近日大火的聊天機(jī)器人程序ChatGPT，最終還是崩了！多位用戶反映，其網(wǎng)站因?yàn)檫\(yùn)算量過(guò)大，出現(xiàn)了無(wú)法回復(fù)的情況。

翻譯：我們出現(xiàn)了遠(yuǎn)超預(yù)想的(運(yùn)算)需求，請(qǐng)?jiān)賵?jiān)持一下并等待我們將系統(tǒng)擴(kuò)展。

事實(shí)上，ChatGPT出現(xiàn)崩潰只是算力緊張的一個(gè)縮影。近日隨著百度、京東、騰訊等國(guó)內(nèi)廠商宣布參與智能聊天機(jī)器人領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)，未來(lái)類似ChatGPT這樣的程序?qū)⒃絹?lái)越多。人工智能發(fā)展是大勢(shì)所趨，全球市場(chǎng)對(duì)于算力的需求也將出現(xiàn)快速的增長(zhǎng)。

GPU的“變種”在算力領(lǐng)域“擠走”CPU

提到算力，首先不得不說(shuō)的就是CPU(Central Processing Unit，中央處理器)。1971年，英特爾生產(chǎn)的4004微處理器將運(yùn)算器和控制器集成在一個(gè)芯片上，標(biāo)志著CPU的誕生，這也是大規(guī)模機(jī)器運(yùn)算的開(kāi)始。后來(lái)從四位運(yùn)算開(kāi)始，每隔幾年處理器的性能就會(huì)翻倍。

再之后，單純的運(yùn)算位數(shù)增加已不再滿足復(fù)雜的運(yùn)算需求，CPU逐漸向更多核心，更高并行度發(fā)展。典型的代表有英特爾的酷睿系列處理器和AMD的銳龍系列處理器。

CPU最大的特點(diǎn)是全能，作為中央處理器，其性能被平均分為多個(gè)模塊，也因此CPU可以完成絕大多數(shù)指令下的任務(wù)，整體屬于一款較為均衡的產(chǎn)品。

與此同時(shí)，由于電腦顯示器的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的GPU(Graphics Processing Unit，圖形處理器)也應(yīng)運(yùn)而生。顯示器上的圖形顯示需要大量的重復(fù)運(yùn)算(顯示各種顏色，甚至三維圖像)，其對(duì)于算力的要求要遠(yuǎn)高于以處理指令為主的CPU。因此不同于CPU，GPU更強(qiáng)調(diào)了并行計(jì)算的方法，這也讓GPU無(wú)論是算力還是運(yùn)算速度，都要高于CPU。

隨著顯示器分辨率的不斷提升，特別是多款大型游戲?qū)τ陲@示器分辨率的要求越來(lái)越高，GPU的運(yùn)算性能也在飛速提升，而且提升速度快于CPU。

在這一方面，英偉達(dá)占據(jù)了GPU市場(chǎng)的頭把交椅，不少人應(yīng)該都有過(guò)為了某款熱門游戲，而單獨(dú)安裝英偉達(dá)顯卡的經(jīng)歷。

很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，CPU負(fù)責(zé)中央控制和各種運(yùn)算，GPU負(fù)責(zé)少量處理和大量重復(fù)運(yùn)算，兩者相輔相成，各自擔(dān)負(fù)起了對(duì)應(yīng)的職能。

然而，有人看到了GPU相對(duì)于CPU高算力的優(yōu)勢(shì)，于是一種去掉了GPU圖形處理部分內(nèi)容，而僅保留了科學(xué)計(jì)算，AI訓(xùn)練、推理任務(wù)等通用計(jì)算類型的GPGPU(General-Purpose computing on Graphics Processing Units，通用圖形處理器)誕生了。

GPGPU，可以說(shuō)是特化版的運(yùn)算芯片，GPGPU通過(guò) GPU 多條流水線的并行計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)大量計(jì)算。超長(zhǎng)流水線的設(shè)計(jì)以吞吐量的最大化為目標(biāo)，在對(duì)大規(guī)模的數(shù)據(jù)流并行處理方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

如果說(shuō)普通CPU的計(jì)算能力是小溪流，那么GPGPU的計(jì)算能力就是并行了注入多條河流的大江長(zhǎng)河。在未來(lái)人工智能爆發(fā)的時(shí)代，其遠(yuǎn)優(yōu)于CPU的運(yùn)算性能，決定了這個(gè)GPU家族的“變種”在算力領(lǐng)域?qū)ⅰ皵D走”傳統(tǒng)的CPU，大規(guī)模應(yīng)用于算力市場(chǎng)中。

事實(shí)上，此前就有消息表示，ChatGPT已導(dǎo)入了至少1萬(wàn)個(gè)英偉達(dá)高端的GPGPU，不論此消息是否屬實(shí)，ChatGPT至少很大概率使用了大量的GPGPU，并且好像已投入的部分還不夠用，需要更多。一個(gè)高端GPGPU動(dòng)輒數(shù)十上百萬(wàn)，這樣看來(lái)，GPGPU的市場(chǎng)空間可能會(huì)非常大。

GPGPU生態(tài)：英偉達(dá)業(yè)內(nèi)領(lǐng)先，國(guó)內(nèi)生態(tài)初見(jiàn)雛形

事實(shí)上，一般的GPGPU確實(shí)具備了超快速的運(yùn)算能力，然而，要想達(dá)到ChatGPT這種真正具備一定解決問(wèn)題能力的成型AI系統(tǒng)，仍需要大量的開(kāi)發(fā)工作，特別是需要海量的深度學(xué)習(xí)支持。AI才能面對(duì)并有效處理海量的問(wèn)題。深度學(xué)習(xí)與GPU的圖形處理有一些相通的地方，它需要大量的數(shù)據(jù)來(lái)“訓(xùn)練”模型。比如一個(gè)貓圖識(shí)別AI，需要提供數(shù)以萬(wàn)計(jì)的貓圖供其“學(xué)習(xí)”。而每一張貓圖的學(xué)習(xí)又與其他貓圖沒(méi)有先后關(guān)系，每一張貓圖，其實(shí)就相當(dāng)于一次學(xué)習(xí)。

?而如果缺少這些必要的開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)支持，否則的話，GPGPU空有大量的運(yùn)算能力，卻不一定能夠做出正確的運(yùn)算。例如，前兩天谷歌Bard的發(fā)布會(huì)中，就犯了事實(shí)性的錯(cuò)誤，在一個(gè)“關(guān)于詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)，我可以告訴我9歲的孩子它有哪些新發(fā)現(xiàn)？”的問(wèn)題中，Bard給出的一個(gè)答案是：太陽(yáng)系外行星的第一張照片，是用JWST拍攝的。然而事實(shí)上，2004年，第一張系外行星照片是由歐洲南方天文臺(tái)的甚大望遠(yuǎn)鏡(VLT)拍攝的。

這種學(xué)習(xí)、運(yùn)算與開(kāi)發(fā)的過(guò)程，往往需要一個(gè)統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)架構(gòu)，架構(gòu)越優(yōu)秀、越適配GPGPU。開(kāi)發(fā)的效果也會(huì)越好。在這一領(lǐng)域，英偉達(dá)的優(yōu)勢(shì)比較明顯，英偉達(dá)的CUDA(Compute Unified Device Architecture，統(tǒng)一計(jì)算架構(gòu))集成技術(shù)，占據(jù)了全球八成以上的GPGPU開(kāi)發(fā)市場(chǎng)。通過(guò)這個(gè)技術(shù)，用戶可利用英偉達(dá)的GPU進(jìn)行圖像處理之外的運(yùn)算。由于絕大多數(shù)架構(gòu)都是針對(duì)CPU進(jìn)行編程的，更突顯出了英偉達(dá)該架構(gòu)的稀缺性。

不過(guò)，最近英偉達(dá)也遇到了越來(lái)越多的挑戰(zhàn)，首先是一款新的架構(gòu)PyTorch在AI開(kāi)發(fā)領(lǐng)域大有后來(lái)居上的架勢(shì)，由于其將支持更多GPU，相比于英偉達(dá)對(duì)GPU領(lǐng)域的壟斷，受到了很多廠家的歡迎。而后續(xù)OpenAI(推出ChatGPT的公司)又發(fā)布了一款開(kāi)源的GPU開(kāi)發(fā)架構(gòu)Triton。其雖然可以看作簡(jiǎn)化版的CUDA，但由于其采用較易編碼的Python進(jìn)行開(kāi)發(fā)，且性能不輸CUDA太多，最重要的是：其代碼開(kāi)源也意味著開(kāi)發(fā)者享受著自由的環(huán)境，因此該開(kāi)發(fā)架構(gòu)也受到了很多開(kāi)發(fā)者的歡迎。盡管目前Triton還只支持英偉達(dá)的GPGPU芯片，但其負(fù)責(zé)人員表示未來(lái)會(huì)支持更多廠商的芯片，做到真正的自由開(kāi)發(fā)。

國(guó)內(nèi)的GPGPU生態(tài)起步較晚，但近年來(lái)不斷的投入，也在2022年有了一定的成績(jī)。首先是在RISC-V(一種開(kāi)源架構(gòu))中國(guó)峰會(huì)上，清華大學(xué)集成電路學(xué)院何虎副教授團(tuán)隊(duì)發(fā)布了基于RISC-V的開(kāi)源GPGPU實(shí)現(xiàn)方案，名為“承影”(Ventus)，同時(shí)還給出了映射方案、指令集和微架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。

而上海交大在GPGPU架構(gòu)領(lǐng)域，同樣取得了不小的突破。2022年8月，上海交大團(tuán)隊(duì)正式對(duì)外發(fā)布了自研開(kāi)源GPGPU平臺(tái)“青花瓷”。“地緣政治所帶來(lái)的不確定性在這幾年有增無(wú)減，國(guó)產(chǎn)化的勢(shì)在必行。利用開(kāi)源及開(kāi)源生態(tài)所創(chuàng)造的芯片，就有可能解決卡脖子的困境。發(fā)布這款芯片的團(tuán)隊(duì)主要成員梁教授表示。“通過(guò)十年的努力打造屬于中國(guó)的GPGPU生態(tài)，做人人都用得起GPGPU，這是我們的愿景”。

國(guó)內(nèi)GPGPU公司：有所突破，但仍任重道遠(yuǎn)

有了多樣的生態(tài)，國(guó)內(nèi)的一些GPGPU公司也在研發(fā)的道路上不懈努力，推出了一些有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。

2022年9月，壁仞科技首次展出了BR100系列GPGPU芯片，算力創(chuàng)下全球紀(jì)錄。壁仞科技首款通用GPU芯片BR100，基于壁仞科技原創(chuàng)芯片架構(gòu)研發(fā)，采用的是7nm先進(jìn)制程工藝，可容納770億顆晶體管，16位浮點(diǎn)算力達(dá)到1000T(1T=1024G)以上、8位定點(diǎn)算力達(dá)到2000T以上。BR100芯片在國(guó)內(nèi)率先采用Chiplet(先進(jìn)封裝)技術(shù)，使得中國(guó)的通用GPU芯片邁入“每秒千萬(wàn)億次計(jì)算”新時(shí)代，最為振奮人心的是，這是第一次全球通用GPU算力紀(jì)錄由中國(guó)企業(yè)制造。

隨后，浪潮AI服務(wù)器成功搭載壁仞科技自研的高端通用GPU，在多項(xiàng)比拼中獲評(píng)全球最佳性能，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)芯片在國(guó)際AI賽場(chǎng)上的精彩亮相，取得了歷史性的突破。

在A股上市公司當(dāng)中，目前還沒(méi)有以GPGPU為絕對(duì)主業(yè)的公司，但仍有與GPU業(yè)務(wù)有一定關(guān)系的上市公司，其中景嘉微經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)積累，公司在傳統(tǒng)GPU設(shè)計(jì)及特定領(lǐng)域應(yīng)用方面形成一定的技術(shù)、品牌等綜合優(yōu)勢(shì)。公司在半年報(bào)中指出，其已在通用GPU(即GPGPU)領(lǐng)域有所延申，正持續(xù)研發(fā)并提供相關(guān)產(chǎn)品。

而以CPU為主要產(chǎn)品的海光信息，也已研發(fā)出了基于GPGPU的DPU(Data Processing Unit，中央處理器分散單元)產(chǎn)品，該產(chǎn)品其實(shí)是GPGPU的一種。其兼容“類 CUDA”環(huán)境，解決了產(chǎn)品推廣過(guò)程中的軟件生態(tài)兼容性問(wèn)題。公司通過(guò)參與開(kāi)源軟件項(xiàng)目，并實(shí)現(xiàn)與 GPGPU 主流開(kāi)發(fā)平臺(tái)的兼容。

圖片來(lái)源：海光信息招股說(shuō)明書

值得注意的是，盡管這兩家公司只是與GPGPU業(yè)務(wù)有一定關(guān)系，但兩家公司近日雙雙大漲，其中2月9日景嘉微20cm漲停，海光信息也大漲超13%。市場(chǎng)或許也已意識(shí)到算力爆發(fā)背景下，GPGPU產(chǎn)業(yè)的投資機(jī)會(huì)。

除了上述公司外，登臨科技、芯動(dòng)力、沐曦半導(dǎo)體等公司，也正在GPGPU這條賽道上不斷努力著。如果這些仍未上市的GPGPU公司選擇上市，投資者也可以關(guān)注他們的動(dòng)態(tài)，選擇參與打新或二級(jí)市場(chǎng)的投資。

綜合來(lái)看，盡管國(guó)內(nèi)近兩年在GPGPU領(lǐng)域已取得了很多的突破，但也要看到國(guó)外一些大型廠商已在該領(lǐng)域經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，并擁有著大量的上下游市場(chǎng)資源。而我國(guó)的GPGPU產(chǎn)品不僅在生態(tài)和開(kāi)發(fā)領(lǐng)域面臨著國(guó)外大廠卡脖子的挑戰(zhàn)，即使是在各自的芯片研發(fā)領(lǐng)域也面臨著研發(fā)周期長(zhǎng)、投入量大、產(chǎn)品成功概率偏低等一系列問(wèn)題。我國(guó)以CPU和GPU為代表的高端芯片設(shè)計(jì)行業(yè)的整體研發(fā)實(shí)力、創(chuàng)新能力和應(yīng)用推廣能力仍有待提升。面對(duì)事關(guān)未來(lái)時(shí)代變革的重要產(chǎn)品，或許需要政府、高校和研發(fā)企業(yè)共同努力，互相共享經(jīng)驗(yàn)和成果，才能真正在這一領(lǐng)域縮小與國(guó)外的差距，實(shí)現(xiàn)真正的國(guó)產(chǎn)替代、自主可控。