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原标题:芯片帝国架构:英伟达GPU独占风骚,英特尔掉队

浏览次数:149 时间:2020-04-07

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CPU、GPU、FPGA、英特尔、英伟达、赛灵思等等随着深度学习带来的AI的兴起,芯片领域最近可谓是风起云涌,一个个科技名词走进公众视野,成为网红。AI创企也在不断吸金,用芯片燃烧着一个又一个神话;与此同时,老牌芯片厂商,英伟达、赛灵思也在不断被挑战的同时,续写自己的辉煌。

放弃移动智能手机市场的英伟达撞上了人工智能(Artificial Intelligence,AI),焕发了生命第二春。

芯片,作为高端制造业的“皇冠明珠”,在不断变小、改变架构的同时,不断凝缩着新的科技结晶,逐渐构建出更庞大、更精致的科技帝国。

近日,英伟达发布了2017年第一季度的财报,数据显示英伟达实现营收19.4亿美元,同比增长48%,净利润5.07亿美元,同比增长144%。其中,游戏业务、数据中心业务和汽车业务实现了全方位增长,而且数据中心业务和汽车业务均打败分析师的预计值。受此利好消息,英伟达股价应声上涨了14.2%,涨到了117.57美元。

亿欧推出“芯片帝国”系列分析稿件,从芯片的核心架构、应用场景、国内外主要玩家和下游晶圆代工厂等方面呈现芯片业的产业图景。当前AI芯片主要分为GPU、FPGA、ASIC及类脑芯片等。以下为第一篇架构篇,从通用芯片CPU及它的创始者英特尔说起,梳理AI浪潮下不同的芯片架构,及它们所构筑的科技帝国。

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英特尔和CPU:开山鼻祖,集成通用芯片、PC界老大

英伟达撞上了人工智能

芯片中,最令人熟悉的恐怕是中央处理器CPU了。作为一种超大规模的集成通用芯片,CPU可完成多种不同种类的任务,在PC世界里起着大脑的作用。而CPU的诞生也开始了PC时代的巨头——英特尔的辉煌历史。

英伟达的财报中表现最抢眼的莫过于数据中心业务。在今年第一季度,英伟达数据中心业务的营收增长了一倍以上,增长到了4.09亿美元,轻松击败了分析师预期的3.182亿美元。

英特尔是主要以研制CPU处理器的巨头,全球最大的个人计算机零件和CPU制造商,1971年,英特尔推出了全球第一个微处理器,它引发的微处理器所带来的计算机和互联网革命,可以说改变了整个世界。

“现在,全世界各大互联网和云服务提供商都在使用英伟达的GPU芯片。”英伟达首席财务官科莱特-克雷斯周二在财报电话会议结束后说。

但CPU虽统治了PC时代,随着人工智能兴起,传统的CPU算力不足这一问题便越来越突出,尤其基于CPU的传统计算架构无法满足人工智能并行计算的需求。AI所需的深度学习需要很高的内在并行度、大量浮点计算能力以及矩阵运算,因此在通用芯片之下,需发展适合人工智能架构的专属芯片。这也带来了英特尔地位的下降。

这句话说的没错。目前,人工智能成为企业战略布局的制高点。无论是科技巨头,如Google、IBM、Microsoft、Facebook、Amazon、百度、阿里、腾讯等,还是创业公司,都积极布局人工智能,英伟达的人工智能芯片成为业内首选。

不过在更早时候,即移动互联网大潮袭来时,CPU巨头英特尔的劣势就已开始显现了。英特尔在移动端不敌来自生产ARM芯片的ARM公司,目前世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构。

众所众知,人工智能的训练和运行需要大量的并行计算,传统的CPU在并行计算方面并没有优势。神奇的是,英伟达之前常作为显卡的“心脏”而出现的GPU图形处理器技术,居然可以神奇地为当前人工智能领域的研究热点——深度学习——所利用。

再加上英伟达GPU在数据中心业务的竞争,2010年还占据整个半导体芯片市场80%多份额的英特尔,到2016年第二季度,仅占14.7%。

相比于CPU,GPU 具有数以千计的计算核心,强大、高效并行计算能力,可实现 10-100倍应用吞吐量,特别适合人工智能的海量数据训练。

为了在人工智能时代不落后其他科技公司,英特尔近年来通过收购一批在FPGA、ASIC等芯片领域的头部企业。在云端,2015年,英特尔收购全球第二大FPGA厂商Altera;在终端,2016年收购了研发高性能视觉处理芯片的Movidius;另外,英特尔2017年还收购了汽车领域的Mobileye,以此对抗英特尔在汽车领域的地位。

所以,英伟达人工智能芯片得到了厂商的青睐,包括社交网络Facebook、谷歌、IBM、微软、阿里巴巴集团、亚马逊AWS云服务都在使用英伟达的芯片。

不过,今年7月,英特尔交出的财报显示,其Q2营收为169.62亿美元,净利润50.06亿美元,同比增长78%。虽然营收、净利润增速不错,但基于CPU、FPGA的数据业务并未达到之前的预期,英特尔股价还是跌了。

市场对英伟达的看好,从英伟达一路上涨的股价能窥见一斑,英伟达的股价已经从16年年初的25美元上涨到130美元,一年多的时间翻了几乎5倍。

当然,英伟达虽然目前已有颓势,但CPU却也没有到马上要被替代的地步。

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CPU虽然计算能力稍差,但它是通用计算机的处理核心,处理各式各样的指令要求,所有部件也都要通过它互联互通,其有着复杂的逻辑控制单元和独特的指令翻译结构,这是其他芯片目前难以替代的。

科学技术的发展告诉我们,向淘金者卖水是一门好生意。比如PC机时代,给电脑提供处理器的英特尔,在经历40多年后仍然是半导体行业的龙头。再比如,竞争激烈的智能手机市场竞争激烈,手机厂商拼得你死我活,但给手机厂商提供芯片支持的高通,大发横财。所以,随着在人工智能领域淘金的人越来越多,向淘金者卖水的英伟达,前景值得期待。

并且,ARM架构的CPU芯片在手机和智能音箱等领域也是不可或缺的。所以唱衰CPU,还是为时过早的。

英伟达之所以被看好,在于英伟达处在人工智能最底层,扮演着给“淘金者供水”的角色。人工智能产业链大概可以分成三层,技术支撑层、基础应用层和方案集成层。无论是基础应用层中的语音识别、自然语言处理、计算机视觉,还是方案集成层的智慧产品,都离不开底层芯片的支持,英伟达的人工智能芯片是非常不错的选择。

英伟达和GPU:先发制人的“十项全能”选手,目前应用最广泛AI芯片

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CPU的计算能力渐渐落后,也催生了崛起的图像处理器GPU及新的巨头英伟达。1999年,英伟达发明了GPU,这极大地推动了PC游戏市场的发展,重新定义了现代计算机图形技术,并彻底改变了并行计算。

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