GPU硬件結構精密復雜，是長期技術演進的結果。高級圖形處理步驟較多，包括頂點處理、光柵化、紋理貼圖等步驟，給予支持的是底層精密復雜的硬件結構。以2018年英偉達推出的Turing架構為例，其包含4608個CUDA Core（普通運算單元，包含1個INT32單元和1個FP32單元），576個Tensor Core（深度學習矩陣運算單元），72個RT Core（光追單元）等細微構成，相互協同工作。英偉達硬件架構每兩年升級一次，從英偉達2010年正式推出第一個完整的GPU計算架構Fermi以來，已經迭代5次，每一次都是對硬件的升級與改進。

算法與生態是GPU的軟實力。GPU圖形渲染需要用到計算圖形學，計算圖形學是一門復雜的學科，涉及數學、物理等多種知識。模擬真實世界是十分困難的，樹葉抖動、頭發絲被風吹起、水波蕩漾這樣看似平常的場景，在計算機上實現的背后是大量的圖形算法。軟件生態是GPU廠商的重要競爭屏障。一方面，英偉達與行業伙伴形成商業合作或者互相授權；另一方面，英偉達推出供軟件開發人員使用的CUDA平臺，形成開發人員社區生態，截至2020年，CUDA已經成為全球高級圖形處理和AI計算的權威，影響力堪比IOS，助力英偉達成為全球GPU龍頭。

圖形處理比AI計算技術壁壘更高。功能上，圖形處理和AI計算本質上都是并行計算，但是圖形處理多了圖形處理相關模塊，AI計算可以比作圖形處理的“刪減版”。算法上，圖形處理算法涉及模擬真實物理世界，需要考慮物理、數學等多種問題。GPU比FPGA和ASIC技術更難。功能上，GPU兼具圖形顯示與AI計算，性能更強。算力上，GPU內核算力更強，GPU做圖形渲染需要雙浮點精度，而僅用于AI計算的FPGA和ASIC最多只需要單浮點精度。

Intel二十多年多次研發GPU，仍未成功。英特爾最早的GPU研發可以追溯到1997年，英特爾通過收購C&；T獲得了2D顯示核心技術，3D技術源于擁有20％股權的Real3D。1998年，依靠Real3D的技術，英特爾推出了第一款獨立GPU i740，但后續因為研發結果不理想等原因，Intel未再繼續研發獨立GPU。2007年，看到英偉達開啟GPGPU戰略、推出CUDA，英特爾為保持優勢，計劃重新推出獨立GPU產品Larrabee，但由于研發進度不及預期、性能不佳等原因，Intel于2010年5月宣布取消獨立GPU研發計劃。2020年，Intel又推出了全新的獨立GPU架構Xe，但直到2021年10月，Intel仍未推出自己消費級的獨立GPU產品。

GPU技術壁壘極高，國產化之路道阻且長。GPU設計是一項系統工程，包含硬件架構、算法、軟件生態等多個組成，缺一不可，壁壘極高，CPU巨頭Intel近二十年多次嘗試踏足高端GPU領域，皆未成功。相對于FPGA和ASIC，不論是從功能上，還是硬件上，GPU設計難度都更高。GPU的自主研發之路是艱難且漫長的，由于沒有像ARM一樣的第三方IP授權廠商，GPU設計商必須完全自主研發，從零做起，難度較大。

去年底，本土高端IP和芯片定制企業芯動科技發布了國內首款國產高性能4K級顯卡GPU芯片——“風華1號”，基于芯動自主研發的全套高端IP，風華1號可以說首次實現了高性能、全國產，”是一顆“真正”的高端國產GPU芯片。芯動科技也被盛贊為“中國版的英偉達”。

作為中國一站式IP和芯片定制及GPU領軍企業，芯動科技16年來已為各國產半導體代工廠和300家全球知名客戶提供頂尖IP和芯片定制，協助了包括瑞芯微、君正、微軟、AMD、亞馬遜等知名公司各種芯片量產，而且所有技術自研可控，能持續迭代，不斷超越。逾50億顆先進SoC芯片成功推向市場的背后，比如大家每天用的軌道交通身份證識別和全球頂級示波器，都有用到芯動科技的IP技術。不僅如此，芯動科技還是TSMC 2021全球研討會認可的唯一大陸合作伙伴，技術和量產積累十分深厚。在為各合作伙伴提供IP和芯片定制期間，芯動科技積累了GPU所需要的全套高端IP、圖形芯片內核定制技術和先進工藝經驗，形成了從工藝到設計，到器件，到量產，到封裝，到整機的完整芯片設計驗證條流程。這為“風華1號”GPU芯片的研發奠定了穩固的基礎。

據悉，“風華1號”集成了GDDR6/6X、PCIe 4、Chiplet Innolink、HDMI 2.1 、Display port 、VDAC、PLL、TV Sensor、PUF等高端自研IP技術，IP全自主研發，遠高于友商。其中，GDDR6/6X、Chiplet Innolink均為GPU業內頂尖技術，尤其GDDR6X顯存技術研發難度極高，目前全球只有英偉達和芯動科技兩家擁有。單從算力對標的話，采用“風華1號”雙芯片的顯卡可對標英偉達T4系列產品，已然是國內高性能GPU領航產品。

在半導體供應鏈面臨不確定風險的產業環境下，芯動科技瞄準高速成長的高清畫質云渲染和元宇宙需求，推出的“風華1號”正當其時，填補了國產4K級桌面顯卡和服務器顯卡兩大空白，為國產新基建5G數據中心、桌面、元宇宙、云游戲、云桌面等千億級產業提供了有力支持，值得國產半導體產業為其喝彩。同時，我們也該注意到，羅馬不是一天建成的，發展中的中國GPU產業和國際巨頭之間仍有不小的差距。芯動科技選擇的是既充滿機遇、又充滿挑戰的GPU市場，未來國產GPU生態的長期發展也需要國產GPU產業鏈企業的持續支持。相信在經年累月、腳踏實地的潛心研發后，國產GPU技術定能守得云開見月明。

審核編輯：符乾江