超能课堂(160)：不为人知的国产GPU，真·国产游戏卡可期否？
上半年的中兴被制裁引发了大家对处理器芯片的关注，前不久福建晋华集团又被列入实体名单，这牵涉到DRAM内存芯片，处理器、存储芯片也是这几年来国内大力支持发展的半导体产业，因为这两个芯片是国内大量进口的，光是存储芯片去年就进口了886亿美元之多。相比之下，GPU芯片产值就小太多了，AMD及NVIDIA两家的高性能GPU营收加起来也就是100亿美元左右，国内就算进口了一半也不过50亿美元。
GPU市场的产值虽然小，但是门槛极高，全球也就剩下AMD、NVIDIA两家能研发高性能GPU的厂商，不论技术、人才还是专利，对AN两家之外的公司都是严重的障碍。至于国内，GPU就更差了，如果说国产CPU还能看到英特尔、AMD等领先厂商的背影，那么GPU方面可能别人领先在哪里都不确定。
今天的超能课堂里就来聊聊国产GPU，当然本文所说的GPU主要是指高性能通用GPU，移动处理器的GPU有很多现成的授权可用，并不是问题，高性能通用GPU才是国内发展的桎梏所在。
国产GPU之景嘉微景美系列
在国产GPU阵营中，景嘉微应该是名头最大的一个，之所以有这篇超能课堂，很大一个因素也是因为之前景嘉微宣布新一代GPU JM7200流片成功的报道，而景嘉微在各种报道中也一直被形容为国产GPU厂商龙头、唯一自主研发GPU的厂商，虽然有吹嘘之嫌，不过景嘉微在国产GPU上确实很有代表性，而且他们主要面向军工、政企等市场。
根据官网资料，长沙景嘉微电子股份有限公司成立于2006年4月，下设北京麦克斯韦科技有限公司、长沙景美集成电路设计有限公司及石家庄分公司。公司致力于信息探测、信息处理和信息传递领域的技术和综合应用，为客户提供高可靠、高品质的解决方案、产品和配套服务。 目前是国内唯—成功自主研发国产化图形处理芯片(GPU)并产业化的企业。 2016年3月，景嘉微在深圳证券交易所挂牌上市，股票代码:300474。
景嘉微公司是一家军民融合公司，旗下的产品涉及GPU芯片、军用雷达等等，其中景美系列GPU芯片目前是他们的核心业务，营收、盈利占比超过70%，2014年该公司研发成功了JM5400 GPU芯片，号称是国内首款具有自主知识产权的高性能GPU芯片，可广泛应用于有高可靠性要求的图形生成及显示等领域，满足机载、舰载、车载环境下图形系统的功能与性能要求，全面替代M9、M54、M72、M96、IMX6等国外芯片。
景嘉微在图形处理器主要是景美JM系列，目前的主力是JM5400，此前报道流片的是JM7200，制程工艺从65nm提升到了28nm，而在JM7200之前还有个JM7000，也是28nm工艺，官网没有提到JM7000与JM7200的不同，大概可以认为JM7200是JM7000的高级版，这两者的架构、规格应该差不多。
JM7000系列的介绍已经被景嘉微官网删除
诡异的是，在被媒体大规模报道之后，景嘉微官网上删掉了JM7000系列GPU的介绍，包括上面那个规格，转而用JM7200取代，但是官网并没有提供JM7200的具体信息。
那么景嘉微现在的GPU能达到什么水平呢？根据官网及网络资料我们做了如下的规格对比，并且加入了NVIDIA Kepler架构的最弱的GT 640显卡的规格与之对比，结果如下：
从这个对比来看，景嘉微JM5400的性能几乎不值一提，规格也较弱，不过这个产品的意义也不在于性能，它主要是面向军工装备的，在这个领域性能差点不是问题，能否自主可控才是关键，可以说JM5400解决了有无的问题。
到了28nm工艺的JM7200上，其渲染性能及浮点性能总算能看了，显存位宽具体数据不能确定，但是官方表示数据传输能力提升几十倍，这应该指的是接口从PCI升级到了PCIe 2.0 x16，唯一能够提升几十倍的就只有它了，显存位宽最多也就是提升到128bit。
与GT 640相比，景嘉微JM7200的渲染、浮点性能虽然还要差一些，但是考虑到双方功耗10W vs 50W的差距，JM7200能有如此性能反而应该让人诧异，算起来其能效比可比Kepler架构高多了，再考虑到官方突然间对JM7000系列GPU的规格支支吾吾，其中可能还有隐情。
总的来说，从JM5400到JM7200系列GPU性能是有大幅提升的，但是整体的技术水平还是差很远，依然不如六七年前的低端GPU，要是看3D技术支持，那差距就更大了。不过JM5400/JM7200系列因为有特种行业需求，所以在温度、可靠性上有极高要求，这点不是消费级GPU可比的。
景嘉微新一代GPU：斥资8.8亿，可拼GTX 1080显卡
JM5400及JM7200系列技术水平落后AMD/NVIDIA公司至少6-10年，在解决高性能GPU有无之后，景嘉微公司也在研发新一代GPU，早前的路线图中显示新一代高性能通用GPU代号是JM9200、JM9400及JM9800，不过官方去年开始申请募资13亿元研发新一代GPU、MCU等芯片，其中高性能GPU项目研发投资8.8亿元，代号是JM9231及JM9271，在回复证监会的文档中可以找到这两款GPU项目的具体规格：
相比JM5300/JM7200系列，景嘉微JM9231/9271的性能、规格提升数十倍，他们将使用统一渲染架构，其中JM9231支持PCIe 3.0 x16，频率不低于1.5GHz，像素渲染能力提升到了32GP/s，显存容量达到了8GB，带宽256GB/s，大概会用上GDDR5显存才行。
至于JM9271 GPU，景嘉微表示它会使用JM9231的架构，“通过增加运算单元数量，提高显存带宽，总线和输出接口速率，使得科学计算能力得到了大幅度提升，可以达到国际同类公司 2017 年中高端产品的性能，主要针对人工智能、安防监控、语音识别、深度学习、云计算等对计算速度要求非常高的高端应用领域，在 JM9231 基础上对科学计算能力进行大幅度提高和改进，并针对人工智能领域开发相关的运算库和高性能计算平台，满足客户不同应用需求。”
根据官方所列规格，JM9231的性能不输GTX 1080显卡，确实能达到2017年底的高端显卡的水平，而且使用的很可能更是HBM显存，因为他们所列的采购经费中就有HBM相关的技术及设备费用。
景嘉微在GPU路线图上有针对高性能通用GPU做规划，而且这个规划的前景非常远大，JM9231/9271的规格与现有的JM5400/7200有天渊之别，这种跨越对研发者的技术、人才挑战相当大，而且研发投资也只有8.8亿元，满打满算也就是1.5亿美元，而NVIIDA在发布Pascal显卡时表示研发费用高达数十亿美元，尽管老黄的说法有夸张成分，大概是把过去几年的费用全算在一起了，但是研发高性能GPU确实烧钱，GTX 1080这种级别的GPU花个10亿美元很正常。
总的来说，景嘉微给出的国产GPU路线图看起来让人兴奋，可战GTX 1080也不是我说的，是写在他们申请材料中的，但是这个规划实在太大以致于让人不能相信，景嘉微对何时研发成功也没有明确表态，考虑到他们在28nm工艺的JM7200 GPU上就延期了将近两年时间，所以在JM9231/9271 GPU开发的过程中也不会一路顺利，后续问题还多着呢。
国产GPU之中船重工716所JARI G12
除了比较出名的景嘉微之外，国内研发GPU的单位还有不少，其中中船重工集团下面就有两家研究所分别研制了不同的GPU——位于江苏省连云港市的716所研发了JARI G12 GPU，位于武汉的中船重工709所研发了凌久GP101，相比景嘉微上市公司需要披露信息，中船重工下面的两家研究所很少公开机密信息，特别是他们本身就有强烈的军工特色，所以这两款GPU的信息都非常少，我们先来说JARI G12。
根据中船重工发布的一篇报道，“JARI G12是目前性能最强的国产通用图形处理器。该处理器采用混合渲染架构，兼顾资料频宽和渲染延时需求，极大的增强了晶片的灵活性和适应性；提供PCIe 3.0汇流排，支援x86处理器和龙芯、飞腾、申威等国产处理器；支援4路数位通道和1路VGA输出，提供DP、eDP、HDMI、DVI等通用显示介面，单路数位通道最大输出解析度为3840×2160@60fps，支援扩展、复制显示和“扩展+复制”显示模式；内建视频编解码硬核，支援2路3840×2160解析度视频的编码、解码功能；支援OpenGL 4.5和OpenGL ES 3.0，满足高性能3D加速和VR显示需求；支援OpenCL 2.0，满足平行计算和云计算的使用需求；集成张量加速计算硬核，支援AI计算加速。该GPU支援Windows、Linux、VxWorks等主流作业系统，同时支援中标麒麟、JARI-Works、道等国内自主可控作业系统，具备健全的生态环境体系。”
根据这些信息，可以判断JARI G12支持PCIe 3.0，支持DP、HDMI、DVI输出，支持2路4K视频解码、编码，图形API支持到了OpenGL 4.5，还支持OpenCL 2.0加速，但没有DX支持的信息，不过ARI G12还集成了张量单元，支持AI运算。
官方还公布了JARI G12的架构示意图，之前有同行报道中称其性能可比GTX 1050 Ti，理由是官方公布的运算单元规模庞大，得到了GTX 1050 Ti级别，但是这种猜测毫无道理，这张架构示意图实在看不出具体的运算单元规模，更无从知晓运算单元的性能水平。
716所对JARI G12的定性是国内同行业一代，在功能性能上实现全面超越，收到中电集团、中航集团、国防科技大学等多家单位的试用和需求意向。
从公布的指标来看，JARI G12的规格、技术确实要比景嘉微的JM7200系列更先进，但是到目前为止，尚无ARI G12 GPU芯片是设计中、流片了还是上市了的具体信息，制程工艺及具体的性能数据也是未知数。
国产GPU之中船重工709所凌久GP101
位于武汉的709所是我国最早融计算技术、信息技术、自动控制、数学理论研究为一体的国家重点工程研究所，主要从事信息指挥系统、计算机加固技术、容错技术、并行处理技术以及网络技术与软件工程、图形图像处理、机电一体化、印制电路等专业的研究与开发工作。
在GPU方面，他们研发了凌久GP101，但是这款GPU在网上更为神秘，连一张图片都没有，除了新华社一篇报道之外很少有资料介绍这款GPU。根据中船重工709所相关负责人介绍说，凌久GP101图形处理器芯片支持HDMI、DVI、VGA等通用显示接口，支持2D、3D图形加速和OpenGL ES2.0，支持4K分辨率。同时，支持视频解码和硬件图层处理等功能，可以广泛应用于军民两用电子设备、工业控制、电子信息等领域。
从官方通报信息来看，凌久GP101的规格不算先进，API才支持到OpenGL ES 2.0，这是针对移动处理器的API规范。不过这款GPU应该也是用于军工产品的，所以性能也不是问题。
除了凌久GP101、JARI G12及景嘉微JM系列之外，还有一些国产GPU零星报道，上海兆芯也有Elite 1000/2000系列GPU，不过兆芯的GPU技术同样来自VIA威盛公司，准确说是威盛旗下的S3公司，而且这些GPU主要针对低功耗设备，更多地是集成在SoC中，与其他三款GPU不一样。
总结：国产GPU现在只能解决有无问题，消费级遥不可期
相比CPU处理器在国内遍地开花，并取得还不错的成就，国产GPU与国际水平——或者说就是美国公司吧，因为除了美国公司其他国家在高性能GPU上一个能打的也没有。国产GPU技术上总体落后AMD/NIVIDA至少10年，现在只能解决有无问题，谈性能及3D技术还早着呢。
在很长的一段时间里，国产GPU可能都会局限于军工、工业及政企行业之内，消费级市场上实在是看不到国产GPU崛起的希望，至少现在如此。景嘉微公司研发的新一代GPU指标很强大，技术也够先进，但是何时量产还是个问题，这点上他们自己可能都无法保证。