海豚投研
2021.09.16 19:10

英伟达(上):五年二十倍的芯片大牛是如何炼成的?

$英伟达.US

启动资金只有 4 万美金的创业公司,是如何成长为全球市值最大的算力芯片公司。英伟达的 “草根” 逆袭是表明算力 “新时代” 的到来吗?2021 年 9 月,英伟达的市值超过 5000 亿美元,已经达到老牌芯片厂商英特尔的两倍有余。

来源:海豚投研整理

GPU 领域的性能之王稳固了英伟达游戏业务的基本盘,如火如荼的数据中心云业务给公司带来二次成长的强劲动力,自动驾驶的发展蕴含着巨大的潜力。叠加矿机、VR/AR、AI 等领域对算力的迫切需求,算力将为大数据时代的核心。

英伟达凭借在 GPU 上积累的全球领先计算能力,推出 “GPU+CPU+DPU” 的 “三芯” 战略。在构建产品矩阵的同时,“三芯” 协同将性能进一步提升。在全球最强超级计算机和最强算力的自动驾驶芯片加持下,不仅期待每年发布的新品,更期待着英伟达开辟算力新时代!

对于英伟达的个股研究,海豚君本篇在于阐述英伟达的 “草根逆袭 “之路、英伟达各核心业务情况和公司未来的战略规划,主要分析以下几个问题:

1、英伟达如何从 “草根 “逆袭成为最大算力芯片公司?

2、英伟达游戏业务、数据中心业务和汽车业务的发展情况如何?在传统优势 GPU 业务中的地位怎么样?

3、英伟达的 “三芯” 计划下,公司有什么样的未来发展战略?

一、英伟达:“草根逆袭 “的典型

英伟达在 1993 年由黄仁勋、Chris Malachowsky 和 Curtis Priem 成立,从当时启动资金 4 万美元如今已成长为市值超 5000 亿美元的全球最大算力芯片公司。

在早期的图形处理器市场中玩家众多, 3dfx 通过推出 Voodoo 3D 加速卡在当时领先于市场同行。英伟达由于蔑视当时的主流标准,采用自创的四边形成像(QTM)技术,在同时期公司打造的 NV1 和 NV2 都未成功。

英伟达在成立的第 7 年将前全球领先厂商 3dfx 收入囊中。公司在 NV1 和 NV2 后,陆续推出了 Riva128、TNT 和 TNT2 产品。尤其是 TNT2 的发布对 3dfx 带来致命一击,并于 2000 年英伟达将 3dfx 的知识产权买断。

1999 年英伟达发布世界上第一款 GPU——Geforce256,首创了 “GPU” 一词。在进入 21 世纪后,英伟达从此前的蛮荒时代中脱颖而出,市场中主要还剩下英伟达和 ATI(2006 年

被 AMD 收购)。

在 AMD 收购 ATI 之后的重心更多地转向中低端市场,性能端渐渐落后于英伟达。而后英伟达牢牢掌控着高端市场,而 AMD 的 GPU 则成为性价比的代名词

随着人工智能、深度神经网络技术的突破发展,带来 AI、VR 和矿机等的巨大需下,英伟达的业务从游戏拓展到数据中心、专业可视化、汽车和 OEM 等。英伟达公司收入规模从 2015 年的 50.12 亿美元成长至 2020 年的 166.75 亿美元,成长至 3 倍有余。游戏业务仍为公司最大的收入来源,而数据中心业务增长是最为明显的,在 5 年间增长近 20 倍。

来源:海豚投研整理

二、主要业务情况:

英伟达 2021 年第二季度收入达到 65.07 亿美元,创公司季度收入新高,业务的主要关注点来自于游戏、数据中心和汽车业务。游戏业务是公司收入的最大来源,占比将近一半。数据中心成长为公司第二大收入来源,汽车占比虽只有 2%,但随着自动驾驶的普及具备未来快速增长的潜力。

来源:公司公告、海豚投研整理

2.1 游戏业务:GPU 的高端王者

英伟达 2021 年二季度游戏业务收入达 30.61 亿美元,继上季度同比高增后,二季度游戏收入再创季度新高。游戏业务的收入主要来自于台式机和笔记本的 GPU,公司游戏业务屡创新高主要是由于公司基于 Ampere GPU 架构的游戏产品,连续 4 个季度都保持强劲的需求

来源:公司公告、海豚投研整理

GPU 是图像处理芯片,外表与 CPU 有点相似,是显卡的 “心脏 “。GPU 因并行计算任务较重,所以功耗较大,只能焊接在显卡的电路板上使用

CPU 和 GPU 都是芯片,区别在于不同的架构下适用不同的场景。从芯片架构图来看(黄色用来表示控制单元,绿色用来表示计算单元,橙色用来表示存储单元)。可以看到 GPU 就像是 CPU 的 “变种” 版本,在 CPU 中控制单元、计算单元和存储单元相对比较均衡,而 GPU 则尤为偏科,其中有将近 80% 的计算单元。

CPU 是顺序执行运算,而 GPU 是可以大量并发的执行运算,通俗的说就是CPU 做事情是一件一件来做,而 GPU 是很多件事情同时做。在适用场景上,CPU 精于控制和复杂运算的场景,而 GPU 精于简单且重复运算的场景

来源:电子工程网、海豚投研整理

在全球 GPU 市场中目前主要有 3 个玩家,英特尔、AMD 和英伟达。英特尔和 AMD 由于自身有 CPU 业务,在 2009 年后两家厂商都各自大力发展内置于 CPU 的高性能集成式图形处理内核。而英伟达仍专注于 GPU 领域,由于此前不具备 CPU 业务,公司重心放在更高性能的独立显卡方向

由于英特尔和 AMD 在 CPU 市场的巨大市场优势,带动两家厂商集成显卡的出货。英特尔凭借在 CPU 市场 60% 以上的市场份额,获得了 GPU 市场份额上的领先地位。英伟达 GPU 的市场份额稳定在 15-20% 区间,主要来自于公司独立显卡的出货,公司凭借性能优势牢牢占据 GPU 的高端市场。

来源:JPR、海豚投研整理

显卡分为独立显卡和主板上集成显卡,独立显卡主要由 GPU、显存和接口电路构成集成显卡没有独立显存而是使用主板上的内存

性能上,独立显卡优于集成显卡。独立显卡的显示芯片由独立的显存,不需要占用内存;集成显卡没有显存,只能是靠共享一定的内存作为显存,一定程度上会影响性能的发挥;

功耗上,独立显卡高于集成显卡。独显的散热改善和更大的电路板设计空间,独立显卡允许更强的供电设计和更大的功耗,用以支撑独立显卡更强的发挥,而集成显卡的功耗比独显的要低。

来源:海豚投研整理

由于独显在性能上的优势,能应付更高算力的应用场景,所以更多地用于高端市场。即使英特尔在 GPU 市场占据领先的市场份额,也未能进入高端独显市场。在全球独显市场的主流玩家仅剩两家,英伟达和 AMD

凭借产品领先的性能,英伟达在独显市场牢牢占据领先地位。在 2021 年二季度独显市场中,英伟达的市占率已经达到 83%,遥遥领先于 AMD。随着英伟达 Ampere GPU 架构的游戏产品发布,市场需求带来公司游戏业务的高增。英伟达在全球独显市场的优势不断扩大,从 19Q2 的 68% 的市占率逐季提升至 80%。

来源:JPR、海豚投研整理

显卡是电脑必备硬件,任何电脑没有显卡,显示器都不会有画面提示。对于一般办公、浏览网页,普通核显也都能满足需求。如果是游戏爱好者或者设计等专业用户,更高性能的独立显卡才能满足需求。英伟达凭借自身领先的产品性能,引领独显产品的发展,牢牢占据 GPU 的高端市场。

2.2 数据中心业务:大数据时代的 “佼佼者”

英伟达 2021 年二季度数据中心业务收入达 23.66 亿美元,持续创季度新高。数据中心业务的收入占比从 2014 年初的 5% 增长至超 35%,成为影响公司收入的重要部分。英伟达数据中心业务的提升主要来自于 2020 年二季度公司对 Mellanox 的并表。

然而在并表的影响过后,公司在今年二季度仍取得 35% 的同比增长,体现下游的强劲需求。继 AWS 和谷歌云平台在前几个季度全面上市后,公司旗舰 A100 继续向超大规模和垂直客户提供服务。垂直行业的需求主要在金融服务、超级计算和电信客户的带动下,同时公司推理处理器也取得非凡增长。

来源:公司公告、海豚投研整理

当数据大爆炸后,传统的 CPU 有点力不从心,并行计算是更高效的计算方式。而GPU 从一开始就为并行计算而生,动辄几百个内核,使其能够很轻松地同时处理数千个线程。

2012 年吴恩达领衔谷歌大脑从 1000 万张图中识别一只猫,整个过程动用了 1000 台电脑和 16000 个 CPU。而之后吴恩达用英伟达的 GPU 代替了英特尔的 CPU,仅用了 16 台电脑和 64 个 GPU 就完成了同样的识别工作。在大数据处理上,GPU 拥有天然的优势。英伟达在最新的世界 500 强超级计算机中 342 台提供支持,其中包括 70% 的所有新系统和前 10 名中的 8 台。

来源:海豚投研整理

数据时代的浪潮下,各大公司都大力开展云服务,英伟达尤为受益。从云业务的资本开支情况看,全球云业务的资本开支呈现稳步上升的态势。同时英伟达的数据中心业务增长迅猛,依托 AWS、谷歌云等大客户的发展,公司数据中心业务在全球云业务资本开支的占比提升显著,从 2016 年初的不到 2% 提升至 2021 年二季度的 7% 左右。

来源:GS、海豚投研整理

2.3 汽车业务:结构转型,释放自动驾驶潜力

英伟达 2021 年二季度汽车业务收入达 1.52 亿美元,同比增长 3%。主要由于信息娱乐收入出现连续下滑,但同时自动驾驶的增长抵消了颓势。汽车业务板块目前占比虽不到 3%,对公司整体收入影响较小。但目前正处于结构转型期,展望未来汽车业务有望受益于自动驾驶的巨大变化。

来源:公司公告、海豚投研整理

NVIDIA DRIVE 平台正在从乘用车到自动驾驶出租车,再到卡车运输和运货车辆的整个运输行业中迅速采用。Auto X 推出的自动驾驶平台,同样适用于 NVIDIA DRIVE 提供支持的机器人出租车。在自动驾驶卡车运输方面,NVIDIA DRIVE 生态系统合作伙伴 plus 与亚马逊签署了一项协议,为亚马逊的送货车队提供至少 1000 辆自动驾驶系统。

来源:公司资料、海豚投研整理

三、英伟达的 “三芯” 战略:算力新时代

在 2021 年的 GTC21 上,英伟达首席执行官黄仁勋将产品路线升级 “GPU+CPU+DPU” 的 “三芯” 战略。不同于过往 20 余年围绕 GPU 打造产品,英伟达首次推出 CPU 产品。

1)GPU 是公司传统优势业务,基本盘上选择 Ampere 架构,产品推出后在市场上获得强劲需求。2)CPU 产品是公司推出的首款数据中心 CPU 叫Grace主要面向大型数据密集型 HPC 和 AI 应用,预计 2023 年可以供货。3)DPU 产品是由收购的 Mellanox 内部孵化的, Bluefield DPU 主要用于数据处理DPU 的出现,就可以先在 DPU 将大量的信息先做消化,接着再传递给 CPU 做其他的分配,如此一来能减少 CPU 约 30% 的消耗。

“我们每年都会发布激动人心的新品。三类芯片,逐年飞跃,一个架构。” 黄仁勋表示。

来源:公司资料、海豚投研整理

“三芯” 战略下的未来发展

游戏业务:英伟达在高端 GPU 市场拥有绝对领先优势,在独显市场占有 80% 以上的份额。根据 “三芯” 规划,公司全面进行 Ampere 架构,并在未来每 2 年左右都会有新 GPU 产品出现,有望继续维持公司的领先优势;

数据中心业务:“三芯” 战略的最为受益业务,也体现了公司对数据中心业务的重视。本次推出的Grace CPU 定位在数据中心,此前推出的BlueField DPU 也将主要对数据中心的海量数据进行预处理。同时基于 Grace 的系统与英伟达 GPU 紧密结合,性能将比目前最先进的 NVIDIA DGX 系统(在 x86 CPU 上运行)高出 10 倍;

黄仁勋表示,“基于今天新发布的 Grace CPU 以及下一代 GPU,瑞士国家超级计算中心、苏黎世联邦理工大学将构建一台名为阿尔卑斯的超级计算机,算力 20Exaflops(目前全球第一超算富岳的算力约为 0.537Exaflops),将实现两天训练一次 GPT-3 模型的能力,比目前基于英伟达 GPU 打造的 Selene 超级计算机快 7 倍”。

汽车业务:“三芯” 战略有望显著提升公司自动驾驶的竞争力。基于英伟达新一代 GPU 架构、全新 Arm CPU 以及深度学习和计算机视觉加速器,黄仁勋推出了新一代面向自动驾驶汽车的 NVIDIA DRIVE Atlan,该处理器性能最高达每秒超过 1000 万亿次(TOPS)运算,约是上一代 Orin 处理器的 4 倍,超过了绝大多数 L5 无人驾驶出租车的总计算能力。DRIVE Atlan SoC 也集成 BlueField DPU,可以支持自动驾驶汽车中的复杂计算和 AI 工作负载。预计 DRIVE Atlan 将搭载在多家汽车制造商的 2025 年车型上。

来源:公司资料、海豚投研整理

四、总结

英伟达通过对芯片性能的极致追求,从图像处理器的 “蛮荒时代” 中脱颖而出。经过 20 余年的发展,英伟达从 4 万美金的初创公司发展为全球最大算力芯片公司。

GPU 性能的碾压级表现,收获口碑的同时在游戏高端独显市场构造领先地位。在大数据时代中,数据中心的强劲表现成为公司成长新动力。展望未来,自动驾驶、AI、AR/VR 等对算力的强劲需求,英伟达有望成为算力赛道之王。

“三芯” 战略下,英伟达从 GPU 业务拓展至 DPU 和 CPU 产品,拓宽产品矩阵同时进一步提升了产品性能,打造全球最强算力超级计算机和自动驾驶芯片。“GPU+CPU+DPU”,英伟达在开辟下一个 “芯算力” 时代。

下篇海豚君将主要解决下列问题 “英伟达的成长空间如何看待” 以及 “英伟达的投资价值怎么样?”。

The copyright of this article belongs to the original author/organization.

The current content only represents the author's point of view, and has nothing to do with the position of Longbridge. The content is for investment reference only and does not constitute any investment advice. If you have any questions or suggestions about the content services provided by Longbridge, please contact: editorial@longbridge.global

Like