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疫情、戰(zhàn)爭、礦潮、芯片荒，種種影響疊加，造就了去年顯卡價格的“瘋狂”。雖然近期因以太坊價格暴跌，顯卡價格從高位滑落，但中高端消費(fèi)級顯卡價格仍難以回到礦潮前的水平。目前顯卡市場主要被英偉達(dá)、AMD、英特爾等廠商瓜分，尤其是英偉達(dá)和AMD，兩家在獨(dú)顯領(lǐng)域遙遙領(lǐng)先。多年來，國內(nèi)GPU廠商始終在努力打破這種壟斷。今天我們從一款國產(chǎn)顯卡亮相開始，回顧國產(chǎn)GPU的誕生歷程。
7月18日，格蘭菲智能科技有限公司在官網(wǎng)掛出了他們第一款顯卡產(chǎn)品——Arise-GTa10C0。據(jù)介紹，這顆GPU芯片基于28nm工藝制造，內(nèi)置一款完全自主研發(fā)的圖像引擎。它能兼容Windows平臺，可同時可在X86、ARM、MIPS等主流硬件平臺操作運(yùn)行，并且支持多種圖形和圖像的API接口標(biāo)準(zhǔn)，例如DirectX11、OpenGL4.5、OpenCL1.2等。多家媒體發(fā)文表示其性能接近英偉達(dá)的GTX 1050。
Arise-GTa10C0
近幾年，國產(chǎn)GPU的發(fā)展可謂迅猛。包括芯動科技、摩爾線程、壁仞科技、天數(shù)智芯、沐曦等一眾企業(yè)紛紛涌入這條賽道，融資和量產(chǎn)動作頻頻。就在本篇文章截稿之時，龍芯官微透露公司新一代龍芯3號系列處理器配套橋片龍芯片7A2000也要正式發(fā)布，集成龍芯自研統(tǒng)一渲染架構(gòu)的GPU模塊。
眾所周知，GPU依賴CPU運(yùn)行，沒有CPU的控制器，GPU不能單獨(dú)工作。因此在國內(nèi)CPU、GPU都缺乏的情況下，大多數(shù)芯片廠商都將工作重點(diǎn)放在了自研CPU上。此外，GPU的研發(fā)也有著極高的難度。GPU不僅需要硬件工程師設(shè)計并制造芯片，更需要配套大量軟件工程師為其開發(fā)驅(qū)動與接口。Moor Insights & Strategy首席分析師莫海德曾表示：“相比CPU，開發(fā)GPU要更加困難，而GPU設(shè)計師、工程師和驅(qū)動程序的作者都要更少。”所以，技術(shù)難度高，也反應(yīng)在了人才缺乏上。
正因如此，與CPU相比，國產(chǎn)GPU的發(fā)展要落后的多。甚至直到2014年，景嘉微成功研發(fā)出國內(nèi)首款高性能低功耗GPU芯片——JM5400，中國才終于有了一塊自己的GPU芯片。今天，我們就來一起回顧下第一款國產(chǎn)GPU誕生背后的故事。
開始的開始，曾萬輝加盟景嘉微電子
如果我們以人為主線，那么第一款國產(chǎn)GPU誕生的起點(diǎn)，始于湖南婁底的一個小山村。1970年，未來的景嘉微電子創(chuàng)始人曾萬輝在這里呱呱墜地。1988年，曾萬輝收到了國防科技大學(xué)微波與毫米波專業(yè)的錄取通知書，畢業(yè)后的曾萬輝被分配到中央某部委工作。后來他在接受媒體采訪時說，就是那個時候，他產(chǎn)生了實(shí)業(yè)報國的想法。
曾萬輝
2006年，回鄉(xiāng)探親的曾萬輝偶遇大學(xué)同學(xué)胡亞華。那時胡與一位師兄饒先宏剛從國防科技大學(xué)轉(zhuǎn)業(yè)，成立長沙景嘉微電子有限公司。據(jù)2015年長沙晚報對他們的采訪，公司剛成立時注冊資金50萬元，實(shí)繳10萬元，因?yàn)槟菚r他們連做什么都沒想好。
三人相遇的那一天，他們徹夜長談，發(fā)現(xiàn)竟是如此合拍，天亮后曾萬輝決定加盟這家公司，不僅補(bǔ)齊40萬注冊資金缺口，還與兩名合伙人約定了分工：曾萬輝負(fù)責(zé)市場開拓，饒先宏負(fù)責(zé)軟件開發(fā)，胡亞華負(fù)責(zé)硬件開發(fā)。曾萬輝加入后，景嘉微的團(tuán)隊(duì)才算補(bǔ)齊最后一塊拼圖。
偶然的機(jī)會，攻克高難顯卡課題
同年7月，曾萬輝接到中航工業(yè)某所需要請外面的公司開發(fā)圖像壓縮的控制板的消息。團(tuán)隊(duì)對此非常重視，然而還是沒趕上接手這個項(xiàng)目。錯過控制板開發(fā)業(yè)務(wù)的曾萬輝，卻陰差陽錯地從該研究所拿到了一個全新課題——開發(fā)M9芯片配套驅(qū)動。那時候中航工業(yè)某所已經(jīng)在國內(nèi)找了幾家實(shí)力很強(qiáng)的單位開發(fā)，研發(fā)了3年都沒有成功，因?yàn)樾酒?qū)動軟件做不出來。曾萬輝主動表示要嘗試一下。
曾萬輝接手后才發(fā)現(xiàn)問題相當(dāng)棘手，因?yàn)楫?dāng)時國內(nèi)根本找不到任何有價值的資料。要知道，一款優(yōu)秀的顯卡，少不了配套驅(qū)動的加持。就像駕駛一臺汽車，如果一個沒有見過汽車的人上去胡亂操作，結(jié)果不僅可能發(fā)生意外，更大概率是汽車根本發(fā)動不了。驅(qū)動就像一個經(jīng)驗(yàn)老道的司機(jī)，可以精準(zhǔn)快速的執(zhí)行命令，駕駛汽車完成各種各樣的復(fù)雜任務(wù)。
我們再以英偉達(dá)舉例，我們玩的游戲從軟件到GPU的過程有四個環(huán)節(jié)，與游戲軟件接觸的是DirectX Game，中間的是用戶層驅(qū)動、內(nèi)核層驅(qū)動，最后到GPU，驅(qū)動與游戲的使用體驗(yàn)息息相關(guān)。英偉達(dá)不僅雇傭大量技術(shù)人才專門研發(fā)顯卡驅(qū)動，更是與大量游戲廠家一起合作，通過海量的測試，共同尋找優(yōu)化方案，解決問題，一代又一代的更新驅(qū)動版本?？上攵?，從零起步的景嘉微團(tuán)隊(duì)面臨怎樣的困難。那時的曾萬輝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從底層技術(shù)開始研究，夜以繼日的摸索，失敗了一次又一次。每天連續(xù)工作16個小時的他們，終于在三個月后點(diǎn)亮了眼前漆黑的屏幕。
“正是基于這種高門檻的起點(diǎn)和高品質(zhì)的創(chuàng)新，這項(xiàng)技術(shù)打破了國際封鎖、填補(bǔ)了國內(nèi)空白，為我國航空航天事業(yè)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。”曾萬輝曾這樣對媒體講到。
在成功研發(fā)驅(qū)動后，景嘉微公司又解決了嵌入式操作系統(tǒng)下的3D圖形處理難題，具備了從底層駕馭圖形顯控產(chǎn)品的能力。此后，各類軍工訂單接踵而至，業(yè)績持續(xù)向好的景嘉微便將研發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向國產(chǎn)GPU替代。
繁榮的開端，GPU市場迎來爆發(fā)
來到2014年，據(jù)海關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，彼時我國芯片進(jìn)口額達(dá)2176億美元，超過原油成為第一大進(jìn)口商品。就在那年4月，景嘉微公司芯片設(shè)計團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)8年攻關(guān)，自籌經(jīng)費(fèi)3000多萬元，終于成功研制出國內(nèi)首款具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的圖形處理芯片—— JM5400，也是其景美系列的第一款產(chǎn)品。JM5400采用65nm工藝制程，圖形填充渲染能力2.2GPixel/S，性能幾乎不值一提，規(guī)格也較弱，但它可廣泛應(yīng)用于有高可靠性要求的圖形生成及顯示等領(lǐng)域，滿足機(jī)載、艦載、車載環(huán)境下圖形系統(tǒng)的功能與性能要求，可以全面替代M9、M54、M72、M96、IMX6等國外芯片。
景嘉微JM5400
到2016年3月，景嘉微在深圳證券交易所掛牌上市，景美系列GPU芯片是他們的核心產(chǎn)品線，營收、盈利占比超過70%。
在實(shí)現(xiàn)軍用GPU的國產(chǎn)替代之后，景嘉微開始研發(fā)第二代GPU。2018年，景嘉微第二代GPU JM7200研制成功。第二代GPU采用28nm工藝制造，最大核心頻率達(dá)到了1.3GHz，像素紋理填充率分別為5.2GPixels/s、10.4GT/s。JM7200終于殺入商用市場，具備了一般PC通用功能。
2021年12月，已成為國產(chǎn)GPU龍頭企業(yè)的景嘉微發(fā)布了最新產(chǎn)品JH920。這款GPU芯片采用14nm工藝，像素填充率為32G Pixels/s，單精度浮點(diǎn)性能為1.5TFlops，與英偉達(dá)、AMD的低端顯卡有了一戰(zhàn)之力。
目前國產(chǎn)GPU的性能距離英偉達(dá)、AMD等大廠的高端消費(fèi)級GPU還有很大差距，不過可以看到，從一無所有到如今實(shí)現(xiàn)部分國產(chǎn)替代，國產(chǎn)GPU僅花了不到十年時間，加上現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)大環(huán)境和資本的助力，相信未來可期。
參考資料：
http://www.glenfly.com/ 格蘭菲智能科技有限公司官網(wǎng)
http://www.jingjiamicro.com/ 景嘉微官網(wǎng)
https://news.mydrivers.com/1/433/433187.htm 長沙晚報《自費(fèi)3000萬 他們研發(fā)出國內(nèi)首款圖形處理芯片》
https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_11705617 GPU深度報告，三大巨頭，十四個國內(nèi)玩家一文看懂
