英伟达（上）：五年二十倍的芯片大牛是如何炼成的

英伟达（上）：五年二十倍的芯片大牛是如何炼成的作者|海豚投研来源|海豚投研（ID：haituntouyan）启动资金只有4万美金的创业公司，是如何成长为全球市值最大的算力芯片公司。英伟达的“草根”逆袭是表明算力“新时代”的到来吗？2021年9月，英伟达的市值超过5000亿美元，已经达到老牌芯片厂商英特尔的两倍有余。来源：海豚投研整理GPU领域的性能之王稳固了英伟达游戏业务的基本盘，如火如荼的数据中心云业务给公司带来二次成长的强劲动力，自动驾驶的发展蕴含着巨大的潜力。叠加矿机、VR/AR、AI等领域对算力的迫切需求，算力将为大数据时代的核心。英伟达凭借在GPU上积累的全球领先计算能力，推出“GPU+CPU+DPU”的“三芯”战略。在构建产品矩阵的同时，“三芯”协同将性能进一步提升。在全球最强超级计算机和最强算力的自动驾驶芯片加持下，不仅期待每年发布的新品，更期待着英伟达开辟算力新时代！对于英伟达的个股分析，海豚君本篇在于阐述英伟达的“草根逆袭“之路、英伟达各核心业务情况和公司未来的战略规划，主要分析以下几个问题：英伟达如何从“草根“逆袭成为最大算力芯片公司？英伟达游戏业务、数据中心业务和汽车业务的发展情况如何？在传统优势GPU业务中的地位怎么样？英伟达的“三芯”计划下，公司有什么样的未来发展战略？一英伟达：“草根逆袭“的典型英伟达在1993年由黄仁勋、ChrisMalachowsky和CurtisPriem成立，从当时启动资金4万美元如今已成长为市值超5000亿美元的全球最大算力芯片公司。在早期的图形处理器市场中玩家众多，3dfx通过推出Voodoo3D加速卡在当时领先于市场同行。英伟达由于蔑视当时的主流标准，采用自创的四边形成像（QTM）技术，在同时期公司打造的NV1和NV2都未成功。英伟达在成立的第7年将前全球领先厂商3dfx收入囊中。公司在NV1和NV2后，陆续推出了Riva128、TNT和TNT2产品。尤其是TNT2的发布对3dfx带来致命一击，并于2000年英伟达将3dfx的知识产权买断。1999年英伟达发布世界上第一款GPU——Geforce256，首创了“GPU”一词。在进入21世纪后，英伟达从此前的蛮荒时代中脱颖而出，市场中主要还剩下英伟达和ATI（2006年被AMD收购）。在AMD收购ATI之后的重心更多地转向中低端市场，性能端渐渐落后于英伟达。而后英伟达牢牢掌控着高端市场，而AMD的GPU则成为性价比的代名词。随着人工智能、深度神经网络技术的突破发展，带来AI、VR和矿机等的巨大需下，英伟达的业务从游戏拓展到数据中心、专业可视化、汽车和OEM等。英伟达公司收入规模从2015年的50.12亿美元成长至2020年的166.75亿美元，成长至3倍有余。游戏业务仍为公司最大的收入来源，而数据中心业务增长是最为明显的，在5年间增长近20倍。来源：海豚投研整理二主要业务情况：英伟达2021年第二季度收入达到65.07亿美元，创公司季度收入新高，业务的主要关注点来自于游戏、数据中心和汽车业务。游戏业务是公司收入的最大来源，占比将近一半。数据中心成长为公司第二大收入来源，汽车占比虽只有2%，但随着自动驾驶的普及具备未来快速增长的潜力。来源：公司公告、海豚投研整理2.1游戏业务：GPU的高端王者英伟达2021年二季度游戏业务收入达30.61亿美元，继上季度同比高增后，二季度游戏收入再创季度新高。游戏业务的收入主要来自于台式机和笔记本的GPU，公司游戏业务屡创新高主要是由于公司基于AmpereGPU架构的游戏产品，连续4个季度都保持强劲的需求。来源：公司公告、海豚投研整理GPU是图像处理芯片，外表与CPU有点相似，是显卡的“心脏“。GPU因并行计算任务较重，所以功耗较大，只能焊接在显卡的电路板上使用。CPU和GPU都是芯片，区别在于不同的架构下适用不同的场景。从芯片架构图来看（黄色用来表示控制单元，绿色用来表示计算单元，橙色用来表示存储单元)。可以看到GPU就像是CPU的“变种”版本，在CPU中控制单元、计算单元和存储单元相对比较均衡，而GPU则尤为偏科，其中有将近80%的计算单元。CPU是顺序执行运算，而GPU是可以大量并发的执行运算，通俗的说就是CPU做事情是一件一件来做，而GPU是很多件事情同时做。在适用场景上，CPU精于控制和复杂运算的场景，而GPU精于简单且重复运算的场景。来源：电子工程网、海豚投研整理在全球GPU市场中目前主要有3个玩家，英特尔、AMD和英伟达。英特尔和AMD由于自身有CPU业务，在2009年后两家厂商都各自大力发展内置于CPU的高性能集成式图形处理内核。而英伟达仍专注于GPU领域，由于此前不具备CPU业务，公司重心放在更高性能的独立显卡方向。由于英特尔和AMD在CPU市场的巨大市场优势，带动两家厂商集成显卡的出货。英特尔凭借在CPU市场60%以上的市场份额，获得了GPU市场份额上的领先地位。英伟达GPU的市场份额稳定在15-20%区间，主要来自于公司独立显卡的出货，公司凭借性能优势牢牢占据GPU的高端市场。来源：JPR、海豚投研整理显卡分为独立显卡和主板上集成显卡，独立显卡主要由GPU、显存和接口电路构成，集成显卡没有独立显存而是使用主板上的内存。性能上，独立显卡优于集成显卡。独立显卡的显示芯片由独立的显存，不需要占用内存；集成显卡没有显存，只能是靠共享一定的内存作为显存，一定程度上会影响性能的发挥；功耗上，独立显卡高于集成显卡。独显的散热改善和更大的电路板设计空间，独立显卡允许更强的供电设计和更大的功耗，用以支撑独立显卡更强的发挥，而集成显卡的功耗比独显的要低。来源：海豚投研整理由于独显在性能上的优势，能应付更高算力的应用场景，所以更多地用于高端市场。即使英特尔在GPU市场占据领先的市场份额，也未能进入高端独显市场。在全球独显市场的主流玩家仅剩两家，英伟达和AMD。凭借产品领先的性能，英伟达在独显市场牢牢占据领先地位。在2021年二季度独显市场中，英伟达的市占率已经达到83%，遥遥领先于AMD。随着英伟达AmpereGPU架构的游戏产品发布，市场需求带来公司游戏业务的高增。英伟达在全球独显市场的优势不断扩大，从19Q2的68%的市占率逐季提升至80%。来源：JPR、海豚投研整理显卡是电脑必备硬件，任何电脑没有显卡，显示器都不会有画面提示。对于一般办公、浏览网页，普通核显也都能满足需求。如果是游戏爱好者或者设计等专业用户，更高性能的独立显卡才能满足需求。英伟达凭借自身领先的产品性能，引领独显产品的发展，牢牢占据GPU的高端市场。2.2数据中心业务：大数据时代的“佼佼者”英伟达2021年二季度数据中心业务收入达23.66亿美元，持续创季度新高。数据中心业务的收入占比从2014年初的5%增长至超35%，成为影响公司收入的重要部分。英伟达数据中心业务的提升主要来自于2020年二季度公司对Mellanox的并表。然而在并表的影响过后，公司在今年二季度仍取得35%的同比增长，体现下游的强劲需求。继AWS和谷歌云平台在前几个季度全面上市后，公司旗舰A100继续向超大规模和垂直客户提供服务。垂直行业的需求主要在金融服务、超级计算和电信客户的带动下，同时公司推理处理器也取得非凡增长。来源：公司公告、海豚投研整理当数据大爆炸后，传统的CPU有点力不从心，并行计算是更高效的计算方式。而GPU从一开始就为并行计算而生，动辄几百个内核，使其能够很轻松地同时处理数千个线程。2012年吴恩达领衔谷歌大脑从1000万张图中识别一只猫，整个过程动用了1000台电脑和16000个CPU。而之后吴恩达用英伟达的GPU代替了英特尔的CPU，仅用了16台电脑和64个GPU就完成了同样的识别工作。在大数据处理上，GPU拥有天然的优势。英伟达在最新的世界500强超级计算机中342台提供支持，其中包括70%的所有新系统和前10名中的8台。来源：海豚投研整理数据时代的浪潮下，各大公司都大力开展云服务，英伟达尤为受益。从云业务的资本开支情况看，全球云业务的资本开支呈现稳步上升的态势。同时英伟达的数据中心业务增长迅猛，依托AWS、谷歌云等大客户的发展，公司数据中心业务在全球云业务资本开支的占比提升显著，从2016年初的不到2%提升至2021年二季度的7%左右。来源：GS、海豚投研整理2.3汽车业务：结构转型，释放自动驾驶潜力英伟达2021年二季度汽车业务收入达1.52亿美元，同比增长3%。主要由于信息娱乐收入出现连续下滑，但同时自动驾驶的增长抵消了颓势。汽车业务板块目前占比虽不到3%，对公司整体收入影响较小。但目前正处于结构转型期，展望未来汽车业务有望受益于自动驾驶的巨大变化。来源：公司公告、海豚投研整理NVIDIADRIVE平台正在从乘用车到自动驾驶出租车，再到卡车运输和运货车辆的整个运输行业中迅速采用。AutoX推出的自动驾驶平台，同样适用于NVIDIADRIVE提供支持的机器人出租车。在自动驾驶卡车运输方面，NVIDIADRIVE生态系统合作伙伴plus与亚马逊签署了一项协议，为亚马逊的送货车队提供至少1000辆自动驾驶系统。来源：公司资料、海豚投研整理三英伟达的“三芯”战略：算力新时代在2021年的GTC21上，英伟达首席执行官黄仁勋将产品路线升级“GPU+CPU+DPU”的“三芯”战略。不同于过往20余年围绕GPU打造产品，英伟达首次推出CPU产品。1）GPU是公司传统优势业务，基本盘上选择Ampere架构，产品推出后在市场上获得强劲需求。2）CPU产品是公司推出的首款数据中心CPU叫Grace，主要面向大型数据密集型HPC和AI应用，预计2023年可以供货。3）DPU产品是由收购的Mellanox内部孵化的,BluefieldDPU主要用于数据处理。DPU的出现，就可以先在DPU将大量的信息先做消化，接着再传递给CPU做其他的分配，如此一来能减少CPU约30%的消耗。“我们每年都会发布激动人心的新品。三类芯片，逐年飞跃，一个架构。”黄仁勋表示。来源：公司资料、海豚投研整理“三芯”战略下的未来发展游戏业务：英伟达在高端GPU市场拥有绝对领先优势，在独显市场占有80%以上的份额。根据“三芯”规划，公司全面进行Ampere架构，并在未来每2年左右都会有新GPU产品出现，有望继续维持公司的领先优势；数据中心业务：“三芯”战略的最为受益业务，也体现了公司对数据中心业务的重视。本次推出的GraceCPU定位在数据中心，此前推出的BlueFieldDPU也将主要对数据中心的海量数据进行预处理。同时基于Grace的系统与英伟达GPU紧密结合，性能将比目前最先进的NVIDIADGX系统（在x86CPU上运行）高出10倍；黄仁勋表示，“基于今天新发布的GraceCPU以及下一代GPU，瑞士国家超级计算中心、苏黎世联邦理工大学将构建一台名为阿尔卑斯的超级计算机，算力20Exaflops（目前全球第一超算富岳的算力约为0.537Exaflops），将实现两天训练一次GPT-3模型的能力，比目前基于英伟达GPU打造的Selene超级计算机快7倍”。汽车业务：“三芯”战略有望显著提升公司自动驾驶的竞争力。基于英伟达新一代GPU架构、全新ArmCPU以及深度学习和计算机视觉加速器，黄仁勋推出了新一代面向自动驾驶汽车的NVIDIADRIVEAtlan，该处理器性能最高达每秒超过1000万亿次（TOPS）运算，约是上一代Orin处理器的4倍，超过了绝大多数L5无人驾驶出租车的总计算能力。DRIVEAtlanSoC也集成BlueFieldDPU，可以支持自动驾驶汽车中的复杂计算和AI工作负载。预计DRIVEAtlan将搭载在多家汽车制造商的2025年车型上。来源：公司资料、海豚投研整理四总结英伟达通过对芯片性能的极致追求，从图像处理器的“蛮荒时代”中脱颖而出。经过20余年的发展，英伟达从4万美金的初创公司发展为全球最大算力芯片公司。GPU性能的碾压级表现，收获口碑的同时在游戏高