图形处理器:人工智能时代的算力核心
作者 南之瑉
发表于 2024年8月

| 图形处理器:从游戏图形渲染到人工智能计算 |

如今,图形处理器(GPU)在人工智能通用计算领域中扮演着不可或缺的角色,是支持聊天生成式预训练转换器(ChatGPT)等深度学习模型进行高效计算的关键技术之一,被誉为“人工智能时代的算力核心”。

GPU起初被称为“显示芯片”或“图形芯片”,是显卡上执行图像和视频输出任务的核心元件,其历史可追溯到20世纪70年代。那时,图形显示技术尚处于萌芽阶段,并首次在家庭游戏机上得到商业应用。到了1999年,英伟达推出了革命性的精视256产品,是首款正式被称为GPU的设备,专注于游戏图形渲染,以提供更为逼真的视觉效果和更加流畅的游戏体验。

21世纪初,英伟达推出了“酷达”并行计算架构,极大地扩展了GPU的功能,使其能够高效解决之前只能用中央处理器(CPU)处理的大规模并行计算任务。此项创新为人工智能领域带来了革命性的变化,因为深度学习模型的设计和训练需要进行大量矩阵运算,而这正是GPU擅长的。

GPU的广泛应用范围几乎覆盖了所有高端技术领域。在科学研究中,它被用于物理模拟、化学分子建模、生物信息学数据分析和气候模型模拟等。在媒体产业,它为视频编辑、特效制作和色彩校正等后期处理作业提供动力。在医疗领域,它处理复杂的成像数据,同时也被用于药物发现和基因研究。在汽车工业,特别是在自动驾驶技术中,GPU负责处理传感器数据、执行机器视觉任务以及支持决策制定。而在金融领域,GPU被用于加速风险评估、市场模拟及高频交易策略的回测工作。

在现代数字娱乐领域,GPU为虚拟现实与增强现实打造沉浸式的体验。桌面虚拟化技术也从GPU强大的图形支持能力中受益良多。同时,随着向量处理、光线追踪和量子计算等前沿技术的持续发展,以及它们与人工智能及机器学习应用的不断融合,GPU的角色预计将越发重要:它不仅是推动当前技术发展的引擎,也会是开启未来革新之门的钥匙。

| 巨头英伟达 |

作为全球GPU巨头,英伟达从游戏市场起步,近年搭上元宇宙、加密货币以及人工智能的东风,牢牢掌握了深度学习芯片市场的主导权。时至今日,GPU已成为全球数据中心支持人工智能应用的必备硬件资源,被誉为“英伟达大金砖”的A100与H100芯片系列在市场上大受追捧。2020年7月,英伟达首次超越英特尔,成为美国市值最高的半导体厂商。2022年11月,开放人工智能公司推出ChatGPT聊天机器人,引爆了全球对生成式人工智能大模型的热情,而英伟达的GPU产品在大模型训练方面几乎没有可以与之匹敌的竞品。到了2024年2月,英伟达市值攀升至1.83万亿美元,仅次于微软和苹果,位列美股市值第三。仅仅4个月后的6月18日,英伟达市值达到3.34万亿美元,超越微软和苹果,成为全球市值最高的公司。

英伟达设备的毛利率接近70%,这个比率对竞争者的吸引力,就像血腥的鱼饵吸引鲨鱼。近年来,丰厚的利润吸引着越来越多的厂商纷纷涌入人工智能芯片领域。英特尔、超威半导体等半导体界的重量级玩家陆续公布了它们的人工智能芯片研发计划,而开放人工智能、微软等下游厂商也在自主研发芯片,试图挑战英伟达的市场统治地位。2024年春,英伟达布莱克维尔GPU架构和超级芯片GB200以及英特尔高迪3相继亮相,当前人工智能芯片市场呈现出英伟达GB200、英特尔高迪3和超威半导体MI300系列三巨头竞争的格局,但英伟达依然一家独大,竞争对手无法望其项背。英伟达首席执行官黄仁勋称,英伟达的GPU“如此出色,即使竞争对手的芯片免费,也还不够便宜”。一位华尔街分析师感叹道:“在人工智能的战场上,英伟达是唯一的军火商。”

| 起自游戏显卡 |

1993年,毕业于俄勒冈州立大学电气工程专业的黄仁勋联手资深微芯片设计师克里斯·马拉科夫斯基和柯蒂斯·普里姆共同创立了英伟达。当时,马拉科夫斯基和普里姆希望设计出一款能让竞争对手“嫉妒得眼红”的芯片。黄仁勋建议将公司命名为英伟达——这个名字源自拉丁语,意指“嫉妒”。莎士比亚有句名言:“嫉妒是一个绿眼的妖魔。”而英伟达的标志就被设计为一只绿色的眼睛。

GPU是英伟达的主要产品。起初,英伟达将它们卖给电子游戏玩家。到了2006年,黄仁勋开始向超级计算机论坛推销它们。2013年,他把英伟达的未来押在了人工智能上。长期以来,人工智能一直让投资者失望,时任英伟达首席深度学习研究员布莱恩·卡坦扎罗回忆说:“我曾担心他会陷入人工智能的困境,但十余年过去了,事实证明,他的选择是正确的。”

黄仁勋是一位实际派,不喜歡空谈理论或冒险投机,从未读过一本科幻小说。他从最基本的原理出发,凭借对芯片现有能力的准确判断,坚信它们将在未来大放异彩。“我尽我所能不让公司倒闭,竭尽全力不让自己失败。”他说。

在加州圣克拉拉市的英伟达总部中心,有两座巨大的建筑,每座都呈修剪过角的三角形。这一设计元素贯穿建筑内外,从沙发和地毯到小便池的防溅板,无处不在。员工们将这两座建筑称作“宇宙飞船”,其宽敞明亮的空间给人空旷而神秘的感觉。

在股价飙升前,英伟达就已被列为美国最佳工作场所之一。每座建筑顶部都设有酒吧,定期举办派对,员工们被鼓励将办公室视为多功能空间,在此用餐、编程和社交。

本文刊登于《海外文摘》2024年8期
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