半导体系列(六)芯片设计篇之中国GPU芯片的未来能否被景嘉微领衔
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第五篇:《半导体系列(五)代工制造篇之中芯国际是什么样的存在?》
半导体行业里样样都需要国产替代, GPU设计也不例外,GPU作为高端芯片,都被美国的大厂垄断,国内能做出GPU芯片的少之又少,大多数都是纸上谈兵,做出一手好看的PPT,钱就能融进来,而景嘉微可以算的上一个实干家了,是GPU国产替代的拓荒者。
01 GPU
GPU又称图像处理芯片,是显卡的核心,一块显卡由GPU、显存、电路板以及BIOS固件组成,所以GPU不等于显卡,但却是显卡最重要的一部分。
GPU和CPU很相似,GPU主要负责3D图像处理和特效处理;CPU主要负责处理指令和执行操作,以及一些简单的2D图像处理。CPU也可以处理3D图像,但是需要花费很多资源去处理,这不利于其他方面的工作效率,这也是为什么一个电子设备中即需要有CPU也需要有GPU的原因。
从CPU和GPU的架构图中也可以看出,GPU有更多的ALU(计算单元)和超长的流水线,相对于CPU架构少了Cache单元以及更小的Control单元,最明显的就是CPU和GPU的计算单元上,CPU的计算单元“强而少”,GPU的计算单元“弱而多”。这也是为什么CPU适合处理复杂的逻辑运算,而GPU适合处理大量的类型统一数据。
02 世界格局
显卡分为独立显卡和集成显卡,集成显卡指集成在CPU内部,也称为核心显卡(核显),相对来说能省机身空间,在成本上也有优势。在集成GPU领域中,Intel占据68%的市场份额,AMD占据17%,NVIDIA占据15%,共计100%。
独立显卡拥有独立的显示芯片,意味着更大的空间和更好的散热,以及性能方面的优势。在独立GPU领域中,NVIDIA占据82%的市场份额,其余18%被AMD占据,共计100%。
不论是独立显卡还是集成显卡,市场份额均被美国厂商占据。
03 市场前景
GPU的应用领域逐渐扩大,从20世纪80年代初GPU概念刚被提出时,它的作用仅仅只是对几张图片进行合成而已。现在的GPU可以应用在高性能计算、数据分析、AI深度学习、云计算、VR、智能驾驶等等众多场所。
根据Verified Market Research研究,2020年全球GPU市场规模约为254.1亿美元,预计2027年将达到1853.1亿美元,折合人民币超1万亿元,年平均增速为32.82%,其中涨幅最大的是智能手机、便携式计算机等应用。
04 国产GPU
尽管国外厂商很早就布局GPU市场,形成垄断局面,但我国GPU厂商仍披荆斩棘,做好国产替代。据东吴证券测算,我国GPU领域市场规模和潜力非常大,市场空间超过50亿美元。
国产GPU除了景嘉微以外,具有代表性的分别是龙芯、天数智芯、凌久电子。
龙芯中科在制造GPU方面具有得天独厚的优势,公司本身就是国产CPU领军人物,所以可以很好地配合。龙芯自主研发的GPU集成在7A1000桥片中,虽然说性能一般,但实现了GPU、CPU的完全自主化,打通了CPU产业链上的每一环节。
天数智芯是国产GPGPU领跑者,公司2018年启动GPGPU芯片设计,于2021年1月15日成功自研7nm制程的GPGPU云端训练芯片,能很好的应用于AI训练、高性能计算等场所。
凌久电子是中国船舶重工集团所巩固的高新技术企业,公司于2018年成功研制出具备完全自主知识产权的图形处理器芯片——GP101,支持VxWorks、Linux、Windows等通用操作系统,以及其他国产操作系统等,其性能略强于景嘉微的JM7系列。
05 景嘉微
景嘉微成立于2006年,由原国防科技大学副教授饶先宏和国内研究电光仪表专家胡亚华合资建立,后续曾万辉和喻丽丽夫妻加入,并成为公司实控人。
之后,一些核心技术人员相继加入,他们几乎都来自于国防科技大学,均没有国外留学经验,在芯片设计上也是一头雾水,且没有任何价值性资料可供参考,所有东西都需要靠自己摸索。
就是在这样的背景下,曾万辉带领团队从最底层的技术一点点研究,慢慢拨云散雾见明月,将景嘉微带入正轨。
景嘉微刚成立时,国内军用飞机图形显控系统使用的是DSP和FPGA图形加速器,因技术原因,国内没有可用的GPU图形处理器。
因此,景嘉微成立的第一项业务就是做出属于自己的GPU图形显控模块。
2007年,景嘉微成功研发出以VxWorks嵌入式操作系统下M9芯片驱动程序的图形显控模块。其中M9芯片仍使用的是国外ATI公司的产品,但不管怎么说,开了个很好的头。
之后景嘉微相继研发了27种型号的图形显控模块,开始快速发展。
2010年,景嘉微开始研发替代M9的芯片,并与2015底成功研发出国内首款国产GPU芯片——JM5400,景嘉微拥有完全自主知识产权,打破了GPU海外垄断的局面。
2018年,景嘉微在JM5400架构基础上,更进一步,成功研制出第二代图形处理芯片JM7200,并且可以应用于台式计算机,与龙芯、飞腾、麒麟软件等国内CPU和操作系统厂商完成适配。
JM7200作为第一款国产可应用于计算机上的GPU,其性能可以对比GTX640。
总体来看JM7200系列的性能和NVIDIA的GT640显卡相近,不过GT640是2012年发布,而JM7200在2018年正式发布,意味着我国GPU技术和国外相差了6年。
景嘉微在2017年开始研发下一代图形处理芯片也就是JM9系列,于今年9月14日发布最新公告称公司新一代图形处理芯片已完成流片、封装阶段工作。
JM9系列在招股书的资料中显示,JM9271的性能将不低于GTX1080。
从表格中的数据对比看,JM9271和GTX1080是相差无几的,并且在一些方面有超过1080的可能。
GTX1080在2016年5月上市,我们和国外的技术仍相差5年,不过这差距开始有所缩小,国产GPU技术在弯道超车。另外,GTX1080已经能够满足绝大多数的市场需求,这说明国产GPU已经可以开始走向民用市场。
其实景嘉微一直也在致力于发展民用市场,2018年的JM7系的性能就已经能够满足看电影、办公等基础需求,成功进入商用领域,并且完成了与苍穹、超图、昆仑、中科方德、中科可控等多家软硬件厂商进行相互认证,建设良好的生态环境。
而如今的9系中JM9231可以满足国产化办公电脑、便携式计算机、中低端的游戏机和高端嵌入式系统等消费电子领域;JM9271更是可以满足人工智能、深度学习等对计算速度要求较高的应用领域。
当然,大多人还是会觉得:“你说得对,国产GPU好,所以我选择RTX3080”。国人从来不缺的就是爱国精神,谁都愿意为国产替代买单,但一时间还是很难更改一个人的喜好,所以要想大家接纳国产GPU,就需要要做到全面的领先。
一个GPU的好坏可以从性能、生态、价格来体现。
首先,JM9系的性能已经可以和GTX1080比肩;其次,在生态方面,公司也曾透露JM9系将会兼容Windows系统;最后,虽然价格还是未知数,但最为国产的GPU,价格肯定相对更有优势。
所以未来JM9系将会打入民用市场,和AMD、NVIDIA争夺市场。
06 前景
景嘉微在2020年以前主要做图形显控模块为主,芯片领域产品的营收占比还没有超过10%。不过可以看到,自2018年8月JM7系列研发成功后,景嘉微芯片业务开始走向快车道:18年营收2000万,19年4400万,20年7200万,21年上半年的芯片营收就达到了2.14亿元。
2021年上半年芯片营收同比增长1355%,增速惊人,这主要是因为JM7系列在先前已经和国内大厂适配成功,加上今年芯片短缺的背景下导致的大幅增长。
这之后,景嘉微的芯片业务会继续保持高增长,加上JM9系列的发布,景嘉微的芯片业务会持续扩大,最终成为公司的主流业务。
景嘉微的销售净利率近几年一直在下降,从2017年38.8%到2021年上半年只有26.48%。净利率的下降是因为芯片领域产品业务的发展,公司三大主营业务分别是图形显控领域产品、小型专业化雷达领域产品、芯片领域产品,前面两个业务的毛利率约为70%,芯片业务只有近30%,所以芯片业务的快速发展会导致公司总体毛利率和净利率的下跌。
2020年芯片领域产品营收超过10%,公司公布了芯片业务的毛利率,2020年年报中芯片业务毛利率为33.70%,2021年中报中芯片业务毛利率为45.96%,大幅上涨,这说明公司开始控制成本,减少运营费,后续的芯片毛利率也会逐渐提高,也会带动公司整体的毛利率的销售净利率。
总而言之,2021年景嘉微的业绩会因为JM7系列的量产爆发,后续的业绩也会因为JM9系量产而再次加速。而销售净利率方面,图形显控领域产品和小型专业化雷达领域产品会保持70%,芯片业务上,JM7系量产会导致净利率提高,JM9系研发会导致使净利率降低。
虽然景嘉微未来的业绩有了保障,但标的的背后仍存有隐患。
公司公告里显示,在2021年12月28日,也就是3个多月之后,景嘉微会有一次大规模的解禁。
解禁,意味着前期以各种方式参与购买公司股票的大股东可以把手里的股票卖出去了。这东西,绝大多数情况下是属于利空的,因为大股东入场早,持有的成本价相对更低,所以一旦他们解禁,套现会是个很好的选择。
而景嘉微12月28日这次解禁中,解禁数量达3059.62万股,占比可售数量10.16%,估算成本为35.13。目前景嘉微股价近140左右,也就是说这个大股东目前获利将近400%,估算为32.1亿元。这时候他有两种选择,一种继续持有,看好景嘉微未来发展;另一种获利了结,含泪赚下32.1亿元。
不过究竟卖不卖,最终选择权还是在他自己手里。
景嘉微在研发投入上面做到了尽心尽力。景嘉微的研发人员数量、数量占比、投入的金额连年上涨,对比于国内IC设计公司,27%的研发投入占比已经是拔尖了。(汇顶科技26.76%、兆易创新11.07%、韦尔股份8.71%、卓胜微6.52%)
对比于国外GPU公司,景嘉微作为小公司研发支出差距很大,和英特尔、英伟达、超微半导体相差有百倍之余。不过往好的方面看,景嘉微的研发占比和年增幅的高于其他几家公司的,这表明景嘉微想象空间更大。
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