英偉達（上）：五年二十倍的芯片大牛是如何煉成的？

$英偉達(NVDA.US)

啓動資金只有 4 萬美金的創業公司，是如何成長為全球市值最大的算力芯片公司。英偉達的 “草根” 逆襲是表明算力 “新時代” 的到來嗎？2021 年 9 月，英偉達的市值超過 5000 億美元，已經達到老牌芯片廠商英特爾的兩倍有餘。

來源：海豚投研整理

GPU 領域的性能之王穩固了英偉達遊戲業務的基本盤，如火如荼的數據中心雲業務給公司帶來二次成長的強勁動力，自動駕駛的發展藴含着巨大的潛力。疊加礦機、VR/AR、AI 等領域對算力的迫切需求，算力將為大數據時代的核心。

英偉達憑藉在 GPU 上積累的全球領先計算能力，推出 “GPU+CPU+DPU” 的 “三芯” 戰略。在構建產品矩陣的同時，“三芯” 協同將性能進一步提升。在全球最強超級計算機和最強算力的自動駕駛芯片加持下，不僅期待每年發佈的新品，更期待着英偉達開闢算力新時代！

對於英偉達的個股研究，海豚君本篇在於闡述英偉達的 “草根逆襲 “之路、英偉達各核心業務情況和公司未來的戰略規劃，主要分析以下幾個問題：

1、英偉達如何從 “草根 “逆襲成為最大算力芯片公司？

2、英偉達遊戲業務、數據中心業務和汽車業務的發展情況如何？在傳統優勢 GPU 業務中的地位怎麼樣？

3、英偉達的 “三芯” 計劃下，公司有什麼樣的未來發展戰略？

一、英偉達：“草根逆襲 “的典型

英偉達在 1993 年由黃仁勳、Chris Malachowsky 和 Curtis Priem 成立，從當時啓動資金 4 萬美元如今已成長為市值超 5000 億美元的全球最大算力芯片公司。

在早期的圖形處理器市場中玩家眾多， 3dfx 通過推出 Voodoo 3D 加速卡在當時領先於市場同行。英偉達由於蔑視當時的主流標準，採用自創的四邊形成像（QTM）技術，在同時期公司打造的 NV1 和 NV2 都未成功。

英偉達在成立的第 7 年將前全球領先廠商 3dfx 收入囊中。公司在 NV1 和 NV2 後，陸續推出了 Riva128、TNT 和 TNT2 產品。尤其是 TNT2 的發佈對 3dfx 帶來致命一擊，並於 2000 年英偉達將 3dfx 的知識產權買斷。

1999 年英偉達發佈世界上第一款 GPU——Geforce256，首創了 “GPU” 一詞。在進入 21 世紀後，英偉達從此前的蠻荒時代中脱穎而出，市場中主要還剩下英偉達和 ATI（2006 年

被 AMD 收購）。

在 AMD 收購 ATI 之後的重心更多地轉向中低端市場，性能端漸漸落後於英偉達。而後英偉達牢牢掌控着高端市場，而 AMD 的 GPU 則成為性價比的代名詞。

隨着人工智能、深度神經網絡技術的突破發展，帶來 AI、VR 和礦機等的巨大需下，英偉達的業務從遊戲拓展到數據中心、專業可視化、汽車和 OEM 等。英偉達公司收入規模從 2015 年的 50.12 億美元成長至 2020 年的 166.75 億美元，成長至 3 倍有餘。遊戲業務仍為公司最大的收入來源，而數據中心業務增長是最為明顯的，在 5 年間增長近 20 倍。

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二、主要業務情況：

英偉達 2021 年第二季度收入達到 65.07 億美元，創公司季度收入新高，業務的主要關注點來自於遊戲、數據中心和汽車業務。遊戲業務是公司收入的最大來源，佔比將近一半。數據中心成長為公司第二大收入來源，汽車佔比雖只有 2%，但隨着自動駕駛的普及具備未來快速增長的潛力。

來源：公司公告、海豚投研整理

2.1 遊戲業務：GPU 的高端王者

英偉達 2021 年二季度遊戲業務收入達 30.61 億美元，繼上季度同比高增後，二季度遊戲收入再創季度新高。遊戲業務的收入主要來自於台式機和筆記本的 GPU，公司遊戲業務屢創新高主要是由於公司基於 Ampere GPU 架構的遊戲產品，連續 4 個季度都保持強勁的需求。

來源：公司公告、海豚投研整理

GPU 是圖像處理芯片，外表與 CPU 有點相似，是顯卡的 “心臟 “。GPU 因並行計算任務較重，所以功耗較大，只能焊接在顯卡的電路板上使用。

CPU 和 GPU 都是芯片，區別在於不同的架構下適用不同的場景。從芯片架構圖來看（黃色用來表示控制單元，綠色用來表示計算單元，橙色用來表示存儲單元)。可以看到 GPU 就像是 CPU 的 “變種” 版本，在 CPU 中控制單元、計算單元和存儲單元相對比較均衡，而 GPU 則尤為偏科，其中有將近 80% 的計算單元。

CPU 是順序執行運算，而 GPU 是可以大量併發的執行運算，通俗的説就是CPU 做事情是一件一件來做，而 GPU 是很多件事情同時做。在適用場景上，CPU 精於控制和複雜運算的場景，而 GPU 精於簡單且重複運算的場景。

來源：電子工程網、海豚投研整理

在全球 GPU 市場中目前主要有 3 個玩家，英特爾、AMD 和英偉達。英特爾和 AMD 由於自身有 CPU 業務，在 2009 年後兩家廠商都各自大力發展內置於 CPU 的高性能集成式圖形處理內核。而英偉達仍專注於 GPU 領域，由於此前不具備 CPU 業務，公司重心放在更高性能的獨立顯卡方向。

由於英特爾和 AMD 在 CPU 市場的巨大市場優勢，帶動兩家廠商集成顯卡的出貨。英特爾憑藉在 CPU 市場 60% 以上的市場份額，獲得了 GPU 市場份額上的領先地位。英偉達 GPU 的市場份額穩定在 15-20% 區間，主要來自於公司獨立顯卡的出貨，公司憑藉性能優勢牢牢佔據 GPU 的高端市場。

來源：JPR、海豚投研整理

顯卡分為獨立顯卡和主板上集成顯卡，獨立顯卡主要由 GPU、顯存和接口電路構成，集成顯卡沒有獨立顯存而是使用主板上的內存。

性能上，獨立顯卡優於集成顯卡。獨立顯卡的顯示芯片由獨立的顯存，不需要佔用內存；集成顯卡沒有顯存，只能是靠共享一定的內存作為顯存，一定程度上會影響性能的發揮；

功耗上，獨立顯卡高於集成顯卡。獨顯的散熱改善和更大的電路板設計空間，獨立顯卡允許更強的供電設計和更大的功耗，用以支撐獨立顯卡更強的發揮，而集成顯卡的功耗比獨顯的要低。

來源：海豚投研整理

由於獨顯在性能上的優勢，能應付更高算力的應用場景，所以更多地用於高端市場。即使英特爾在 GPU 市場佔據領先的市場份額，也未能進入高端獨顯市場。在全球獨顯市場的主流玩家僅剩兩家，英偉達和 AMD。

憑藉產品領先的性能，英偉達在獨顯市場牢牢佔據領先地位。在 2021 年二季度獨顯市場中，英偉達的市佔率已經達到 83%，遙遙領先於 AMD。隨着英偉達 Ampere GPU 架構的遊戲產品發佈，市場需求帶來公司遊戲業務的高增。英偉達在全球獨顯市場的優勢不斷擴大，從 19Q2 的 68% 的市佔率逐季提升至 80%。

來源：JPR、海豚投研整理

顯卡是電腦必備硬件，任何電腦沒有顯卡，顯示器都不會有畫面提示。對於一般辦公、瀏覽網頁，普通核顯也都能滿足需求。如果是遊戲愛好者或者設計等專業用户，更高性能的獨立顯卡才能滿足需求。英偉達憑藉自身領先的產品性能，引領獨顯產品的發展，牢牢佔據 GPU 的高端市場。

2.2 數據中心業務：大數據時代的 “佼佼者”

英偉達 2021 年二季度數據中心業務收入達 23.66 億美元，持續創季度新高。數據中心業務的收入佔比從 2014 年初的 5% 增長至超 35%，成為影響公司收入的重要部分。英偉達數據中心業務的提升主要來自於 2020 年二季度公司對 Mellanox 的並表。

然而在並表的影響過後，公司在今年二季度仍取得 35% 的同比增長，體現下游的強勁需求。繼 AWS 和谷歌雲平台在前幾個季度全面上市後，公司旗艦 A100 繼續向超大規模和垂直客户提供服務。垂直行業的需求主要在金融服務、超級計算和電信客户的帶動下，同時公司推理處理器也取得非凡增長。

來源：公司公告、海豚投研整理

當數據大爆炸後，傳統的 CPU 有點力不從心，並行計算是更高效的計算方式。而GPU 從一開始就為並行計算而生，動輒幾百個內核，使其能夠很輕鬆地同時處理數千個線程。

2012 年吳恩達領銜谷歌大腦從 1000 萬張圖中識別一隻貓，整個過程動用了 1000 台電腦和 16000 個 CPU。而之後吳恩達用英偉達的 GPU 代替了英特爾的 CPU，僅用了 16 台電腦和 64 個 GPU 就完成了同樣的識別工作。在大數據處理上，GPU 擁有天然的優勢。英偉達在最新的世界 500 強超級計算機中 342 台提供支持，其中包括 70% 的所有新系統和前 10 名中的 8 台。

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數據時代的浪潮下，各大公司都大力開展雲服務，英偉達尤為受益。從雲業務的資本開支情況看，全球雲業務的資本開支呈現穩步上升的態勢。同時英偉達的數據中心業務增長迅猛，依託 AWS、谷歌雲等大客户的發展，公司數據中心業務在全球雲業務資本開支的佔比提升顯著，從 2016 年初的不到 2% 提升至 2021 年二季度的 7% 左右。

來源：GS、海豚投研整理

2.3 汽車業務：結構轉型，釋放自動駕駛潛力

英偉達 2021 年二季度汽車業務收入達 1.52 億美元，同比增長 3%。主要由於信息娛樂收入出現連續下滑，但同時自動駕駛的增長抵消了頹勢。汽車業務板塊目前佔比雖不到 3%，對公司整體收入影響較小。但目前正處於結構轉型期，展望未來汽車業務有望受益於自動駕駛的巨大變化。

來源：公司公告、海豚投研整理

NVIDIA DRIVE 平台正在從乘用車到自動駕駛出租車，再到卡車運輸和運貨車輛的整個運輸行業中迅速採用。Auto X 推出的自動駕駛平台，同樣適用於 NVIDIA DRIVE 提供支持的機器人出租車。在自動駕駛卡車運輸方面，NVIDIA DRIVE 生態系統合作伙伴 plus 與亞馬遜簽署了一項協議，為亞馬遜的送貨車隊提供至少 1000 輛自動駕駛系統。

來源：公司資料、海豚投研整理

三、英偉達的 “三芯” 戰略：算力新時代

在 2021 年的 GTC21 上，英偉達首席執行官黃仁勳將產品路線升級 “GPU+CPU+DPU” 的 “三芯” 戰略。不同於過往 20 餘年圍繞 GPU 打造產品，英偉達首次推出 CPU 產品。

1）GPU 是公司傳統優勢業務，基本盤上選擇 Ampere 架構，產品推出後在市場上獲得強勁需求。2）CPU 產品是公司推出的首款數據中心 CPU 叫Grace，主要面向大型數據密集型 HPC 和 AI 應用，預計 2023 年可以供貨。3）DPU 產品是由收購的 Mellanox 內部孵化的， Bluefield DPU 主要用於數據處理。DPU 的出現，就可以先在 DPU 將大量的信息先做消化，接着再傳遞給 CPU 做其他的分配，如此一來能減少 CPU 約 30% 的消耗。

“我們每年都會發布激動人心的新品。三類芯片，逐年飛躍，一個架構。” 黃仁勳表示。

來源：公司資料、海豚投研整理

“三芯” 戰略下的未來發展

遊戲業務：英偉達在高端 GPU 市場擁有絕對領先優勢，在獨顯市場佔有 80% 以上的份額。根據 “三芯” 規劃，公司全面進行 Ampere 架構，並在未來每 2 年左右都會有新 GPU 產品出現，有望繼續維持公司的領先優勢；

數據中心業務：“三芯” 戰略的最為受益業務，也體現了公司對數據中心業務的重視。本次推出的Grace CPU 定位在數據中心，此前推出的BlueField DPU 也將主要對數據中心的海量數據進行預處理。同時基於 Grace 的系統與英偉達 GPU 緊密結合，性能將比目前最先進的 NVIDIA DGX 系統（在 x86 CPU 上運行）高出 10 倍；

黃仁勳表示，“基於今天新發布的 Grace CPU 以及下一代 GPU，瑞士國家超級計算中心、蘇黎世聯邦理工大學將構建一台名為阿爾卑斯的超級計算機，算力 20Exaflops（目前全球第一超算富嶽的算力約為 0.537Exaflops），將實現兩天訓練一次 GPT-3 模型的能力，比目前基於英偉達 GPU 打造的 Selene 超級計算機快 7 倍”。

汽車業務：“三芯” 戰略有望顯著提升公司自動駕駛的競爭力。基於英偉達新一代 GPU 架構、全新 Arm CPU 以及深度學習和計算機視覺加速器，黃仁勳推出了新一代面向自動駕駛汽車的 NVIDIA DRIVE Atlan，該處理器性能最高達每秒超過 1000 萬億次（TOPS）運算，約是上一代 Orin 處理器的 4 倍，超過了絕大多數 L5 無人駕駛出租車的總計算能力。DRIVE Atlan SoC 也集成 BlueField DPU，可以支持自動駕駛汽車中的複雜計算和 AI 工作負載。預計 DRIVE Atlan 將搭載在多家汽車製造商的 2025 年車型上。

來源：公司資料、海豚投研整理

四、總結

英偉達通過對芯片性能的極致追求，從圖像處理器的 “蠻荒時代” 中脱穎而出。經過 20 餘年的發展，英偉達從 4 萬美金的初創公司發展為全球最大算力芯片公司。

GPU 性能的碾壓級表現，收穫口碑的同時在遊戲高端獨顯市場構造領先地位。在大數據時代中，數據中心的強勁表現成為公司成長新動力。展望未來，自動駕駛、AI、AR/VR 等對算力的強勁需求，英偉達有望成為算力賽道之王。

“三芯” 戰略下，英偉達從 GPU 業務拓展至 DPU 和 CPU 產品，拓寬產品矩陣同時進一步提升了產品性能，打造全球最強算力超級計算機和自動駕駛芯片。“GPU+CPU+DPU”，英偉達在開闢下一個 “芯算力” 時代。

下篇海豚君將主要解決下列問題 “英偉達的成長空間如何看待” 以及 “英偉達的投資價值怎麼樣？”。