斷供英偉達高端GPU，國產(chǎn)芯片誰(shuí)來(lái)“續命”？

8月31日，英偉達發(fā)布公告稱(chēng)，美國通知公司向中國出口A(yíng)100和H100芯片將需要新的許可證要求，同時(shí)DGX或任何其他包含A100或H100芯片的產(chǎn)品，以及未來(lái)性能高于A(yíng)100的芯片都將受到新規管制，同受限制的還包括AMD的M1250芯片。

隨后，9月1日—3日，在中國上海舉辦的世界人工智能大會(huì )（WAIC），國產(chǎn)芯片登場(chǎng)于聚光燈下，天數智芯、壁仞科技、燧原科技、瀚博半導體、寒武紀、地平線(xiàn)一眾國產(chǎn)AI芯片公司均展出了最新的技術(shù)和產(chǎn)品，先進(jìn)制程的大算力芯片迎來(lái)高光亮相。

一邊在面臨“生死圍剿”，一邊在“奮力發(fā)育”，博弈的拉力賽已然開(kāi)啟。

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劍指HPC和AI，BAT難逃牽連

GPU芯片拉起警報，已經(jīng)不是第一次了。

從2019年，華為被美國列入出口管制“實(shí)體清單”，到后來(lái)的“中興事件”，以及今年8月份美國政府直接豪擲527億美元，通過(guò)“芯片法案”，其中明文列舉了“中國護欄”條款，受到美國補貼企業(yè)禁止在中國大陸擴大生產(chǎn)和投資更先進(jìn)的芯片，期限是10年，接著(zhù)，美國商務(wù)部發(fā)布最終規定，對設計GAAFET（全柵場(chǎng)效應晶體管）結構集成電路所必須的EDA軟件等技術(shù)實(shí)施新的出口管制，相關(guān)禁令已于2022年8月15日正式生效。從芯片上“卡脖子”，意圖將中國排除在全球半導體供應鏈之外，已經(jīng)成為美國的“陽(yáng)謀”。

而這一次的風(fēng)暴中心卻直指智能化、數字化的支柱產(chǎn)業(yè)：HPC（高性能計算）和AI（人工智能）

為什么不限制Orin，而是限制GPU芯片？

“因為英偉達的GPU芯片對于訓練人工智能系統至關(guān)重要，所以要卡在這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上”。地平線(xiàn)創(chuàng )始人兼CEO余凱表示。

的確，GPU是AI時(shí)代的算力核心亦是人工智能競爭的制高點(diǎn)，訓練集的反復訓練和推理都需要強大算力的支撐，比如AI深度學(xué)習需要很高的并行計算、浮點(diǎn)計算以及矩陣運算能力，基于CPU的傳統計算架構無(wú)法充分滿(mǎn)足人工智能高性能并行計算（HPC）的需求，HPC主要包括數據中心、AI、FPGA和網(wǎng)絡(luò )四大應用，而HPC應用對于芯片的要求不在于微縮化，而是能否功耗更低，支撐更大的算力，因此需要發(fā)展適合HPC的專(zhuān)屬芯片，而AI00和H100則是目前最能高效匹配HPC計算需求的芯片配置了。

A100是英偉達2020年推出的數據中心級云端加速芯片，擁有540億晶體管，采用臺積電7nm工藝制程，支持FP16、FP32和FP64浮點(diǎn)運算，為人工智能、數據分析和HPC數據中心等提供算力，FP64一般是衡量超級計算產(chǎn)品的重要指標。

而H100是英偉達今年3月發(fā)布的最新一代數據中心GPU，集成800億晶體管，采用臺積電定制的4nm工藝，預計在今年下半年正式發(fā)貨。英偉達CEO黃仁勛此前表示，這款GPU具有超強的計算能力，20個(gè)H100 GPU便可承托相當于全球互聯(lián)網(wǎng)的流量。相比于A(yíng)100，H100在FP16、FP32和FP64計算上比A100快三倍，非常適用于當下流行且訓練難度高的大模型。

“這兩款芯片都是具有足夠雙精度計算能力的高端GPU，主要用于HPC高性能計算領(lǐng)域，包括科學(xué)計算，CAE（計算機輔助工程），醫療等方面。尤其是對于超算中心而言，可謂是精準打擊，超算中心即國家超級計算中心，由數千甚至更多處理器組成，具備超高算力，被譽(yù)為“計算機中的珠穆朗瑪峰”，主要滿(mǎn)足國家高科技領(lǐng)域和尖端技術(shù)研究的需求，很有可能?chē)鴥纫恍┱蛘哐芯克嚓P(guān)單位的超算集群會(huì )因此受到影響?！币晃恍袠I(yè)人士表示到。

掃射的波及范圍不止于此，北京半導體行業(yè)協(xié)會(huì )副秘書(shū)長(cháng)朱晶表示：中國正在啟動(dòng)的東數西算戰略也會(huì )暫時(shí)受到影響，因為它需要算力基礎設施支撐，另外，互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域也難逃牽連。

目前國內高端場(chǎng)景基本采用英偉達的A100，包括OEM廠(chǎng)商浪潮、聯(lián)想等，云服務(wù)公司阿里、騰訊、百度等，對于即將量產(chǎn)的H100，國內主流廠(chǎng)商也已經(jīng)預定，如阿里云、百度云和騰訊云等，而國內目前尚沒(méi)有能夠與A100、H100對標的芯片產(chǎn)品，如果限制，等于各廠(chǎng)商的若干核心業(yè)務(wù)線(xiàn)都將被殃及，如百度智能云下的智慧金融、制造、醫療等，以及騰訊的數據分析和視頻分析領(lǐng)域等。

但誠如硬幣兩面，既是難關(guān)也是闖關(guān)，也許國產(chǎn)GPU廠(chǎng)商補位的機會(huì )到了。一位國內GPU企業(yè)人員表示。

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國產(chǎn)芯片誰(shuí)來(lái)“續命”？

不可否認，芯片半導體越來(lái)越具有戰略性質(zhì)。

芯片處理器的大量有機疊加，構成了數據中心、智能計算中心、超算中心等大型基礎設施。更宏觀(guān)一點(diǎn)理解，這些芯片都是支撐政企數據上云、數字化進(jìn)程的底層元器件，可以說(shuō)是“新基建”的底層支撐，而高性能算力芯片更是“戰略咽喉”。

目前服務(wù)器加速，主要采用的是GPU芯片，占比接近90%，另外則是ASIC、FPGA等。GPGPU（通用GPU）芯片廣泛用于商業(yè)計算和大數據處理，如天氣預報、工業(yè)設計、基因工程、藥物發(fā)現、金融工程等，在人工智能領(lǐng)域，使用GPGPU（通用GPU）在云端運行模型訓練算法，可以顯著(zhù)縮短海量訓練數據的訓練時(shí)長(cháng)，減少能源消耗，從而進(jìn)一步降低人工智能的應用成本。

不同應用領(lǐng)域，對芯片計算能力及運算精度要求也有所不同，比如用于商業(yè)計算和大數據處理（CAE仿真、物理化學(xué)、石油勘探、生命科學(xué)、氣象環(huán)境等），需要雙精度浮點(diǎn)、單精度浮點(diǎn)、32位整型運算；人工智能（模型訓練、應用推理），要求混合精度浮點(diǎn)、半精度浮點(diǎn)、16位整形、8位整型運算。

可喜的是，國內GPU廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始嶄露頭角，成果初顯。

從熱鬧的PR新聞中，便可見(jiàn)一斑，進(jìn)軍算力芯片的國產(chǎn)廠(chǎng)商開(kāi)始頻“秀肌肉”，在今年世界人工智能大會(huì )上，瀚博半導體發(fā)布了首款7nm云端GPU SG100，用于圖像渲染、視頻和元宇宙等領(lǐng)域，同期，壁仞科技發(fā)布了公司自主研發(fā)的首款通用GPU芯片br100，可見(jiàn)，躋身于算力芯片的國產(chǎn)GPU廠(chǎng)商隊伍正在加速攻關(guān)，紛紛推出自研GPU。

目前國產(chǎn)高端算力芯片還有哪些呢？算力智庫基于當下主要國產(chǎn)GPU廠(chǎng)商的進(jìn)展和產(chǎn)品參數，不完全梳理如下：

1、海光信息（688041）

成立于2014年，不久前在科創(chuàng )板上市，海光信息的產(chǎn)品包括通用處理器（CPU）和協(xié)處理器（DCU），海光DCU屬于GPGPU的一種。

海光DCU 8000系列，典型功耗260-350W，支持INT4、INT8、FP16、FP32、FP64運算精度，支持4個(gè)HBM2內存通道，最高內存帶寬為1TB/s、最大內存容量為32GB。海光DCU協(xié)處理器全面兼容ROCm GPU計算生態(tài)，由于ROCm和CUDA在生態(tài)、編程環(huán)境等方面具有高度的相似性，CUDA用戶(hù)可以以較低代價(jià)快速遷移至ROCm平臺。

從產(chǎn)品官宣的參數來(lái)看，海光DCU目前是國內唯一支持FP64雙精度浮點(diǎn)運算的產(chǎn)品，英偉達的A100、H100都支持FP64。

2、壁仞科技

成立于2019年，聚焦開(kāi)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(shí)在智能計算領(lǐng)域提供一體化的解決方案。

今年8月發(fā)布的首款通用GPU BR100，集成770億晶體管，支持FP16半精度浮點(diǎn)運算，據該公司當時(shí)宣稱(chēng)，BR100的16位浮點(diǎn)算力能達到1000T以上，8位定點(diǎn)算力達到2000T以上，打破了全球的算力記錄，對標的就是NVIDIA最高端的GPU芯片。

不過(guò)這款顯卡，目前還沒(méi)有上市被使用，具體性能如何，還有待后觀(guān)。

3、燧原科技

成立于2018年，主要聚焦AI云端算力領(lǐng)域，提供自主創(chuàng )新、全棧自研、具備完全自主知識產(chǎn)權的通用AI訓練和推理產(chǎn)品，可廣泛用于云數據中心、超算中心、泛互聯(lián)網(wǎng)、傳統行業(yè)及智慧城市等多個(gè)人工智能場(chǎng)景。

此前發(fā)布的第二代人工智能訓練產(chǎn)品邃思2.0，支持從FP32、TF32、FP16、BF16 到INT8運算，單精度FP32峰值算力40 TFLOPS，單精度張量TF32峰值算力160 TFLOPS。

4、天數智芯

成立于2015年，并在2018年正式啟動(dòng)7納米通用并行云端計算芯片設計，是一家GPGPU高端芯片及超級算力系統提供商，瞄準以云計算、人工智能、數字化轉型為代表的數據驅動(dòng)技術(shù)市場(chǎng)。

天數智芯的BI芯片，集成240億晶體管，采用7納米先進(jìn)制程，支持FP32、FP16、BF16、INT8等多精度數據混合訓練，單芯算力每秒147T@FP16。

5、寒武紀（688256）

成立于2016年，2020年7月，寒武紀順利登陸A股，成為科創(chuàng )板AI芯片第一股。主要開(kāi)發(fā)云邊端一體、軟硬件協(xié)同、訓練推理融合、具備統一生態(tài)的系列化智能芯片產(chǎn)品和平臺化基礎系統軟件，廣泛應用于服務(wù)器廠(chǎng)商和產(chǎn)業(yè)公司。

寒武紀2021年11月發(fā)布的第三代云端AI芯片思元370，相比于上一代芯片，思元370全面加強了FP16、BF16以及FP32的浮點(diǎn)算力，在全新MLUarch03架構和7nm先進(jìn)工藝加持下，8位定點(diǎn)算力最高為256TOPS。

在能耗都在150W的水平下，其算力與同期競品英偉達的A10在同一水平。

6、地平線(xiàn)

成立于2015年，是目前國內唯一一家實(shí)現車(chē)規級AI芯片前裝量產(chǎn)的公司，通過(guò)自研AI專(zhuān)用計算架構BPU（Brain Processing Unit），地平線(xiàn)構建了面向自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的征程系列芯片，以及面向AIoT領(lǐng)域的旭日系列芯片兩大產(chǎn)品線(xiàn)。其中，公司于2021年7月發(fā)布了全場(chǎng)景整車(chē)智能中央計算芯片征程5，單芯片AI算力達128TOPS。

7、瀚博高新（301321）

成立于2018年，2022年8月18日在深交所創(chuàng )業(yè)板上市，在2022世界人工智能大會(huì )上展示其首款云端通用AI推理芯片SV100，以及瀚博統一計算架構、全新數據中心（云端）AI 推理卡載天VA10、邊緣 AI 推理加速卡載天VE1、瀚博軟件平臺VastStream擴展版。并且預覽展示（未發(fā)布）國產(chǎn)7nm云端GPU芯片SG100。載天VE1在40～65瓦功耗下，INT8峰值算力達100TOPS，吞吐率達到主流GPU的2倍，但延時(shí)不到主流GPU的5%。

對比來(lái)看，目前國內廠(chǎng)商的芯片水平，相比于英偉達的A100和H100還是存在差距的，但是已經(jīng)有部分廠(chǎng)商正在努力慢慢向高端滲透，縮小差距，比如海光、寒武紀、壁仞科技，不過(guò)這中間意味著(zhù)除了資金、人才等資源的高密集投入，也需要從生態(tài)配套上發(fā)力，包括操作系統、架構創(chuàng )新和軟硬協(xié)同，如果真的能夠頂上來(lái)，那么高端AI、FP方面的GPU也就不愁了。

不妨測算一下，萬(wàn)億市場(chǎng)規模，自產(chǎn)約4,000億，進(jìn)口約6,000億，假如完全國產(chǎn)替代我國芯片產(chǎn)值就將增長(cháng)150%，到這個(gè)時(shí)候，或許國產(chǎn)GPU才迎來(lái)真正崛起。

專(zhuān)有名詞注釋

FLOPS：即每秒浮點(diǎn)運算次數，是每秒所執行的浮點(diǎn)運算次數（Floating-point operations per second；縮寫(xiě)：FLOPS）的簡(jiǎn)稱(chēng)，被用來(lái)評估處理器的性能，這個(gè)參數可以說(shuō)明顯卡或者GPU每秒能處理多少個(gè)像素點(diǎn)。

TFLOPS：TFLOPS是Tera和Floating-point operations per second兩個(gè)詞的組合，Tera則是萬(wàn)億的意思，合起來(lái)就是每秒浮點(diǎn)運算多少萬(wàn)億次，一個(gè)TFLOPS等于每秒一萬(wàn)億（=10^12）次的浮點(diǎn)運算，1TOPS相當于1TFLOPS。

GPGPU：通用圖形處理器（General-purpose computing on graphics processing units，簡(jiǎn)稱(chēng)GPGPU），通常，GPU 專(zhuān)用于圖形渲染。GPGPU 用于以前屬于高功率 CPU 領(lǐng)域的任務(wù)，例如物理計算、加密/解密、科學(xué)計算和比特幣等加密貨幣的生成。

CPU：Central Processing Unit, 中央處理器，相當于機器的“大腦”，主要包括運算器（ALU, Arithmetic and Logic Unit）、控制單元（CU, Control Unit）、寄存器（Register）、高速緩存器（Cache）和它們之間通訊的數據、控制及狀態(tài)的總線(xiàn)。

GPU：Graphics Processing Unit, 圖像處理器，GPU最初用在個(gè)人電腦、工作站、游戲機和一些移動(dòng)設備上運行繪圖運算工作的微處理器。

BPU：Brain Processing Unit, 大腦處理器。