英偉達：如何從“草根“逆襲成為最大算力芯片公司？

啟動資金只有4萬美金的創業公司,是如何成長為全球市值最大的算力芯片公司。英偉達的“草根”逆襲是表明算力“新時代”的到來嗎?2021年9月,英偉達的市值超過5000億美元,已經達到老牌芯片廠商英特爾的兩倍有余。

來源:海豚投研整理

GPU領域的性能之王穩固了英偉達游戲業務的基本盤,如火如荼的數據中心云業務給公司帶來二次成長的強勁動力,自動駕駛的發展蘊含著巨大的潛力。疊加礦機、VR/AR、AI等領域對算力的迫切需求,算力將為大數據時代的核心。

英偉達憑借在GPU上積累的全球領先計算能力,推出“GPU+CPU+DPU”的“三芯”戰略。在構建產品矩陣的同時,“三芯”協同將性能進一步提升。

在全球最強超級計算機和最強算力的自動駕駛芯片加持下,不僅期待每年發布的新品,更期待著英偉達開辟算力新時代!

對于英偉達的個股研究,海豚君本篇在于闡述英偉達的“草根逆襲“之路、英偉達各核心業務情況和公司未來的戰略規劃,主要分析以下幾個問題:

英偉達如何從“草根“逆襲成為最大算力芯片公司?

英偉達游戲業務、數據中心業務和汽車業務的發展情況如何?在傳統優勢GPU業務中的地位怎么樣?

英偉達的“三芯”計劃下,公司有什么樣的未來發展戰略?

01英偉達:“草根逆襲”的典型

英偉達在1993年由黃仁勛、Chris Malachowsky和Curtis Priem成立,從當時啟動資金4萬美元如今已成長為市值超5000億美元的全球最大算力芯片公司。

在早期的圖形處理器市場中玩家眾多, 3dfx通過推出Voodoo 3D加速卡在當時領先于市場同行。英偉達由于蔑視當時的主流標準,采用自創的四邊形成像(QTM)技術,在同時期公司打造的NV1和NV2都未成功。

英偉達在成立的第7年將前全球領先廠商3dfx收入囊中。公司在NV1和NV2后,陸續推出了Riva128、TNT和TNT2產品。尤其是TNT2的發布對3dfx帶來致命一擊,并于2000年英偉達將3dfx的知識產權買斷。

1999年英偉達發布世界上第一款GPU——Geforce256,首創了“GPU”一詞。在進入21世紀后,英偉達從此前的蠻荒時代中脫穎而出,市場中主要還剩下英偉達和ATI(2006年被AMD收購)。

在AMD收購ATI之后的重心更多地轉向中低端市場,性能端漸漸落后于英偉達。而后英偉達牢牢掌控著高端市場,而AMD的GPU則成為性價比的代名詞。

隨著人工智能、深度神經網絡技術的突破發展,帶來AI、VR和礦機等的巨大需下,英偉達的業務從游戲拓展到數據中心、專業可視化、汽車和OEM等。英偉達公司收入規模從2015年的50．12億美元成長至2020年的166．75億美元,成長至3倍有余。游戲業務仍為公司最大的收入來源,而數據中心業務增長是最為明顯的,在5年間增長近20倍。

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02主要業務情況

英偉達2021年第二季度收入達到65．07億美元,創公司季度收入新高,業務的主要關注點來自于游戲、數據中心和汽車業務。游戲業務是公司收入的最大來源,占比將近一半。數據中心成長為公司第二大收入來源,汽車占比雖只有2%,但隨著自動駕駛的普及具備未來快速增長的潛力。

來源:公司公告、海豚投研整理

2．1 游戲業務:GPU的高端王者

英偉達2021年二季度游戲業務收入達30．61億美元,繼上季度同比高增后,二季度游戲收入再創季度新高。游戲業務的收入主要來自于臺式機和筆記本的GPU,公司游戲業務屢創新高主要是由于公司基于Ampere GPU架構的游戲產品,連續4個季度都保持強勁的需求。

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GPU是圖像處理芯片,外表與CPU有點相似,是顯卡的“心臟“。GPU因并行計算任務較重,所以功耗較大,只能焊接在顯卡的電路板上使用。

CPU和GPU都是芯片,區別在于不同的架構下適用不同的場景。從芯片架構圖來看(黃色用來表示控制單元,綠色用來表示計算單元,橙色用來表示存儲單元)。可以看到GPU就像是CPU的“變種”版本,在CPU中控制單元、計算單元和存儲單元相對比較均衡,而GPU則尤為偏科,其中有將近80%的計算單元。

CPU是順序執行運算,而GPU是可以大量并發的執行運算,通俗的說就是CPU做事情是一件一件來做,而GPU是很多件事情同時做。在適用場景上,CPU精于控制和復雜運算的場景,而GPU精于簡單且重復運算的場景。

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在全球GPU市場中目前主要有3個玩家,英特爾、AMD和英偉達。英特爾和AMD由于自身有CPU業務,在2009年后兩家廠商都各自大力發展內置于CPU的高性能集成式圖形處理內核。而英偉達仍專注于GPU領域,由于此前不具備CPU業務,公司重心放在更高性能的獨立顯卡方向。

由于英特爾和AMD在CPU市場的巨大市場優勢,帶動兩家廠商集成顯卡的出貨。英特爾憑借在CPU市場60%以上的市場份額,獲得了GPU市場份額上的領先地位。英偉達GPU的市場份額穩定在15-20%區間,主要來自于公司獨立顯卡的出貨,公司憑借性能優勢牢牢占據GPU的高端市場。

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顯卡分為獨立顯卡和主板上集成顯卡,獨立顯卡主要由GPU、顯存和接口電路構成,集成顯卡沒有獨立顯存而是使用主板上的內存。

性能上,獨立顯卡優于集成顯卡。獨立顯卡的顯示芯片由獨立的顯存,不需要占用內存;集成顯卡沒有顯存,只能是靠共享一定的內存作為顯存,一定程度上會影響性能的發揮;

功耗上,獨立顯卡高于集成顯卡。獨顯的散熱改善和更大的電路板設計空間,獨立顯卡允許更強的供電設計和更大的功耗,用以支撐獨立顯卡更強的發揮,而集成顯卡的功耗比獨顯的要低。

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由于獨顯在性能上的優勢,能應付更高算力的應用場景,所以更多地用于高端市場。即使英特爾在GPU市場占據領先的市場份額,也未能進入高端獨顯市場。在全球獨顯市場的主流玩家僅剩兩家,英偉達和AMD。

憑借產品領先的性能,英偉達在獨顯市場牢牢占據領先地位。在2021年二季度獨顯市場中,英偉達的市占率已經達到83%,遙遙領先于AMD。隨著英偉達Ampere GPU架構的游戲產品發布,市場需求帶來公司游戲業務的高增。英偉達在全球獨顯市場的優勢不斷擴大,從19Q2的68%的市占率逐季提升至80%。

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顯卡是電腦必備硬件,任何電腦沒有顯卡,顯示器都不會有畫面提示。對于一般辦公、瀏覽網頁,普通核顯也都能滿足需求。如果是游戲愛好者或者設計等專業用戶,更高性能的獨立顯卡才能滿足需求。英偉達憑借自身領先的產品性能,引領獨顯產品的發展,牢牢占據GPU的高端市場。

2．2 數據中心業務:大數據時代的“佼佼者”

英偉達2021年二季度數據中心業務收入達23．66億美元,持續創季度新高。數據中心業務的收入占比從2014年初的5%增長至超35%,成為影響公司收入的重要部分。英偉達數據中心業務的提升主要來自于2020年二季度公司對Mellanox的并表。

然而在并表的影響過后,公司在今年二季度仍取得35%的同比增長,體現下游的強勁需求。繼AWS和谷歌云平臺在前幾個季度全面上市后,公司旗艦A100繼續向超大規模和垂直客戶提供服務。垂直行業的需求主要在金融服務、超級計算和電信客戶的帶動下,同時公司推理處理器也取得非凡增長。

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當數據大爆炸后,傳統的CPU有點力不從心,并行計算是更高效的計算方式。而GPU從一開始就為并行計算而生,動輒幾百個內核,使其能夠很輕松地同時處理數千個線程。

2012年吳恩達領銜谷歌大腦從1000萬張圖中識別一只貓,整個過程動用了1000臺電腦和16000個CPU。而之后吳恩達用英偉達的GPU代替了英特爾的CPU,僅用了16臺電腦和64個GPU就完成了同樣的識別工作。

在大數據處理上,GPU擁有天然的優勢。英偉達在最新的世界500強超級計算機中342臺提供支持,其中包括70%的所有新系統和前10名中的8臺。

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數據時代的浪潮下,各大公司都大力開展云服務,英偉達尤為受益。從云業務的資本開支情況看,全球云業務的資本開支呈現穩步上升的態勢。同時英偉達的數據中心業務增長迅猛,依托AWS、谷歌云等大客戶的發展,公司數據中心業務在全球云業務資本開支的占比提升顯著,從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 汽車業務:結構轉型,釋放自動駕駛潛力

英偉達2021年二季度汽車業務收入達1．52億美元,同比增長3%。主要由于信息娛樂收入出現連續下滑,但同時自動駕駛的增長抵消了頹勢。汽車業務板塊目前占比雖不到3%,對公司整體收入影響較小。但目前正處于結構轉型期,展望未來汽車業務有望受益于自動駕駛的巨大變化。

來源:公司公告、海豚投研整理

NVIDIA DRIVE平臺正在從乘用車到自動駕駛出租車,再到卡車運輸和運貨車輛的整個運輸行業中迅速采用。Auto X推出的自動駕駛平臺,同樣適用于NVIDIA DRIVE提供支持的機器人出租車。在自動駕駛卡車運輸方面,NVIDIA DRIVE生態系統合作伙伴plus與亞馬遜簽署了一項協議,為亞馬遜的送貨車隊提供至少1000輛自動駕駛系統。

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03英偉達的“三芯”戰略:算力新時代

在2021年的GTC21上,英偉達首席執行官黃仁勛將產品路線升級“GPU+CPU+DPU”的“三芯”戰略。不同于過往20余年圍繞GPU打造產品,英偉達首次推出CPU產品。

1)GPU是公司傳統優勢業務,基本盤上選擇Ampere架構,產品推出后在市場上獲得強勁需求。

2)CPU產品是公司推出的首款數據中心CPU叫Grace,主要面向大型數據密集型HPC和AI應用,預計2023年可以供貨。

3)DPU產品是由收購的Mellanox內部孵化的, Bluefield DPU主要用于數據處理。DPU的出現,就可以先在DPU將大量的信息先做消化,接著再傳遞給CPU做其他的分配,如此一來能減少CPU約30%的消耗。

“我們每年都會發布激動人心的新品。三類芯片,逐年飛躍,一個架構。”黃仁勛表示。

來源:公司資料、海豚投研整理

“三芯”戰略下的未來發展

游戲業務:英偉達在高端GPU市場擁有絕對領先優勢,在獨顯市場占有80%以上的份額。根據“三芯”規劃,公司全面進行Ampere架構,并在未來每2年左右都會有新GPU產品出現,有望繼續維持公司的領先優勢;

數據中心業務:“三芯”戰略的最為受益業務,也體現了公司對數據中心業務的重視。本次推出的Grace CPU定位在數據中心,此前推出的BlueField DPU也將主要對數據中心的海量數據進行預處理。同時基于Grace的系統與英偉達GPU緊密結合,性能將比目前最先進的NVIDIA DGX系統(在x86 CPU上運行)高出10倍;

黃仁勛表示,“基于今天新發布的Grace CPU以及下一代GPU,瑞士國家超級計算中心、蘇黎世聯邦理工大學將構建一臺名為阿爾卑斯的超級計算機,算力20Exaflops(目前全球第一超算富岳的算力約為0．537Exaflops),將實現兩天訓練一次GPT-3模型的能力,比目前基于英偉達GPU打造的 Selene 超級計算機快7倍”。

汽車業務:“三芯”戰略有望顯著提升公司自動駕駛的競爭力。基于英偉達新一代GPU架構、全新Arm CPU以及深度學習和計算機視覺加速器,黃仁勛推出了新一代面向自動駕駛汽車的NVIDIA DRIVE Atlan,該處理器性能最高達每秒超過1000萬億次(TOPS)運算,約是上一代Orin處理器的4倍,超過了絕大多數L5無人駕駛出租車的總計算能力。DRIVE Atlan SoC也集成BlueField DPU,可以支持自動駕駛汽車中的復雜計算和AI工作負載。預計DRIVE Atlan將搭載在多家汽車制造商的2025年車型上。

來源:公司資料、海豚投研整理

04總結

英偉達通過對芯片性能的極致追求,從圖像處理器的“蠻荒時代”中脫穎而出。經過20余年的發展,英偉達從4萬美金的初創公司發展為全球最大算力芯片公司。

GPU性能的碾壓級表現,收獲口碑的同時在游戲高端獨顯市場構造領先地位。在大數據時代中,數據中心的強勁表現成為公司成長新動力。展望未來,自動駕駛、AI、AR/VR等對算力的強勁需求,英偉達有望成為算力賽道之王。

“三芯”戰略下,英偉達從GPU業務拓展至DPU和CPU產品,拓寬產品矩陣同時進一步提升產品性能,打造全球最強算力超級計算機和自動駕駛芯片。"GPU+CPU+DPU",英偉達在開辟下一個“芯算力”時代。