中國獨(dú)立GPU呈現(xiàn)兩強(qiáng)爭霸格局，人工智能催生AI芯片發(fā)展良機(jī)，受益國產(chǎn)替代化，GPU市場空間有望進(jìn)一步釋放[圖]

    一、GPU的發(fā)展歷程：第二代芯片助力國產(chǎn)替代，第三代芯片切入人工智能

    第一代GPU(1999年以前)：部分功能從CPU分離，實(shí)現(xiàn)硬件加速

    GE(GeometryEngine)為代表，只能起到3D圖像處理的加速作用，不具有軟件編程特性

    第二代GPU(1999年-2002年)：進(jìn)一步硬件加速和有限的編程性

    1999年NVIDIAGeForce256將T&L(TransformandLighting)等功能從CPU分離出來，實(shí)現(xiàn)了快速變換

    2001年NVIDIA和ATI分別推出的GeForce3和Radeon8500，圖形硬件的流水線被定義為流處理器，出現(xiàn)了頂點(diǎn)級可編程性，同時(shí)像素級也具有有限的編程性，但GPU的編程性比較有限

    第三代GPU(2002年以后)：方便的編程環(huán)境(如CUDA)

    2002年ATI發(fā)布的Radeon9700和2003年NVIDIAGeForceFX的推出

    2006年NVIDIA與ATI分別為推出了CUDA(ComputerUnifiedDeviceArchitecture，統(tǒng)一計(jì)算架構(gòu))編程環(huán)境和CTM(CloseTotheMetal)編程環(huán)境
隨著GPU可編程性不斷增強(qiáng)，特別是CUDA等編程環(huán)境的出現(xiàn)，使GPU通用計(jì)算編程的復(fù)雜性大幅度降低。由于可編程性、功能、性能不斷提升和完善，GPU已演化為一個(gè)新型可編程高性能并行計(jì)算資源。全面開啟GPU面向通用計(jì)算的新時(shí)代已到來。

    （一）、GPU芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展20年，市場呈現(xiàn)寡頭壟斷

    GPU的概念在1999年提出后開始蓬勃發(fā)展：顯卡是電腦進(jìn)行數(shù)模信號轉(zhuǎn)換的設(shè)備，承擔(dān)輸出顯示圖形的任務(wù)，具有圖像處理能力，可協(xié)助CPU工作，提高整體的運(yùn)行速度。顯卡由GPU、顯存、電路板，還有BIOS固件組成。顯卡的處理器稱為GPU(GraphicsProcessingUnit，縮寫:GPU)，是顯卡的核心。NVIDIA公司在1999年發(fā)布GeForce256圖形處理芯片時(shí)首先提出GPU的概念，隨后大量復(fù)雜的應(yīng)用需求促使整個(gè)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展至今。GPU概念推出之前，ATI、NVIDIA、3DFX等公司在此領(lǐng)域展開激烈競爭，推動了圖形處理芯片的發(fā)展。

    GPU有兩種分類方式：第一個(gè)維度是按照接入類型，可以分為集成GPU和獨(dú)立GPU，集成GPU將圖形核心以單獨(dú)芯片的方式集成在主板上或CPU芯片上，并且動態(tài)共享部分系統(tǒng)內(nèi)存作為顯存使用，因此能夠提供簡單的圖形處理能力，以及較為流暢的編碼應(yīng)用，而獨(dú)立GPU擁有單獨(dú)的圖形核心和獨(dú)立的顯存，能夠滿足復(fù)雜龐大的圖形處理需求，并提供高效的視頻編碼應(yīng)用。第二個(gè)維度是根據(jù)應(yīng)用端的不同，可以分為PCGPU、服務(wù)器GPU和移動GPU。PCGPU是用于PC端，既有獨(dú)立也有集成，而服務(wù)器GPU是專為計(jì)算加速或深度學(xué)習(xí)應(yīng)用的獨(dú)立GPU，移動GPU用于移動端，一般都是集

GPU分類及代表產(chǎn)品

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    相關(guān)報(bào)告：智研咨詢發(fā)布的《2019-2025年中國GPU服務(wù)器行業(yè)市場全景調(diào)查及投資方向研究報(bào)告》

    （二）、獨(dú)立GPU呈現(xiàn)兩強(qiáng)爭霸格局：

    1999年NVIDIA發(fā)布第一款GPU概念產(chǎn)品GeForce256，2000年ATI推出Radeon（鐳）品牌，從此開創(chuàng)了獨(dú)立GPU領(lǐng)域的兩強(qiáng)爭霸格局。

    NVIDIA1993年4月成立，1995年公司推出NV1和NV2兩款產(chǎn)品。此后陸續(xù)推出RIVA系列和TNT、TNT2，逐漸占據(jù)市場主流地位，并最終通過1999年的GeForce256擊敗3DFX。ATI在1985年至2006年之間是全球重要的顯示芯片公司。2006年AMD以54億美元的巨資收購ATI，旨在融合CPU和GPU。目前，NVIDIA和AMD幾乎占據(jù)了獨(dú)立顯卡全部的市場份額。2010到2014年，英偉達(dá)占據(jù)獨(dú)顯市場60%左右，AMD占據(jù)40%。在2014年-2016年。AMD獨(dú)顯市場份額一度跌倒20%。從2018年四個(gè)季度占比來看，NVIDIA目前在獨(dú)立顯卡領(lǐng)域處于絕對領(lǐng)先地位。

2018年獨(dú)顯市場份額（GPU）

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    集成GPU領(lǐng)域Intel占據(jù)領(lǐng)先地位：Intel的HD系列和AMD的APU系列是最具有代表性的集成顯卡。2010年1月，Intel推出了基于Nehalem的微架構(gòu)，核心代號為“Clarkdale”和“Arrandale”的處理器，其集成HDGraphics顯卡的首款產(chǎn)品為HDGraphics1000（也叫核心顯卡）。2011年1月，AMD推出了一款革命性的產(chǎn)品AMDAPU，第一次將中央處理器和獨(dú)顯核心做在一個(gè)晶片上，它同時(shí)具有高性能處理器和最新獨(dú)立顯卡的處理性能，支持DX11游戲和最新應(yīng)用的“加速運(yùn)算”，大幅提升了電腦運(yùn)行效率。在整個(gè)顯卡市場，因?yàn)镮ntel芯片出貨量較大，因此其核心顯卡占據(jù)領(lǐng)先地位，2018年第二季度份額高達(dá)70%。

2018Q1中國GPU市場份額占比

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2018Q2中國GPU市場份額占比

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    （三）、第三代GPU有望切入人工智能：人工智能催生AI芯片發(fā)展良機(jī)

    人工智能的飛速發(fā)展，需要強(qiáng)大的算力作為支撐，這背后NIVIDIA可謂是當(dāng)之無愧的功臣。NIVIDIA先進(jìn)的GPU技術(shù)和優(yōu)異的軟件生態(tài)，使其在競爭中脫穎而出，成為市場霸主。目前人工智能在圖像處理及語音識別領(lǐng)域的研究取得了很好的發(fā)展，在手機(jī)和安防領(lǐng)域也有很多產(chǎn)品落地。在落地過程中，依然會面臨設(shè)備算力的問題，而移動端GPU則自然而然的進(jìn)入了人們的視野。

    AI芯片發(fā)展迅猛，GPU份額或達(dá)三分之一：智能芯片算力的提升是實(shí)現(xiàn)人工智能的“基礎(chǔ)保障”。無論是算法的實(shí)現(xiàn)、海量數(shù)據(jù)的獲取和存儲，還是計(jì)算能力的體現(xiàn)都離不開目前唯一的物理基礎(chǔ)——芯片。據(jù)預(yù)估,全球人工智能芯片出貨量持續(xù)走高,市場規(guī)模將從2016年的5億美元增長至2025年的122億美元,復(fù)合年均增長率保持超過40%的高速率。與此同時(shí),伴隨人工智能芯片技術(shù)不斷成熟和應(yīng)用落地,人工智能芯片占據(jù)人工智能總體市場規(guī)模的比例逐年遞增,據(jù)預(yù)計(jì)將從2016年的8%提高至2020年的12%。常見人工智能芯片包括目前CPU、GPU、FPGA、ASIC，目前GPU可以占據(jù)人工智能芯片市場份額的三分之一左右。

    幾種芯片根據(jù)特點(diǎn)不同，各有適用的應(yīng)用場景：GPU芯片集成大量計(jì)算單元和高速內(nèi)存,通用性較強(qiáng)且適合大規(guī)模并行計(jì)算任務(wù),能顯著縮減數(shù)據(jù)的訓(xùn)練時(shí)長,但高能耗引發(fā)散熱問題以及高售價(jià)限制,使其多應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心或自動駕駛場景。FPGA硬件配置靈活,能快速適應(yīng)算法迭代更新,且能效優(yōu)于GPU,但開發(fā)復(fù)雜度較高,開發(fā)者生態(tài)建設(shè)仍需增強(qiáng)。針對特定算法定制的專用ASIC芯片量產(chǎn)后性能、功耗、成本相對于FPGA具備更強(qiáng)優(yōu)勢,但人工智能算法仍處于快速演進(jìn)階段,定制化ASIC開發(fā)周期長、面臨風(fēng)險(xiǎn)高。CPU芯片架構(gòu)絕大部分為控制和緩存單元,更擅長復(fù)雜的邏輯控制和通用類型數(shù)據(jù)運(yùn)算,并行計(jì)算效率低,在人工智能任務(wù)中多用于樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理操作。

常見人工智能芯片類型

    人工智能芯片企業(yè)呈現(xiàn)多技術(shù)路徑并行發(fā)展態(tài)勢：以英偉達(dá)、英特爾、谷歌為代表的國際巨頭加速布局初步搶奪先發(fā)優(yōu)勢，我國企業(yè)快速跟進(jìn),并在部分領(lǐng)域取得一定進(jìn)展。美國市場調(diào)研咨詢公司CompassIntelligence發(fā)布的2018年度全球AI芯片公司排行榜顯示:全球前24名的AI芯片企業(yè)主要集中在美國和中國,美國公司占據(jù)14個(gè)席位,中國公司占據(jù)7個(gè)席位,英國的兩家公司ARM和Imagination分別被日資和中資收購。根據(jù)榜單,前三名依次為英偉達(dá)、英特爾以及恩智浦；華為(海思)第12名,剩余6家中國公司分別為Imagination、聯(lián)發(fā)科、瑞芯微、寒武紀(jì)、芯原及地平線機(jī)器人。

國內(nèi)外代表AI芯片企業(yè)

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    NVIDIA、AMD早已布局人工智能應(yīng)用領(lǐng)域的GPU芯片：國外NVIDIA、AMD研發(fā)GPU型AI芯片走在前列，已有發(fā)布產(chǎn)品，比如NVIDIA的Tesla系列，AMD的Vega系列。而國內(nèi)在此領(lǐng)域的自主產(chǎn)品還很少，景嘉微也在積極研發(fā)AI芯片即第三代芯片JM9系JM9系列計(jì)算能力大幅提升，可以滿足人工智能的要求：公司于2018年6月回復(fù)證監(jiān)會的《<關(guān)于請做好相關(guān)項(xiàng)目發(fā)審委會議準(zhǔn)備工作的函>相關(guān)問題落實(shí)情況的說明》中披露，公司正在研發(fā)代號為JM9231及JM9271的高性能通用圖形處理器芯片。JM5400和JM7200的計(jì)算內(nèi)核算是局部渲染，與國外GPU龍頭企業(yè)內(nèi)核還有一定性能差距。而公司擬研發(fā)的JM9系列，將更換成統(tǒng)一渲染架構(gòu)且增加可編程計(jì)算模塊數(shù)量，與當(dāng)前顯卡主要趨勢對接。根據(jù)官方所列規(guī)格，JM9271的性能可達(dá)到2016年中低端產(chǎn)品水平，而JM9271的性能不輸GTX1080顯卡，可達(dá)到2017年底的高端顯卡的水平。相關(guān)產(chǎn)品將分別用于國產(chǎn)化辦公電腦，便攜式計(jì)算機(jī)、中低端的游戲機(jī)、高端嵌入式系統(tǒng)等消費(fèi)電子領(lǐng)域和人工智能、安防監(jiān)控、語音識別、深度學(xué)習(xí)、

    云計(jì)算等高端應(yīng)用領(lǐng)域。

    2018年中國GPU服務(wù)器市場量價(jià)齊升，出貨量和銷售額均實(shí)現(xiàn)快速增長。

    從行業(yè)來看，互聯(lián)網(wǎng)為主要采購行業(yè)，占據(jù)60%以上的市場份額，是拉動市場增長的主要行業(yè)；政府的采購量也有所上升，超過了10%的市場份額；

    從產(chǎn)品來看，4卡及以上GPU服務(wù)器占據(jù)了8成以上的市場份額，其中4卡、8卡、16卡均占有20%以上的市場份額；

    從廠商來看，浪潮、華為和曙光在出貨量和銷售額方面均位列市場前三；

    從市場趨勢來看，AI服務(wù)器和邊緣計(jì)算服務(wù)器等面向特定工作負(fù)載的細(xì)分服務(wù)器市場迎來爆發(fā)，各大廠商加速布局該領(lǐng)域并推出新產(chǎn)品，2019年這些細(xì)分市場仍將是市場的熱點(diǎn)。

2018年中國GPU服務(wù)器廠商市場份額

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    二、盈利預(yù)測與估值水平

相關(guān)上市公司估值比較

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    三、GPU行業(yè)發(fā)展趨勢分析

    （一）、我國GPU行業(yè)發(fā)展空間分析

    1、我國重視信息安全，自主化發(fā)展初有成效

    我國在網(wǎng)絡(luò)空間安全領(lǐng)域存在的不足主要體現(xiàn)在兩方面：第一是國家信息安全存在隱患。我國在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展中引進(jìn)了很多外國先進(jìn)設(shè)備，技術(shù)依賴進(jìn)口，軟硬件“后門”的風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。2008年微軟“黑屏”事件、2010年震網(wǎng)病毒、2013年棱鏡門事件、2014年蘋果手機(jī)后門事件、2017年英特爾CPU預(yù)置管理引擎模塊被證實(shí)存在，關(guān)鍵信息技術(shù)產(chǎn)品、系統(tǒng)存在后門隱患和漏洞風(fēng)險(xiǎn)已是確鑿事實(shí)。第二是技術(shù)產(chǎn)品受制于人。在信息網(wǎng)絡(luò)軟硬件設(shè)備上，很多關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品依賴進(jìn)口。一旦國外封鎖核心技術(shù)或者禁售關(guān)鍵產(chǎn)品，我國信息技術(shù)的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)和企業(yè)的發(fā)展，信息網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行或?qū)⒚媾R巨大的挑戰(zhàn)。從2015年美國商務(wù)部便禁止向中國出口超算機(jī)相關(guān)芯片產(chǎn)品，2016年中興事件，尤其2018年以來將44家中國企業(yè)列入出口管制實(shí)體清單，對我國企業(yè)、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了阻力。

近年來信息安全、美國禁售代表事件

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    圍繞自主化發(fā)展國產(chǎn)軟硬件，國內(nèi)已經(jīng)形成相對成熟的框架：目前，國產(chǎn)處理器、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、中間件等戰(zhàn)略性核心產(chǎn)品，基本滿足桌面/移動終端、服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等的應(yīng)用需求。核心芯片領(lǐng)域，在國家科技重大專項(xiàng)和國家級集成電路產(chǎn)業(yè)投資資金的推動之下，形成了處理器、交換芯片、顯示芯片等國產(chǎn)芯片產(chǎn)品，部分產(chǎn)品性能接近近年國外主流產(chǎn)品水平。在國產(chǎn)處理器層面，形成了以MIPS、SPARC、ARM、ALPHA等架構(gòu)為代表的系列化處理器產(chǎn)品。

基于自主可控技術(shù)國產(chǎn)化替代信息系統(tǒng)總體框架

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    在各領(lǐng)域已經(jīng)涌現(xiàn)一批國產(chǎn)化替代的代表企業(yè)：國產(chǎn)CPU領(lǐng)域，華為、龍芯、飛騰等是代表企業(yè)，移動端、PC端均有產(chǎn)品。國產(chǎn)操作系統(tǒng)領(lǐng)域，中標(biāo)麒麟、優(yōu)麒麟、Deepin等系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展迭代多年。在國產(chǎn)顯示芯片領(lǐng)域，景嘉微的最新產(chǎn)品JM7200正在與上述國產(chǎn)操作系統(tǒng)與CPU進(jìn)行適配研發(fā)，未來在國產(chǎn)化替代中的國產(chǎn)顯示芯片領(lǐng)域是不可忽視的產(chǎn)品。

國產(chǎn)民用CPU、操作系統(tǒng)、GPU代表廠商

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    自主研發(fā)GPU能夠成為國產(chǎn)化GPU替代的主力：第一代芯片JM5400可滿足機(jī)載、艦載、車載環(huán)境下圖形系統(tǒng)的功能與性能要求，全面替代M9、M54、M72、M96、IMX6等國外芯片。第二代芯片JM7200不僅可以滿足高性能的嵌入式系統(tǒng)的要求，還可以用于臺式計(jì)算機(jī)、筆記本等桌面系統(tǒng)的顯示要求，擁有廣闊的民用市場。未來的第三代芯片可用于人工智能和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。國內(nèi)涉獵自主可控GPU的廠商屈指可數(shù),除公司外，還有長沙韶光、中船重工七一六所等。在"2018自主可控計(jì)算機(jī)大會"上，七一六所擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的通用高性能圖形處理器JARIG12正式亮相；長沙韶光與中船重工七零九所合作開發(fā)產(chǎn)品SG6931（凌久GP101），知識產(chǎn)權(quán)雙方共有，可實(shí)現(xiàn)3D圖像處理，預(yù)計(jì)2019年將會先以模塊形式小批量供貨。

國產(chǎn)GPU指標(biāo)對比

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    2、受益國產(chǎn)替代化，市場空間有望進(jìn)一步釋放

    未來自主產(chǎn)業(yè)升級PC市場年均市場規(guī)模40億元左右：2006年我國核高基項(xiàng)目啟動，投入大量資金，助推自主化發(fā)展。2013年，中國銀監(jiān)會明確要求銀行確保到2019年計(jì)算機(jī)系統(tǒng)至少75％使用“安全技術(shù)”。2014年，郵儲銀行自主產(chǎn)業(yè)升級去IOE（IBM大型機(jī)、Oracle數(shù)據(jù)庫、EMC存儲）完成，誕生銀行業(yè)第一個(gè)中大型自主產(chǎn)業(yè)升級案例。2014年9月國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金正式成立，開始采用市場化資本運(yùn)作方式開展投資，自主產(chǎn)業(yè)升級生態(tài)開始豐富。未來，如果我國政府辦公電腦替換成國產(chǎn)電腦，則市場空間巨大。2018底，我國公務(wù)員720萬人左右，事業(yè)單位人員4000萬人左右，中國人民解放軍現(xiàn)役軍人約200萬名左右，假設(shè)每人配備一臺國產(chǎn)計(jì)算機(jī)，并且電腦報(bào)廢周期為5年，則每年出貨量約984萬臺。英特爾集成顯卡占據(jù)總市場份額的60%-70%，則假設(shè)國產(chǎn)電腦獨(dú)立顯卡的滲透率為40%。則每年獨(dú)立GPU市場需求為394萬片左右。參照目前主流顯卡GeForceGTX1050京東商城單價(jià)在900-1100左右，假設(shè)公司GPU產(chǎn)品單價(jià)1000元。最終計(jì)算得到公司未來每年民用GPU市場空間約為40億元左右。

未來每年公司民用GPU市場空間測算

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    國產(chǎn)化替代先從黨政辦公領(lǐng)域開始推進(jìn)，重要行業(yè)專業(yè)系統(tǒng)是下一步替換的目標(biāo)。下一步逐步替代的行業(yè)可能包括金融、能源、交通、電信等涉及國計(jì)民生的重要行業(yè)。2017年中國商用PC年出貨量在3000萬左右，可替換的空間巨大。

    （二）、中國GPU服務(wù)器市場規(guī)模預(yù)測

    “計(jì)算和數(shù)據(jù)是人工智能不可缺少的組成部分。2018年，人工智能的發(fā)展引領(lǐng)中國GPU服務(wù)器市場的高速增長；訓(xùn)練依然是GPU服務(wù)器的主要工作負(fù)載，未來幾年推理工作負(fù)載的服務(wù)器也會逐漸上升；在深度學(xué)習(xí)的不斷推動下人工智能取得重要突破；到目前為止，除了專業(yè)人工智能公司以外，許多大型公司也同時(shí)開始涉足深度學(xué)習(xí)，并應(yīng)用在廣泛的商業(yè)實(shí)踐中。2018年以前，互聯(lián)網(wǎng)是GPU服務(wù)器的主要采購行業(yè)，如今，許多傳統(tǒng)行業(yè)對GPU服務(wù)器也慢慢有所需求，嘗試將人工智能技術(shù)與自己的行業(yè)相結(jié)合。由此看來，GPU服務(wù)器市場規(guī)模還有很大上升空間。

    2018年全年中國GPU服務(wù)器市場規(guī)模為13.05億美金（約合人民幣90.05億元），同比增長131.2%。IDC預(yù)測，到2023年中國GPU服務(wù)器市場規(guī)模將達(dá)到43.2億美金（約合人民幣298億元），未來5年整體市場年復(fù)合增長率（CAGR）為27.1%。

2018-2023年中國GPU服務(wù)器市場規(guī)模同比增長走勢

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