GPU（Graphics Processing Unit）概述
GPU（Graphics Processing Unit）图形处理器，是一种在个人电脑、工作站、游戏机和移动设备（如平板电脑、智能手机等）上进行图像和图形相关运算工作的微处理器。本文重点对GPU内部结构、产业链及下游应用进行相关梳理。1、GPU内部构成
GPU通常包括图形显存控制器、压缩单元、BIOS、图形和计算整列、总线接口、电源管理单元、视频管理单元、显示界面等。GPU微架构（Micro Architecture）是一种给定的指令集和图形函数集合在处理器中执行的方法。GPU微架构的运算部分由流处理器单元(Stream Processor，SP)、纹理单元（Texture mapping unit, TMU)、张量单元（Tensor Core）、光线追踪单元（RT Cores）、光栅化处理单元（ROPs）组成。
流处理器单元(Stream Processor，SP)是全新的全能渲染单元，是继Pixel Pipelines（像素管线）和Vertex Pipelines（顶点管线）之后新一代的显卡渲染技术指标。流处理器单元首次出现于DirectX 10时代的G80核心的Nvidia GeForce 8800GTX显卡，是显卡发展史上一次重大革新；纹理映射单元（TMU）作为GPU的部件，能够对二进制图像旋转、缩放、扭曲，然后将其作为纹理放置到给定3D模型的任意平面；张量单元（Tensor Core）用于深度学习，服务于人工智能、大型矩阵运算和深度学习超级采样（DLSS）；光栅化处理单元（ROPs）主要负责游戏中的光线和反射运算，兼顾AA、高分辨率、烟雾、火焰等效果。GPU显存是用来存储显卡芯片处理或者即将提取的渲染数据，是GPU正常运作不可或缺的核心部件之一，GPU的显存可以分为独立显存和集成显存两种。
2、GPU主要类型
根据接入方式，GPU可划分为独立GPU和集成GPU。独立GPU一般封装在独立的显卡电路板上，拥有独立显存，而集成GPU常和CPU共用一个Die（晶粒），共享系统内存。根据应用领域，GPU可划分为PC GPU、服务器GPU、移动GPU。其中，服务器GPU可做专业图形处理、计算加速、深度学习等应用，根据云计算、人工智能等一系列技术的发展，服务器GPU将以独立GPU为主。移动GPU由于专注轻薄，内部空间紧凑，所以一般采用集成GPU。
后摩尔时代伴随GPU的可编程性不断增强，GPU的应用能力远远超出图形渲染，部分GPU被用于图形渲染以外的计算领域称为GPGPU。由于GPU对于CPU的依附性，同时GPU相较CPU具有更高的开发难度，因此GPU不可能完全取代CPU。在CPU+GPU的异构运算中，CPU和GPU之间可以无缝共享数据，而无需内存拷贝和缓存刷新，CPU凭借多个专为串行处理而优化的核心运行程序的串行部分，GPU使用数以千计的核心运行程序的并行部分，发挥协同效应。
3、GPU产业链
目前GPU产业链主要包括设计、制造、封测三个环节，产业链企业主要经营模式分为IDM和Fab+Fabless两种。其中，IDM厂商以英特尔为代表；Fab+Fabless模式中，GPU设计厂商包括AMD、ARM、苹果、景嘉微电子等；制造厂商涉及台积电、中芯国际等；封测厂商涵盖日月光、矽品精密、长电科技等。
4、GPU在AI训练环节具有明显优势
深度学习算法需要处理海量数据，因此深度学习对并行计算能力有较高的要求。GPU在AI训练过程中具有明显优势：首先，GPU 提供多个并行计算的基础结构，并且核心数较多，可以执行海量数据的并行计算；第二，GPU 拥有更高的访存速度；第三，GPU拥有更高的浮点运算能力。人工智能时代出现大量的多媒体与 3D 图形，因而更高的浮点计算能力可以实现对图形与媒体的快速处理。
5、GPU未来重点应用领域
（1）汽车领域： 汽车GPU需要满足AEC-Q100等车规认证，快速生成冗余备份，在冗余备份中进行二次处理，确保功能的安全执行。安全关键图形和计算能力是下一代车载系统的要求。为提高汽车GPU的速度，实现图形和视频流之间快速切换，汽车GPU需要专用的图形API。目前汽车GPU厂商主要采取两种开发模式：①以特斯拉为代表的“自主”派，采用类似于苹果公司的模式，自主设计芯片，不对外开放技术，软硬件的整合在公司内部完成。②以英伟达为代表的“开放”派，采用类似于安卓的模式，对外开放技术，服务其他车企，企业不造整车。
（2）服务器领域： 服务器GPU广泛应用于AI、数据分析、高性能计算与渲染等领域。服务器GPU具有大数据量的快速吞吐、超强的稳定性、长时间运行等严格要求。在AI服务器领域，相较于其他运算单元，服务器GPU因较高的可编程性和通用性能，被用作特定应用处理器（ASP），通常在数据中心、边缘计算等场景部署。IDC预测，到2024年我国GPU服务器市场规模将达到64亿美元，2019-2024年复合增速达到26.1%。
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