为什么中国不拆开英伟达显卡研究出自己的国产显卡?
新闻来源: 钛媒体 于2024-06-15 13:54:39 提示:新闻观点不代表本网立场
文/王新喜
最近有一个话题很有热,英伟达显卡这么先进,为什么我国不拆开英伟达显卡研究,从而造出自己的国产显卡?显卡是游戏的衍生物,在数字时代的浪潮中,游戏在过去被认为是娱乐的代名词,但没想到它成了科技创新的强大推手,游戏的发展在国内市场一直面临一些市场认知的问题与阻力,这是导致国产显卡落后的一个因素。
游戏是英伟达成功的关键,自1993年成立以来,游戏显卡是英伟达最核心的产品,发展到今天,已占据全球80%的市场,在过去,市场上那些对画面、制作质量要求非常高的游戏玩家,不断逼迫英伟达去开发性能更高的显卡,推动英伟达成为GPU领域的头号玩家。
在近20多年以来,英伟达研发投入一直在增长,研发支出几乎保持在20%~30%之间,远超美国科技企业3%的平均值。在游戏行业的拉动下,英伟达的GPU芯片性能高歌猛进。正是在游戏显卡领域积累的GPU底层能力,让英伟达赶上了AI的时代列车,为大量厂商提供顶级的GPU芯片。
发展到今天,英伟达目前在显卡市场的断层领先,背后已持续投入了几十年的研发资金和人力资源,背后积累的经验和技术是非常难以复制的,形成了很高的技术壁垒。英伟达芯片内部的复杂度已经不是靠逆向可以研究出来的地步了。
这种复制的想法,其实在早期有成功的可能性,早期处理器工艺还没那么复杂、还没那么先进的时候。比如英特尔的4004、8086等早期处理器,拆下来显微镜就能看清楚是怎么设计的结构,基本的门电路差不多都能认出来,而且由于功能简单,认不出来的也都可以补出来,因此这个时代是可以复制的。
但是现在的英伟达的CPU、GPU设计都动辄集成百亿、几百亿晶体管,结构复杂无比,不可能通过拆解认出来怎么设计的,只能通过X光透射大概了解其区域分区。至于复制,只能是天方夜谭了。
英伟达目前被制裁的A100 GPU,采用TSMC 4N工艺也就是5nm工艺制造,大约800平方毫米。
在5nm等级的工艺上,就算使用0.1nm波长的X光机,去扫描内部结构,得到大约540亿晶体管的内部图,但是由于芯片内部是3D立体的,存在多个层级,因此单纯的2D图像是无法还原内部结构的。它几乎在800平方毫米的地方集成了540亿的晶体管,在某些模块上还存在别人的特殊设计和特殊工艺。
这可不是简单的拆开就能研究清楚的,它是一个由540亿颗晶体管组成的微型“城市”。如果把每颗晶体管按照一平方米的面积列开来,那这一颗显卡核心的占地面积就几乎相当于3~4个北京市那么大。
肉眼肯定是无法看出这座城市的细节,必须借助显微镜才行。哈工大的顶级显微镜,有60nm的分辨率,但是英伟达的GPU核心可是用5nm或8nm工艺制作的。当然,我们用最先进的透射电子显微镜(TEM)足以观察到物理尺度为4nm的H100显卡中的晶体管,但问题来了,如何确定这540亿个晶体管各自的类型、精确的位置,以及晶体管之间的走线?
此外,英伟达设计出来之后,需要向芯片制造企业台积电提供芯片的GDS版图,根据GDS版图,在晶圆上经过光刻、刻蚀、离子注入、沉积、金属化等几十个步骤才可以制造出相应的芯片。
事实上,类似的问题,在发动机、光刻机等问题上曾经也有过类似的发问。难度还在于,这其中的工艺、材料、设备、技术等供应链来自于几十个国家。
况且英伟达的产品是硬件与软件的高度结合,在图形显示方面,GPU的图形驱动的好坏直接影响用户体验;在通用计算方面,CUDA及其各类高性能计算库提供了完备的支持,目前英伟达在软件上最大的护城河是CUDA,英伟达在CUDA方面下了极大的努力,而且这件事做了很多年,到今天CUDA可以影响很多领域,今天连OpenCL、Metal都没法撼动CUDA的地位,更别说去从0到1做生态了。
没办法拆开英伟达的显卡研究,给我们的反思
没办法拆开英伟达的显卡研究,造出自己的国产显卡,留给我们的教训与反思是,技术没有好坏之分,国内科技企业的技术研发更倾向去嗅风向,衡量当下的前景与投入产出,过去认为显卡仅仅用在游戏领域,大量投入不值得,缺乏商业前景,而游戏也面临各种风险。但显卡的应用并不局限于游戏,发展到后来,它为英伟达在GPU领域的领先打下了基础,进而成为AI时代卖铲子的人。
其次,一项技术的研发与推进,要从市场初期就瞄准风向,扎扎实实的推进,很多前瞻性的技术从最初时不起眼,在前期技术壁垒尚未形成的阶段,尚可追赶,越到后期,难度越来越大。
因此对于任何科技的探索,不应该用当下的局限去推测技术的应用前景,进而判断是否值得投入,如果在初期,国内厂商不局限游戏的未来去判断显卡的未来,那么国内显卡技术会不会有另一种发展的可能?而在技术没有大幅拉开差距的情况下,这种造出自己的国产显卡的可能性就越来越高,一旦技术积累拉开差距,这背后的产业链差距与软硬件生态差距、商业应用场景差距都被一并拉开。
其三,当然,这背后也与国内科技企业领域过去很长时间的造不如买的思维,耽误了前期追赶、弥补差距的时间窗口,伴随着一项科技产品的性能越来越强,晶体管越来越复杂,工艺越来越看不懂,那么砸钱也无济于事了,钱不能解决的事情,才是大事,老美限制英伟达显卡的销售,其实就是限制中国对先进生产力的探索。
不过,在深度全球化的时代,英伟达也无法脱离中国产业链,中国是少数的同时拥有从芯片研发到生产制造,再到应用场景的,具备全产业链能力的国家,而英伟达的芯片中也有大量零部件产自中国,尤其是显卡算力越高,就越是依赖光模块这条技术路径。因为GPU运行,涉及大量数据传输和计算,光模块的作用就是,进行光、电信号转换。
为了满足AI大模型、科学计算等算力需求,每台服务器动辄需要数百甚至数千个GPU。2010年,全球10大光模块企业名单,中国只入围了一家。到了2022年,全球前10,中国就占了7个。
人们总期望弯道超车,但弯道超车需要长时期的投入与积累,国产显卡的路还有很长,而且发展GPU的难度可能会比CPU还要大。中国新能源汽车的弯道超车,是经历了20年的布局,放到芯片产业上也是同理,令人欣慰的是,我们现在看到了自上而下的整体规划,从芯片制造,到设计,从系统软件的基础建设,到应用侧的布局,进行全面的独立自主的信息生态体系建设。我们需要有务实的心态去认识到真正的难题,才能对产业有真正的敬畏,才能有真正的反思与努力的方向,当下还任重道远,但我们依然保持期待。
作者:王新喜 TMT资深评论人
最近有一个话题很有热,英伟达显卡这么先进,为什么我国不拆开英伟达显卡研究,从而造出自己的国产显卡?显卡是游戏的衍生物,在数字时代的浪潮中,游戏在过去被认为是娱乐的代名词,但没想到它成了科技创新的强大推手,游戏的发展在国内市场一直面临一些市场认知的问题与阻力,这是导致国产显卡落后的一个因素。
游戏是英伟达成功的关键,自1993年成立以来,游戏显卡是英伟达最核心的产品,发展到今天,已占据全球80%的市场,在过去,市场上那些对画面、制作质量要求非常高的游戏玩家,不断逼迫英伟达去开发性能更高的显卡,推动英伟达成为GPU领域的头号玩家。
在近20多年以来,英伟达研发投入一直在增长,研发支出几乎保持在20%~30%之间,远超美国科技企业3%的平均值。在游戏行业的拉动下,英伟达的GPU芯片性能高歌猛进。正是在游戏显卡领域积累的GPU底层能力,让英伟达赶上了AI的时代列车,为大量厂商提供顶级的GPU芯片。
发展到今天,英伟达目前在显卡市场的断层领先,背后已持续投入了几十年的研发资金和人力资源,背后积累的经验和技术是非常难以复制的,形成了很高的技术壁垒。英伟达芯片内部的复杂度已经不是靠逆向可以研究出来的地步了。
这种复制的想法,其实在早期有成功的可能性,早期处理器工艺还没那么复杂、还没那么先进的时候。比如英特尔的4004、8086等早期处理器,拆下来显微镜就能看清楚是怎么设计的结构,基本的门电路差不多都能认出来,而且由于功能简单,认不出来的也都可以补出来,因此这个时代是可以复制的。
但是现在的英伟达的CPU、GPU设计都动辄集成百亿、几百亿晶体管,结构复杂无比,不可能通过拆解认出来怎么设计的,只能通过X光透射大概了解其区域分区。至于复制,只能是天方夜谭了。
英伟达目前被制裁的A100 GPU,采用TSMC 4N工艺也就是5nm工艺制造,大约800平方毫米。
在5nm等级的工艺上,就算使用0.1nm波长的X光机,去扫描内部结构,得到大约540亿晶体管的内部图,但是由于芯片内部是3D立体的,存在多个层级,因此单纯的2D图像是无法还原内部结构的。它几乎在800平方毫米的地方集成了540亿的晶体管,在某些模块上还存在别人的特殊设计和特殊工艺。
这可不是简单的拆开就能研究清楚的,它是一个由540亿颗晶体管组成的微型“城市”。如果把每颗晶体管按照一平方米的面积列开来,那这一颗显卡核心的占地面积就几乎相当于3~4个北京市那么大。
肉眼肯定是无法看出这座城市的细节,必须借助显微镜才行。哈工大的顶级显微镜,有60nm的分辨率,但是英伟达的GPU核心可是用5nm或8nm工艺制作的。当然,我们用最先进的透射电子显微镜(TEM)足以观察到物理尺度为4nm的H100显卡中的晶体管,但问题来了,如何确定这540亿个晶体管各自的类型、精确的位置,以及晶体管之间的走线?
此外,英伟达设计出来之后,需要向芯片制造企业台积电提供芯片的GDS版图,根据GDS版图,在晶圆上经过光刻、刻蚀、离子注入、沉积、金属化等几十个步骤才可以制造出相应的芯片。
事实上,类似的问题,在发动机、光刻机等问题上曾经也有过类似的发问。难度还在于,这其中的工艺、材料、设备、技术等供应链来自于几十个国家。
况且英伟达的产品是硬件与软件的高度结合,在图形显示方面,GPU的图形驱动的好坏直接影响用户体验;在通用计算方面,CUDA及其各类高性能计算库提供了完备的支持,目前英伟达在软件上最大的护城河是CUDA,英伟达在CUDA方面下了极大的努力,而且这件事做了很多年,到今天CUDA可以影响很多领域,今天连OpenCL、Metal都没法撼动CUDA的地位,更别说去从0到1做生态了。
没办法拆开英伟达的显卡研究,给我们的反思
没办法拆开英伟达的显卡研究,造出自己的国产显卡,留给我们的教训与反思是,技术没有好坏之分,国内科技企业的技术研发更倾向去嗅风向,衡量当下的前景与投入产出,过去认为显卡仅仅用在游戏领域,大量投入不值得,缺乏商业前景,而游戏也面临各种风险。但显卡的应用并不局限于游戏,发展到后来,它为英伟达在GPU领域的领先打下了基础,进而成为AI时代卖铲子的人。
其次,一项技术的研发与推进,要从市场初期就瞄准风向,扎扎实实的推进,很多前瞻性的技术从最初时不起眼,在前期技术壁垒尚未形成的阶段,尚可追赶,越到后期,难度越来越大。
因此对于任何科技的探索,不应该用当下的局限去推测技术的应用前景,进而判断是否值得投入,如果在初期,国内厂商不局限游戏的未来去判断显卡的未来,那么国内显卡技术会不会有另一种发展的可能?而在技术没有大幅拉开差距的情况下,这种造出自己的国产显卡的可能性就越来越高,一旦技术积累拉开差距,这背后的产业链差距与软硬件生态差距、商业应用场景差距都被一并拉开。
其三,当然,这背后也与国内科技企业领域过去很长时间的造不如买的思维,耽误了前期追赶、弥补差距的时间窗口,伴随着一项科技产品的性能越来越强,晶体管越来越复杂,工艺越来越看不懂,那么砸钱也无济于事了,钱不能解决的事情,才是大事,老美限制英伟达显卡的销售,其实就是限制中国对先进生产力的探索。
不过,在深度全球化的时代,英伟达也无法脱离中国产业链,中国是少数的同时拥有从芯片研发到生产制造,再到应用场景的,具备全产业链能力的国家,而英伟达的芯片中也有大量零部件产自中国,尤其是显卡算力越高,就越是依赖光模块这条技术路径。因为GPU运行,涉及大量数据传输和计算,光模块的作用就是,进行光、电信号转换。
为了满足AI大模型、科学计算等算力需求,每台服务器动辄需要数百甚至数千个GPU。2010年,全球10大光模块企业名单,中国只入围了一家。到了2022年,全球前10,中国就占了7个。
人们总期望弯道超车,但弯道超车需要长时期的投入与积累,国产显卡的路还有很长,而且发展GPU的难度可能会比CPU还要大。中国新能源汽车的弯道超车,是经历了20年的布局,放到芯片产业上也是同理,令人欣慰的是,我们现在看到了自上而下的整体规划,从芯片制造,到设计,从系统软件的基础建设,到应用侧的布局,进行全面的独立自主的信息生态体系建设。我们需要有务实的心态去认识到真正的难题,才能对产业有真正的敬畏,才能有真正的反思与努力的方向,当下还任重道远,但我们依然保持期待。
作者:王新喜 TMT资深评论人
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回复46楼:中国还没上月球呢,美国60年前就上去了。屠呦呦当然是她自己的成就,所以诺贝尔奖给了她,说明西方并不打压中国人的成就。但是她在中国收到什么奖励了?莫言和刘晓波也得了诺贝尔奖,我帮你说了。美国“偷”人?中国政府对思想的控制把人都逼出来了,那正是我要说的过度管制和言论不自由阻碍创新。为什么那么多聪明的中国人只有到了美国和西方才能又那么多作用。中国哪个老总甚至最近不要脸说在AI界有很多中国人,他们都回国中国可以迅速AI赶超。那为什么这么多中国人要出国才能高AI?你看到的成功创新后面有很多失败的“疯狂”想法,所以创新的一部分就是要能承受失败。其实中国的那个搞架高在道路上的公交是创新,虽然失败了,但是想法独特。但是中国媒体对那个企业家一通嘲讽。你可以指出问题,但是不用那么酸。
回复20楼:SCI是什么?论文可以在很多领域,科学论文一般是发现科学现象,不是创新。牛顿没有创造万有引力,而是发现了它。创新是是自然界原本没有的东西,比如轮子。华为5G的研究有贡献,但是基本的原理并不是新的。Milliwave也不是在5G首先使用。登月?美国60年代就登月了,而且中国现在还没上去,只是计划。量子通讯更是远得很,中国也不是首先开始研究的,能不能成功连尖端科学家都不能肯定。依我看你就是中学水平,从新闻里学几个词。你要是对科学领域探讨,我们可以另开一个贴细细谈。但是你首先要搞清楚科学,技术,创新这些基本概念,不然谁是牛可真不好说。
不信由你,中國人除了偷技術做山寨之外沒有什麼特殊生存意義。中國人以外,全世界都知道8964。中國譴責日本教育抹滅侵華暴行,但日本許多電影電視劇及人民都有深刻反省的表現,政府也無時無刻提醒自己不要重蹈覆轍。但中國政府卻用最極端的手段讓自己的人民完全失憶,無知,甚至懼怕89 64這組數字。
為什麼以往香港都要大規模紀念的89 64,現在被抹黑到一提到就會被抓 。為什麼全世界都推崇的天安門前的坦克人,在中國卻無人知道。為什麼中國政府如此懼怕人民知道及談論天安門前這個中國人民可能最接近民主自由的一刻。 不知道不可恥,因為你們生在中國政府的高牆內。可恥的是你們已經不在牆內,有了所有求知求真的自由與能力,卻仍然去支持屠殺輾壓自己人民的野蠻政府,更為虎作猖粉飾太平,這才是為什麼中國人成為全世界人最討厭👎的人
连AMD Intel 都看不见Nvidia 车尾灯, 几乎是空白的中国芯片产业就根本不能了。
拆过,没研究出来。再加上中国领导在理工科上面的弱智,没有水平做出有效判断什么该投钱,什么不该投钱,导致大量高成本浪费。汉芯一号了解一下。最近芯片产业的大撒币了解一下。
这就是为什么政府过度管制阻碍创新的一个很好的例子。当初中国各种限制电子游戏机和小孩儿玩儿游戏的政策很多人都赞成。但是这些看似无用的领域的钻研才让显卡发展起来,直到显卡的运算能力到了可以支持AI的程度才看出他们的用处。所以任何对言论和思想的控制都对创新有直接影响。是的中国可以等其他国家创新之后高效率的抄袭和改进,但是那样中国永远还是抄。能你靠廉价劳动力和其他商业手段反超领先,别人又有了新的东西。另外,其他国家也不傻不会老让你白抄。
这几年中国的追赶步伐太快。美国的研发基本上是原地踏步,蜗牛一样,而且耗费巨大。
· 当然不可能一步登天。 中国的科技进步再快,也还是有个过程。 · 美国阻止中国接触高科技,变相的让出了中国市场和资金,扶持中国内部科技的发展。 比中国政府给中鼓励,扶持,闭关的效果要好得多得多。 |
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