英偉達(dá)（上）：五年二十倍的芯片大牛是如何煉成的？

作者|海豚投研    來源|海豚投研（ID：haituntouyan）

啟動(dòng)資金只有4萬美金的創(chuàng)業(yè)公司，是如何成長(zhǎng)為全球市值最大的算力芯片公司。英偉達(dá)的“草根”逆襲是表明算力“新時(shí)代”的到來嗎？2021年9月，英偉達(dá)的市值超過5000億美元，已經(jīng)達(dá)到老牌芯片廠商英特爾的兩倍有余。

來源：海豚投研整理

GPU領(lǐng)域的性能之王穩(wěn)固了英偉達(dá)游戲業(yè)務(wù)的基本盤，如火如荼的數(shù)據(jù)中心云業(yè)務(wù)給公司帶來二次成長(zhǎng)的強(qiáng)勁動(dòng)力，自動(dòng)駕駛的發(fā)展蘊(yùn)含著巨大的潛力。疊加礦機(jī)、VR/AR、AI等領(lǐng)域?qū)λ懔Φ钠惹行枨螅懔榇髷?shù)據(jù)時(shí)代的核心。

英偉達(dá)憑借在GPU上積累的全球領(lǐng)先計(jì)算能力，推出“GPU+CPU+DPU”的“三芯”戰(zhàn)略。在構(gòu)建產(chǎn)品矩陣的同時(shí)，“三芯”協(xié)同將性能進(jìn)一步提升。

在全球最強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)和最強(qiáng)算力的自動(dòng)駕駛芯片加持下，不僅期待每年發(fā)布的新品，更期待著英偉達(dá)開辟算力新時(shí)代！

對(duì)于英偉達(dá)的個(gè)股研究，海豚君本篇在于闡述英偉達(dá)的“草根逆襲“之路、英偉達(dá)各核心業(yè)務(wù)情況和公司未來的戰(zhàn)略規(guī)劃，主要分析以下幾個(gè)問題：

英偉達(dá)如何從“草根“逆襲成為最大算力芯片公司？

英偉達(dá)游戲業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)和汽車業(yè)務(wù)的發(fā)展情況如何？在傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)GPU業(yè)務(wù)中的地位怎么樣？

英偉達(dá)的“三芯”計(jì)劃下，公司有什么樣的未來發(fā)展戰(zhàn)略？

一

英偉達(dá)：“草根逆襲“的典型

英偉達(dá)在1993年由黃仁勛、Chris Malachowsky和Curtis Priem成立，從當(dāng)時(shí)啟動(dòng)資金4萬美元如今已成長(zhǎng)為市值超5000億美元的全球最大算力芯片公司。

在早期的圖形處理器市場(chǎng)中玩家眾多， 3dfx通過推出Voodoo 3D加速卡在當(dāng)時(shí)領(lǐng)先于市場(chǎng)同行。英偉達(dá)由于蔑視當(dāng)時(shí)的主流標(biāo)準(zhǔn)，采用自創(chuàng)的四邊形成像（QTM）技術(shù)，在同時(shí)期公司打造的NV1和NV2都未成功。

英偉達(dá)在成立的第7年將前全球領(lǐng)先廠商3dfx收入囊中。公司在NV1和NV2后，陸續(xù)推出了Riva128、TNT和TNT2產(chǎn)品。尤其是TNT2的發(fā)布對(duì)3dfx帶來致命一擊，并于2000年英偉達(dá)將3dfx的知識(shí)產(chǎn)權(quán)買斷。

1999年英偉達(dá)發(fā)布世界上第一款GPU——Geforce256，首創(chuàng)了“GPU”一詞。在進(jìn)入21世紀(jì)后，英偉達(dá)從此前的蠻荒時(shí)代中脫穎而出，市場(chǎng)中主要還剩下英偉達(dá)和ATI（2006年被AMD收購）。

在AMD收購ATI之后的重心更多地轉(zhuǎn)向中低端市場(chǎng)，性能端漸漸落后于英偉達(dá)。而后英偉達(dá)牢牢掌控著高端市場(chǎng)，而AMD的GPU則成為性價(jià)比的代名詞。

隨著人工智能、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的突破發(fā)展，帶來AI、VR和礦機(jī)等的巨大需下，英偉達(dá)的業(yè)務(wù)從游戲拓展到數(shù)據(jù)中心、專業(yè)可視化、汽車和OEM等。英偉達(dá)公司收入規(guī)模從2015年的50.12億美元成長(zhǎng)至2020年的166.75億美元，成長(zhǎng)至3倍有余。游戲業(yè)務(wù)仍為公司最大的收入來源，而數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)增長(zhǎng)是最為明顯的，在5年間增長(zhǎng)近20倍。

來源：海豚投研整理

二

主要業(yè)務(wù)情況：

英偉達(dá)2021年第二季度收入達(dá)到65.07億美元，創(chuàng)公司季度收入新高，業(yè)務(wù)的主要關(guān)注點(diǎn)來自于游戲、數(shù)據(jù)中心和汽車業(yè)務(wù)。游戲業(yè)務(wù)是公司收入的最大來源，占比將近一半。數(shù)據(jù)中心成長(zhǎng)為公司第二大收入來源，汽車占比雖只有2%，但隨著自動(dòng)駕駛的普及具備未來快速增長(zhǎng)的潛力。

來源：公司公告、海豚投研整理

2.1 游戲業(yè)務(wù)：GPU的高端王者

英偉達(dá)2021年二季度游戲業(yè)務(wù)收入達(dá)30.61億美元，繼上季度同比高增后，二季度游戲收入再創(chuàng)季度新高。游戲業(yè)務(wù)的收入主要來自于臺(tái)式機(jī)和筆記本的GPU，公司游戲業(yè)務(wù)屢創(chuàng)新高主要是由于公司基于Ampere GPU架構(gòu)的游戲產(chǎn)品，連續(xù)4個(gè)季度都保持強(qiáng)勁的需求。

來源：公司公告、海豚投研整理

GPU是圖像處理芯片，外表與CPU有點(diǎn)相似，是顯卡的“心臟“。GPU因并行計(jì)算任務(wù)較重，所以功耗較大，只能焊接在顯卡的電路板上使用。

CPU和GPU都是芯片，區(qū)別在于不同的架構(gòu)下適用不同的場(chǎng)景。從芯片架構(gòu)圖來看（黃色用來表示控制單元，綠色用來表示計(jì)算單元，橙色用來表示存儲(chǔ)單元)。可以看到GPU就像是CPU的“變種”版本，在CPU中控制單元、計(jì)算單元和存儲(chǔ)單元相對(duì)比較均衡，而GPU則尤為偏科，其中有將近80%的計(jì)算單元。

CPU是順序執(zhí)行運(yùn)算，而GPU是可以大量并發(fā)的執(zhí)行運(yùn)算，通俗的說就是CPU做事情是一件一件來做，而GPU是很多件事情同時(shí)做。在適用場(chǎng)景上，CPU精于控制和復(fù)雜運(yùn)算的場(chǎng)景，而GPU精于簡(jiǎn)單且重復(fù)運(yùn)算的場(chǎng)景。

來源：電子工程網(wǎng)、海豚投研整理

在全球GPU市場(chǎng)中目前主要有3個(gè)玩家，英特爾、AMD和英偉達(dá)。英特爾和AMD由于自身有CPU業(yè)務(wù)，在2009年后兩家廠商都各自大力發(fā)展內(nèi)置于CPU的高性能集成式圖形處理內(nèi)核。而英偉達(dá)仍專注于GPU領(lǐng)域，由于此前不具備CPU業(yè)務(wù)，公司重心放在更高性能的獨(dú)立顯卡方向。

由于英特爾和AMD在CPU市場(chǎng)的巨大市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，帶動(dòng)兩家廠商集成顯卡的出貨。英特爾憑借在CPU市場(chǎng)60%以上的市場(chǎng)份額，獲得了GPU市場(chǎng)份額上的領(lǐng)先地位。英偉達(dá)GPU的市場(chǎng)份額穩(wěn)定在15-20%區(qū)間，主要來自于公司獨(dú)立顯卡的出貨，公司憑借性能優(yōu)勢(shì)牢牢占據(jù)GPU的高端市場(chǎng)。

來源：JPR、海豚投研整理

顯卡分為獨(dú)立顯卡和主板上集成顯卡，獨(dú)立顯卡主要由GPU、顯存和接口電路構(gòu)成，集成顯卡沒有獨(dú)立顯存而是使用主板上的內(nèi)存。

性能上，獨(dú)立顯卡優(yōu)于集成顯卡。獨(dú)立顯卡的顯示芯片由獨(dú)立的顯存，不需要占用內(nèi)存；集成顯卡沒有顯存，只能是靠共享一定的內(nèi)存作為顯存，一定程度上會(huì)影響性能的發(fā)揮；

功耗上，獨(dú)立顯卡高于集成顯卡。獨(dú)顯的散熱改善和更大的電路板設(shè)計(jì)空間，獨(dú)立顯卡允許更強(qiáng)的供電設(shè)計(jì)和更大的功耗，用以支撐獨(dú)立顯卡更強(qiáng)的發(fā)揮，而集成顯卡的功耗比獨(dú)顯的要低。

來源：海豚投研整理

由于獨(dú)顯在性能上的優(yōu)勢(shì)，能應(yīng)付更高算力的應(yīng)用場(chǎng)景，所以更多地用于高端市場(chǎng)。即使英特爾在GPU市場(chǎng)占據(jù)領(lǐng)先的市場(chǎng)份額，也未能進(jìn)入高端獨(dú)顯市場(chǎng)。在全球獨(dú)顯市場(chǎng)的主流玩家僅剩兩家，英偉達(dá)和AMD。

憑借產(chǎn)品領(lǐng)先的性能，英偉達(dá)在獨(dú)顯市場(chǎng)牢牢占據(jù)領(lǐng)先地位。在2021年二季度獨(dú)顯市場(chǎng)中，英偉達(dá)的市占率已經(jīng)達(dá)到83%，遙遙領(lǐng)先于AMD。隨著英偉達(dá)Ampere GPU架構(gòu)的游戲產(chǎn)品發(fā)布，市場(chǎng)需求帶來公司游戲業(yè)務(wù)的高增。英偉達(dá)在全球獨(dú)顯市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)不斷擴(kuò)大，從19Q2的68%的市占率逐季提升至80%。

來源：JPR、海豚投研整理

顯卡是電腦必備硬件，任何電腦沒有顯卡，顯示器都不會(huì)有畫面提示。對(duì)于一般辦公、瀏覽網(wǎng)頁，普通核顯也都能滿足需求。如果是游戲愛好者或者設(shè)計(jì)等專業(yè)用戶，更高性能的獨(dú)立顯卡才能滿足需求。英偉達(dá)憑借自身領(lǐng)先的產(chǎn)品性能，引領(lǐng)獨(dú)顯產(chǎn)品的發(fā)展，牢牢占據(jù)GPU的高端市場(chǎng)。

2.2 數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)：大數(shù)據(jù)時(shí)代的“佼佼者”

英偉達(dá)2021年二季度數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)收入達(dá)23.66億美元，持續(xù)創(chuàng)季度新高。數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的收入占比從2014年初的5%增長(zhǎng)至超35%，成為影響公司收入的重要部分。英偉達(dá)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的提升主要來自于2020年二季度公司對(duì)Mellanox的并表。

然而在并表的影響過后，公司在今年二季度仍取得35%的同比增長(zhǎng)，體現(xiàn)下游的強(qiáng)勁需求。繼AWS和谷歌云平臺(tái)在前幾個(gè)季度全面上市后，公司旗艦A100繼續(xù)向超大規(guī)模和垂直客戶提供服務(wù)。垂直行業(yè)的需求主要在金融服務(wù)、超級(jí)計(jì)算和電信客戶的帶動(dòng)下，同時(shí)公司推理處理器也取得非凡增長(zhǎng)。

來源：公司公告、海豚投研整理

當(dāng)數(shù)據(jù)大爆炸后，傳統(tǒng)的CPU有點(diǎn)力不從心，并行計(jì)算是更高效的計(jì)算方式。而GPU從一開始就為并行計(jì)算而生，動(dòng)輒幾百個(gè)內(nèi)核，使其能夠很輕松地同時(shí)處理數(shù)千個(gè)線程。

2012年吳恩達(dá)領(lǐng)銜谷歌大腦從1000萬張圖中識(shí)別一只貓，整個(gè)過程動(dòng)用了1000臺(tái)電腦和16000個(gè)CPU。而之后吳恩達(dá)用英偉達(dá)的GPU代替了英特爾的CPU，僅用了16臺(tái)電腦和64個(gè)GPU就完成了同樣的識(shí)別工作。

在大數(shù)據(jù)處理上，GPU擁有天然的優(yōu)勢(shì)。英偉達(dá)在最新的世界500強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)中342臺(tái)提供支持，其中包括70%的所有新系統(tǒng)和前10名中的8臺(tái)。

來源：海豚投研整理

數(shù)據(jù)時(shí)代的浪潮下，各大公司都大力開展云服務(wù)，英偉達(dá)尤為受益。從云業(yè)務(wù)的資本開支情況看，全球云業(yè)務(wù)的資本開支呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的態(tài)勢(shì)。同時(shí)英偉達(dá)的數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)增長(zhǎng)迅猛，依托AWS、谷歌云等大客戶的發(fā)展，公司數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)在全球云業(yè)務(wù)資本開支的占比提升顯著，從2016年初的不到2%提升至2021年二季度的7%左右。

來源：GS、海豚投研整理

2.3 汽車業(yè)務(wù)：結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，釋放自動(dòng)駕駛潛力

英偉達(dá)2021年二季度汽車業(yè)務(wù)收入達(dá)1.52億美元，同比增長(zhǎng)3%。主要由于信息娛樂收入出現(xiàn)連續(xù)下滑，但同時(shí)自動(dòng)駕駛的增長(zhǎng)抵消了頹勢(shì)。汽車業(yè)務(wù)板塊目前占比雖不到3%，對(duì)公司整體收入影響較小。但目前正處于結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型期，展望未來汽車業(yè)務(wù)有望受益于自動(dòng)駕駛的巨大變化。

來源：公司公告、海豚投研整理

NVIDIA DRIVE平臺(tái)正在從乘用車到自動(dòng)駕駛出租車，再到卡車運(yùn)輸和運(yùn)貨車輛的整個(gè)運(yùn)輸行業(yè)中迅速采用。Auto X推出的自動(dòng)駕駛平臺(tái)，同樣適用于NVIDIA DRIVE提供支持的機(jī)器人出租車。在自動(dòng)駕駛卡車運(yùn)輸方面，NVIDIA DRIVE生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴plus與亞馬遜簽署了一項(xiàng)協(xié)議，為亞馬遜的送貨車隊(duì)提供至少1000輛自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。

來源：公司資料、海豚投研整理

三

英偉達(dá)的“三芯”戰(zhàn)略：算力新時(shí)代

在2021年的GTC21上，英偉達(dá)首席執(zhí)行官黃仁勛將產(chǎn)品路線升級(jí)“GPU+CPU+DPU”的“三芯”戰(zhàn)略。不同于過往20余年圍繞GPU打造產(chǎn)品，英偉達(dá)首次推出CPU產(chǎn)品。

1）GPU是公司傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)業(yè)務(wù)，基本盤上選擇Ampere架構(gòu)，產(chǎn)品推出后在市場(chǎng)上獲得強(qiáng)勁需求。

2）CPU產(chǎn)品是公司推出的首款數(shù)據(jù)中心CPU叫Grace，主要面向大型數(shù)據(jù)密集型HPC和AI應(yīng)用，預(yù)計(jì)2023年可以供貨。

3）DPU產(chǎn)品是由收購的Mellanox內(nèi)部孵化的, Bluefield DPU主要用于數(shù)據(jù)處理。DPU的出現(xiàn)，就可以先在DPU將大量的信息先做消化，接著再傳遞給CPU做其他的分配，如此一來能減少CPU約30%的消耗。

“我們每年都會(huì)發(fā)布激動(dòng)人心的新品。三類芯片，逐年飛躍，一個(gè)架構(gòu)。”黃仁勛表示。

來源：公司資料、海豚投研整理

“三芯”戰(zhàn)略下的未來發(fā)展

游戲業(yè)務(wù)：英偉達(dá)在高端GPU市場(chǎng)擁有絕對(duì)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，在獨(dú)顯市場(chǎng)占有80%以上的份額。根據(jù)“三芯”規(guī)劃，公司全面進(jìn)行Ampere架構(gòu)，并在未來每2年左右都會(huì)有新GPU產(chǎn)品出現(xiàn)，有望繼續(xù)維持公司的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)；

數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)：“三芯”戰(zhàn)略的最為受益業(yè)務(wù)，也體現(xiàn)了公司對(duì)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的重視。本次推出的Grace CPU定位在數(shù)據(jù)中心，此前推出的BlueField DPU也將主要對(duì)數(shù)據(jù)中心的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。同時(shí)基于Grace的系統(tǒng)與英偉達(dá)GPU緊密結(jié)合，性能將比目前最先進(jìn)的NVIDIA DGX系統(tǒng)（在x86 CPU上運(yùn)行）高出10倍；

黃仁勛表示，“基于今天新發(fā)布的Grace CPU以及下一代GPU，瑞士國家超級(jí)計(jì)算中心、蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)將構(gòu)建一臺(tái)名為阿爾卑斯的超級(jí)計(jì)算機(jī)，算力20Exaflops（目前全球第一超算富岳的算力約為0.537Exaflops），將實(shí)現(xiàn)兩天訓(xùn)練一次GPT-3模型的能力，比目前基于英偉達(dá)GPU打造的 Selene 超級(jí)計(jì)算機(jī)快7倍”。

汽車業(yè)務(wù)：“三芯”戰(zhàn)略有望顯著提升公司自動(dòng)駕駛的競(jìng)爭(zhēng)力?；谟ミ_(dá)新一代GPU架構(gòu)、全新Arm CPU以及深度學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)視覺加速器，黃仁勛推出了新一代面向自動(dòng)駕駛汽車的NVIDIA DRIVE Atlan，該處理器性能最高達(dá)每秒超過1000萬億次（TOPS）運(yùn)算，約是上一代Orin處理器的4倍，超過了絕大多數(shù)L5無人駕駛出租車的總計(jì)算能力。DRIVE Atlan SoC也集成BlueField DPU，可以支持自動(dòng)駕駛汽車中的復(fù)雜計(jì)算和AI工作負(fù)載。預(yù)計(jì)DRIVE Atlan將搭載在多家汽車制造商的2025年車型上。

來源：公司資料、海豚投研整理

四

總結(jié)

英偉達(dá)通過對(duì)芯片性能的極致追求，從圖像處理器的“蠻荒時(shí)代”中脫穎而出。經(jīng)過20余年的發(fā)展，英偉達(dá)從4萬美金的初創(chuàng)公司發(fā)展為全球最大算力芯片公司。

GPU性能的碾壓級(jí)表現(xiàn)，收獲口碑的同時(shí)在游戲高端獨(dú)顯市場(chǎng)構(gòu)造領(lǐng)先地位。在大數(shù)據(jù)時(shí)代中，數(shù)據(jù)中心的強(qiáng)勁表現(xiàn)成為公司成長(zhǎng)新動(dòng)力。展望未來，自動(dòng)駕駛、AI、AR/VR等對(duì)算力的強(qiáng)勁需求，英偉達(dá)有望成為算力賽道之王。

“三芯”戰(zhàn)略下，英偉達(dá)從GPU業(yè)務(wù)拓展至DPU和CPU產(chǎn)品，拓寬產(chǎn)品矩陣同時(shí)進(jìn)一步提升產(chǎn)品性能，打造全球最強(qiáng)算力超級(jí)計(jì)算機(jī)和自動(dòng)駕駛芯片。"GPU+CPU+DPU"，英偉達(dá)在開辟下一個(gè)“芯算力”時(shí)代。

下篇海豚君將主要解決下列問題“英偉達(dá)的成長(zhǎng)空間如何看待”以及“英偉達(dá)的投資價(jià)值怎么樣？”。

編者按：本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)：海豚投研（ID：haituntouyan）