2022-2023年GPU行业洞察报告PPT

2022-10-1720XX年汇报人：卢木仲2022-2023年GPU行业洞察报告目录contens01行业发展概述02行业环境分析03行业现状分析04行业格局及发展趋势为促进行业科技创新事业发展，全面提升科技创新能力，中国逐步加大行业经费投入、落实税收优惠、鼓励科研人才发展，全面推动科研事业发展，同时带动科研服务市场增长，广泛运用于各个研究领域，未来市场空间将进一步释放更加逼真的图形展现图形显现是GPU芯片最初的功能，随着视觉科技和虚拟现实技术的发展，更加真实的图形显现效果会对GPU的并行计算能力提出更高的要求，因此，图形显现是GPU芯片未来重要的发展方向。摘要页高性能计算高性能计算主要包括通用计算和人工智能计算。通用计算就是用GPU来处理一些原本CPU可以处理、但是更适合拥有强大浮点计算能力的GPU处理的运算，比如人脸识别等。人工智能计算是另一种高性能计算，不同于传统的基于流处理器的GPU，用于AI计算的GPU大多数情况下浮点计算精度要求较低，但对计算吞吐量要求较高。第一章行业发展概述01行业定义GPU（GraphicProcessingUnit）即图形处理器，属于半导体中集成电路中最复杂，技术水平要求最高的逻辑器件领域，属于大规模IC产品，是国产化水平最低的领域，其核心优势在于解决数据并行计算问题，主要应用于PC显卡（集显和独显）和AI计算等。与CPU相比，GPU拥有更多的算数单元，从下游主要应用方式而言，在计算机中CPU和GPU分别作用于计算机的逻辑计算和图形显示，按照可分为带核显的CPU（GPU和CPU集成在同一块电路）和不带核显的CPU+独立显卡。CPU虽然有多核，但总数仍停留在两位数内（目前最高可达56核心），每个核都有足够大的缓存和足够多的数字和逻辑运算单元，并辅助有很多加速分支判断甚至更复杂的逻辑判断的硬件；GPU的核数远超CPU，被称为众核（目前英伟达最高核心数已突破五位数）。每个核拥有的缓存大小相对小，数字逻辑运算单元也少而简单。GPU是显卡的处理器:显卡全称显示适配卡，又称显示适配器，用于协助CPU进行图像处理，作用是将CPU送来的图像信号经过处理再输送到显示器上，由主板连接设备、监视器连接设备、处理器和内存组成，GPU即是显卡处理器。GPU有大量的ALU，Cache很小，缓存的目的不是保存后面需要访问的数据，而是为线程提高服务效率;没有复杂控制逻辑没有分支预测等组件;上述设计，使得GPU擅长大规模并行计算任务。擅长浮点计算，并行处理能力强，能做到几千核高并发，适合图形处理、机器学习训练等。GPU行业定义2006年启动核高基”专项，景嘉微于2010年开展第二代GPU研发。行业发展历程2006年国产GPU企业数量由少到多，诞生了一批领军企业。GPU产业发展与发达国家车距仍然较人。2020年产业链上游GPU行业上游龙头企业已开始对产业链进行延伸，逐渐进军原材料生产领域，以规避高额进口原料的成本支出，攫取上游毛利。此外，伴随着上游原料生产企业的重组进程加快以及中国市场参与者技术水平的提高，GPU行业上游原材料供应有望朝着专业化和规模化的方向继续发展，逐渐抢夺外资企业在行业内的话语权。产业链上游GPU行业中游企业原材料大部分依靠进口，主要原因是下游消费终端为保障科研成果，对行业产品的质量稳定性要求较高，因此，中游科研用制备厂商更倾向于选择仪器先进、供应链稳定的进口原材料供应商。企业产品价格主要受市场供求关系的影响。由于GPU企业的产品毛利较高，原材料价格波动不会对企业的盈利能力产生重大影响。产业链上游GPU行业下游企业市场空间广阔、销售范围广、用户分散、单批数量少、销售单价高等特点。随着全球范围内生物医药行业研究的深入及产业化程度的提升，中国行业产品种类进一步丰富，应用领域持续增加，个性化、高端化的产品将逐渐获得更广阔的应用空间。第二章行业环境分析02GPU行业政策支持十四五规划政府报告国家政策领导讲话国务院发布政策、十四五规划、政府报告、领导讲话等都有对GPU行业做了一些纲领性的指导，合理的解读能够为GPU行业做了好的发展指引。行业政策支持GPU行业社会环境2018年，美国在《出口管制改革法》中提议“多边机制将新兴技术纳入管制清单”，同年11月，BIS发布《关于审议对新兴技术管制的预约立法建议》,将神经网络和深度学习、遗传计算、视觉、语音、AI云技术、AI芯片组等人工智能类目列入新兴技术管制。2020年初，BIS宣布对“地理图像识别软件”实施临时管制。这一时间内，美国对人工智能的管制方向主要集中在软件、算法层面，并未深入到芯片层。2021年7月，美国国防部高级研究员在CSET智库上发布报告《人工智能背后的国力》，报告提出，人工智能会根本性改变大国竞争，在中美竞争中，利用人工智能更多、更快的一方将获胜。这段时间，多家美国企业、机构开始在国内进行“预防式调研”，重点关注了一批在人工智能、图像识别、语音识别领域拥有较高曝光度的企业。随着美国政府要求英伟达、AMD向中国停止销售高端AI芯片，筹备良久的“AI制裁”终于开始落地了。对相关企业而言，此次禁售通知相对突然，但并不意外，因为“美国正在研究GPU出口管制措施”的消息在国内至少已传播了半年之久，正式的管制政策可能会在3个月内出台。在美国近几年不断完善的出口管制产品中，GPU像一条漏网之鱼，NANDFlash这类产品都有一个“3A991”的ECCN编码，但GPU的编码始终是“无特殊管制、无需申请许可证”的EAR99。这其实是因为人工智能的发展速度超出了政府的反应速度。行业社会环境行业社会环境早期GPU多用于2D和3D图形的计算和处理。传统上来说，之前GPU最关键的市场在游戏领域。但长期来看，这部分市场增速趋缓，甚至隐隐有下降势头。而在眼下的算力时代，取而代之的，与数字化转型相关的用例已成为GPU应用的主要阵地；深度神经网络、数据分析、可视化、互联网推荐算法、数字孪生等均离不开GPU。除游戏主机与PC之外，其终端应用还包括服务器、汽车、移动等领域。行业社会环境第三章行业发展现状03行业现状目前国内GPU企业主要细分多功能GPU和通用GPU企业，主要分布应用PC端和AI计算端，但大多企业仍主要停留在研发及待商用化阶段，部分发布产品就性能而言在国际水平存在一定的竞争力，但整体生态，上游IP依赖仍是国产CPU发展难题，实际商用化和市场竞争力仍存在理论水平，目前实际商用化的仅景嘉微一家，且经营状况相对较好，就投资热度而言，2022年虽然上半年GPU投资热度下降，下半年市场热度有所回升，就趋势而言，国产GPU企业数量持续增长，GPU发布产品数量持续增长，国产GPU程度稳步推进。行业现状从全球GPU行业市场规模来看，据统计，2020年全球GPU行业市场规模为251亿美元，2027年将达到1851亿美元，年平均增速为382%，保持高速增长状态。中国大陆独立GPU2027年市场规模超过341亿美元，国产化孕育良好机会。由于NVIDIA和AMD基本占据了独立GPU市场的全部份额，所以根据两者2020年在中国大陆的独立GPU销售收入，可以估测2020年中国大陆GPU市场的规模。估算得出2020年中国大陆的独立GPU市场规模为47.39亿美元，保守假设中国GPU市场规模保持与全球GPU市场规模相同的增速，2027年中国大陆GPU市场规模将超过345.57亿美元。从国内GPU芯片板卡市场来看，增长速度或将趋缓。据统计，2020年中国GPU芯片办卡市场规模为124亿元，同比增长40.91%。到2024年，市场规模将达到370亿元，年均复合增长速度约为30%。随着国内芯片技术的进步，国产GPU芯片已经慢慢发展起来，中国GPU芯片板卡市场将高速增长:2024年,中国GPU芯片板卡市场规模将达到370亿元，年均复合增速约30%。行业现状从中国主要芯片国产化率来看，射频芯片、移动通信终端、模拟芯片、闪存、微控制器、内存、可编辑逻辑器件的国产化率分别为40%、24%、15%、5%、3%、1%、1%。谨慎估计GPU芯片的国产化规模约37亿元，由于GPU指令集复杂程度相对较低,国内有一定基础，国产化率有望达到10%-15%，对应37-56亿元的市场规模。英伟达是全球领先的GPU供应商，英伟达是全球GPU市场绝对领先者，2020年英伟达数据中心收入29.8亿美元；2021财年公司营业收入规模达到了约167亿美元。集成电路芯片产业链是信息技术产业链的关键，对支撑点、社会发展和社会经济具有重要的现实意义。未来两年，随着5G的逐渐普及，越来越多的计算将转移到云托管，所以我们可以看到大数据中心的计算速率，尤其是GPU计算速率，正在以非常高的速度增长。此外，在网络服务器、汽车和工业生产行业的应用呈现出很高的发展趋势。01020304行业现状GPU技术壁垒GPU设计是一项系统工程。总体来说，技术架构为GPU的硬件壁垒，算法及生态是GPU的软实力所在。缺一不可，壁垒极高。硬件架构方面，GPU结构精密复杂，是长期技术演进的结果。高级图形处理步骤较多，包括顶点处理、光栅化、纹理贴图等步骤，给予支持的是底层精密复杂的硬件结构。以英伟达2018年推出的Turing架构为例，其包含4608个CUDACore、576个深度学习矩阵运算单元、72个光追单元等。算法方面，GPU图形渲染需用到计算图形学，涉及数学、物理等多学科知识。模拟真实世界时，即便是树叶抖动、风吹发丝、水波荡漾这样看似平常的场景，若想在计算机上实现，都需要大量图形算法。生态方面，分析师指出，软件生态是GPU厂商的重要竞争屏障。还是以龙头英伟达为例，公司已与行业伙伴形成商业合作/互相授权，同时，还推出供软件开发人员使用的CUDA平台，形成开发人员社区生态。GPU出货量就整体显卡市场变动情况而言，2020年下半年“挖矿”带动全球独显需求爆发式上升，GPU出货量出现持续增长趋势，整体GPU出货量波动情况和比特币价格高度相似，一度在比特币高点的Q2达到近年来季度最高值，Q4比特币价格回升后再度下降，均价高于Q3,出货量也表现为小幅度回升趋势，2022年来看，中国作为全球最大的挖矿市场“禁矿”政策趋严，叠加以太坊合并和比特币价格下降，全球GPU需求持续较大幅度下降。整年来看，2021年全球GPU出货量约为53亿块，同比2020年增长超10%。热点三行业产品质量整体提高热点二科研服务市场持续增长热点一GPU应用领域广泛GPU行业具有市场空间广阔、销售范围广、用户分散、单批数量少、销售单价高等特点。GPU行业技术提升，多元化科研服务平台持续扩张，促进高价值服务企业品牌形成。行业产品化发展，集研发、生产、销售于一体的综合性科研服务企业逐渐增多。GPU行业产品质量有待提升制约GPU行业发展。行业内产品质量参差不齐，导致研究结果可靠性难以保证，产品丧失市场竞争力。GPU行业难形成统一的监督管理规范,产品质量主要靠企业自主检测保障，监管难度大。中国GPU行业产品主要集中在中低端领域，高端领域被外资企业垄断，产品品质有待进一步提升。行业热点关键词关键词关键词关键词随着中国贸易关系持续恶化，美国对国内半导体产业发展持续限制，导致国内整体半导体国产化热度持续提升，同时受虚拟货币“挖矿”高额效益驱动，我国GPU产业热度持续高涨，市场对于GPU国产化的期望值持续提高，带动我国GPU投融资数量及金额快速扩张，从而加快我国GPU国产化进程。GPU国产化热度行业驱动因素1研究资源投入稳健增长为促进行业科技创新事业发展，全面提升科技创新能力，中国逐步加大行业经费投入、落实税收优惠、鼓励科研人才发展，全面推动科研事业发展，同时带动科研服务市场增长，广泛运用于各个研究领域，未来市场空间将进一步释放关键词关键词关键词关键词英伟达数据中心业务营收5年CAGR53%。注册Nvidia开发者达到3百万人。自然语言处理、深度学习、云计算带来的AI运算需求持续增长爆炸式增长，前景无限行业驱动因素2国产GPU逐步走向市场，国产化空间值得期待中国前期的国产GPU主要面向专用领域，例如2014年5月，景嘉微发布的JM5400是面向军用领域。2018年9月，景嘉微JM7200流片成功。JM7200兼顾专用与民用市场，意味着国产GPU开始迈向民用市场。2019年3月，景嘉微向中国电科某所提供JM7200显卡产品，合同金额合计145,000元人民币。这是公司JM7200产品获得的首份订单。2019年上半年，JM7200芯片已完成与龙芯、飞腾、银河麒麟、中标麒麟、国心泰山、道、天脉等国内主要的CPU和操作系统厂商的适配工作，与中国长城、超越电子等十余家国内主要计算机整机厂商建立合作关系并进行产品测试，大力开展进一步适配与市场推广工作。2019年下半年景嘉微长沙景美集成电路设计有限公司与湖南长城科技信息有限公司签署战略合作协议，湖南长城2020年拟采购100,000（套）JM7200图形显卡，实际采购数量以湖南长城集成景嘉微产品后制成的整机参与湖南省政府采购项目招标后实际中标的数量为准。景嘉微下一代GPU产品JM9231主要针对国产化办公电脑，便携式计算机、中低端的游戏机和高端嵌入式系统等消费电子领域；JM9271主要针对人工智能、安防监控、语音识别、深度学习、云计算等对计算速度要求非常高的高端应用领域。国产GPU正逐步走向民用，走向市场。第四章行业前景趋势04ABCGPU行业缺乏完备的质量控制和质量保证体系，生产商缺乏统一的生产标准，行业内产品质量良莠不齐，导致产品的可靠性难以保证，丧失产品市场竞争力质量参差不齐行业发展问题政府秉承创新开放的态度，支持和鼓励科学研究创新，对科学研究试验不设置严格限制，因此，GPU行业不存在统一的监督管理规范，产品质量主要依靠生产企业自主检测，GPU行业产品质量的监管难度加大行业监管难度大在中低端产品领域，仍然有较大比例的产品依赖于进口渠道。此外，GPU行业企业缺乏创新研发能力以及仿制能力，加重下游消费端对进口科研用检测试剂的依赖，不利于GPU行业的发展高端产品发展落后GPU行业发展建议发展建议1发展建议2发展建议3提升产品质量（1）政府方面：政府应当制定行业生产标准，规范GPU行业生产流程，并成立相关部门，对科研用GPU行业的研发、生产、销售等各个环节进行监督，形成统一的监督管理体系，完善试剂流通环节的基础设施建设，重点加强冷链运输环节的基础设施升级，保证GPU行业产品的质量，促进行业长期稳定的发展；（2）生产企业方面：GPU行业生产企业应严格遵守行业生产规范，保证产品质量的稳定性。目前市场上已有多个本土GPU行业企业加强生产质量的把控，对标优质、高端的进口产品，并凭借价格优势逐步替代进口。此外，GPU行业企业紧跟行业研发潮流，加大创新研发力度，不断推出新产品，进一步扩大市场占有率，也是未来行业发展的重要趋势。全面增值服务单一的资金提供方角色仅能为GPU行业企业提供“净利差”的盈利模式，GPU行业同质化竞争日趋严重，利润空间不断被压缩，企业业务收入因此受影响，商业模式亟待转型除传统的GPU行业需求外，设备管理、服务解决方案、贷款解决方案、结构化融资方案、专业咨询服务等方面多方位综合性的增值服务需求也逐步增强。中国本土GPU行业龙头企业开始在定制型服务领域发力，巩固行业地位多元化融资渠道可持续公司债等创新产品，扩大非公开定向债务融资工具（PPN）、公司债等额度获取，形成了公司债、PPN、中期票据、短融、超短融资等多产品、多市场交替发行的新局面；企业获取各业态银行如国有银行、政策性银行、外资银行以及其他中资行的授信额度，确保了银行贷款资金来源的稳定性。GPU行业企业在保证间接融资渠道通畅的同时，能够综合运用发债和资产证券化等方式促进自身融资渠道的多元化，降低对单一产品和市场的依赖程度，实现融资地域的分散化，从而降低资金成本，提升企业负债端的市场竞争力。以远东宏信为例，公司依据自身战略发展需求，坚持“资源全球化”战略，结合实时国内外金融环境，有效调整公司直接融资和间接融资的分布结构，在融资成本方面与同业相比优势突出。行业建议行业发展趋势1更加逼真的图形展现图形显现是GPU芯片最初的功能，随着视觉科技和虚拟现实技术的发展，更加真实的图形显现效果会对GPU的并行计算能力提出更高的要求，因此，图形显现是GPU芯片未来重要的发展方向。高性能计算高性能计算主要包括通用计算和人工智能计算。通用计算就是用GPU来处理一些原本CPU可以处理、但是更适合拥有强大浮点计算能力的GPU处理的运算，比如人脸识别等。人工智能计算是另一种高性能计算，不同于传统的基于流处理器的GPU，用于AI计算的GPU大多数情况下浮点计算精度要求较低，但对计算吞吐量要求较高。行业发展趋势2国产GPU与国外产品相比差距不小，正在加速追赶凌久GP101由中船重工709所研发，并在在2018年2月第一次流片成功。凌久GP101GPU芯片支持HDMI、DVI、VGA等通用显示接口，支持2D、3D图形加速和OpenGLES0，支持4K分辨率、视频解码和硬件图层处理等功能，可以广泛应用于军民两用电子设备、工业控制、电子信息等领域。这标志着国内自主研发GPU芯片已经具备批量生产能力，为后续相关研发和国产化应用打下了坚实基础。国产GPU逐步走向市场，国产化空间值得期待中国前期的国产GPU主要面向专用领域，例如2014年5月，景嘉微发布的JM5400是面向军用领域。2018年9月，景嘉微JM7200流片成功。JM7200兼顾专用与民用市场，意味着国产GPU开始迈向民用市场。2019年3月，景嘉微向中国电科某所提供JM7200显卡产品，合同金额合计145,000元人民币。这是公司JM7200产品获得的首份订单。2019年上半年，JM7200芯片已完成与龙芯、飞腾、银河麒麟、中标麒麟、国心泰山、道、天脉等国内主要的CPU和操作系统厂商的适配工作，与中国长城、超越电子等十余家国内主要计算机整机厂商建立合作关系并进行产品测试，大力开展进一步适配与市场推广工作。2019年下半年景嘉微长沙景美集成电路设计有限公司与湖南长城科技信息有限公司签署战略合作协议，湖南长城2020年拟采购100,000（套）JM7200图形显卡，实际采购数量以湖南长城集成景嘉微产品后制成的整机参与湖南省政府采购项目招标后实际中标的数量为准。景嘉微下一代GPU产品JM9231主要针对国产化办公电脑，便携式计算机、中低端的游戏机和高端嵌入式系统等消费电子领域；JM9271主要针对人工智能、安防监控、语音识别、深度学习、云计算等对计算速度要求非常高的高端应用领域。国产GPU正逐步走向民用，走向市场。GPU行业标准化与定制化界限被打破，未来趋于融合。标准化加微定制的产品战略，有效平衡企业操作层面与消费者需求层面的矛盾让消费者既拥有足够的确定性，也有足够的弹性。GPU行业大数据应用使得实际操作和施工赋能方式深入介入，使得平台从简单的流量供给入口转变为工具供给、技术供给、工人供给的模式。中国消费升级倒逼GPU行业提高服务质量，用户需求从获取公司信息并与公司对接畅通转变为更加注重体验注重实际的效果，满足用户需求，提供个性化定制服务，成为GPU行业新的发展方向。行业面临洗牌标准化趋势融合行业平台职能转化注重用户体验由于新冠疫情对经济的巨大冲击，各行各业都面临资源重新洗牌，因此GPU行业也进入洗牌期。下游企业缺乏核心技术。投资融资主要集中于行业主流企业，对中小企业面临巨大挑战。GPU行业发展前景趋势行业发展前景趋势GPU行业投资风险服务更新速度不够，不能及时适应用户的需求。服务更新慢实体经济遭遇疫情“黑天鹅”疫情持续，对经济持续冲击。另一个是“灰犀牛”，债务衰退，在这次应对疫情的过程中，各国都用了非常多的财政政策，发了很多国债，全球范围内国债水平相对于GDP上升了18%，而且以后的利率水平还会提升。黑天鹅/灰犀牛为用户提供专业的信息获取与共享服务不能满足信息化需求。信息不对称产品质量不够完善，有待提高，产量不达标产品质量25%85%8%75%行业投资风险英特尔是全球最大的中央处理器（CPU）厂商，而带GPU的CPU成本和技术水平较低，仍占据主要GPU需求故而GPU仍主要由英特尔主导，AMD和英伟达市场主要集中在独立显卡，工艺水平更高的背景下整体出货量虽少，但市场份额持续提高。英特尔GPU出货量占比持续下降，2020年Q4季度受“挖矿”需求大增，成本更低的英特尔GPU需求量大涨，占比一度提升7个