GPU 的功能演进,本质是从"专为画图"走向"通用并行计算"。上世纪 70 年代图形处理需求增加,催生了专门画图的处理器;英伟达将大量小型处理器集成在一起,用多个小核完成大规模简单计算任务,形成了 GPU 的逻辑架构。发展至今,GPU 内核已增加到数百或数千个,功能从图形显示扩展到高性能计算,与 CPU 互补,成为计算机内部的另一大核心处理器。 对信创而言,真正的窗口出现在 2020 年下半年:受国际因素影响,AMD 无法供货,整机厂商只能转向国产 GPU,而当时有成熟产品的只有景嘉微,其订单数自此高速增加。
从画图到并行计算:需求如何改写架构
计算机行业发展初期只有 CPU。要画两个三角形,CPU 只能一个接一个地计算顶点,图形量一大速度就慢。GPU 因此诞生,它只负责画图,对单核性能要求不高,但最好能并行——几个三角形一起画。
英伟达的思路是把大量小型处理器集成在一起。这与 CPU 的取向正好相反:CPU 基于低延时设计,单核性能强,适合串行运算,处理单个复杂任务;GPU 基于大吞吐量设计,拥有更多性能相对弱的 ALU(运算器),适合对密集数据进行并行处理,擅长大规模并发计算。
正是这种"多小核、大吞吐"的架构,让 GPU 走出了图形显示的边界,被用于挖矿、AI 训练等需要大规模并发计算的场景。功能定位一变,GPU 从配件升级为与 CPU 并列的核心处理器,国产化的紧迫性也随之上升。
2020 年下半年:信创国产 GPU 的分水岭
GPU 并非信创强制要求,只是推荐。这意味着国产 GPU 一开始就要直面市场竞争。景嘉微早期面对的对手是 AMD——产品成熟、价格便宜,出货量很大,国产 GPU 难以推广。
2020 年下半年成为分水岭。受国际因素影响,AMD 无法供货,整机厂商只能采用国产 GPU;而当时国产阵营中有成熟产品的只有景嘉微。此后景嘉微订单数高速增加,基本把信创市场占完。
这一转折也说明,信创国产 GPU 的窗口并非单纯由技术进度决定,供应格局的变化同样是关键变量。如今 GPU 强制国产化是大势所趋。
国产独立 GPU 的现实格局
GPU 与 CPU 的国产化路径差异明显:CPU 有 X86 和 ARM 这类半成品框架可供国内企业学习和使用,GPU 基本要完全自研,且国内 GPU 人才远少于 CPU 人才,国产难度更大。
目前国内做独立 GPU 的公司不少,但真正做出实物的只有景嘉微和中船 709 所,其他大部分厂商还处在研发或流片阶段,距离商用还有较大距离。
| 对比维度 | 景嘉微 | 中船 709 所 |
|---|---|---|
| 产品状态 | 有实物产品,推出更早 | 有实物产品 |
| 技术来源 | 底层技术全部自研 | — |
| 指标表现 | 与英伟达技术代差在缩小 | 书面指标更强 |
| 实际表现 | 重要型号现场 PK 中发挥更好 | 实际性能发挥不如景嘉微 |
景嘉微已与国内主要 CPU 和操作系统厂商完成适配,建立了一定的先发优势。
常见问题
GPU 和 CPU 到底差在哪?
CPU 由数百万个晶体管组成,功能模块多,擅长分支预测等复杂运算环境,适合串行计算和数据库运行等场景。GPU 由许多更小、更专业的内核组成,控制相对简单、不需要很大的 Cache,大部分晶体管可用于专用电路和流水线,因而拥有强大的浮点运算能力,擅长大规模并发计算。
为什么说 GPU 国产化比 CPU 更紧迫?
一方面,GPU 没有 X86、ARM 那样的半成品框架可供学习使用,基本需要完全自研,且国内 GPU 人才储备少于 CPU;另一方面,GPU 的高端芯片供应更早受到出口管制影响。两个因素叠加,使国产替代的时间要求更为急迫。
2020 年下半年究竟改变了什么?
改变的是整机厂商的可选项。此前 AMD 产品成熟且便宜,国产 GPU 很难进入;AMD 无法供货后,整机厂商只能选择国产 GPU,而当时具备成熟产品的只有景嘉微,订单随之高速增加,信创国产 GPU 由此迎来真正的窗口期。