GPU市場空間及發(fā)展趨勢分析

GPU市場空間及發(fā)展趨勢分析

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)了頂點級可編程性,同時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,特別是CUDA等編程環(huán)境的出現(xiàn),使GPU通用計算編程的復(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已演化為一個新型可編程高性能并行計算資源.全面開啟GPU面向通用計算的新時代已到來.

（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：第一個維度是按照接入類型,可以分為集成GPU和獨立GPU,集成GPU將圖形核心以單獨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,而獨立GPU擁有單獨的圖形核心和獨立的顯存,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,既有獨立也有集成,而服務(wù)器GPU是專為計算加速或深度學(xué)習(xí)應(yīng)用的獨立GPU,移動GPU用于移動端,一般都是集GPU分類及代表產(chǎn)品

（二）、獨立GPU呈現(xiàn)兩強爭霸格局：

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)了獨立GPU領(lǐng)域的兩強爭霸格局.

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)了獨立顯卡全部的市場份額.2010到2014年,英偉達占據(jù)獨顯市場60%左右,AMD占據(jù)40%.在2014年-2016年.AMD獨顯市場份額一度跌倒20%.從2018年四個季度占比來看,NVIDIA目前在獨立顯卡領(lǐng)域處于絕對領(lǐng)先地位.2018年獨顯市場份額（GPU）

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顯核心做在一個晶片上,它同時具有高性能處理器和最新獨立顯卡的處理性能,支持DX11游戲和最新應(yīng)用的“加速運算”,大幅提升了電腦運行效率.在整個顯卡市場,因為Intel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70%.2018Q1中國GPU市場份額占比

2018Q2中國GPU市場份額占比

（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

人工智能的飛速發(fā)展,需要強大的算力作為支撐,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則自然而然的進入了人們的視野.

AI芯片發(fā)展迅猛,GPU份額或達三分之一：智能芯片算力的提升是實現(xiàn)人工智能的“基礎(chǔ)保障”.無論是算法的實現(xiàn)、海量數(shù)據(jù)的獲取和存儲,還是計算能力的體現(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%的飛速率.與此同時,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)特點不同,各有適用的應(yīng)用場景：GPU芯片集成大量計算單元和飛速內(nèi)存,通用性較強且適合大規(guī)模并行計算任務(wù),能顯著縮減數(shù)據(jù)的訓(xùn)練時長,但高能耗引發(fā)散熱問題以及高售價限制,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.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具備更強優(yōu)勢,但人工智能算法仍處于快速演進階段,定制化ASIC開發(fā)周期長、面臨風(fēng)險高.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)運算,并行計算效率低,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芯片種類CPUGPUFPGAASIC芯片架構(gòu)70%為緩存和控制單元，30%為計算單元疊加大量計算單元和高速內(nèi)存，邏輯控制單元簡單具備可重構(gòu)數(shù)字門電路和存儲器，根據(jù)應(yīng)用定制電路結(jié)構(gòu)可根據(jù)特點領(lǐng)域應(yīng)用和特定算法定制擅長領(lǐng)域邏輯控制、串行運算等通用計算3D圖像處理、密集型并行運算算法更新頻繁或市場規(guī)模較小的專用領(lǐng)域市場需求量大的專用領(lǐng)域優(yōu)點擅長復(fù)雜度高的串行計算并行運算能力強高性能、架構(gòu)靈活專用性強，高性能、功耗低、量產(chǎn)成本低缺點延遲嚴重、計算效率低、散熱高價格貴、功耗散熱高編程門檻高、峰值性能不如GPU開發(fā)周期長，上市速度慢，風(fēng)險極大

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、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,中國企業(yè)快速跟進,并在部分領(lǐng)域取得一定進展.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個席位,中國公司占據(jù)7個席位,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、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、芯原及地平線機器人.國內(nèi)外代表AI芯片企業(yè)排名企業(yè)國家/地區(qū)代表性AI芯片組AI芯片研究領(lǐng)域1NVIDIA美國Titan系列、Tesla系列、DRIVE系列、Jetson系列針對PC、數(shù)據(jù)中心、自動駕駛、機器人等領(lǐng)域的AI芯片2Intel美國NirvanaNNP系列、MyriadⅩVPU深度學(xué)習(xí)專用硬件及計算機視覺芯片3NXP荷蘭i.MX系列處理器汽車電子及AI物聯(lián)網(wǎng)芯片4IBM美國TrueNorth芯片模仿人類大腦神經(jīng)元芯片5AMD美國RadeonInstinct系列芯片、VegaGPU芯片深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速芯片12華為深思中國麒麟970芯片智能手機芯片21瑞芯微中國PK3399Pro處理器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器22寒武紀中國1A/1H/1M終端處理器IP深度學(xué)習(xí)專用處理器23芯原中國VIP8000處理器AI視覺處理器24地平線機器人中國征程、旭日系列處理器自動駕駛、人臉圖像辨識等專用領(lǐng)域AI視覺芯片

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)項目發(fā)審委會議準備工作的函>相關(guān)問題落實情況的說明中披露,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的性能可達到2016年中低端產(chǎn)品水平,而JM9271的性能不輸GTX1080顯卡,可達到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,便攜式計算機、中低端的游戲機、高端嵌入式系統(tǒng)等消費電子領(lǐng)域和人工智能、安防監(jiān)控、語音識別、深度學(xué)習(xí)、

云計算等高端應(yīng)用領(lǐng)域.

2018年中國GPU服務(wù)器市場量價齊升,出貨量和銷售額均實現(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)器和邊緣計算服務(wù)器等面向特定工作負載的細分服務(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年這些細分市場仍將是市場的熱點.2018年中國GPU服務(wù)器廠商市場份額

二、盈利預(yù)測與估值水平相關(guān)上市公司估值比較證券代碼證券簡稱最新股價總市值流通市值2019EPS2020EPS2021EPS2019PE2020PE2021PE600562.SH國?？萍?5.8498.5849.630.250.300.3662.7153.6843.77600990.SH四創(chuàng)電子45.2071.9536.321.742.032.3725.9922.2319.09002414.SZ高德紅外17.77166.4051.270.250.320.4171.9154.9043.21300101.SZ振芯科技10.9361.1441.420.090.140.21121.9979.9051.00002402.SZ和而泰8.8375.5354.430.380.520.7123.3417.1012.51002049.SZ紫光國微45.11273.74168.410.650.770.9469.4758.2147.74平均值-23.95124.5666.910.560.680.8362.5747.6736.22中位數(shù)-27.02167.44102.370.911.091.2972.6648.5031.76300474.SZ景嘉微40.28121.4132.700.650.861.10624737

三、GPU行業(yè)發(fā)展趨勢分析

（一）、中國GPU行業(yè)發(fā)展空間分析

1、中國重視信息安全,自主化發(fā)展初有成效

中國在網(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.中國在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展中引進了很多外國先進設(shè)備,技術(shù)依賴進口,軟硬件“后門”的風(fēng)險不容忽視.2008年微軟“黑屏”事件、2010年震網(wǎng)病毒、2013年棱鏡門事件、2014年蘋果手機后門事件、2017年英特爾CPU預(yù)置管理引擎模塊被證實存在,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)險已是確鑿事實.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)品依賴進口.一旦國外封鎖核心技術(shù)或者禁售關(guān)鍵產(chǎn)品,中國信息技術(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)列入出口管制實體清單,對中國企業(yè)、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了阻力.近年來信息安全、美國禁售代表事件信息安全美國禁售2008微軟“黑屏”事件2015年4月，美國商務(wù)部禁止向中國出口與超算機相關(guān)芯片產(chǎn)品2010年震網(wǎng)病毒2016年3月，美國商務(wù)部對中興通訊采取限制出口措施2013年棱鏡門事件2018年4月，美國商務(wù)部重啟對中興的制裁和出口禁令2014年蘋果手機后門事件2018年8月，美國商務(wù)部將44家中國企業(yè)列入出口管制實體清2017年英特爾CPU預(yù)置管理引擎模塊被證實存在2018年10月，對福建晉華實施禁售令

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

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CPU（產(chǎn)品架構(gòu)）操作系統(tǒng)（代表系統(tǒng)）GPU（代表產(chǎn)品）龍芯（MIPS）中標(biāo)軟件（中標(biāo)麒麟）-飛騰（ARM）天津麒麟（銀河麒麟）-申威（ALPHA）CCN（優(yōu)麒麟）景嘉微（JM7200）兆芯（×86）深之度（Deepin）-

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,還可以用于臺式計算機、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自主可控計算機大會"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,可實現(xiàn)3D圖像處理,預(yù)計2019年將會先以模塊形式小批量供貨.國產(chǎn)GPU指標(biāo)對比指標(biāo)JM5400JM7200JM9271SG6931JARIG12廠商景嘉微景嘉微景嘉微長沙韶光中船重工716所時鐘頻率內(nèi)核時鐘頻率最大550MHz，存儲器時鐘頻率最大800MHz內(nèi)核時鐘頻率最大1200MHz（支持動態(tài)調(diào)頻）；存儲器時鐘頻率最大1066MHz內(nèi)核時鐘頻率≥1800MHz————主機接口PCI2.3規(guī)范，33/66MHzPCIE2.0x16PCIE4.0x16—PCIE3.0適用領(lǐng)域軍用民用民用軍用軍用發(fā)布時間20142018預(yù)計20202018—

2、受益國產(chǎn)替代化,市場空間有望進一步釋放

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年中國核高基項目啟動,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年計算機系統(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、Oracle數(shù)據(jù)庫、EMC存儲）完成,誕生銀行業(yè)第一個中大型自主產(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,如果中國政府辦公電腦替換成國產(chǎn)電腦,則市場空間巨大.2018底,中國公務(wù)員720萬人左右,事業(yè)單