Feb 10, 2022
Nvidia投资分析4：Nvidia vs AMD
前言：（2022/2/10）
这是我2020/7写的一系列关于Nvidia的投资分析。过了一年多我回过头来再读这几篇文章，觉得还是有可读性。我原来是把它放在微信公众号上的，后来被永久封号了。我决定再把它贴出来，跟大家分享一下。
林以（ylin30@gmail.com，2020/07/27）
引言
前面3篇【1】【2】【3】给大家介绍了云计算和AI的发展历程。AI的成功归功于神经网络的发展，而神经网络的成功归功于GPU提供AI所需的庞大的算力。【3】介绍了GPU的竞争对手和它的生态圈。只有两家生产跟AI有关的GPU（也就是独立显卡）的公司，Nvidia和AMD。这一篇我想跟大家讲我为什么看好Nvidia而不看好AMD。
1、Nvidia对AMD的优势
1.1、市场优势
图一和表一显示Nvidia在独立显卡市场上占绝对领先地位。虽然AMD在追赶，但是Nvidia一直占了70–80%的份额。在所有的GPU评比（比如cnet，tomshardware，pcgamer这些网站）中，排名前10的Nvidia占了8个或以上。尤其在高端的GPU，几乎都是Nvidia的天下。这给Nvidia带来更高的利润。
值得注意的是，虽然AMD 2020Q1占了25%左右的独立显卡的市场，但是这里头主要是游戏市场，而不是跟AI有关的（数据中心和汽车两个业务）。我没有找到AMD相关的详细数据。但是，Nvidia的主要营收已经从Gaming转到Data Center。图二显示Nvidia的Gaming营收最近两个季度正在下降，而Data Center最近一个季度有18%的环比增长和80%的同比增长。它预测Data Center的营收会马上（2020Q2）超过Gaming。
Nvidia目前的战略是把自己定位为AI公司（而不是游戏显卡公司），数据中心业务第一。它最近收购了已经专注于数据中心网络连接的公司Mellanox。而AMD主要还是在Gaming上。图一中大家可以看到2018Q2到2019Q2这段时间有点起伏。根据我的分析，这是因为比特币市场的起伏带来的。2018年比特币挖坑特别火，Nvidia的GPU大卖，所以Nvidia的市场占有率上去了。但是2018年底比特币掉价，矿机卖不出去，Nvidia少了不少业务。这样AMD的比例就上去了。2019Q3以后基本又回到比特币以前的状况。大家可以参考图三，比特币的价格时间曲线基本上跟图一2018–2019年的趋势吻合。图一有点滞后，因为对GPU的需求反应到财报上有些滞后。
Nvidia在所有的云厂商都有合作。它在硬件加速领域已经是毫无疑问的领头羊。见图四。
1.2、软件优势
有人可能有疑问：凭什么AMD的GPU不能也用在AI上，赶超Nvidia呢？AMD确实也这么干。但是在这个问题上，Nvidia的护城河除了硬件GPU的优势，还有软件的优势，CUDA（Compute Unified Device Architecture）。
CUDA是Nvidia 2007开始自研的一套软件API。它是为了让开发者利用充分利用GPU进行平行计算而开发的。如果你买了一个GPU，想用来做深度学习训练数据用，你必须用上特殊的APIs来写你的程序。目前有两种最流行的选择，CUDA和OpenCL。如今几乎所有的机器学习框架（比如TensorFlow，PyTorch，Caffe，Keras）默认都支持CUDA，而OpenCL则是有限的支持。比如三大框架TensorFlow，PyTorch和Caffe2对OpenCL就没有正式支持。感兴趣的可以参考【5】。
Nvidia的GPU支持CUDA和OpenCL，而AMD的GPU支持OpenCL。由于CUDA在所有AI框架上的绝对统治地位，导致AI开发者倾向于买Nvidia的GPU而不是AMD的GPU。有了问题，在IT论坛（比如StackOverflow）上很容易能找到CUDA的相关的问题和开发者，而OpenCL就比较难些。图5可以看到用Nvidia CUDA的开发者是指数增长的。
Nvidia的CUDA几乎成为标准的原因跟Nvidia的投入有关。Nvidia从2007年就有了长远的眼光，要给开发者软件上的丰富的支持。它一直投入人力和资源来发展CUDA。CUDA从性能上也比OpenCL强（有的benchmarks是10–15%，有的号称是30%）。OpenCL是开源的。由于AMD进入GPU和AI比较晚，它是通过2006收购ATI得到的GPU业务。而且在2014年现任CEO Lisa Su上台之前，AMD主要侧重于CPU，一直都在Intel的阴影下，几乎破产，没工夫顾得上GPU和AI。这5年来AMD的股票涨了20倍，离不开Su的功劳。我打算下一篇再对比一下AMD和Intel在CPU的竞争。
1.3、Nvidia的无人驾驶汽车业务
Nvidia还有一个潜在的大市场，无人驾驶。这两年特斯拉和谷歌把无人驾驶这个概念炒上去了，确实也看到了在5年内实现的可能性。这个市场空间应该是很大的。普通一个Gaming GPU，中端的也就400美金。而无人驾驶正是由于深度学习的发展才成为可能的。安全起见，它需要最高端的GPU。数千美金在一个车的价格上还是可以接受的。全世界的汽车保有量是14亿【6】。现在最好的GPU是Nvidia的RTX2080Ti，官方价格是999美金，实际市场价还要高一些（1100到1200美金）【7】。如果按1千美金/GPU算，整个TAM是14000亿美金。
图一是Nvidia 2020Q1显示的数据。汽车业务的年复合增长率是22%。Gaming是18%，但是从19年后就下滑了，这跟AMD的竞争有关系。DC是72%。我没在AMD的财报上看到关于汽车行业的单独数据和信息，我假设AMD还没有开始布局。
图6中，GPU在汽车上的应用场景还不少，无人驾驶，地图，sensors，software等。几乎所有的知名汽车厂商和云计算都在用Nvidia的GPU。最近的一个新闻（6/25/2020）是奔驰抛弃和BMW合作的无人驾驶项目，转向和Nvidia合作【8】。Audi 10年前就跟Nvidia合作。丰田2014年开始和Nvidia合作，2019年宣布加强合作（Double-Down）。不过Nvidia也有不利的新闻，特斯拉自己要搞芯片，Nvidia和特斯拉 2019年交恶。Nvidia有一款新品就叫做Tesla，交恶以前为特斯拉做的。它现在逐步放弃这个品牌，最新的GPU架构叫Ampere。
2、Nvidia的挑战者Graphcore
VC和大公司一直在投入数十亿美金的资金去挑战Nvidia的地位。最近有一个大新闻是英国有一家创业公司Graphcore设计的IPU（Intelligent Process Unit）对Nvidia造成很大的挑战【9】。让我们来看看数据。
首先，Graphcore的2代产品MK2比3年前的第一代MK1快了8倍。一个芯片中的Transistors个数达到59.4 Billion，比Nvidia的Ampere GPU的54 Billion多。然而基于4个MK2的机器M2000比Nvidia基于Ampere GPU的新机器A100要慢，1 petaflops比5 petaflops。我觉得transistor密度只是面上的数据，它们都只不过都用了台积电的7nm制程而已。一个创业公司想颠覆龙头公司，你的产品如果不是好一个量级，很难撼动龙头的地位。更何况你还不如龙头产品。
Graphcore号称它可以扩展到64000个MK2，算力达到16 exaflops。Intel，ARM，AMD只能scale到1 exaflops【10】。Nvidia号称它的Saturn-V能达到5 exaflops。注意这些都是超级计算机。16比5又能咋样呢？能有多少supercomputers的市场呢？Nvidia跟你去拼这个学术指标对它的市场能有多大影响呢？可能Nvidia都没发力。
【9】中列出里Graphcore自己认为的3大优势：
1. Graphcore is developing custom chips for AI tasks
- 某种程度上GPU也是为AI特制的。TPU也是定制的。再说特制又咋样呢？性能比不过或者一个量级的，对Nvidia威胁不大。反而新的架构在软件支持上（记得上面提到的CUDA）不是主流，没人愿意去用的。目前Graphcore号称跟很多公司已经合作采购它的IPU，但是目前这些都只是在做research研究而已。
2. Graphcore’s GC200 offers cheaper per-petaflop processing power
- Nvidia的成本是 39800美金/petaflop，Graphcore是32450美金/petaflop。7350美金的差别并不是特别的大，如果你是公司的决策者，你愿意省1/6的价钱冒险去买一个特别偏门不成熟的产品吗？
3. Graphcore is backed by venture capital
- 这个反而是暴露弱点。VC怎么可能比Nvidia有钱呢？Nvidia 2019一年在R&D上花的钱是2.839B美金，而且源源不断地产生现金流。Graphcore目前总共才融了1.95B美金，一直在烧钱。这个行业可是特别烧钱的行业。
所以在这个阶段，Graphcore不会对Nvidia造成威胁。如果它的性能和性价比不是跟Nvidia有量级（10倍）的差异，我觉得它不会有太多的机会。我宁愿相信AMD，毕竟这几年AMD发展挺猛的。
3、小结
我定性对比了一下GPU的两个主要竞争对手，Nvidia和AMD。Nvidia在市场占有率、软件支持、无人驾驶布局上对AMD有很大的优势。到目前为止，Nvidia是把自己当成一个AI公司，而AMD只是把自己当成芯片公司。AMD的发展势头很好，但是GPU上要想超越Nvidia还比较困难。最近出来的独角兽Graphcore也还不会对Nvidia造成威胁。
我还会继续比较Nvidia和AMD的财务数字。敬请关注！
备注：今天（7/28/2020）AMD的财报出炉了。我具体还没仔细研究。但是AMD的GPU业务是萎缩的。
References：
1、林以，投资分析-技术篇1-云计算的发展
2、林以，投资分析-技术篇2-AI的发展
3、林以，投资分析-技术篇3-GPU
4、Jon Peddie，Global GPU market’s growth blunted by COVID-19 in Q1’20, 6/1/2020
5、Nikolay Dimolarov，On the state of Deep Learning outside of CUDA’s walled garden，Jun 5，2019
6、carsguide.com.au，How many cars are there in the world？
7、Reddit，Nvidia GPUs over the years，7/21/2020
8、Forbes，Mercedes Drops Partnership with BMW，Hooks up with Nvidia on self-driving：Robocar Roundup，6/25/2020
9、fool.com，Nvidia faces a tough new rival in AI chips，7/17/2020
10、tekdeeps.com，Graphcore chanllenges Nvidia Ampere AI Chip with new MK2 IPU，7/19/2020
