剛結(jié)束的2021年架構(gòu)日，處理器龍頭英特爾公布全新獨(dú)立顯卡架構(gòu)Xe-HPG。新架構(gòu)首批GPU將采用臺積電N6制程，2022年第一季上市。這也是英特爾1998年發(fā)表i740以來，20多年后再次踏入獨(dú)立GPU市場。由于英特爾加入，獨(dú)立GPU市場再次形成三國鼎立局面，圖形、圖像到AI和高性能計算，技術(shù)競爭和市場爭奪將全面升級。

近期GPU市場行情看漲，研究公司Jon Peddie Research報告顯示，2021年第一季度全球GPU出貨量達(dá)1.19億顆，較2020年同期成長38.78%。英特爾整體GPU出貨達(dá)68%市占率，但獨(dú)立GPU方面，英偉達(dá)仍以81%市占率遙遙領(lǐng)先，AMD以19%市占率排名第二。Jon Peddie Research預(yù)期，獨(dú)立GPU出貨量還將繼續(xù)攀升，到2025年將占整體GPU市場26%。

因獨(dú)立GPU用途廣泛，成為大芯片市場應(yīng)用佼佼者，架構(gòu)和制程技術(shù)都達(dá)產(chǎn)業(yè)頂峰。英偉達(dá)2020年消費(fèi)市場旗艦級GeForce RTX30系列GPU，采用三星8納米制程，RTX3080和RTX3090包含的晶體管數(shù)目達(dá)280億個。競爭對手AMD RX6000系列采用臺積電7納米制程，晶體管數(shù)目也達(dá)268億個。

因頂尖制程和龐大晶體管數(shù)目是因應(yīng)越來越復(fù)雜的芯片架構(gòu)。以英偉達(dá)安培（Ampere）架構(gòu)為例，運(yùn)算部分包括串流處理器（Stream Processor，SP）、紋理映射單元（Texture mapping unit，TMU）、深度學(xué)習(xí)單元（Tensor Core）、光線追蹤單元（RT Cores）、光柵化處理單元（ROPs）等。GPU帶入AI領(lǐng)域的是深度學(xué)習(xí)單元，用于實(shí)時深度學(xué)習(xí)、大型矩陣運(yùn)算和深度學(xué)習(xí)超級采樣等作業(yè)，將GPU性能和作用完全提升，從圖形處理器升級成計算處理器。

為了追求性能，獨(dú)立GPU的競爭演化成架構(gòu)比拼。英偉達(dá)2020年推出安培架構(gòu)，AMD回應(yīng)RDNA 2架構(gòu)，RX6000性能可與RTX30一較高下。這次英特爾加入戰(zhàn)局也是有備而來，Xe架構(gòu)經(jīng)過多年發(fā)展，不但具備最流行的各種元素，還使用臺積電6納米制程，完全有實(shí)力與英偉達(dá)和AMD一較高下。仍有市場人士指出，英特爾還是基因?yàn)镃PU的企業(yè)，GPU運(yùn)作仍需配合CPU。整體來說，處理好CPU和GPU的發(fā)展沖突，將是英特爾未來的挑戰(zhàn)。

時間回到2012年，多倫多大學(xué)創(chuàng)建能從100萬樣本自動學(xué)習(xí)識別圖像的Alex Net深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，僅用兩個NVIDIA GTX580 GPU訓(xùn)練數(shù)天，就贏得當(dāng)年Image Net競賽，擊敗磨練幾十年的人類專家算法。業(yè)界認(rèn)識深度學(xué)習(xí)的強(qiáng)大后，斯坦福大學(xué)就與英偉達(dá)研究室合作開發(fā)使用大規(guī)模GPU計算系統(tǒng)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)的方法，從此揭開深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，一舉奠定GPU在AI領(lǐng)域的地位。

GPU能用于人工智能與深度學(xué)習(xí)，因提供多個平行運(yùn)算基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，且核心數(shù)較多，可平行運(yùn)算大量數(shù)據(jù)，還擁有快速儲存速度和高浮點(diǎn)運(yùn)算能力，使GPU完美契合AI計算需求，GPU仍是AI訓(xùn)練階段較適合的芯片。據(jù)統(tǒng)計，GPU在AI時代的云端訓(xùn)練芯片仍占高達(dá)64%。雖然隨著FPGA及ASIC技術(shù)突破，GPU市占率有些下降，仍是云端訓(xùn)練市場占比最大的芯片種類，2019~2021年年復(fù)合成長率達(dá)40%。

憑著GPU在數(shù)據(jù)中心的優(yōu)異表現(xiàn)，英偉達(dá)業(yè)績也一路走高。今年第一季數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)營收達(dá)20.5億美元，創(chuàng)歷史紀(jì)錄，與2020年同期相比成長達(dá)79%，與上一季相比也成長8%，占總營收比重36%。發(fā)展較晚的AMD也奮起直追，執(zhí)行長蘇姿豐說今年第二季數(shù)據(jù)中心GPU營收較2020年同期成長一倍多。有出色營收表現(xiàn)要?dú)w功于Instinct加速器部署增加，還有CDNA2架構(gòu)最新數(shù)據(jù)中心顯卡首次出貨。

英特爾最新數(shù)據(jù)中心GPU Ponte Vecchio日前發(fā)表，擁有1000億顆晶體管的SoC也創(chuàng)下英特爾紀(jì)錄。Ponte Vecchio采用Xe-HPC微架構(gòu)，由多個復(fù)雜設(shè)計組成，以單元形式呈現(xiàn)，然后嵌入式多芯片互連橋接單元單元組裝，達(dá)成單元低功耗、高速連接效能。設(shè)計均集成于Foveros封裝，為提高功率和互連密度形成有源芯片的3D堆棧。

市場人士表示，ASIC和FPGA都在與GPU競爭時，英特爾選擇發(fā)展GPU，說明GPU可能還是通用AI的最好選擇。這顆巨大芯片也可看作反擊英偉達(dá)數(shù)據(jù)中心CPU，雙方都建立CPU+GPU布局，準(zhǔn)備面對面對決。英特爾還在發(fā)展oneAPI計劃，成為英偉達(dá)CUDA的強(qiáng)大競爭對手，因范圍不僅限GPU，涵蓋CPU和所有處理器。

就英偉達(dá)、AMD、英特爾布局看來，盡管獨(dú)立GPU不能完全取代CPU，但成為數(shù)據(jù)中心非常關(guān)鍵的一環(huán)。全球三大芯片廠商都力攻此領(lǐng)域，GPU三國志未來可能連番上演。

封面圖片來源：拍信網(wǎng)