英伟达（上）：五年二十倍的芯片大牛是如何炼成的？

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。