GPU行業(yè)專題研究報告

GPU行業(yè)專題研究匯報1.GPU：計算機圖顯關鍵1.1GPU：計算機圖形顯示關鍵GPU基本概念：圖形處理器（graphicsprocessingunit，縮寫GPU），又稱顯示關鍵、視覺處理器、顯示芯片，是一種專門在個人電腦、工作站、游戲機和某些移動設備（如平板電腦、智能手機等）上做圖像和圖形有關運算工作的微處理器。GPU是顯卡的處理器：顯卡全稱顯示適配卡，又稱顯示適配器，用于協(xié)助CPU進行圖像處理，作用是將CPU送來的圖像信號通過處理再輸送到顯示屏上，由主板連接設備、監(jiān)視器連接設備、處理器和內存構成，GPU即是顯卡處理器。1.2GPU擅長大規(guī)模并發(fā)計算GPU工作原理：GPU的工作通俗的來說就是完畢3D圖形的生成，將圖形映射到對應的像素點上，對每個像素進行計算確定最終顏色并完畢輸出，一般分為頂點處理、光柵化計算、紋理貼圖、像素處理、輸出五個環(huán)節(jié)。GPU采用流式并行計算模式，可對每個數(shù)據(jù)行獨立的并行計算。GPU與CPU區(qū)別：CPU基于低延時設計，由運算器（ALU）和控制器（CU），以及若干個寄存器和高速緩沖存儲器構成，功能模塊較多，擅長邏輯控制，串行運算。GPU基于大吞吐量設計，擁有更多的ALU用于數(shù)據(jù)處理，適合對密集數(shù)據(jù)進行并行處理，擅長大規(guī)模并發(fā)計算，因此GPU也被應用于AI訓練等需要大規(guī)模并發(fā)計算場景。1.3GPU可分為獨立GPU和集成GPU獨立GPU：獨立GPU一般封裝在獨立的顯卡電路板上，使用專用的顯示存儲器，獨立顯卡性能由GPU性能與顯存帶寬共同決定。一般來講，獨立GPU的性能更高，但因此系統(tǒng)功耗、發(fā)熱量較大。集成GPU：集成GPU常和CPU共用一種Die，共享系統(tǒng)內存。集成GPU的制作由CPU廠家完畢，因此兼容性較強，并且功耗低、發(fā)熱量小。但假如顯卡運行需要占用大量內存，整個系統(tǒng)運行會受限，此外系統(tǒng)內存的頻率一般比獨立顯卡的顯存低諸多，因此一般集成GPU的性能比獨立GPU更低。1.4GPU廣泛運用在圖顯和并行計算場景GPU擁有單一的強大并行計算能力，因此用途往往是需要大規(guī)模并行計算的場景。初期GPU多被用于2D和3D圖形的計算和處理，由于圖形數(shù)據(jù)的處理往往波及到大量的大型矩陣運算，計算量大但易于并行化。近年由于大數(shù)據(jù)、人工智能發(fā)展，GPU也常常被用于需要大量反復計算的數(shù)據(jù)挖掘領域，如機器學習，深度學習等。GPU使用場景：GPU被廣泛地運用于PC、服務器、移動等領域。其中服務器GPU可做專業(yè)圖形處理、計算加速、深度學習等應用，以獨立GPU為主；移動端GPU重要采用集成GPU；PC根據(jù)使用用途不一樣，既可以搭載獨立GPU，也可以使用集成GPU。1.5全球GPU巨頭：NVIDIA、AMDNVIDIA（英偉達）：創(chuàng)立于1993年，1999年發(fā)明了GPU，最初專注PC圖形，后來拓展到密集計算領域，Nvidia運用GPU創(chuàng)立了科學計算、人工智能、數(shù)據(jù)科學、自動駕駛汽車、機器人技術、AR和VR的平臺。Nvidia是目前全球最大的獨立GPU供應商，營收166.8億美元，Q2Nvidia全球獨立GPU市場份額到達83%。AMD（超威半導體）：成立于1969年，目前業(yè)內稀缺的可以提供高性能CPU、高性能獨立顯卡GPU、主板芯片組三大組件的半導體企業(yè)。AMD營收97.6億美元，其中計算和圖形（包括CPU、GPU、APU等）業(yè)務營收64.3億美元，Q2AMD全球獨立GPU市場份額到達17%。2.GPU兩大應用場景：圖顯、計算2.1全球GPU市場規(guī)?？拷|美元全球GPU市場規(guī)模到達999.1億美元。3D圖像顯示、人工智能深度學習的需求支撐GPU市場持續(xù)增長，根據(jù)VerifiedMarketResearch數(shù)據(jù)，全球GPU市場規(guī)模到達999.1億美元，估計2028年到達1581.6億美元，CAGR為5.9%。測算中國大陸獨立GPU市場規(guī)模約235億美元。中國是全球GPU市場重要構成部分，Nvidia、AMD在中國大陸收入占比分別為23.3%、23.9%，我們假設中國大陸獨立GPU市場占全球23.5%，測算中國大陸獨立GPU市場規(guī)模約為235億美元。2.2PCGPU：全球出貨3.94億片PC（個人電腦）是GPU重要應用場景，根據(jù)JonPeddieResearch（JPR）數(shù)據(jù)，全球GPU出貨3.94億片，同比增長17.9%。2.3PCGPU：Nvidia和AMD占據(jù)獨立GPU市場Intel領導集成GPU市場。Intel（英特爾）是全球最大的CPU制造商，Q2占據(jù)全球77.5%的x86CPU市場，集成GPU集成在CPU中，Intel憑借CPU市場地位，占據(jù)全球PCGPU大部分市場。根據(jù)JPR數(shù)據(jù)，Q2Intel占據(jù)全球68.3%的PCGPU市場份額，Nvidia和AMD市場份額分別為15.2%、16.5%。Nvidia和AMD占據(jù)獨立GPU市場。在獨立GPU領域，Nvidia具有明顯的份額領先，Q2市占率到達83%。AMD收購ATI，放棄ATI品牌后推出AMDRadeon（鐳龍）獨立顯卡系列，Q2AMD獨立PCGPU市場份額17%。2.4AI服務器與加速芯片AI服務器：一般搭載GPU、FPGA、ASIC等加速芯片，運用CPU與加速芯片的組合可以滿足高吞吐量互聯(lián)的需求，為自然語言處理、計算機視覺、機器學習等AI應用場景提供強大的算力支持，支撐AI算法訓練和推理過程。AI加速芯片：由于CPU并不適合大規(guī)模并行計算，因此需要加速芯片執(zhí)行AI算法，目前AI加速芯片重要包括圖形處理器（graphicsprocessingunit，GPU）、現(xiàn)場可編程門陣列（field-programmablegatearray，F(xiàn)PGA）、專用集成電路（applicationspecificintegratedcircuits，ASIC）、神經(jīng)擬態(tài)芯片等。2.5GPU是AI服務器首選加速方案服務器是AI關鍵基礎設施。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，中國AI基礎設施市場規(guī)模為39.3億美元，同比增長26.8%，并將在2024年到達78.0億美元，其中服務器市場規(guī)模占AI基礎設施的87%以上，承擔著最為重要的角色?；ヂ?lián)網(wǎng)行業(yè)是AI服務器最大采購行業(yè)。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，上六個月，互聯(lián)網(wǎng)占整體加速計算服務器市場近60%的份額，同比增持超過100%；政府行業(yè)和服務業(yè)分別依次位居第二位和第三位。GPU服務器是AI加速方案首選。IDC估計中國GPU服務器占比91.9%左右的市場份額，是數(shù)據(jù)中心AI加速方案首選。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，中國GPU服務器市場規(guī)模到達20億美元，估計2024年將到達64億美元。2.6AI服務器一般配置多種GPU芯片GPU加速服務器可以提供優(yōu)秀的浮點計算能力，從容應對高實時、高并發(fā)的海量計算場景，例如深度學習、科學計算、3D動畫渲染、CAE等應用場景。3.NVIDIA：全球GPU巨頭3.1全球GPU巨頭Nvidia成立于1993年，1999年上市，市值近增長超過83倍，近6年增長超過49倍。截至11月5日，Nvidia總市值7438億美元，總市值美股排名第七，是目前全球市值最大的半導體企業(yè)。3.2三大原因推進地位提高技術革新、場景拓展、外延并購，Nvidia引領全球GPU發(fā)展。GPU架構：Nvidia堅持每2-3年推出一代新的GPU架構，持續(xù)保持技術領先，新的Ampere已經(jīng)采用7nm工藝；應用場景：從最初圖形處理到通用計算，再到AI深度學習和自動駕駛，Nvidia不停推進GPU應用場景的突破；外延并購：-Nvidia密集收購額多家企業(yè)，涵蓋顯卡、圖形處理、半導體等多種領域，宣布計劃收購ARM。3.3近年業(yè)績高速增長Nvidia產(chǎn)品重要分為兩大類：圖形處理、計算&網(wǎng)絡。下游市場包括游戲、專業(yè)可視化、數(shù)據(jù)中心、汽車四大類。Nvidia營收166.8億美元（yoy+52.7%），凈利潤43.3億美元（yoy+54.9%），其中圖形處理業(yè)務營收98.3億美元，計算&網(wǎng)絡業(yè)務營收68.4億美元。除去游戲市場需求波動導致業(yè)績下滑外，Nvidia近5年營收、利潤均保持較快增長。得益于基于Ampere架構新GPU產(chǎn)品帶動游戲業(yè)務高增，以及數(shù)據(jù)中心對算力需求旺盛，上六個月Nvidia營收、凈利潤迅速增長。3.4游戲是最大市場，數(shù)據(jù)中心市場增速較快Nvidia下游市場分為四類：游戲、專業(yè)可視化、數(shù)據(jù)中心、汽車，各市場重點產(chǎn)品如下：游戲：GeForceRTX/GTX系列GPU（PCs）、GeForceNOW（云游戲）、SHIELD（游戲主機）；專業(yè)可視化：Quadro/RTXGPU（企業(yè)工作站）；數(shù)據(jù)中心：基于GPU的計算平臺和系統(tǒng)，包括DGX（AI服務器）、HGX（超算）、EGX（邊緣計算）、AGX（自動設備）；汽車：NVIDIADRIVE計算平臺，包括AGXXavier（SoC芯片）、DRIVEAV（自動駕駛）、DRIVEIX（駕駛艙軟件）、Constellation（仿真軟件）。3.5計算業(yè)務驅動高成長計算業(yè)務是Nvidia成長的重要驅動力：數(shù)據(jù)中心已成規(guī)模，智能汽車將進入收獲期。在數(shù)據(jù)中心市場，Nvidia擁有芯片、硬件、硬件的全棧布局。得益于全球AI應用場景的迅速增長，對算力的需求飆升。是Nvidia成長最快的市場，營收到達約66.96億美元，近4年CAGR到達68.5%，遠高于游戲市場的17.6%。Nvidia數(shù)據(jù)中心市場營收占比已經(jīng)超過40%，估計未來仍將繼續(xù)提高。在智能汽車市場，Nvidia形成了全棧式自動駕駛處理方案。AGXXavier芯片于開始出貨，下一代自動駕駛芯片Orin計劃用于量產(chǎn)，算力將到達254TOPS，目前已經(jīng)獲得蔚來、理想、沃爾沃、奔馳等多種整車廠定點項目。我們認為高階自動駕駛汽車或將集中落地，Nvidia自動駕駛將進入收獲期。3.6中國大陸收入奉獻提高Nvidia中國大陸收入迅速增長。Nvidia來自中國大陸收入38.86億美元，同比增長42.3%，近4年CAGR到達31.4%，同期Nvidia整體營收CAGR為24.6%。Nvidia中國大陸收入占比呈上升趨勢。Nvidia中國大陸收入占比到達23.3%，相比于的18.9%提高4.4pct，上六個月Nvidia中國大陸收入占比25.6%，上升趨勢明顯。我們估計中國大陸占比仍將提高。圖顯業(yè)務層面，人均收入提高將帶動PC需求增長；計算業(yè)務層面，目前中國大陸在AI算法、應用層面具有領先優(yōu)勢，自動駕駛場景也將率先得到釋放。4.景嘉微：國產(chǎn)GPU領軍4.1國內唯一商用GPU企業(yè)景嘉微成立于，企業(yè)主營業(yè)務分為圖形顯控、小型專用化雷達、GPU芯片三類。其中圖顯、雷達產(chǎn)品重要面向軍用市場，GPU芯片產(chǎn)品包括JM5400、JM7200，其中JM5400重要應用于企業(yè)圖顯模塊中，JM7200成功拓展了民用和信創(chuàng)市場。9月，企業(yè)第三代GPU芯片JM9成功流片，目前正在進行性能測試。4.2兩個系列、三款GPU量產(chǎn)應用景嘉微已完畢兩個系列、三款GPU芯片量產(chǎn)應用。第一代GPU產(chǎn)品JM5400于流片成功，重要支撐軍用裝備，已在國產(chǎn)軍用飛機上實現(xiàn)了對ATIM9、M54、M72等芯片的替代；第二代產(chǎn)品JM7200于8月流片成功，性能與Nvidia的GT640顯卡相近。在JM7200基礎上，企業(yè)又推出能耗更低的JM7201，成功進入民用領域。4.3JM7200已在信創(chuàng)市場批量落地目前JM7200已完畢與國內重要的CPU和操作系統(tǒng)廠商的適配工作，與長城、聯(lián)想、同方等十余家國內重要計算機整機廠商建立合作關系并進行產(chǎn)品測試，成功進入商用領域。JM7201是JM7200針對民用市場的升級，在保證性能基礎上減少能耗。11月，景嘉微全資子企業(yè)長沙景美與湖南長城科技信息有限企業(yè)簽訂了《戰(zhàn)略合作協(xié)議》，根據(jù)協(xié)議，湖南長城擬采購10萬套基于JM7200芯片的國產(chǎn)圖形顯卡；3月，景嘉微全資子企業(yè)長沙景美與北京神州數(shù)碼有限企業(yè)簽訂《采購合作框架協(xié)議》，神州數(shù)碼以景嘉微“大陸地區(qū)經(jīng)銷商”名義代理企業(yè)GPU及顯卡產(chǎn)品。估計JM9271系列芯片性能到達GT