AMD，何时停止“仰望”？为何这一切如此重要？

AMD董事会主席兼首席执行官苏姿丰在近日举行的2023世界人工智能大会上表示，AI将改变我们所从事的每一个行业，未来10年会出现一个大型计算机超级周期，现在正是一个成为技术供应商的好时机。为了抓住这个好时机，苏姿丰在此前的“AMD数据中心与人工智能技术首映会”上，带来了数据中心APU（加速处理器）Instinct MI300和第四代Epyc处理器的最新消息。在演讲中，她将两款产品的性能参数直接对标了英伟达的H100芯片和英特尔的至强8490H。此举被业界认为是AMD将同时挑战英伟达和英特尔在GPU和CPU领域的霸主地位。在CPU和GPU领域，AMD始终是个挑战者，即使在FPGA、DPU这些新兴芯片领域AMD未必占据显著优势。这也一直让人们猜想：AMD何时才能停止“仰望”？苏姿丰的强势出击能给出答案吗？CPU：一直追赶英特尔“本次推出的第四代EPYC，在云工作负载中的性能是英特尔同类处理器的1.8倍，在企业工作负载中的速度是英特尔处理器的1.9倍。”苏姿丰十分自信的在会上表示，这款代号名为Bergamo的高密度服务器CPU新品，具有820亿颗晶体管、128个Zen 4c CPU内核、256个线程，可满足“高性能的云端需求”，是AMD打开云原生处理器市场的“钥匙”。AMD第四代EPYC 9754与英特尔至强8490H的性能、密度和能效和对比AMD希望Bergamo能与基于Arm架构的Ampere、Amazon等公司竞争，甚至与英特尔将在2024年推出的144核心的Sierra Forest正面较量。在存储方面，苏姿丰还展示了最新的缓存堆叠X芯片-Genoa-X，可提供多达96个内核和总计1.1GB的L3高速缓存。与英特尔最高规格的60核Sapphire Rapids至强相比，Genoa-X缓存将性能提升了2.2到2.9倍。AMD和英特尔在CPU领域的“红蓝之战”，可以追溯到1982年。那时为了得到IBM的PC量产订单，AMD拿到了英特尔的授权，成为了英特尔CPU芯片的第二供应商，并根据英特尔的设计和微代码制造了80286处理器的AMD版本“Am286”，这也让AMD拥有了与英特尔抗衡的技术资本。值得注意的是，AMD制造的Am286比英特尔制造的80286主频更高，前者最高可达20MHz，后者最高只能达到10MHz左右，让Am286瞬间成了台式PC处理器的首选，就此拉开了二者斗争的序幕。AMD真正第一次靠自己研发获得技术领先是在1996年。AMD发布了K5系列处理器，与英特尔的奔腾系列展开了新一轮较量，这也是AMD第一款自主设计的处理器产品，此时的综合性能稍微优于奔腾。1997年，英特尔退出Socket7架构，转向使用Slot1架构，希望通过断开兼容性的方式主导市场，而AMD迅速坚决地在Socket7架构上推出K6。半导体行业专家张先扬表示：“对比英特尔放弃了兼容性接口市场，AMD此举获得了很多厂商的支持。2003年，AMD发布了K8的Athlon 64，这也是AMD在与英特尔30多年的技术竞争史上首次真正领先对手。”但到了2005年，英特尔拿出了杀手锏“Tick-Tock战略”，即每一代CPU都会对应tic或者toc。如果这代CPU对应tic，那么这一代CPU相角前一代将会提升制造工艺（即更精细的纳米工艺），例如从22nm到14nm的制造工艺提升。如果这代CPU对应toc，那么这一代CPU将会进行处理器微架构升级，例如支持新功能。“Tick-Tock（钟摆）战略”带来的快周期、大幅性能提升的产品迭代是英特尔重新制胜的关键，AMD逐渐招架不住，落入下风。直到2014年，AMD终于迎来了一位足以改变命运大救星，也是AMD创办49年以来第一位女性CEO苏姿丰（Lisa Su），CPU及显卡消费者熟知的“苏妈”。苏姿丰临危受命，专注研发出了极具竞争力的AMD单独立项的架构——Zen架构，并在2017年，就发布了基于Zen架构的从移动到桌面，再到高端桌面的近20款产品，包括新一代微处理器锐龙Ryzen、高性能显卡Radeon RX Vega和服务器处理器EPYC。其中，Ryzen处理器采用全新的Global Foundries 14nm制造工艺、拥有8核16线程，IPC性能提升40%，而当时顶级的英特尔i7 6700K只有4核8线程，更先进的工艺不仅推动性能增长，还大幅降低了功耗，终于与当时的英特尔酷睿处理器站到了同一水平线，再加上高性价比，提升了AMD在CPU市场的口碑，在2017年底将其CPU市场份额从8％提升至22％，也让连续5年亏损的AMD终于扭亏为盈。数据来源：Counterpoint从目前的市场份额来看，市场研究机构Counterpoint的统计数据显示，2022年，英特尔继续在数据中心CPU市场占据主导地位，但市场份额却下降了10%至71%，而AMD的市场份额迎来了增长，达到了20%。让我们看到了AMD打不倒，不服输的精神，尽管起步较慢，但始终在追赶，很多次都在性能和市场份额上反超了英特尔，也让英特尔不能有丝毫松懈，要时刻加紧研发，AMD一直紧随其后。GPU：难以撼动英伟达苏姿丰表示：“我们仍处于AI生命周期非常早的阶段，人工智能是塑造下一代计算的决定性技术，也是AMD最大、最具战略意义的长期增长机会。”当前的AI芯片市场可以说是英伟达的天下，每一位挑战者想要动摇其根基都并非易事。AMD作为英伟达的老对手，自然不会放任其独揽如此庞大且增速超快的市场，苏姿丰本次拿出的王炸产品就是一款直接对标英伟达H100芯片，专门面向生成式AI推出的加速器——AMD Instinct MI 300X。AMD Instinct MI 300X内部没有集成CPU内核，而是采用了8个GPU chiplet加4个IO内存chiplet的设计，12个5nm chiplets封装在一起，使其集成的晶体管数量达到了1530亿，多于英伟达H100的800亿晶体管，可以加速ChatGPT等大模型应用。AMD MI 300X 芯片与英伟达H100芯片性能对比图与英伟达的H100芯片相比，AMD Instinct MI 300X的HMB密度是前者的2.4倍，带宽则为前者的1.6倍，理论上可以运行比H100更大的模型。AMD入局GPU时十分坚定，但也付出了沉重的代价。在2006年，AMD豪掷自身近一半的市值，54亿美元买下了英伟达在GPU领域的死对头ATI，成为了当时全球唯一一个同时拥有高性能CPU和GPU技术的公司，但也意味着AMD要双线作战，同时与“双英”展开厮杀。尽管英伟达比AMD晚成立24年，但作为GPU的创立者，英伟达在GPU领域鲜有对手，ATI也只能在中低端占有部分份额。但ATI被AMD收购之后，AMD利用自身CPU的研发优势整合ATI的GPU。推出了新产品——APU，这款新产品既能做CPU擅长的通用任务，也能做游戏、图形处理，还能凭借GPU强大的浮点性能做加速任务，高频、小核心、低成本显卡的策略取得了成功，甚至曾在GPU综合市场份额超越了英伟达，让英伟达开始重新正视这个老对手。但AMD想要撼动如日中天的英伟达，并非易事。赛迪顾问集成电路产业研究中心研究员邓楚翔向《中国电子报》记者表示，虽然本次AMD的MI 300X采用了更大的192GB HBM3，但英伟达的产品也在迭代，等未来MI300X正式发售时，英伟达可能已经推出了参数更强的产品，而且，由于当日未发布价格，采用192GB HBM3的MI300X成本可能并不会比预想的低，因此，等未来正式发售时与H100相比可能不会有显著的价格优势。其次，MI300X没有H100所拥有的用于加速Transformer大模型的引擎，这也意味着用同样数量的MI300X将花费更长的训练时间。当前，用于AI训练的GPU供不应求，价格水涨船高，MI300X的推出无疑将利于市场的良性竞争，但短期来看，AMD的MI300X可能更多是作为客户买不到H100的“替代品”。至顶智库执行主任兼首席分析师孙硕表示，尽管从AMD本次公开的性能参数来看，MI300X在很多方面都优于英伟达的H100，但并不是性能越高，就越多人用，这不是一个正向关系。英伟达深耕GPU领域多年，所拥有的市场认可度和产品稳定性都是AMD所不具备的。另外在软件生态的建立和开发方面，同样需要不断积累，而且门槛较高，需要较长的时间完善。英伟达的CUDA经过十几年积累已构建其他竞争对手短时间难以逾越的护城河。AMD目前已经拥有一套完整的库和工具ROCm，也能完全兼容CUDA，为AMD提供了说服客户迁移的条件和理由，但兼容只属权宜之计，进一步完善自己的生态才能形成竞争优势。未来，ROCm需支持更多的操作系统，在AI领域开拓更广泛的框架，以此吸引更多的开发者。数据来源：Jon Peddie ResearchGPU的市场份额方面，市场调查机构Jon Peddie Research发布的最新数据显示，2024年第一季度的英伟达继续以83.7%的市场占有率持续领导着GPU市场。AMD的市场占有率持平在12%。虽然差距依旧不小，但不可否认AMD本次带来的产品性能确实让人眼前一亮，等产品正式推向市场时，真正的较量才算开始，我们拭目以待。FPGA：和英特尔旗鼓相当进入AI时代，GPU、FPGA以及ASIC被合称为“AI芯片”，与GPU相比，FPGA作为可编程逻辑列阵，具备更低能耗、更强的灵活度和可编辑性，因而具备较短的设计周期，更适合算法快速迭代、应用场景不断拓展的AI时代，CPU+FPGA的方案也能够提供GPU所擅长的庞大算力支持。在FPGA领域的布局上，英特尔还是抢先一步，早在2015年就167亿美元的价格收购了当时全球第二FPGA厂商的Altera。AMD也不甘示弱，在2022年，以500亿美元的天价收购了全球最大的FPGA厂商赛灵思，AMD因此跃升为新晋FPGA龙头，与英特尔展开了新一轮斗争。AMD通过有效整合赛灵思在FPGA方面的优势，提供了具有更广泛高性能的计算产品组合。苏姿丰表示：“借助赛灵思在5G、通信、自动驾驶和行业领域的资源，AMD能够将高性能计算能力带入更多领域，扩展到更广泛的客户群体中。赛灵思领先的FPGA、自适应SoC、人工智能引擎和软件专业知识将赋能AMD，带来高性能和自适应计算解决方案组合，帮助我们在可预见的约1350亿美元的云计算、边缘计算和智能设备市场机遇中占据更大份额。”AMD通过赛灵思领先的FPGA、自适应SoC技术，二者强强联合，在6月27日，宣布推出AMD Versal Premium VP1902自适应片上系统（SoC），这是一款基于FPGA的自适应SoC，既是全球最大的自适应SoC，也将成为全球最大的FPGA。但英特尔由于更早开始研发FPGA，长时间的经验积累也让英特尔在该领域更加成熟。英特尔表示，计划在今年推出15款新FPGA，这刷新了英特尔该品类的年度推新纪录。并且最新推出的Agilex 7 R-Tile FPGA，相较与AMD的产品，在带宽速度等方面已经取得了领先。数据来源:中商产业研究院可见，在FPGA这个高速发展的领域，AMD和英特尔的对擂还将延续，但二者的实力目前还属于旗鼓相当，胜负仍未可见。DPU：相比“双英”姗姗来迟随着带宽不断提升，海量数据涌入，一些“CPU做不好，GPU做不了”的复杂数据处理工作，开始逐渐转向能够重新分配算力和优化算力资源的DPU。DPU因此被列为CPU、GPU之外的第三个主力芯片，成为新一代数据中心创新范式。因此，三大厂商都开始布局DPU赛道。英伟达在2019年就发现这一新领域，以69亿美元的价格收购了以色列网络芯片公司Mellanox，并于同年就推出了BlueField-2 DPU，自此拉开DPU高速发展的序幕，打造了全新的芯片路线“GPU+DPU+CPU”。基于DPU的结构优势，英伟达计划在Bluefield-4产品实现将GPU集成至DPU中，进而实现数据中心的架构整合。从英伟达最新商业路线来看，英伟达正在布局“CPU+GPU+DPU”的三芯战略，未来极有可能将构建自己的XPU体系，并催生新的解决方案。英特尔没有选择收购DPU厂商，而是推出了与DPU功能相似的IPU产品。英特尔数据平台事业部首席技术官Guido Appenzeller表示：“IPU是一种全新的技术类别，是英特尔云战略的重要支柱之一。它扩展了英特尔的智能网卡功能，旨在应对当下复杂的数据中心，并提升效率。”IPU的发布，让英特尔成为当时业界唯一拥有CPU、独立GPU、IPU、ASIC、FPGA和各种加速器的企业。在同年的英特尔架构日上，英特尔向业界提出了XPU异构愿景：一个由标量、矢量、矩阵、空间组成的SVMS架构——分别对应了CPU、GPU、IPU和FPGA，可进行多种异构组合。这也是英特尔首次、业界明确将单一架构之后的发展方向定义为XPU。AMD则一直到2022年才姗姗来迟，宣布以19亿美元收购DPU芯片厂商Pensando。AMD基于Pensando的DPU技术，发布了代号为“Giglio”的下一代DPU路线图，与当前一代产品相比，该路线图旨在为客户带来更高的性能和能效，预计将于2023年底上市。至此，AMD的“CPU+GPU+FPGA+DPU”的芯片版图搭建完成，未来将以此继续扩大数据中心和人工智能业务范围，丰富产品类型。可以看出AMD想要在CPU和GPU领域战胜“双英”，不再仰望，还有很长的一段路要走，但在FPGA和DPU赛道上，和 “双英”已然并驾齐驱。“AMD目前的势头很好，在产品性能和技术上已经可以匹敌‘双英’，但还需要加强与业界的合作，增强市场产品认可度，我们希望AMD能继续斗志昂扬的与英特尔、英伟达展开竞争，高强度的激烈竞争势必会加速技术创新，让消费者有更多的选择和性价比更高的产品。”张先扬说。下半年，这些半导体领域率先吃到AI红利
半导体行业的焦虑与等待

作者丨许子皓编辑丨张心怡美编丨马利亚监制丨连晓东