dú)立PC 市場(chǎng)上，根據(jù) Jon Peddie Research 調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2023 年第一季度，全球桌面級(jí)顯卡銷量約為 630 萬(wàn)塊，其中英偉達(dá)顯卡銷量約為 529 萬(wàn)張，以 84% 的市場(chǎng)份額占據(jù)領(lǐng)先地位，此外銷 量位居前三的 GPU 供應(yīng)商還包括 AMD 及Intel，其銷量分別為 76 萬(wàn)張、25 萬(wàn)張。而國(guó)內(nèi)方面在則在消費(fèi)級(jí)獨(dú)立GPU 上起步較晚，我國(guó)國(guó)產(chǎn)GPU 廠商市場(chǎng)份額普遍較小，但也不乏如芯動(dòng)科技、摩爾線程等勇于挑戰(zhàn)國(guó)外廠商壟斷地位的國(guó)內(nèi)GPU 新興廠商，未來(lái)隨著國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心、智能駕駛及終端側(cè) GPU 市場(chǎng)需求的提升，國(guó)產(chǎn) GPU 市場(chǎng)份額有望實(shí)現(xiàn)滲透。

而在盈利能力方面，英偉達(dá)憑借其絕對(duì)的絕對(duì)的市場(chǎng)地位遙遙領(lǐng)先，根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)Jon Peddie ResearchGPU 市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2023 年第二季度英偉達(dá)以68% 的PC 顯卡市場(chǎng)份額位居市場(chǎng)第一。于此相對(duì)，2024 財(cái)年第二季度游戲業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了24.9 億美元的營(yíng)收，同比增長(zhǎng)了22%。而老對(duì)手AMD 的游戲業(yè)務(wù)則以15.81 億美元，同比下降4%，環(huán)比下降了10%，營(yíng)業(yè)利潤(rùn)2.25億美元的成績(jī)緊隨其后。

在數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)，英偉達(dá)依舊是處于領(lǐng)導(dǎo)地位，根據(jù)研究機(jī)構(gòu)TrendForce 的預(yù)測(cè)，目前數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)上，英偉達(dá)的GPU 已成為主流芯片，市場(chǎng)份額約占60-70%。而國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域布局者較多，產(chǎn)品性能逐漸向英偉達(dá)靠攏。比如，目前國(guó)內(nèi)算力最高的產(chǎn)品是由壁仞科技推出的BR100P，其采用了臺(tái)積電7 nm 工藝。在峰值狀態(tài)下，它具有單精度浮點(diǎn)算力240TFLOPS 和整型算力1920TOPS。BR100 芯片的性能比英偉達(dá)的A100 高出3 倍以上，雖說(shuō)對(duì)比英偉達(dá)的旗艦產(chǎn)品H100 還有不小的差距，但是依舊未來(lái)可期。

在盈利方面，據(jù)英偉達(dá)2024 財(cái)年Q2 報(bào)告，其數(shù)據(jù) 中心營(yíng)收已達(dá)到103.2 億美元，同比增長(zhǎng)171%，約占總營(yíng)收比例為 76%，目前數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)已經(jīng)成為英偉達(dá)最高的收入來(lái)源。而我國(guó)壁仞科技的BR100P 系列芯片同樣由臺(tái)積電代工，預(yù)計(jì)于2023 年量產(chǎn)，若量產(chǎn)計(jì)劃順利推進(jìn)，也有望在數(shù)據(jù)中心這一廣闊的市場(chǎng)中分一杯羹。

在智能駕駛領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)大多數(shù)智能駕駛車型選用英偉達(dá)產(chǎn)品，大多都采用其旗下的ORIN 產(chǎn)品。但在智能駕駛領(lǐng)域，華為也在之中提供了自動(dòng)駕駛的全棧解決方案，其發(fā)布的昇騰610、MDC810 已經(jīng)量產(chǎn)，MDC610平臺(tái)，單組算力為200TOPS，與英偉達(dá) ORIN 產(chǎn)品差距較小。在市場(chǎng)結(jié)構(gòu)方面，2023 年上半年，中國(guó)市場(chǎng)乘用車自動(dòng)駕駛計(jì)算方案市場(chǎng)份額中，英偉達(dá)以52.57%的份額位居第一，地平線占據(jù)30.71% 的市場(chǎng)份額位居第二，華為海思占據(jù)4.05% 的市場(chǎng)份額。

在盈利能力方面，英偉達(dá)的智能駕駛業(yè)務(wù)在2024財(cái)年第二季度的營(yíng)收較第一季度出現(xiàn)了下滑，但與去年同期相比，仍然增長(zhǎng)了15%，總營(yíng)收達(dá)到2.53 億美元。

結(jié)語(yǔ)

就目前的GPU 市場(chǎng)而言，英偉達(dá)在市場(chǎng)中并且自己多年的技術(shù)積累大殺四方，占據(jù)了絕對(duì)的領(lǐng)導(dǎo)地位（80% 以上的市場(chǎng)份額），而AMD 和重新歸來(lái)的英特爾在其后瓜分剩下的一點(diǎn)市場(chǎng)份額。而國(guó)內(nèi)GPU 廠商則是剛剛起步，正在完成從0 到1 的突破階段，總體來(lái)看還有很長(zhǎng)的路要走。但是在諸如智能駕駛等國(guó)內(nèi)重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域也能從英偉達(dá)口中分得一點(diǎn)

（本文來(lái)源于EEPW 2023年10月期）