“這個世界和這個時代變化最大、最快的其實是算力。”
——知名經濟學家朱嘉明
毫無疑問，算力革命也影響著芯片未來方向。當前，無論是5G時代下雪崩般增長的數據量和傳輸速度，還是AI時代下逼近計算極限的深度學習，都對芯片提出了越來越高的算力要求。大算力芯片，這個由英偉達、英特爾等巨頭執掌的賽道已然成為熱門話題，我國也不例外。
雖然，相對高投入、高門檻、高試錯成本的大算力芯片，我國早期一批芯片企業大多都投身于相對缺陷較少，使用相對成熟工藝技術，且批量生產更容易的WiFi芯片、電源芯片等小型應用芯片，類似飛騰、華為、展銳、景嘉微和龍芯等大芯片在當時只是少數派。但隨著算力革命的到來，國際競爭格局的風云變幻，越來越多的玩家摩拳擦掌，高舉“國產替代”旗幟擠入賽道。
一位新秀企業的CEO曾表示，中國大芯片元年從2018年開始，到2021年是三年的開放窗口期，待到2021年年底后，創業窗口將收窄，再想入局可能為時已晚。
進入2022年，中國大芯片的玩家們也迎來了他們的輝煌時刻。
首先爆發的AI芯片
說到大芯片，首先必提的是AI芯片。自從2017年在政府工作報告里首次提到了人工智能的重要性后，AI也逐漸成為我國的發展重心。AI的方興未艾不僅帶動了對算力更大的需求，也驅使芯片行業再度涌動起創新的熱潮。
從廣義上說，一般只要能夠運行人工智能算法的芯片都叫作AI芯片，但本章節中，筆者想談的AI芯片指的是針對人工智能算法做了特殊加速設計的專用芯片，即專門用于處理人工智能應用中的大量計算任務的模塊（其他非計算任務仍由CPU負責）。
據筆者不完全統計，2021年超10家AI大算力芯片企業完成超15輪的融資。其中，屬地平線的大C輪融資最為驚嘆，2021年上半年地平線共完成了從C2到C7共6輪融資，透露的投資額顯示超25.5億美元。此外，百度昆侖芯片業務也在今年3月完成獨立融資，并于6月獨立成為一個新公司昆侖芯（北京）科技有限公司。
隨著技術更迭，以云平臺、智能汽車、機器人等人工智能領域為代表的不同領域對AI專用芯片的需求也將不斷增大，人工智能市場將迎來增長期。據華經情報網數據顯示，2020年，我國人工智能市場規模達151億元，同比增長55.67%，預計到2023年其市場規模將有望達到557億元。
在一定程度上，龐大的應用場景和市場給我國AI芯片公司帶來了不小的優勢，能夠做到和其他國家齊頭并進。我國互聯網大廠也大多都從AI芯片切入造芯賽道，希望從硬件層面實現自家軟硬件緊密結合，從而滿足用戶的需求。其中百度8月宣布第2代自研AI芯片昆侖芯2正式量產，阿里早在2019年9月就已經發布了號稱“全球最高性能AI推理芯片”含光800。
同時，作為AI芯片第一股的寒武紀2021年也接連發布2款云端AI芯片，分別是思元290和思元370。思元370是寒武紀首款采用chiplet（芯粒）技術的AI芯片，集成了390億個晶體管，最大算力高達256TOPS(INT8)，是寒武紀第二代產品思元270算力的2倍。
此外，燧原科技、地平線、瀚博半導體、芯馳科技、黑芝麻智能等在2021年也都推出了大算力AI芯片，其中，燧原科技發布的“邃思2.0”，被認為是中國最大AI芯片，整數精度INT8算力高達320TOPS；地平線、黑芝麻智能與寒武紀一樣，推出的芯片都可運用于自動駕駛方面；芯馳科技計劃在 2022 年推出自動駕駛芯片“V9P/U”，支持 L3 級自動駕駛，在2023 年推出更高算力的 V9S 自動駕駛芯片，可支持 L4/L5 級 Robotaxi；瀚博半導體主要運用于視頻處理方面，其SV100單芯片INT8峰值算力超200 TOPS。
“玩不膩”的GPU
在AI方興未艾的時候，GPU又異軍突起。過去兩年的GPU有多熱門，相信無需我贅言了，GPU企業的融資從年頭貫穿到年尾，而且每次透露出來的融資金額都令人嘖嘖驚嘆。
筆者根據公開信息統計，2021年超6家GPU企業共獲得超10筆融資，其中登臨科技、沐曦、摩爾線程在一年中都獲得至少2輪的融資。而從透露的投資額來看，大部分GPU企業獲得的投資金額都超億元，而摩爾線程更是創造了成立僅100天就達成數十億募資，沐曦也在成立僅一年多的時間里完成了4輪融資，壁仞科技自成立以來總融資額近50億元，可見GPU已經成為了我國資本的“寵兒”。
GPU全稱是graphics processing unit，也就是圖形處理器，又稱顯示核心、視覺處理器、顯示芯片，是一種專門在個人電腦、工作站、游戲機和一些移動設備（如平板電腦、智能手機等）上做圖像和圖形相關運算工作的微處理器。
在發明之初，GPU是用來分擔CPU處理圖像和圖形計算的壓力，并承擔起部分CPU的職能。但進入3D時代后，云計算、AI等技術快速發展，使得設備的圖像圖形處理數據大大增多，高性能計算需求打開GPU市場第二增長曲線，GPU并行計算的優勢被發掘，并在高性能計算領域取代CPU成為主角。
當前，全球傳統GPU格局不用多說，被英偉達、AMD、英特爾三家巨頭寡頭壟斷，其中英偉達收入占56%、AMD占26%、英特爾占18%。我國的GPU的發展相對落后，直到2014年，GPU龍頭企業景嘉微才成功研發出國內首款國產高性能、低功耗GPU芯片— JM5400。受制于GPU對CPU的依賴性，以及GPU較高的技術難度，開發GPU顯然要比CPU更加困難。再加上相關人才短缺，培養一位擁有豐富經驗的成熟工程師至少需要10年，這也讓國內GPU的發展“難上加難”。
但重重技術壁壘背后隱藏的是巨大的市場，無論是當前熱門的人工智能還是自動駕駛汽車，人口老齡化可能帶來的機器人落地，還是5G時代下的數字化轉型，都給國產GPU帶來了新機遇，據數據統計，國內GPU芯片相關生產商已近30家。中國作為全球GPU市場重要組成部分，據Verified Market Research數據顯示，2020年中國大陸的獨立GPU市場規模為47.39億美元，預計2027年中國大陸GPU市場規模將超過345.57億美元。
此前，龐大的資本涌入曾讓人們對這些成立僅數年的企業產生了懷疑，2021年，風潮正勁的國產GPU賽道玩家也接連交出了自己的答卷，從上圖來看，除了今年剛成立的深流微，其余7家GPU企業都有了新動態。
天數智芯宣布量產國內首款云端7nm GPGPU產品卡“天垓100”；登臨科技首款基于 GPU + 架構的 Goldwasser 系列產品已在領軍企業中進行量產導入；芯動科技發布首款國產高性能4K級顯卡GPU芯片“風華1號”；景嘉微發布旗艦GPU芯片 JH920；壁仞科技宣布首款通用GPU芯片BR100交付臺積電生產；摩爾線程宣布首顆國產全功能GPU芯片研制成功。此外，沐曦也曾透露2022年將推出首款自主研發的GPU芯片產品。
隨著產品的推出、量產，未來國產GPU崛起勢頭也將越發強勁。
計算芯片“新貴”DPU
跟隨GPU的腳步，DPU又稱為中國大芯片的另一道風景線。其實這并不是一個新概念，亞馬遜的Nitro系列更是給這個行業豎立了一個標桿。但在英偉達收購了網絡解決方案廠商Mellanox并重新包裝定義DPU，發布了首款產品后，DPU就背負著繼CPU和GPU之后“第三顆主力芯片”的重任，宛如一匹黑馬闖進了大家的視野，同時也在國內均掀起新一波投資熱潮。
筆者根據公開信息統計，2021年芯啟源、云豹智能、星云智聯、大禹智芯、中科馭數、益思芯科技、云脈芯聯等超7家DPU創新企業完成了超13輪融資，多筆融資金額達數億元。 其中，芯啟源、星云智聯2021年完成了3輪融資，大禹智芯、中科馭數完成了2輪融資，益思芯科技、云豹智能、云脈芯聯則是1輪。
由于DPU市場仍處于發展初期，因此各廠商對它的定義眾說紛紜。一般業界對DPU中的“D”有三種說法，分別是“Data”，對應的DPU被稱為“數據處理器”；“Datacenter”，對應的DPU譯作“數據中心處理器”；以及“Data-centric”，相應的，DPU可叫作“以數據為中心的處理器”。其中，由NVIDIA提出的“Data Processing Unit”是目前主流的DPU定義，即是以數據為中心構造的專用處理器，采用軟件定義技術路線支撐基礎設施層資源虛擬化，支持存儲、安全、服務質量管理等基礎設施層服務。
5G時代的到來，使得網絡發展速度一躍而起，網絡性能正經歷從10G向100G、向200G、400G甚至到800G不斷快速提升的過程，原有技術架構進已無法滿足網絡爆發式發展的新需求，亟需一個新的專用系統來應對這新挑戰。在此背景下，DPU應運而生，專注于負責數據處理功能單元，負責處理“CPU做不好，GPU做不了”的數據任務。
雖然當前DPU依舊被國際巨頭占據技術和市場優勢，但隨著《新型數據中心發展三年行動計劃(2021—2023年)》的發布，我國新型算力芯片業也迎來了發展新時期。
賽迪數據顯示，得益于數據中心升級和邊緣計算、新能源汽車、IoT、工業物聯網等產業的發展所帶來的需求增長，中國DPU產業市場規模呈現逐年增長的趨勢，預計中國DPU市場將在2022-2023年迎來爆發式增長，并在 2024-2025年保持平穩。2020年中國DPU產業市場規模達3.9億元，預計到2025年中國DPU產業市場規模將超過565.9億元。
圖片來源：2021年中國DPU行業發展白皮書
然而，從我國DPU市場的競爭格局來看，可謂百家爭鳴。除了涌現出中科馭數、芯啟源等一批創新企業外，阿里巴巴、華為在內的各大云服務商也都已經在布局自己的云端處理，追趕國內外的代際之差。2021年，國內DPU企業也已經踏上了探索商業化落地的道路。
阿里云宣布推出第四代神龍架構；中科馭數第二代DPU芯片預計2022年Q1投產流片；云豹智能發布全功能云霄DPU網卡；芯啟源基于DPU的智能網卡亮相；大禹智芯第一代DPU產品Paratus V1.0亮相；益思芯科技交付DSA P4可編程vSwitch加速引擎。連2021年新成立的星云智聯也表示完成初步芯片定義的工作。
就目前來看，DPU作為一個全新的、沒有參考設計的系統，要做出優秀DPU產品和服務對國內DPU企業來說是一個不小的挑戰，但他們依舊在為之奮斗。
寫在最后
從2021年整體情況來看，好賽道永遠不缺資本，中國大芯片產業投資可觀，玩家“輸出”也強勁。無論是被巨頭寡頭壟斷的GPU芯片，還是仍處于發展初期的DPU芯片，又或是在一定程度上可以與國外齊頭并進的AI芯片，都顯示出國產大芯片崛起勢頭正勁。
進入到2022年，據筆者了解，國產大芯片的猛火還在持續燃燒，下一個可能爆發的點就在于Arm服務器芯片。有相關人士告訴筆者，國內現在已經有多家初創企業圍繞這個領域進行布局。在今年十月，有一家名為遇賢微的初創企業就透露，他們準備推出采用4nm工藝的160核心Arm服務器芯片，國內幾大云供應商在這個方面也躍躍欲試。而除了Arm以外，采用其他架構的服務器芯片呼聲現在又此起彼伏。
雖然上述賽道都熱鬧非凡，但我們需要注意的是，不管哪個賽道都只有擁有真正的技術、拿得出手的產品才能取得市場話語權，期待在未來五年能，能看到這些新秀企業帶來更多的硬技術，展現真正的技術實力。