集體入「坑」！為何手機廠商們都熱衷於自研GPU呢？

2017年4月，英國晶元設計公司Imagination表示蘋果將在15個月到2年內停止使用該公司的GPU設計，轉而採用自己設計的產品。隨後，蘋果在去年9月秋季新品發布會上介紹了A11仿生處理器，該處理器內部的CPU、GPU、性能控制器、神經網路單元、ISP等都是蘋果自己所設計。

近日，三星的一則招聘消息顯示，其也將踏入自研CPU和GPU之列，三星甚至還透露他們位於奧斯汀和聖何塞的GPU團隊正在開發定製GPU，將部署在三星移動產品中。那麼問題來了，為何手機廠商們都如此熱衷於自研GPU呢？

移動GPU三足鼎立

公版特性難成差異化

在我們分析手機廠商自研GPU能為相關企業帶來何種影響之前，不妨先看看當下移動GPU市場的競爭格局。

GPU的全稱是Graphics Processing Unit，也就是圖形處理單元的意思，這個概念在很早之前就由NVIDIA公司所提出並確定。NVIDIA在1999年發布型號為GeForce（代號NV10）的三維晶元時首次提出GPU概念，當時這顆三維晶元的定義：三角形變換能力達到每秒一千萬個三角形以上。

時至今日，當年NVIDIA提出的GPU定義相信已經很少人記得，GPU這個名詞卻因為微軟DirectX 7採用而普及，此後NVIDIA、微軟、ATI（後來的AMD）、Intel以及幾乎整個相關行業、媒體大量採用而成為大家非常熟悉的名詞，不管是台式機、伺服器、工作站還是遊戲機、移動設備，它已經是無處不在。

隨著智能手機大潮的興起，GPU在移動設備領域也迎來了高速發展，不過桌面GPU的王者們似乎沒有抓住這個機遇。當前在移動GPU市場份額最大的GPU廠商分別是ARM、Imagination和Qualcomm，這三家企業也各有自己的優勢。

ARM的優勢無疑是它在移動CPU市場所擁有的壟斷性市場份額，在移動CPU市場佔有相當大的優勢之後其也開始將手伸向GPU市場。

其實ARM的Mali GPU的發展歷史也有近20年的歷史了，1998年挪威的幾位大學生成立了Falanx並推出Malaik 3D GPU，後來因為這個名字不好記就將名字改為Mali GPU，2006年ARM將其併購，如今Mali GPU已在移動市場佔有第一位的市場份額。

ARM稱霸移動處理器市場後開始日益重視GPU市場，其推出的Mali系列GPU憑藉低功耗、低價等優勢逐漸崛起。

而高通則是全球最大的手機晶元企業，其Adreno來自於多年前AMD收購ATI後出售的移動GPU。當時業界還沒有認識到移動GPU的發展潛力，而隨著智能手機的興起，遊戲等對GPU性能需求日益增強，這也成為高通的核心競爭優勢。

Imagination的PowerVR的主要客戶是蘋果，而且蘋果是其股東之一。

Adreno系列GPU一直應用在高通自家的驍龍Snapdragon移動平台（處理器）中。

隨著CPU和GPU的配合越來越多，以及ARM自身的GPU技術迎頭趕上，越來越多的客戶放棄Imagination而投入ARM的懷抱。2016年，Imagination在智能手機上的主要客戶僅剩下Apple和MTK，而在非智能手機業務的另一面也僅有全志、瑞芯微、炬力和君正。不過MTK、全志、瑞芯微等客戶只是部分晶元採用Imagination的GPU，其加起來的出貨量甚至還沒有蘋果的出貨量高。

從HIS之前公布的數據可以發現，如今ARM搶佔了越來越多的市場份額，不僅搶去了Imagination的市場佔有率，還搶去了高通在GPU的市場佔有率。不過隨著蘋果開始採用自家的GPU，三星若也開始使用自家的GPU後，ARM的市場佔有率恐怕還會有所下滑。

其實不管是Imagination、ARM還是高通，由於其均採用開放授權的模式，所以它們的GPU對於採用的廠商來說將很難形成成本和體驗上的差異化競爭優勢，這也引發了諸如蘋果、三星等有實力的手機廠商自主開發GPU。

自研手機GPU好處多

競爭力與體驗差異化並重

手機GPU有什麼用？最初，手機GPU是為三維遊戲加速設計的，所以它拿手的自然是三維遊戲加速，現在無論是安卓、iOS都有不少三維遊戲大作。除了遊戲渲染加速外，智能手機的操作系統界面也是採用了GPU硬體加速，例如選單的彈出、桌面平移等。

GPU最初是為三維遊戲加速設計的，所以它最拿手的自然是三維遊戲加速，現在無論是安卓、iOS都有不少三維遊戲大作。

和桌面操作系統使用三維加速相比，移動操作系統由於受到屏幕空間小的約束，因此三維加速體驗帶來的空間感拓展是更加不可或缺的。比如從安卓4.0系統開始，不少用戶就感覺到系統流暢性大幅度提高正是因為從系統層面上線了GPU硬體加速。

此外，通用計算加速原本也是在非移動應用上的技術，不過隨著智能手機的高速發展，已經有了不少開發人員利用GPU的通用計算能力來進行一些有意義的加速。比如在iPhone上有一款名為「極拍」的App，利用iPhone的GPU對攝像頭拍攝的視頻進行實時降噪處理，可以將iPhone的夜間視頻拍攝能力提升到非常高的地步，這是非常具有實用意義的。另一個典型是高通驍龍處理器，早在高通驍龍820上，其Adreno 530已經能實現輔助全景照片合成、幫助「認知計算平台」Zeroth識別物體。

如今，高通驍龍820上的Adreno 530已經能實現輔助全景照片合成、幫助「認知計算平台」Zeroth識別物體。

更重要的是，目前多數手機廠商採用的都是ARM公版GPU方案，而需要說明的是，採用公版GPU帶來的一個弱點是，ARM升級GPU核心速度很快，幾乎每年升級一次，而且它作為授權商當然是向各個手機晶元企業公開的，比如不久前它就推出了全新的G72核心。顯然，手機廠商們都不希望自家手機產品的GPU被上游廠商或者競爭對手掣肘，而通過自研GPU則可以讓手機廠商們自己的手機晶元在CPU、GPU性能均較競爭對手擁有自己獨有的競爭優勢，這也正是當下全球前五大手機企業當中的蘋果、三星、華為、小米均開發自己的手機晶元或手機處理器的重要原因。

目前在全球智能手機製造廠商中，發行手機且搭載自家處理器的廠商只有蘋果、三星、華為和小米四家。

目前，AR/VR的發展如火如荼，三星、蘋果也都早有涉足。就技術層面分析，無論是3D還是AR/VR，在計算層面都需要GPU的支持。未來在圖形處理、視覺呈現、交互等領域都離不開GPU這一重要器件。因此，儘快具備GPU設計、研發、生產能力就能夠更快站在技術的前沿，並可能對手機終端的進化帶來重要的推動作用，可以說手機廠商們對於自研GPU不能不上心。

對手機廠商而言，通過自研GPU可以讓手機廠商們的手機晶元在CPU、GPU性能均較競爭對手擁有自己獨有的競爭優勢。

此外，人工智慧技術的興起也需要GPU發揮更大的作用。比如華為的麒麟970被稱為首款集成人工智慧晶元的手機晶元，不過這是通過集成一枚被稱為NPU晶元的方式實現的，這種方式更適合處理人工智慧的某個方面，而且華為麒麟970要在人工智慧方面依然需要GPU的配合。當下全球的人工智慧神經訓練網路大多基於GPU開發，說明用GPU做人工智慧還是有較大的優勢。

無論是VR/AR還是人工智慧技術，它們的興起都需要手機GPU發揮更大的作用。

除了華為，要知道蘋果自己開發的A11處理器依靠自研GPU在Face ID方面就領先眾多競爭對手兩三年。如果其他手機廠商開發出自己的GPU，則有可能在人工智慧時代取得競爭優勢。

蘋果開發的A11處理器依靠自研GPU在Face ID方面領先眾多競爭對手兩三年。

蘋果之鑒：GPU有門檻

成正果非一日之功

其實縱觀當下自研GPU的廠商，除了蘋果已經出現上市的產品（iPhone 8系列以及iPhone X），其他廠商均還處在欲研發或者研發的階段，所以蘋果自研GPU之路對於其他廠商頗有借鑒意義，也從一個側面可以讓業內了解廠商自研GPU所面臨的挑戰。

眾所周知，A系列晶元是2008年蘋果以2.78億美元收購了一家小型無晶圓廠半導體P.A. Semi打下的基礎。同時2010年4月又花費了1.21億美元收購了移動晶元製造商Intrinsity。此後，蘋果對處理器和感測器技術的研發便一發不可收拾了，例如通過在已設立收購 AuthenTec並設立研發中心，完成了Touch ID的研發。2012年在德州儀器推出移動領域晶元時，還挖來了一大波晶元工程師。

時至2013年，蘋果對自主晶元的野心更大了，一大批AMD圖形工程師被聘請到奧蘭多工作，為Marvell和華為等供應GPU的圖芯技術設計商Vivante董事Utku Diril也被蘋果挖走。與此同時，蘋果還開始發布了一系列涉及GPU硬體的工作職位，那一年分析師開始質疑蘋果對GPU工程師需求的目的，因為蘋果在招聘中明確指出，希望更多優秀的工程師前來創造自主GPU的知識產權，還包括負責GPU架構的性能、功能、時序、面積和功耗等等工作。

進入2014年，由於IBM出售紐約等地多處晶元廠，蘋果通過更優的薪酬待遇以及開發高額補貼等方式，成功從IBM、AMD、飛思卡爾等晶元製造商又挖來一大波圖形工程師。緊接著2015年，蘋果還將NVIDIA負責GPU架構的高級主管John Tynefield搶到手。更多例子就不說了，但在2008年到2015年期間，蘋果挖那麼多晶元工程師並開設那麼多研發中心做什麼？真的只是為A 系列晶元的CPU設計嗎？畢竟一有晶元設計師或工程師，蘋果就立馬招攬，而且GPU招聘職位有增無減。到2015年後期終於開始有大量傳聞指出，其實蘋果內部已經保密設計GPU有幾年時間了，一切相關工作都「悄悄地在幕後進行中」。

到了2016年3月份，雖然有傳聞認為蘋果會收購Imagination，但蘋果始終沒有出手，讓人的疑問加深。可實際上，從2016年3月到10月份期間，蘋果已經從Imagination至少挖來了25名高級人才安排負責自主GPU設計。

由上述我們不難看到，蘋果早在2013年就開始布局GPU研發直到去年的A11處理器上才用上自研GPU，而ARM從研發Mali GPU到如今在GPU行業佔據領先優勢也花了十多年時間，而且開發GPU還涉及到兼容、專利等問題。可見自研GPU的門檻還是很高的，非一般企業可以為之和承受。

綜上所述，我們認為，雖然自研GPU可以降低設備（例如智能手機）成本和提升性能，但鑒於其在技術、專利、人才等諸多方面的挑戰，其真正可以轉變為廠商的差異化競爭力，不僅需要時間、資源等的投入，更需要自身本身有足夠的市場消化能力，否則將是得不償失。

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