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為什么電子行業的巨頭都想進入GPU市場

Wildesbeast ? 來源:中國電子報 ? 作者:中國電子報 ? 2020-09-12 09:49 ? 次閱讀

英特爾宣布將在今年年底推出Xe-LP GPU,正式進入獨顯GPU市場,并將交與臺積電進行代工。在不久前舉行的2020年WWDC上,蘋果也透露有可能棄用AMD的GPU,轉而使用自研基于ARM架構的解決方案,將于明年推出自研GPU。GPU市場到底怎么了?為什么巨頭們要紛紛入局?

海量數據呼喚高性能GPU

為什么 近這幾年GPU的需求增長得如此的快速?因為我們正在進入一個“一切需要可視化的時代”。阿依瓦(北京)技術有限公司合伙人代淑玉對《中國電子報》記者表示,可視化需要大量的圖形、圖像計算能力,無論是云端還是邊緣側都需要大量的高性能圖像處理能力。

阿依瓦(北京)技術公司是一家提供工業AR軟件解決方案的企業,其許多客戶來自制造業。現在的智能工廠很多場景需要GPU,她舉了工業互聯網場景例子,智能工廠中一個典型的應用場景是利用AI進行產線質量檢測,目前在汽車產線、家電產線等很多生產線上都要采用AI視覺進行檢測。“實時檢測的大量數據不可能都傳輸到云端,這就要在生產現場安裝高性能計算機、臺式機,要求計算機必須有很強的GPU處理能力。一條產線至少用一顆GPU,一顆中檔的GPU價格是幾萬元,高端的是一顆十幾萬元。”代淑玉說,另外數字工廠的可視化,涉及到3D渲染、音視頻流傳輸、動態數據傳輸與挖掘分析,都對算力提出了更高要求。

GPU影響著“效果”和“顏值”,而今天世界很多地方都靠 “顏值”吃飯。天數智芯是一家做通用GPU(GPGPU)的中國創業公司,天數智芯首席科學家鄭金山對《中國電子報》記者說:“其實GPU不是現在才熱起來,它一直在發展,計算機/手機、專用的游戲主機中都有廣泛應用。GPU是個人機中僅次于CPU的關鍵單元,除了三維游戲外,圖形界面的二維加速都是GPU來完成的。而現代操作系統的圖形界面也大量運用了三維技術,沒有GPU的界面觀感很差。現在的手機里面也集成了GPU,有些界面的效果也是要用它來加速的。”

除了在圖像、圖形處理上,GPU還有很強勁的計算能力,由于圖形處理器強大的并行處理能力和可編程流水線,因此流處理器可以處理非圖形數據,特別在面對單指令流多數據流(SIMD)的時候。數據處理的運算量遠大于數據調度和傳輸的需要時,通用圖形處理器在性能上就大大超越了傳統的中央處理器應用程序,所以被大量的用在高性能計算和AI訓練與分析上,其被稱為GPGPU(通用圖形處理器)。

GPU市場蓬勃增長

我們正在進入一個“并行計算”無處不在的世界,GPU強大的并行處理能力越來越有用武之地。中科院計算機網絡信息中心副主任遲學斌在接受《中國電子報》記者采訪時表示,我們正進入異構計算時代,并行計算正變得無處不在。這屆 高性能計算機TOP500 的計算系統就采用了GPU+CPU的架構,這預示著GPU+CPU會成為趨勢。

從各個調研機構的數據預測來看,GPU在AI推理市場、服務器市場、數據中心市場等都呈現出蓬勃增長的態勢。富途證券預測,隨著AI推理市場需求持續增長, 2020年 AI推理的市場規模為180億美元,預計到2025年將達660億美元。國富證券預測,服務器對GPU的需求呈現快速增長的趨勢。2020年 服務器GPU需求約為970萬個,預計到2025年增長到2500萬個,平均年復合增長率約為10%。IDC預測, 數據中心市場對GPU的需求呈現快速增長的趨勢。2020年 數據中心GPU市場規模為1370億美元,預計到2023年, 數據中心GPU市場規模將達2290億美元。

從GPU的供應商來看,英偉達和AMD占領著 GPU市場 、第二的位置。在 近的5年里,英偉達股價飆升2268%,在今年7月8日收盤后,英偉達市值首次超過英特爾,一度成為美國市值 的芯片企業。AMD公司的市值也同樣一路飆升,在 近其市值也逼近了千億美元的大關。

無論是客戶需求還是市場數據,或是供應商的市值變化,都在證明一個事實——GPU的火正越燒越旺。

眾廠商紛紛入場

GPU市場的紅火吸引著更多廠商入局。

英特爾是入局者之一,英偉達與AMD這幾年的快速飆升,GPU市場的快速增長,英特爾不可能看不到,所以從去年開始英特爾就不再強調自己是CPU廠商,而是XPU廠商,XPU囊括了CPU、GPU、NPU、VPU以及FPGA等。

在此之前,英特爾是有GPU的,但是GPU功能是集成在CPU中的,做的是集成顯卡。“而集成在CPU中的GPU無法將性能做得很強,要想做得更強,面積就會變大、功耗也會變大。”賽迪顧問集成電路信息產業研究中心 分析師李秧在接受《中國電子報》記者采訪時表示。在高性能計算、AI訓練與分析等都無法采用集成顯卡,隨著5G的普及,自動駕駛的推進,AI的快速發展,數據量爆發式增長,做獨立顯卡推出獨立GPU就成為了英特爾的必選。

兩年前,英特爾宣布要推出獨顯GPU芯片,制定了針對單個GPU架構Xe的計劃,該架構由三個不同的微架構組成:Xe-LP,Xe-HP和Xe-HPC。分別針對從超級移動設備到游戲機臺式機,再到工作站和數據中心。在 近舉行的英特爾2020年年度架構日上,英特爾用了大量的時間談論其GPU架構計劃。從英特爾的Xe-LP GPU架構可以看出,其準備為從數據中心、HPC、高端游戲機到筆記本等所有產品提供獨立GPU,這意味著幾乎所有運用到獨顯的市場,英特爾一個都不放過。而英特爾GPU的制造將交給臺積電進行代工的消息也于 近傳出,所以英特爾獨顯GPU面市的腳步越來越近。

另外一個對GPU市場躍躍欲試的企業是蘋果。蘋果在不久前舉行的2020年WWDC上,透露有可能棄用AMD的GPU,轉而使用自研基于ARM架構的解決方案。業界有消息稱,蘋果將在2021半年下半年配合Apple Silicon推出自研GPU芯片,該芯片代號為lifuka,采用臺積電5納米工藝,并將搭載于明年推出的iMaC中。

蘋果的GPU原是從Imagination公司購買的授權,現在蘋果希望自己設計GPU擁有更強的能力實現差異化。種種信息流出,進一步做實了蘋果要自研GPU的消息。

GPU市場格局恐生變

英特爾與蘋果的入局,必將對GPU市場的江湖格局帶來影響。蘋果研發GPU主要是“自給自足”,形成差異化優勢,不會給供應商陣營帶來巨大影響,而英特爾能否攪動整個GPU市場的格局就成為了看點。目前獨顯GPU市場幾乎被英偉達與AMD包攬,那么英特爾的入局會讓GPU的市場供應格局“變二為三”嗎?

鄭金山認為,GPU的難度在于:三維渲染本身是一個比較難的問題,特別是光影的實時渲染算法,對應的硬件需要設計加速器,并滿足多種算法以及軟件接口。而且歷史上還有很多API也必須兼容,還需在性能上匹配多種游戲,整個要求都比較高。GPU目前已進入到光線追蹤算法的實現上了,游戲產業要求永不停息的渲染更逼真、分辨率更高的產品。VR的市場起來,算法/算力需求又需進一步發展。

從目前英特爾給出的信息看,其Xe-LP將滿足用戶現代游戲的各種需求,包括光纖追蹤和4K發燒級性能。有分析稱,其有望與英偉達的Ampere系列顯卡和AMD今年推出的RDNA2顯卡一爭高下。 別的Xe-HPC目前已確認將采用在美國能源部的百億億次超算Aurora上。英偉達創始人黃仁勛對于英特爾的入局曾表示:“英特爾終于認識到GPU的重要性了,歡迎來到GPU世界。”當初的GPU概念就是由英偉達提出來的,所以英偉達也不是”吃干飯的”,從藍圖到技術實現,英特爾能否如期交出滿意答卷,還要看產品真正出來才知怎么樣。

“競爭焦點除了硬件部分,還有整個游戲業界的軟件生態,即具有出色用戶體驗的軟件產品。”鄭金山說。

李秧表達了同樣的觀點,他認為英偉達不僅僅是在硬件層面強,這些年其在游戲、圖形處理廠商、學術機構、開發者等方面積累了大量的生態伙伴資源,從硬件到開發平臺到合作伙伴生態建立的壁壘,這才是英特爾短期內難以逾越的溝壑。

新入局者尚待市場檢驗

關于軟件、開發者和應用生態這一點,準備進入獨立顯示GPU市場的英特爾不可能沒有想到,所以在不久前舉行的架構日上,英特爾首席架構師Raja Koduri強調,英特爾的Xe架構Xe的主要設計思路有三點——軟件先行、兼顧擴展、全新應用。Xe并非孤立的產品,而是會結合英特爾完整的硬件產品組合,以及統一的軟件開發環境而協同設計。Raja多次強調,希望使用相同的軟件棧、相同的微架構設計,實現多個Xe產品的快速擴展。

目前來看,Xe的主體架構基于Slice實現, 多有6個subSlice,共計高達96個EU(Execution Unit),能提供每周期1536次浮點運算。和英特爾的前一代集顯相比,Xe-LP重新設計了自身的微架構。Xe作為一個全新的GPU產品系列,它的一個主要優化重點就在于軟件系統的設計。

在架構日上,大家提出了很多針對GPU的問題,英特爾并沒有全部解答。但無論如何,英特爾進入獨顯市場,并帶來重新設計的架構,給這個市場帶來了更多的選擇和想象。其產品能力到底如何,還需要等待市場的檢驗。那么英特爾來了,那些一個GPU板塊賣到一輛轎車價格的高端GPU會降價嗎?這是眾多網友們關心的重要問題,答案等產品量產之后見吧。

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