随着国内AI大模型的密集推出，为模型训练提供算力基础的GPU芯片作用愈加凸显。由于目前我国高端GPU仍多依靠进口，因此，国产GPU的研发进展也受到产学研界的多方关注。
6月15日，国内芯片企业中天恒星科技有限公司（以下简称“中天恒星”）推出自主研发的国产GPU架构“天狼星”。据中天恒星联合创始人兼总架构师邓仰东介绍，这是中天恒星在清华大学多年的研究基础上，所设计的完整的具有自主知识产权的GPU架构。
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《中国经营报》记者获悉，目前很多国产GPU的IP授权来自第三方购买，优点是由于采用技术成熟能快速投入商用，但缺点则是难以形成成熟的图形显卡级GPU，核心电路专利无法自控和自主迭代。邓仰东则表示，区别于目前多数国产GPU厂商的路线，此次“天狼星”架构的设计为完整自主研发，从数学公式推导开始，架构设计、算法模型、原理验证、硬件实现和驱动开发等环节全部正向设计，核心IP完全自主可控，拥有图形GPU完整知识产权，并已申请专利和著作权数百项。
天眼查显示，中天恒星成立于2019年，主营业务为集成电路、半导体材料领域内的技术开发。据公司创始人黄永介绍，第一代“天狼星”架构芯片设计验证完成于2019年，2021年正式诞生，今年该架构实现量产，将面向亿级订单市场。
克服两大设计难点
除了3D图形引擎外，此次“天狼星”GPU架构也带来了诸多亮点。据中天恒星方面介绍，新架构在3D图形引擎基础上，搭载了2D图形加速与视频引擎。同时，采用了自主可控、灵活优化的指令集及SIMT计算框架。此外，能够支持物理真实渲染。
对此，邓仰东指出，要完成这些设计，背后主要包括两大技术挑战。“一个是架构级的设计，另一个则是架构仿真验证需要多年技术经验的积累。”他表示。
架构级设计在邓仰东看来是一门统筹艺术。“GPU本身的资源，所有的计算资源是一样的，大家都用32比特或者64比特的浮点运算单元，这是一个配合的问题。”同时，他指出，GPU有很多个核共享缓存，每个核内有自身的计算单元，还有通往片外的各种通道以及一些针对图形纹理的缓存。这些模块单独拎出来不难，但难的是如何配合实现GPU整体性能的最优。
“换言之，如何通过统筹协调，能够适应绝大多数图形应用。在大多数情况下，均衡的设计保持性能每秒至少30帧，这是一个极具挑战的地方。”他表示。
另一方面，邓仰东指出，架构仿真的时间非常长，需要经验也需要直觉，去找出架构问题到底出在哪里。“这方面也是一个很大的挑战，需要有多年的积累才能去做这件事。”
高难度设计完成的背后，也给“天狼星”带来了独特的市场优势。除了面向目前需求强劲的亿级订单市场外，“天狼星”以清华大学超过10年研究基础为依托的自研核心架构，确保产品迭代自主可控，极大弥补了目前国产GPU架构设计领域的空白。
据悉，目前国内芯片设计已经完成全面验证，能够确保流片成功，同时上下游产业链都已作好准备充分，具备完备的芯片交付能力。
价值空间巨大
对于此次“天狼星”架构的出现，业内也给予了高度评价。国际信息显示学会中国总裁、俄罗斯工程院外籍院士严群指出，现在很少有人再看电视，因为这一体验已经被手机端、PAD端等便携设备全部替代，但是一旦需要有交互体验的时候，我们就会重新回到大屏，而这个时候，就非常需要有渲染的、真实的、能够融入其中的体验。
“现在所有显示器都可以称为被动式显示技术，观看的人对它的信息传输只有接收，没有互动，一旦显示屏加上很多GPU功能，有了沉浸式三维影像呈现、交互体验，那就不是传统的电视了，重新回到这些有渲染的、真实的、你可以融入其中的体验，这种体验非常不得了。”严群表示，这将是“天狼星”的一大价值。
上海市集成电路行业协会秘书长郭奕武则认为，中天恒星自研架构具备的3D图形渲染、指令集自主可控、框架结构，决定了其未来的产品用途非常广泛。而现在正值非常好的产业关口，即产业革命和新技术革命的兴起，包括云计算、数字化、智能汽车、云端到边缘等产业化，都需要GPU这样的大算力，这也意味着，“天狼星”未来将有非常大的市场空间。
严群进一步指出，目前ChatGPT很火，虽然现阶段还处于幼儿园、小学阶段，但这已经很可怕了。如果未来有了交互能力，以后灵魂是体现在数据里，从生成式Chat变成交互式GPT，这时候大数据经过人工智能的学习训练以后，会远远超过人类的智力和能力，而这才是真正元宇宙的目标。
“我觉得现在真是一个很好的时机，要抓住它，潮流也在往这个方向走，机会非常多。我国如果能够把这个能力逐步提上去的话，不见得会比别人落后，因为你抓住的是更高层级的价值点。”严群表示。
（文章来源：中国经营网）
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