我国GPU产业发展现状与未来趋势报告

本文件参与起草单位： 全球计算联盟、中国电子工业标准化技术协会新一代计算标准工作委员会、深圳市海思半导体有限公司、优三缔科技（上海）有限公司、厦门雅基软件有限公司（cocos）、百度网讯科技有限公司、中国电信股份有限公司研究院、中国科学技术大学、西安电子科技大学、武汉长江计算科技有限公司、芯动科技有限公司、摩尔线程智能科技 （北京）股份有限公司、长沙景嘉微电子股份有限公司 本文件主要起草人： 苗福友、刘音、李阳、陈庆帅，赵梦芳、刘伟贤、林顺、姜维、王佩龙、朱元瑞、林显成、刘利刚、朱虎明、宋梦、袁振涛、刘志豪、李策、宁靖 目录 一、图形化产业现状1 （一）图形化产业发展情况1 （二）图形化产业对芯片的需求4 （三）GPU产业化发展历史及现状6 二、图形化产业标准和政策情况9 （一）图形化产业政策现状9 （二）图形化标准现状10 三、总结与展望14 四、参考文献15 一、图形化产业现状 （一）图形化产业发展情况 最早的计算机图形显示主要依赖CPU进行，但随着计算机游戏和图形应用的兴起，CPU逐渐无法满足对高性能图形处理的需求，于是GPU应运而生。GPU拥有由数千个更小、更高效的核心组成的大规模并行计算架构，其中每个核心可独立执行命令且具备存储指令和数据的存储器。GPU最初主要用于加速图形，由于强大的并行计算能力，其应用范围逐渐从图形处理扩展到科学计算、人工智能等领域。 CPU与GPU架构示意图 GPU行业应用领域广泛，包括游戏、图像渲染、虚拟现实、车载显示、AIGC等，近年来在全球范围内都经历了显著的发展。 游戏产业：电子游戏通过电子设备提供互动体验，逐步发展成为现代娱乐的核心形式。根据Newzoo的最新分析，全球游戏产业预计在2024年将达到1877 亿美元的价值，比去年增长2.1%。在2022年至2027年期间，全球游戏产业预计复合年增长率（CAGR）为3.1%，2027年达到2133亿美元。2024年预计达到1877亿美元，相比2023年增长2.1%。2023年，中国游戏市场收入达到477.6亿美元，是全球最大的游戏市场。2024年国产游戏《黑神话：悟空》凭借其卓越的画质、深厚的文化内涵以及创新的玩法，迅速在全球市场上引发热潮。仅在上市后的三天内，这款游戏的销量便突破了1000万份，成为2024年最具影响力的游戏之一。 图像渲染相关的PC产业：全球PC出货量2006年至2011年持续增长至 顶峰3.65亿台/年，随着移动互联网应用崛起，PC出货量进入下降通道，但全球PC出货量下降趋势在2017年及2018年度逐渐减缓。2023年全球台式机和笔记本电脑总出货量2.47亿台，预计2024年全球传统PC出货量将达到2.602 亿台。中国PC出货量约占全球PC出货量的15%左右。智能手机产业：2024年全球智能手机出货量将达到12亿台，同比增长5%。中国是全球第一大手机市场，约占全球智能手机市场的22%。 虚拟现实相关产业：全球AR/VR市场规模预计将在2024年至2031年实现大幅增长，年复合增长率为31.7%。2024年市场价值预计为237.3亿美元，预计到2031年将达到2148.2亿美元。2023年全球AR/VR头显出货量810万台。2023全年，中国AR市场全年出货26.2万台，同比增长154.4%。[1] 车载显示产业：汽车智能显示市场2023年的市场规模价值为137.5亿美 元,2024年的市场规模预计为144.7亿美元，预计到2036年底将达到286.2亿美元。2024-2036年的复合增长率约为5.8%。随着互联互通和信息娱乐对驾驶员越来越重要，乘车体验可以通过智能显示来大大改善，这不仅加强了用户的互动，还促进了自动驾驶的发展，汽车制造商和显示技术（包括SoC/GPU厂商）的合作可以促进创新和综合解决方案的推出。 以上领域中游戏、显示渲染、VR\AR，车载显示等的快速发展都对GPU在图形化方向的性能提出了越来越高的要求。游戏产业蓬勃发展，游戏厂商开发的游戏的画面日益精细精美，会让玩家对于游戏画面画质的要求提高，PC、游戏主机对于GPU性能的要求就越来越高，从而促进GPU性能的不断提升来匹配应用的诉求。 （二）图形化产业对芯片的需求 图形化领域如游戏和显示等产业的爆发，对显示芯片不断提出更高的要求，带来了图形化芯片产业的快速发展。2023年，图形处理GPU市场市场份额为379亿美元，预计未来复合年增长率为32.70%，五年后将达到2069.5亿美元。从各个领域来看： 1、PC（个人电脑）: 集成型GPU/集成显卡：集成在CPU中的显卡（GPU和CPU集成在相同的封装中），适合日常办公和轻度图形处理，功耗低且成本较低，但性能相对有限。 独立型GPU/独立显卡：专门的显卡(独立于CPU的GPU)，具备独立显存，性能优于集成显卡，适合高性能需求，如游戏、图形设计和视频编辑。独立显卡能够提供更高的帧率和更好的图像质量，是游戏玩家和专业用户的首选。 2、游戏设备 家用游戏机如PlayStation和Xbox等设备中通常使用高性能的独立式GPU，支持4K分辨率和高帧率的游戏体验，实现复杂游戏场景的实时渲染。这些GPU能够处理高分辨率图形和复杂物理效果，为玩家提供更真实的游戏体验。这些GPU通常具有强大的浮点运算能力，能够处理复杂的光影效果、实时光线追踪等技术，从而提升游戏的视觉质量。随着游戏的复杂性增加，家用主机需要GPU能够同时处理多个图形任务，如物理模拟、粒子效果等。 掌机（如NintendoSwitch）在设计时需在便携性和图形性能之间找到 平衡。虽然掌机的GPU性能通常不及家用主机，但仍需足够强大以支持高质量的移动游戏体验。掌机中的GPU通常采用低功耗设计，以延长电池续航时间。有的掌机也会使用集成式显卡/GPU，如ROGAlly就使用了AMD集成显卡（RadeonRDNA3架构GPU）。 3、智能手机 智能手机的SoC通常将CPU和GPU集成在一起。这种设计使得设备更为紧凑，降低了功耗，同时也减少了生产成本。集成GPU虽然在性能上 通常不及独立GPU，但随着技术的发展，现代集成GPU的性能已经大幅提升，能够支持高分辨率和复杂图形渲染。它们适合于轻度到中度的游戏以及日常应用。 尽管目前市场上绝大多数智能手机使用集成GPU，但一些高端游戏手机可能会考虑使用独立或半独立GPU解决方案。然而，这种情况相对少见，因为独立GPU需要更多空间、更高的功耗以及更强的散热解决方案，不适合大多数智能手机的设计。 4、AR/VR设备 AR/VR设备一般使用独立式GPU，其应用需要高帧率和高分辨率以提供沉浸式体验。为了达到90帧每秒（FPS）或更高的标准，独立GPU能够提供更强大的图形处理能力，满足复杂场景的实时渲染需求。 通常需要为每只眼睛单独渲染画面，这意味着GPU需要处理的图形数据量大幅增加。独立GPU配备专用显存，能够更有效地处理这些数据，同时保持较低的延迟和高画质。 5、汽车显示市场 汽车显示市场对GPU的需求主要集中在高端车型和智能座舱应用中。这类车型越来越依赖于复杂的显示系统和高级驾驶辅助系统（ADAS）。这些系统需要强大的图形处理能力，以支持高分辨率显示、实时数据处理以及复杂的图形渲染。逐渐兴起的车载游戏应用也是独立显卡的应用场景。 也有一些汽车品牌和车型使用集成显卡/GPU，比如特斯拉Model3就采用了AMD锐龙V1000系列芯片，是一个集成了Zen架构CPU和Vega架构集成GPU。 6、AIGC市场 AIGC一般需要处理海量的多模态数据，采用的是服务器GPU，以独立GPU为主。通过强大的算力和图形处理能力，实现高清图像生成和长视频生成。 在高清图像生成方面，对图像进行实时渲染，使得生成的图像具备高度的逼真度和细腻感。在长视频生成方面，对视频进行快速编码和压缩，同时添加各种特效和转场效果。 （三）GPU产业化发展历史及现状 图形处理单元，自上世纪80年代诞生以来，经历了从辅助CPU进行图形渲染到成为通用计算核心的显著变革。最初，GPU被设计用于提升图形处理速度和效率，但随着技术进步，其应用迅速扩展到深度学习、高性能计算等领域，得益于其强大的并行计算能力。 1.前GPU时代 1981年世界上第一台个人电脑IBM5150由IBM公司发布，其搭配黑白显示适配器与彩色图形适配器,是最早的图形显示控制器。后续随着GE等图形处理器功能不断完善，图形处理功能逐渐由CPU向GPU(前身)转移。 2.GPU诞生： 在20世纪90年代，NVIDIA作为一家新兴的科技公司，瞄准了个人电脑（PC）领域中日益增长的3D图形市场。1999年，NVIDIA推出了其具有里程碑意义的产品——GeForce256图形处理器（GPU），这是首款真正意义上将图形处理功能从中央处理器（CPU）中分离出来的GPU。 GeForce256的关键创新在于它集成了T&L（TransformandLighting，变换和光照）硬件，这是用于处理图形中复杂的三维效果如整体角度旋转和光影渲染的 功能。在此之前，这些计算任务主要由CPU承担，这不仅消耗了大量CPU资源，还限制了图形渲染的性能和效率。通过将T&L功能整合进GPU，GeForce256能够独立处理三维顶点的空间坐标变换和光照计算，从而显著减轻了CPU的负担，使即使是低端CPU也能流畅运行要求较高的3D游戏。 GeForce256的这一设计革新标志着GPU概念的诞生，即一个专门用于图形处理的独立单元。它不仅提供了更强的图形处理能力，而且由于降低了对CPU性能的依赖，使得NVIDIA能够在市场中以更具竞争力的价格提供产品，从而赢得了市场份额的持续增长。 随后，随着PC游戏的复杂度不断提高，对于图形处理的需求也随之增加，特别是对顶点和像素的计算变得更加复杂。为了满足这一需求，NVIDIA继续推进GPU技术的发展。在2001年，NVIDIA的GeForce3（NV20）GPU引入了可编程的顶点着色器，允许开发者自定义顶点的处理方式，为游戏带来了更为精细和真实的视觉效果。紧接着，在2002年的GeForceFX系列中，NVIDIA又加入了可编程的片元着色器，进一步增强了GPU的灵活性和图形渲染能力，使得GPU能够根据不同的场景和需求动态调整渲染效果，从而开创了现代GPU图形处理的新纪元。 7 本报告来源于三个皮匠报告站（www.sgpjbg.com）,由用户Id:349461下载,文档Id:659432,下载日期:2025-05-26 3.国内图形GPU市场现状： 在中国市场，我国GPU应用场景市场持续保持增长。同时，在美国限制中国进口部分美国厂商GPU产品的情况下，GPU国产替代需求旺盛，也为优质国产企业提供了良好的发展空间。 因此，我国GPU行业虽然起步时间较晚，但是近几年在资本的加持、人工 智能的市场催化以及国家相关政策的支持下，吸引了大量企业进入这一赛道，市场呈现出“百花齐放”的态势，甚至景嘉微、芯动科技等企业研发出一些表现出色的产品。 （1）国产化图形GPU芯片的现状主要体现在以下三个方面： 技术差距：国产GPU芯片与国外领先品牌如英伟达相比，在单片性能上存在较大差距，通常只能达到英伟达同类产品的约60%-70%水平。这种性能差距主要源于技术积累不足和研发能力的限制。 产能问题：国产GPU芯片的产能问题也是一个重要挑战。由于国内制造工艺和技术尚未完全成熟，大部分国产GPU芯片的制造仍依赖台积电，导致在排期和成本上缺乏话语权。此外，资金投入和技术突破也是产能问题的关键。 软件配套：除了硬件性能和产能，软件配套也是一个重要问题。目前，大多数模型和算法都是基于英伟达的芯片开发和优化的，国产GPU在软件方面面临较大的挑战。 （2）国产化图形GPU芯片的发展趋势： 政策支持：国家对半导体产业的支持力度不断加大，政策扶持和资金投入为国产GPU芯片的发展提供了有