英特尔英伟达

英特尔、英伟达、AMD打响“全面战役”

一系列接二连三的大事件，为英特尔、英伟达、AMD三大巨头围绕数字时代异构计算CPU+GPU+FPGA/DPU的“竞争”提供了更多的想象空间空，也成为了对未来的新注解。

英特尔在独立GPU领域卷土重来，在IPU领域也在不断创新。随着硬件、软件、架构和工艺的创新，以及IDM2.0战略的实施，英特尔正全力以赴打造大后方。AMD收购Xilinx尘埃落定后，弥补了FPGA的短板。不久前，AMD宣布以约19亿美元收购云服务提供商Pensando。至此，AMD正式进入DPU领域，构成了其数据中心蓝图的关键一环。英伟达虽然被迫“放手”收购Arm，但已经有了基于Arm的CPU作为重要“供给”，并通过收购补上了DPU，希望在异构时代大显身手。

三巨头已经深入腹地，英特尔、英伟达、AMD之间的竞争呈现出“全面开战”的态势。

GPU域竞争“重启”

在异构计算领域，GPU可以说是必须依赖的“弹药”。

作为异构时代和新兴应用驱动下的最大受益者之一，随着服务器、汽车、人工智能、边缘计算等领域对计算能力和AI性能的需求日益增加。，GPU凭借其在并行处理和通用计算方面的优势取得长足发展，市场持续高速增长。

根据验证市场研究的数据，2020年全球GPU市场价值254.1亿美元，预计2027年将达到1853.1亿美元，年均增长率为32.82%。

目前，GPU广泛应用于PC、游戏、数据中心、高性能计算、智能汽车等领域。值得注意的是，游戏和PC是其传统主战场，而数据中心、高性能计算和智能汽车将成为GPU增长的新引擎，不同的应用对GPU有不同的需求。

据了解，游戏主机的设计思路侧重于提升体验，侧重于开发者对诸如 CPU 、GPU而 PC 的GPU的硬件优化，需要在性能、可扩展性和能效 之间取得平衡从高性能计算和服务器的角度来看， GPU 对大数据量的快速吞吐、超强稳定性、长运行时间 汽车GPU必须满足AEC-Q100[/的要求而未来的趋势是汽车CPU和 GPU 将形成 SOC

经过多年的厮杀，全球GPU处于寡头垄断状态，Nvidia是绝对霸主，AMD紧随其后，但在英特尔重返独立GPU战场后，原有的平衡将被打破。

通过技术创新、场景拓展、外延并购，以及基于CUDA软件栈对GPU通用计算能力的不断探索，Nvidia已经成为GPU领域的领导者，引领全球GPU发展。2022财年，英伟达营收达到创纪录的269.1亿美元，同比增长61%。

纵观英伟达的营收结构可以发现，受益于英伟达Ampere架构产品的强劲需求，游戏成为最大动力，数据中心市场增速最快，达到106.1亿美元的新高；汽车业务虽然有所下滑，但未来仍将持续盈利。其接下来的布局也是火力全开:新一代桌面GPU和笔记本GPU已经上线；下一代GPU Hopper GH100芯片用于数据中心或超过1400亿个晶体管，并将采用TSMC的5纳米节点多芯片模块(MCM)设计。而下一代自动驾驶芯片Orin计划在2022年量产，计算能力将达到254TOPS。目前已拿下蔚来、理想、沃尔沃、奔驰等多个OEM项目。

经过近几年的“高速发展”，AMD在CPU和GPU市场已经确立了第二的地位。在GPU布局方面，AMD将在2022年以新的顶级、中端和入门级GPU进一步拓展显卡市场，同时搭载新的AMD软件支持。在数据中心领域，AMD也很激进。不久前，它发布了基于GPU架构的Instinct MI200加速卡，专门用于HPC和AI加速。它采用第二代CDNA架构(旨在优化数据中心计算工作负载)，是第一个多芯片，第一个支持128GB HBM2E显存的GPU，第一个Exascale (petascale) GPU。同时，推出了一种面向数据中心的新型GPU，即下一代镭龙Pro V620，旨在满足云应用和3D工作负载对GPU加速不断增长的需求。

在PC等集成GPU领域占据领先地位的英特尔，自几年前宣布重返独立GPU战场以来，动作犀利，精益求精。2020年底，英特尔在其架构日首次推出Xe GPU架构。Xe微体系结构可以满足从集成/入门级显卡到数据中心和高性能计算的各种需求。同时，英特尔发布了旗下首款数据中心服务器GPU，完成了“CPU+GPU+FPGA”混合XPU架构的全面构建。

2021年架构日，英特尔推出两款独立GPU。在不久前举行的投资日上，英特尔发布了两款分别面向游戏领域和数据中心的GPU。紧接着，英特尔宣布代号为ATS-M的数据中心GPU将于第三季度发布。它集成了多个Xe内核、AV1硬件编码器、GDDR6存储器、光线跟踪单元等。，并且每秒可以提供150万亿次运算。再者，英特尔在传统PC领域志在必得，分别推出了面向笔记本电脑平台的Arc睿轩系列显卡和首款面向桌面的A3系列显卡——睿轩A380 GPU。而且不仅仅是A380，英特尔性能更高的A5系列和A7系列也将在今年夏天上市。

在硝烟弥漫的GPU领域，火力全开的英特尔将全方位挑战AMD和Nvidia。

异构计算“近距离作战”

直接导致英特尔、英伟达、AMD三大巨头的异构“拼图”已经成型。

在这三大巨头中，显然英特尔的异构组合更为深厚。五年来，以“数据为中心”转型为目标的英特尔通过并购不断丰富在数据中心领域的布局，包括收购优质FPGA、eASIC和ASIC公司，以及研发独立的GPU、IPU、神经拟态芯片和量子计算芯片，以及统一编程软件工具oneAPI，为包括CPU、GPU、FPGA和其他加速器在内的异构计算提供统一简化的应用开发编程模型。

此外，近期IDM2.0战略的扩张，以及高调开放x86、加入RISC-V阵营等一系列动作，让英特尔在异构时代握有诸多“王牌”，更加游刃有余。

从AMD的角度来看，其业务长期集中在CPU和GPU两个核心领域，FPGA是其最大的短板。但AMD宣布通过全股份交易完成对Xilinx的收购后，凭借Xilinx在FPGA、可编程SoC、ACAP等领域的深厚积累，为AMD提供了水平云和边缘计算的实力，补充了“营养”。AMD与Xilinx的合并，不仅能提高其整体数据中心业务竞争力，还能在数据中心异构时代获得更多筹码。

Pensando被AMD攻占后，意味着AMD不仅正式切入DPU领域，而且使AMD的业务完全覆盖CPU、GPU、FPGA和DPU，构建了一个基本完整的计算能力拼图。

GPU一统江湖的英伟达，为了完成其“GPU+CPU+DPU”路线，先是高调宣布收购Arm，后又斥资69亿美元收购以色列网络设备供应商Mellanox，为DPU供货。虽然最终“不出意外”收购了Arm halberd，但其在CPU开发方面已经投入巨资，并在2021年的GTC大会上正式推出了一款面向数据中心AI和高性能计算应用的自研CPU——基于Arm Neoverse架构的Grace芯片。根据协议，英伟达获得了ARM近20年的架构授权。未来可以通过ARM授权IP开发ARM架构CPU。

对于英威达来说，Grace CPU的研发意义深远。由于GPU需要配合CPU运算，此举将使其不再局限于CPU，而CPU的自力更生也将使其异构集成更加重要。

面对全面较量，三大巨头也各有隐忧。

据业内人士分析，AMD仍需要时间来消化和整合GPU+CPU+DPU+Nvidia所依赖的FPGAGPU未来在数据中心加速领域可能面临ASIC的蚕食；Intel 仍然是一家基因属于CPU的公司，对GPU的投入需要与CPU的增长相匹配，所以处理好CPU与GPU的发展冲突将是一个巨大的挑战。另外，在IDM2.0的指挥棒下，投资的重心必然向先进制造业倾斜，如何平衡各大xpu的投资资源的创新与整合也需要仔细权衡。

需要指出的是，随着小芯片UCIe协议的确定，设计规模可以增加几倍，比如CPU、GPU、DPU可以并行扩展n倍；或者实现垂直集成，CPU+GPU+DPU可以组合成一个超级异构的单芯片，或者成对组合。

因此，如何让不同的系统并行，如何高效、自适应地相互交互，将成为巨头们面临的新挑战。谁能在这方面占得先机，未来就放大了胜方。

影响模式的关键因素

重新换装之后，三大巨头的对决也将火力全开。

除了对“xPU+”的架构创新、生态构建、执行力的不断考验，不得不说，工艺和包装是将创意变成实用产品的关键。

我们来谈谈流程和相关的生产力因素。

CPU、GPU、DPU和FPGA是先进技术的先驱。要想和所有高手一较高下，采用最先进的技术才是王道。

最近，有报道称TSMC在3纳米工艺产量方面存在困难。如果3nm良率问题持续存在，很多客户可能会延长5nm工艺节点的使用时间，从而影响AMD、Intel、Nvidia等客户的芯片出货量。

这使得产能不足导致的供应瓶颈成为他们面临的障碍之一。正如英伟达在发布财报时所说，鉴于全球芯片和晶圆产能的短缺，未来供应受限仍将是劣势。据报道，英伟达已于2021年第三季度向TSMC预付了约16.4亿美元，并将于2022年第一季度支付17.9亿美元。整个长期订单的预付款将达到69亿美元，远高于他们之前支付的价格。

与英伟达和AMD相比，英特尔的优势在于其正在发展的OEM业务。目前，虽然英特尔技术在代工方面还没有突破5nm，但根据其技术路线图，2025年将与TSMC代工水平接轨。或许，届时，英特尔可以全面支持其先进的工艺设计，在x86、Arm、RISC-V的异构集成中更加游刃有余，在产能保障上优先供货。其IDM 2.0战略背后的深意可能比想象的更深刻。

另外，异构计算绕不过去的是异构集成和高级封装。异构集成和先进封装技术的进步，使得在单一封装中构建复杂系统成为可能，可以快速满足异构计算系统中芯片对功耗、体积和性能的要求。

在高级封装层面，似乎英特尔作为传统的IDM更有优势，而AMD本来就是IDM，后来剥离了芯片制造业务。不过公司还是有制造工艺和包装的基因。在过去的几年中，AMD因为其小芯片和互连技术率先推向市场而占据了领先地位。在此基础上，该公司推出了新一代封装技术，即3D stacked V-Cache。在这方面，Xilinx也可以帮助AMD，因为Xilinx为其自适应FPGA平台构建了一系列高性能封装和互连技术。

对于NVIDIA来说，作为一家纯粹的无晶圆厂公司，在异构集成工艺和封装上略逊于Intel和AMD，不仅在高性能应用上更依赖合作伙伴，在工艺和封装上也是如此。

相比之下，英特尔在很多方面齐头并进，在Co-EMIB、UCIe、Foveros等方面不断进步。特别是在3D封装部分，Intel推出了Foveros Direct，实现了向直接铜对铜键合的过渡。通过使用HBI技术，可以实现10微米以下的凸点间距，不同芯片之间的互连密度可以提高10倍以上。不久前，超级计算机开发的顶级加速卡Ponte Vecchio，集成晶体管超过1000亿个。它采用了五种不同的制造工艺，并在内部封装了多达47种不同的瓷砖，使其成为Foveros的3D堆叠封装技术和Co-EMIB连接技术的“大师”。

根据咨询公司Yole Developpement的数据，2021年半导体制造商在先进封装领域的资本支出约为119亿美元。该机构称，2021年先进封装市场规模约为27.4亿美元，预计到2027年，该市场将实现19%的复合年增长率，届时先进封装市场规模将达到每年78.7亿美元。

由此看来，未来的竞争在架构创新、技术、包装等方面也将如火如荼。在这些方面，三大巨头可能需要面面俱到。未来的赢家和输家会怎么写？