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

談到計算機與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80 年代初期，以GE 芯片為代表的圖形處理器開(kāi)始出現，它具備四位向量的浮點(diǎn)運算功能，可以完成圖形渲染過(guò)程中的矩陣、裁剪、投影等運算，標志著(zhù)計算機圖形學(xué)進(jìn)入以圖形處理器為主導的階段。隨著(zhù)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）轉移。隨著(zhù)時(shí)間進(jìn)入上世紀90 年代，如今GPU 的王者英偉達進(jìn)入個(gè)人電腦3D 市場(chǎng)，并于1999 年推出具有標志意義的圖形處理器GeForce256，真正意義上的GPU 第一次出現。與以往的圖形處理器相比GeForce256 將T&L硬件從CPU 中分離，并將其單獨組合成硬件，這種創(chuàng )新使得GPU 可以獨立進(jìn)行三維頂點(diǎn)的空間坐標變換，從而將CPU 從繁重的光照計算中解放出來(lái)。這意味著(zhù)，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)競爭中獲得了較大的優(yōu)勢，并且其市占率也持續提升。

當今全球GPU市場(chǎng)分析

目前，全球局勢動(dòng)蕩，前幾年新冠疫情席卷全球，整個(gè)世界逐漸轉入“線(xiàn)上”模式，隨著(zhù)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，當下北約內部矛盾，一度激化上演全武行至今也不見(jiàn)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(chē)智能化浪潮和智能駕駛對于A(yíng)I 算力的需求，一下子就把GPU 推到了世界半導體硬件的舞臺中央。

就當下而言，GPU 應用市場(chǎng)可劃分為三大應用領(lǐng)域分別為：PC 市場(chǎng)（游戲）、AI& 數據中心和智能汽車(chē)。

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

根據Jon Peddie Research 的數據，2023 年的整體出貨量包括NVIDIA、AMD 和英特爾的出貨量都呈現大幅下降的情況。根據該報告，2023 年第一季GPU的總出貨量達到了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)規模達到了6160 萬(wàn)美元，但同比下降了驚人的23%。究其原因，筆者認為一是后疫情時(shí)代消費者普遍預算吃緊，消費意愿較低；二是NVIDIA 和AMD 都有較舊型號的庫存，可用于吸引部分主流和預算型市場(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?xún)r(jià)比明顯不佳情況下，消費者對它們的興趣不大，更多的消費者寧可選擇前代3090 系列或是英特爾的產(chǎn)品。

盡管整體趨勢呈下降態(tài)勢，但該報告還是給出了GPU 市場(chǎng)樂(lè )觀(guān)的預測：2022 年至2026 年期間，PC 用GPU 的復合年增長(cháng)率將穩定在3.70%，并有望在2026年年末達到總規模2998 萬(wàn)片。與此同時(shí)，JPR 認為PC用獨立顯卡(DGPU) 的滲透率有望增長(cháng)到32%，為市場(chǎng)帶來(lái)新的發(fā)展契機。

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& 數據中心領(lǐng)域。

在數據中心，GPU 被廣泛應用于人工智能的訓練、推理、高性能計算（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，其展現出了高度的擬人化和智能化，背后離不開(kāi)利用GPU 進(jìn)行的海量基礎訓練，自GPT-3 模型推出后，大規模自然語(yǔ)言模型進(jìn)入了擁有千億個(gè)參數的時(shí)代。在2021 年之后，出現了許多達到千億級別的自然語(yǔ)言模型，這些模型的訓練算力顯著(zhù)增加。例如，ChatGPT 模型擁有1.75億個(gè)參數，其訓練所需的算力為3.14x10^23 次浮點(diǎn)運算。當前，各種預訓練語(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)的最佳表現記錄。同時(shí)，單個(gè)模型的訓練算力需求也不斷創(chuàng )新高。以ChatGPT的訓練為例，單次模型訓練就可能需要超過(guò)2000 張英偉達A100 顯卡持續不斷地訓練27 天。不僅如此，大模型的日常運行中每一次用戶(hù)調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(fǎng)客數量接近5000 萬(wàn)，每小時(shí)平均訪(fǎng)問(wèn)人數約為210 萬(wàn)人。在高峰時(shí)期，同時(shí)在線(xiàn)人數達到450 萬(wàn)人。假設每個(gè)人在一小時(shí)內提問(wèn)8 個(gè)問(wèn)題，每個(gè)問(wèn)題的回答長(cháng)度為200 個(gè)字，那么需要使用14,000 塊英偉達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(zhù)拉動(dòng)。

圖 大模型時(shí)代人工智能算力需求顯著(zhù)提升

根據相關(guān)數據顯示，2023 年全球AI 芯片市場(chǎng)規模達到了1500 億美元，預計到2028 年將達到2500 億美元。全球范圍內，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(cháng)至2021 年的924.0 億美元，2022年同比增長(cháng)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)數字化轉型（DX）支出整體增幅。

在數據中心領(lǐng)域，則是GPU 市場(chǎng)保持持續增長(cháng)的另一個(gè)強勁支柱，根據Omdia 數據，2019 年全球人工智能服務(wù)器市場(chǎng)規模為23 億美金，2026 年將達到376億美金，CAGR 為49%。而根據IDC 的數據顯示，2020 年中國數據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%，預計到2025 年，用于人工智能推理工作負載的芯片將達到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)習能力、并行計算能力還有其不俗的通用性，在數據中心加速芯片市場(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)數據指出，在2026 年AI 服務(wù)器市場(chǎng)規模將達到376 億美元，隨著(zhù)AI 服務(wù)器迅速增長(cháng)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)規模（億美元）

最后，我們來(lái)看一下GPU 在汽車(chē)電子中的應用情況。

在如今新能源汽車(chē)崛起高速增長(cháng)的今天，隨著(zhù)汽車(chē)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，使用的芯片不計其數，各個(gè)類(lèi)型的芯片都有涉及，根據Yole 數據，全球自動(dòng)駕駛市場(chǎng)2025 年將達到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(zhù)自動(dòng)駕駛的等級的提升而提升。根據ICVTank的自動(dòng)駕駛滲透數據：假設GPU 在L2 中的滲透率達到15%，在L3-L5 中的滲透率達到50%，那么可以估算出GPU 在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的市場(chǎng)規模。整體規模預計將從2020 年的7.1 億美元增長(cháng)到2025 年的44 億美元，年復合增長(cháng)率為44%。

在智能座艙領(lǐng)域，獨立GPU 往往不會(huì )被應用，往往是以SoC 的形式以集成GPU 的形態(tài)被應用的。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(zhù)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(zhù)無(wú)可替代且越來(lái)越重要的優(yōu)勢。

國內外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大的英偉達。在消費級獨立PC 市場(chǎng)上，根據 Jon Peddie Research 調查數據顯示，2023 年第一季度，全球桌面級顯卡銷(xiāo)量約為 630 萬(wàn)塊，其中英偉達顯卡銷(xiāo)量約為 529 萬(wàn)張，以 84% 的市場(chǎng)份額占據領(lǐng)先地位，此外銷(xiāo) 量位居前三的 GPU 供應商還包括 AMD 及Intel，其銷(xiāo)量分別為 76 萬(wàn)張、25 萬(wàn)張。而國內方面在則在消費級獨立GPU 上起步較晚，我國國產(chǎn)GPU 廠(chǎng)商市場(chǎng)份額普遍較小，但也不乏如芯動(dòng)科技、摩爾線(xiàn)程等勇于挑戰國外廠(chǎng)商壟斷地位的國內GPU 新興廠(chǎng)商，未來(lái)隨著(zhù)國內數據中心、智能駕駛及終端側 GPU 市場(chǎng)需求的提升，國產(chǎn) GPU 市場(chǎng)份額有望實(shí)現滲透。

而在盈利能力方面，英偉達憑借其絕對的絕對的市場(chǎng)地位遙遙領(lǐng)先，根據權威機構Jon Peddie ResearchGPU 市場(chǎng)統計數據，2023 年第二季度英偉達以68% 的PC 顯卡市場(chǎng)份額位居市場(chǎng)第一。于此相對，2024 財年第二季度游戲業(yè)務(wù)實(shí)現了24.9 億美元的營(yíng)收，同比增長(cháng)了22%。而老對手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2.25億美元的成績(jì)緊隨其后。

在數據中心市場(chǎng)，英偉達依舊是處于領(lǐng)導地位，根據研究機構TrendForce 的預測，目前數據中心市場(chǎng)上，英偉達的GPU 已成為主流芯片，市場(chǎng)份額約占60-70%。而國內在該領(lǐng)域布局者較多，產(chǎn)品性能逐漸向英偉達靠攏。比如，目前國內算力最高的產(chǎn)品是由壁仞科技推出的BR100P，其采用了臺積電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的A100 高出3 倍以上，雖說(shuō)對比英偉達的旗艦產(chǎn)品H100 還有不小的差距，但是依舊未來(lái)可期。

在盈利方面，據英偉達2024 財年Q2 報告，其數據 中心營(yíng)收已達到103.2 億美元，同比增長(cháng)171%，約占總營(yíng)收比例為 76%，目前數據中心業(yè)務(wù)已經(jīng)成為英偉達最高的收入來(lái)源。而我國壁仞科技的BR100P 系列芯片同樣由臺積電代工，預計于2023 年量產(chǎn)，若量產(chǎn)計劃順利推進(jìn)，也有望在數據中心這一廣闊的市場(chǎng)中分一杯羹。

在智能駕駛領(lǐng)域，國內大多數智能駕駛車(chē)型選用英偉達產(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，單組算力為200TOPS，與英偉達 ORIN 產(chǎn)品差距較小。在市場(chǎng)結構方面，2023 年上半年，中國市場(chǎng)乘用車(chē)自動(dòng)駕駛計算方案市場(chǎng)份額中，英偉達以52.57%的份額位居第一，地平線(xiàn)占據30.71% 的市場(chǎng)份額位居第二，華為海思占據4.05% 的市場(chǎng)份額。

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

結語(yǔ)

就目前的GPU 市場(chǎng)而言，英偉達在市場(chǎng)中并且自己多年的技術(shù)積累大殺四方，占據了絕對的領(lǐng)導地位（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。而國內GPU 廠(chǎng)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(cháng)的路要走。但是在諸如智能駕駛等國內重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域也能從英偉達口中分得一點(diǎn)

（本文來(lái)源于EEPW 2023年10月期）