GPU市場分析:全球視野下的競爭格局與未來發(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始出現(xiàn)，它具備四位向量的浮點運算功能，可以完成圖形渲染過程中的矩陣、裁剪、投影等運算，標志著計算機圖形學(xué)進入以圖形處理器為主導(dǎo)的階段。隨著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(zhuǎn)移。隨著時間進入上世紀90 年代，如今GPU 的王者英偉達進入個人電腦3D 市場，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(xiàn)。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 可以獨立進行三維頂點的空間坐標變換，從而將CPU 從繁重的光照計算中解放出來。這意味著，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 在市場競爭中獲得了較大的優(yōu)勢，并且其市占率也持續(xù)提升。

當今全球GPU市場分析

目前，全球局勢動蕩，前幾年新冠疫情席卷全球，整個世界逐漸轉(zhuǎn)入“線上”模式，隨著家用電腦需求量的增加和因疫情等原因帶來的芯片緊缺，加之中美沖突，當下北約內(nèi)部矛盾，一度激化上演全武行至今也不見降溫跡象。再到如今的后疫情時代，大語言模型AI 的火爆，加之汽車智能化浪潮和智能駕駛對于AI 算力的需求，一下子就把GPU 推到了世界半導(dǎo)體硬件的舞臺中央。

就當下而言，GPU 應(yīng)用市場可劃分為三大應(yīng)用領(lǐng)域分別為：PC 市場（游戲）、AI& 數(shù)據(jù)中心和智能汽車。

首先，我們先來看看GPU 的主戰(zhàn)場，也就是PC領(lǐng)域。

根據(jù)Jon Peddie Research 的數(shù)據(jù)，2023 年的整體出貨量包括NVIDIA、AMD 和英特爾的出貨量都呈現(xiàn)大幅下降的情況。根據(jù)該報告，2023 年第一季GPU的總出貨量達到了630 萬片，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 市場規(guī)模達到了6160 萬美元，但同比下降了驚人的23%。究其原因，筆者認為一是后疫情時代消費者普遍預(yù)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(yù)算型市場的游戲玩家，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，但在性價比明顯不佳情況下，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 市場樂觀的預(yù)測：2022 年至2026 年期間，PC 用GPU 的復(fù)合年增長率將穩(wěn)定在3.70%，并有望在2026年年末達到總規(guī)模2998 萬片。與此同時，JPR 認為PC用獨立顯卡(DGPU) 的滲透率有望增長到32%，為市場帶來新的發(fā)展契機。

其次，我再來關(guān)注一下GPU 擁有巨大潛力的市場，那便是2023 年初被推上風(fēng)口的AI& 數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域。

在數(shù)據(jù)中心，GPU 被廣泛應(yīng)用于人工智能的訓(xùn)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言模型AI 的涌現(xiàn)，其展現(xiàn)出了高度的擬人化和智能化，背后離不開利用GPU 進行的海量基礎(chǔ)訓(xùn)練，自GPT-3 模型推出后，大規(guī)模自然語言模型進入了擁有千億個參數(shù)的時代。在2021 年之后，出現(xiàn)了許多達到千億級別的自然語言模型，這些模型的訓(xùn)練算力顯著增加。例如，ChatGPT 模型擁有1.75億個參數(shù)，其訓(xùn)練所需的算力為3.14x10^23 次浮點運算。當前，各種預(yù)訓(xùn)練語言模型仍在不斷快速更新和迭代，不斷刷新自然語言處理任務(wù)的最佳表現(xiàn)記錄。同時，單個模型的訓(xùn)練算力需求也不斷創(chuàng)新高。以ChatGPT的訓(xùn)練為例，單次模型訓(xùn)練就可能需要超過2000 張英偉達A100 顯卡持續(xù)不斷地訓(xùn)練27 天。不僅如此，大模型的日常運行中每一次用戶調(diào)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)每日吸引的訪客數(shù)量接近5000 萬，每小時平均訪問人數(shù)約為210 萬人。在高峰時期，同時在線人數(shù)達到450 萬人。假設(shè)每個人在一小時內(nèi)提問8 個問題，每個問題的回答長度為200 個字，那么需要使用14,000 塊英偉達A100 芯片來提供日常算力支持。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)過程中，其AI 芯片需求將得到進一步的顯著拉動。

圖 大模型時代人工智能算力需求顯著提升

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2023 年全球AI 芯片市場規(guī)模達到了1500 億美元，預(yù)計到2028 年將達到2500 億美元。全球范圍內(nèi)，企業(yè)在人工智能市場的技術(shù)投資從2019年的612.4 億美元增長至2021 年的924.0 億美元，2022年同比增長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(shù)字化轉(zhuǎn)型（DX）支出整體增幅。

在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，則是GPU 市場保持持續(xù)增長的另一個強勁支柱，根據(jù)Omdia 數(shù)據(jù)，2019 年全球人工智能服務(wù)器市場規(guī)模為23 億美金，2026 年將達到376億美金，CAGR 為49%。而根據(jù)IDC 的數(shù)據(jù)顯示，2020 年中國數(shù)據(jù)中心用于人工智能推理的芯片的市場份額已經(jīng)超過50%，預(yù)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，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。而就目前來看，GPU 憑借其出色的深度學(xué)習(xí)能力、并行計算能力還有其不俗的通用性，在數(shù)據(jù)中心加速芯片市場中占比一騎絕塵，超過90% 的AI 服務(wù)器將GPU 作為了加速芯片。因此相關(guān)數(shù)據(jù)指出，在2026 年AI 服務(wù)器市場規(guī)模將達到376 億美元，隨著AI 服務(wù)器迅速增長GPU 在這一部分市場也將迎來需求的大爆發(fā)。

圖 全球人工智能芯片市場規(guī)模（億美元）

最后，我們來看一下GPU 在汽車電子中的應(yīng)用情況。

在如今新能源汽車崛起高速增長的今天，隨著汽車智能化浪潮的到來，自動駕駛和智能座艙是最具有發(fā)展前景的兩個方向。

在自動駕駛領(lǐng)域，使用的芯片不計其數(shù)，各個類型的芯片都有涉及，根據(jù)Yole 數(shù)據(jù)，全球自動駕駛市場2025 年將達到780 億美金，其中用于自動駕駛的AI 芯片超過100 億美元。在這之中GPU 在自動駕駛的滲透率隨著自動駕駛的等級的提升而提升。根據(jù)ICVTank的自動駕駛滲透數(shù)據(jù)：假設(shè)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 在自動駕駛領(lǐng)域的市場規(guī)模。整體規(guī)模預(yù)計將從2020 年的7.1 億美元增長到2025 年的44 億美元，年復(fù)合增長率為44%。

在智能座艙領(lǐng)域，獨立GPU 往往不會被應(yīng)用，往往是以SoC 的形式以集成GPU 的形態(tài)被應(yīng)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無可替代且越來越重要的優(yōu)勢。

國內(nèi)外GPU相關(guān)企業(yè)概況

談到GPU 方面的市場份額，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 市場上，根據(jù) Jon Peddie Research 調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2023 年第一季度，全球桌面級顯卡銷量約為 630 萬塊，其中英偉達顯卡銷量約為 529 萬張，以 84% 的市場份額占據(jù)領(lǐng)先地位，此外銷 量位居前三的 GPU 供應(yīng)商還包括 AMD 及Intel，其銷量分別為 76 萬張、25 萬張。而國內(nèi)方面在則在消費級獨立GPU 上起步較晚，我國國產(chǎn)GPU 廠商市場份額普遍較小，但也不乏如芯動科技、摩爾線程等勇于挑戰(zhàn)國外廠商壟斷地位的國內(nèi)GPU 新興廠商，未來隨著國內(nèi)數(shù)據(jù)中心、智能駕駛及終端側(cè) GPU 市場需求的提升，國產(chǎn) GPU 市場份額有望實現(xiàn)滲透。

而在盈利能力方面，英偉達憑借其絕對的絕對的市場地位遙遙領(lǐng)先，根據(jù)權(quán)威機構(gòu)Jon Peddie ResearchGPU 市場統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2023 年第二季度英偉達以68% 的PC 顯卡市場份額位居市場第一。于此相對，2024 財年第二季度游戲業(yè)務(wù)實現(xiàn)了24.9 億美元的營收，同比增長了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%，營業(yè)利潤2.25億美元的成績緊隨其后。

在數(shù)據(jù)中心市場，英偉達依舊是處于領(lǐng)導(dǎo)地位，根據(jù)研究機構(gòu)TrendForce 的預(yù)測，目前數(shù)據(jù)中心市場上，英偉達的GPU 已成為主流芯片，市場份額約占60-70%。而國內(nèi)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(nèi)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，但是依舊未來可期。

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

在智能駕駛領(lǐng)域，國內(nèi)大多數(shù)智能駕駛車型選用英偉達產(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。在市場結(jié)構(gòu)方面，2023 年上半年，中國市場乘用車自動駕駛計算方案市場份額中，英偉達以52.57%的份額位居第一，地平線占據(jù)30.71% 的市場份額位居第二，華為海思占據(jù)4.05% 的市場份額。

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

結(jié)語

就目前的GPU 市場而言，英偉達在市場中并且自己多年的技術(shù)積累大殺四方，占據(jù)了絕對的領(lǐng)導(dǎo)地位（80% 以上的市場份額），而AMD 和重新歸來的英特爾在其后瓜分剩下的一點市場份額。而國內(nèi)GPU 廠商則是剛剛起步，正在完成從0 到1 的突破階段，總體來看還有很長的路要走。但是在諸如智能駕駛等國內(nèi)重點發(fā)展的領(lǐng)域也能從英偉達口中分得一點

（本文來源于EEPW 2023年10月期）