全球最大的半导体IP产业链,你了解多少?

GPU发展史

GPU(graphics processing unit):图形处理器,又称显示核心、视觉处理器、显示芯片,是一种在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备(如平板电脑、智能手机等)上做图像和图形相关运算工作的微处理器。

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1999年 ,NVIDIA公司在发布其标志性产品GeForce256 时,首次提出了 GPU 的概念,但具有GPU功能的处理器在80年代就已经出现了。GPU的诞生及此后不断革新的技术演进,是为了应对日益复杂的图形计算需求,达成更加逼真、更加生动的实时感官体验。随着GPU融入硬件T&L功能,Shader的出现和统一渲染架构的发展,再到目前GPU光线追踪技术以及向通用计算领域的拓展,GPU行业经历了一次又一次的变革。

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GPU产业链

在GPU乃至整个半导体的产业链中,上游主要是指EDA、IP授权以及GPU芯片设计公司,中游主要是指GPU的制造和封测公司,下游主要是集成商和终端客户。

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1.产业链上游

EDA是电子设计自动化,是一种在计算机辅助下,完成芯片设计方案输入、处理、模拟、验证的软件工具。EDA领域三大巨头,Synopsys、Cadence 和西门子旗下的 Mentor Graphics ,占了全球65%左右的份额,而在国内这三家的份额更是占到了95%以上,可以说处于绝对的垄断地位。尤其是先进制程领域,几乎完全被Synopsys和Cadence两家垄断。在中国本土专注于芯片设计EDA工具的企业中,比较有代表性的有华大九天、广立微、芯禾科技等。

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半导体 IP 是指集成电路设计中预先设计、验证好的功能模块,其因为性能高、功耗优、成本适中、技术密集度高、知识产权集中、商业价值昂贵,是集成电路设计产业的核心产业要素和竞争力体现。芯片设计公司通过类似搭积木方式购买IP,实现某个特定功能,缩短芯片开发时间。

ARM是全球最大的半导体IP提供商。2020全球半导体IP排行榜中,ARM排名第一。全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构,国产SoC中有95%是基于ARM处理器技术。

国内GPUIP的主要供应商有芯原股份、芯动科技、芯来科技。

芯片设计公司运用EDA工具和IP模块,通过系统设计和电路设计,将设定的芯片规格形成芯片的设计版图。目前,全球芯片设计仍处于高度垄断的格局,美国占据着最大市场份额。

国际上知名的芯片设计公司主要包括英伟达、AMD、英特尔、ARM、高通等公司,而国内目前在GPU领域已经做出成熟产品的只有景嘉微一家。

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2.产业链中游

晶圆制造是指在制备的晶圆材料上构建完整的物理电路。过程包括掩模制作、切片、研磨、扩散、光刻、刻蚀、离子注入等核心工艺。封测是在晶圆设计、制造完成之后,对测试合格的晶圆进行封装检测得到独立芯片的过程。

主要的芯片制造商有台积电、中芯国际、三星、英特尔。国内最先进的是中芯国际的14nm工艺,而三星和台积电5nm已经量产,差距在3代左右。

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封测在芯片整个产业链相对简单,也是国内优先发展的方向,目前国内在封测领域处于领先地位。大陆的封测厂主要有长电科技、通富微电、华天科技、日月光电。

总结:GPU产业链中上游的供给涉及设计、制造、封测三个主要环节,整体供给模式有IDM和Fab+Fabless两种。

IDM模式将设计、制造和封测集中在一起,代表厂商有英特尔。Fab+Fabless模式的代表有(1)AMD设计,台积电制造,通富微电封测;(2)ARM阵营的苹果设计,台积电制造,日月光封测。
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3.产业链下游**

GPU产业链的下游主要是包括显卡集成商以及终端客户。

一个完整的显卡包括主芯片、显存、供电模块等,通常将采用NVIDIA显示芯片的显卡称为N卡,而将采用AMD显示芯片的显卡称为A卡。这些显卡组装生产工厂负责将由AMD或者是NVIDIA(AMD和NVIDIA一般只负责提供核心)提供的显卡核心部分按照AMD或者是NVIDIA的技术要求整合在一块显卡版上。

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GPU的终端客户主要包括PC、手机、服务器、无人驾驶、虚拟货币矿机、AI芯片和军事领域。

以AI为卖点的初创GPU企业掀起融资潮

2019年9月成立的壁仞科技已完成B轮融资,成立两年多累计融资超过47亿,估值超10亿美元。

2020年6月成立的摩尔线程获得数十亿元融资,其GPU产品线覆盖通用图形计算和高性能计算。

2020年9月成立的沐曦集成电路完成十亿元A轮融资,公司的创始团队主要来自AMD等国际公司。

2019年11月成立的芯瞳半导体将在南京投资1.5亿元,开发国产自主GPU和人工智能芯片。

2018年12月在上海成立的瀚博半导体已经完成总计5亿人民币的A+轮融资,其产品适用多个人工智能领域。

2017年11月成立的登临科技最近完成A+轮融资,其首款GPU+(软件定义的片内异构通用AI处理器)产品已成功回片通过测试。

2015年12月成立的上海天数智芯近期完成12亿元的C轮融资,其7纳米通用(GPGPU)云端计算芯片BI于 2020 年 5 月流片、11 月回片并于12月成功 “点亮”。

总结:

在AI加速计算、国产半导体自主创新和风投资本的多重驱动下,原本风平浪静的国产GPU突然风生水起,在本就躁动不安的中国半导体业界掀起一股风浪。

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国家信创市场需求和工业控制等特定领域对GPU的需求增长将给景嘉微等国产GPU厂商带来增长和扩大市场的机遇。

至于以AI为主要应用市场的这些GPU新贵们,除了拿出真正可以对比的GPU芯片外,还需要在生态建设和AI场景落地方面下功夫,证明自己拿到这么多钱确实是“物有所值”。

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