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英伟达如何成就AI计算公司的领导者?

归档日期:06-19       文本归类:读写周期      文章编辑:爱尚语录

  1963年,在世界上许多半导体公司开始发展的时候NVIDIA创始人之一黄仁勋才出生,但这并没有影响他后来对世界作出的改变。1972年,他与家人迁往美国,他被父亲送到了位于华盛顿州的舅舅家,很可惜,由于舅舅家的经济原因,他被送到了肯塔州的一所乡村寄宿制学校,与其说是学校,不如说是少管所。后来黄仁勋进入了美国俄勒岗州立大学的电子专业,大学毕业后进入AMD成为了一名芯片设计师。两年后,他跳槽到巨积半导体,又过了两年他从这家公司的设计部门转到了销售部,设计人选和销售人员的双重身份也为他后来的发展奠定了基础。

  1993年,黄仁勋、Chris Malachowsky以及Curtis Priem 相信PC某天会成为人们享受游戏和多媒体的消费级设备,怀着这一信念,他们共同创办了NVIDIA公司。当时市场上有二十多家图形芯片企业,这一数字在三年后猛增至70家。到2006年为止,NVIDIA是唯一一家仍在运营的独立企业。

  NVIDIA的首款产品是NV-1,这款PCI显卡在市场上的名字叫Diamond Edge 3D,包含一个基于正交文理贴图的2D/3D图形核心,这是个好的开始,但距离成功还很遥远。为了显示自己的与众不同,NVIDIA用四边形代替了传统的三角形加速方案,不过这一转变并不受欢迎,甚至连Jen-Hsun Huang都认为NV-1是个失败。

  随后,NVIDIA接受了一家第三方公司的委托,为该公司研制NV-2。在接受了NV-1失败教训的基础上,NVIDIA在NV-2的研制策划上花费了很大功夫。但是由于种种原因,这家公司后来放弃了对NV-2的支持,没有了资金援助,NV-2的研制计划进入暂停阶段。此时的NIDIA已身无分文,虽然他们已经有一个半产品,但并没有为他们带来丝毫收益。当时看起来NVIDIA似乎也会像其他初创显示芯片一样就此消失。

  不过NVIDIA还是做了最后的挣扎,他们启用了一个天才人物David Kirk,开始重新研制NV-3。NV-3的目标是成为当时最先进的图形芯片,并准备在一个芯片中集成2D和3D性能。不过在1995年,3dfx发布了该公司第一款产品Voodoo,并赢得了市场的欢迎。而Rendition在稍早于3dfx的时候也发布了V1000芯片,并且已经被几大显卡厂家采用,在市场上的受欢迎程度排名第二,销量仅略低于Voodoo。此时,NVIDIA必须找到一个恰当的时机切入市场。

  1997年,NVIDIA推出全球首款128位3D处理器RIVA 128,这款芯片将AGP显卡的概念真正带入到电脑业界。该产品一上市就受到了OEM厂商的欢迎,投入市场的前四个月销量已经达到100万片。这款产品让人们看到了AGP显卡的前景,也推动了NVIDIA和3dfx的业界王者之争。Riva 128的2D性能非常接近当时2D性能的杰出代表Matrox。不过由于Voodoo加速卡采用的是PCI接口,那个时候,PCI的工艺要远远强于AGP,所以Riva 128在整体上的表现还是逊色于Voodoo,当时它的出现却给Voodoo显卡带来了很大威胁,这也表明了NVIDIA称雄显卡界的决心。

  到1998年底,Riva 128的出货量比3dfx和Rendition加起来还多,从而积聚了足够的资金来研发他们的下一代产品。Riva 128无疑为NVIDIA打了一场漂亮的胜仗。

  1998年,NVIDIA扩大了RIVA处理器系列,发布了具有业内最快3D处理能力的Riva 128ZX,以及首款多纹理3D处理器Riva TNT。Riva 128ZX对Riva 128做了根本性改变,它最大支持8MB显卡,并支持AGP 2X,而且在提高视觉效果的同时加快了速度。虽然Riva 128ZX可以支持8MB的显卡和更大的理论显示带宽,但是它极差的软硬件兼容性使得这款芯片无法推广,很快就淡出了市场。

  TNT最初的设计给人印象很深,它准备采用0.35微米制造工艺,芯片的核心频率设计为125Mhz,显存也可以达到这个频率。可是在研制过程中,125Mhz被降为110Mhz,然后又降到90Mhz,即便如此,由于TNT的复杂结构,芯片还是会产生巨大的热量(TNT所用的晶体管和PentiumII一样多)。而Banshee的时钟频率为100Mhz,最终的性能也和TNT非常接近,TNT还有一个缺点是和一部分软件的不兼容。而这正是Banshee的优点,它可以和所有为Voodoo系列编写的应用软件兼容。TNT比Banshee多出来的是一大堆的特色和一个OpenGLICD支持。

  第三代显卡王冠的争夺集中在TNT、Banshee、Voodoo2和G200这四种显卡中,当TNT的驱动程序越来越成熟时,它的性能也开始超越Voodoo2,但效果并不是很明显。由于之前nVIDIA对TNT做了大量宣传,可是最终TNT的表现太不尽人意,给它原来显得老实公司的印象蒙上了一层阴影。虽然TNT仍然赢得OEM厂商的青睐,而且它的出货量远远高于Banshee和G200,可是仍然赶不上Voodoo2。当时除了听说nVIDIA正致力于NV-6和超级芯片NV-10的开发之外,人们没有再听到关于nVIDIA的任何其他消息。

  1999年2月,当Voodoo3被捧得最高之时,nVIDIA对外发布了NV-6,也就是后来的TNT2。这款产品可以做到TNT所能完成的任何工作,而且可以做得更好,同时还具有一些新的特征:32MB显存和AGP4X等。nVIDIA直接将Voodoo3作为竞争对手,这对于NVIDIA的发展方向是一个巨大的进步。

  当TNT2最终向公众发布时,展示在人们面前的是一款非常优秀的产品,在任何分辨率下都能赶超Voodoo3,并且还有更多特有的特色。TNT2是基于TNT的,因此它拥有非常成熟的驱动程序,最大的特色就是拥有极为出色的OpenGLICD支持。虽然3dfx适时推出了OpenGLICDbeta版驱动程序,但是它的功能和TNT系列相比就差太多了。在1999年,采用TNT2系列芯片的显卡几乎抢占了近80%的显卡市场。

  GeForce 256继前代Riva TNT2显卡最大的改变是率先增加了T&L引擎的支持,由于显卡采用T&L引擎能够分担处理器运算负载,对于支持T&L引擎第一人称设计(Quake)这种具有革命意义的电子游戏来说,GeForce 256的效能可以完全发挥出来,而其他3dfx、S3 Graphics等厂商而言,通通望尘莫及,而唯一能与之抗衡的,只有一年后才出现的ATI Radeon 256显卡。

  GeForce 256核心采用0.22微米(RIVA TNT2 Model 64)旧制程工艺,拥有四条渲染管线,每一条管线包括四个像素单元,一个材质单元,并提供SDRAM和DDR SDRAM两种不同显存级别的配置选择,GeForce 256芯片同时支持Direct3D 7.0、T&L以及OpenGL1.2先进的图形技术,以至成为当时生命周期最长的产品。

  在随后的几年里,NVIDIA又发布了几款GeForce系列产品,并和3dfx展开了一场持久的较量。在NVIDIA发布新品的同时,3dfx也不甘示弱,但数次与NVIDIA交手惨败之后,VSA100成了3dfx的最后赌注,这也是一款充满着争议的产品。但是上市日期一拖再拖,被喻为历史上最难产的显卡产品之一。在DirectX几乎一统天下的局面下3dfx还是坚持不开放Glide源代码,更斥巨资收购了STB来闭门造卡,使得昔日的盟友纷纷改投NVIDIA的门下。而最终产能严重不足的VSA100无法挑起拯救3dfx的大梁,江郎才尽的3dfx作出最后一击,收购Gigapixel公司企图获得Microsoft将要推出的X-BOX的图形芯片订单。但是兵败如山倒,Microsoft最终却选择了其竞争对手NVIDIA,这个噩耗使得3dfx的股票大跌,奄奄一息的3dfx最终被NVIDIA收购。

  3dfx被收购后,NVIDIA又一位强劲的竞争对手出现了,它就是与NVIDIA针锋相对的ATI。

  1985年,加拿大华人何国源与另外两位华人Lee Ka Lau, Benny Lau一起创办了Array Technologies Incorporated(简称ATI),主攻图形显示芯片的研发。短短数年间,借助PC兴起的浪潮,ATI成功将自己打造成为一家实力强劲的新兴高科技公司,以视频影像输出处理见长。20世纪末,3D浪潮席卷全球,ATI也顺势成立了3D图形部门,尽管初期的表现并不抢眼,但是稳步前进的技术积累和其在2D领域的专长帮助ATI大规模进军3D领域奠定了坚实的基础。2000年3月的GDC上,ATI的第6代图形芯片Radeon256发布,这次发布成功的造就了其后无数玩家为之疯狂的ATI Radeon系列产品,而其也成为日后能与竞争对手NVIDIA的GeForce相抗衡的强劲IT品牌。不过该公司2006年被AMD公司收购。

  在3dfx时代,ATI的3DRage系列芯片虽然3D性能并不是十分特出,但是它却提供了很好的DVD回放加速功能,配合其低价策略使得它在OEM市场中也占有一席之位。而且凭着出色的视频及多媒体性能,使得ATI避免了与3dfx和NVIDIA在3D游戏性能方面的正面交峰,即使在零售市场,采用3DRage系列芯片的显卡也一直是用户的“第三方”选择。

  在GeForce 4 Ti系列抢占市场风头的一段时间内,对手ATI一直保持沉默。后来发布支持DirectX 9.0的Radeon 9700,DirectX 9.0所带来的浮点高精度,高效能的纹理效果,对游戏画面带来剧变是非常震撼的。

  为了应对Radeon 9700,NVIDIA在其发布几个月后上市FX 5800(同样完整支持DirectX 9.0)系列显卡,采用三星刚刚量产的GDDR2更高带宽的显存,但是所带来的严重散热和功耗问题注定了其失败。

  为了改变FX 5800系列的所带来的负面市场影响,以及应对ATI来势汹汹的Radeon 9800 Pro,NVIDIA这次选择了技术更成熟DDR显存,发布核心代号为NV35的FX 5900系列,在内存带宽、以及图形质量优化等方面做改进,同时改进了散热和功耗问题,NVIDIA的努力改进使得FX高端系列在市场上可以和ATI Radeon 9800系列足以抗衡。

  2005年12月14日,NVIDIA宣布收购台湾宇力电子公司,宇力电子是核心逻辑技术领域领先的研发公司。NVIDIA以每股19元新台币的价格现金收购宇力所有股票及期权,总值约5200万美元。

  这次收购是nVIDIA公司正在实施的平台解决方案策略的一部分,旨在加强NVIDIA公司在台湾和中国大陆的销售、市场营销和客户支持等方面的力量。

  NVIDIA花费5200万美元得到了却是世界顶级的开发团队和技术。ULi在南桥方面的实力绝对强劲,而且在移动设备芯片的开发上也有相当丰富的经验,这都将让NVIDIA未来多元化之路更加平坦。

  2006年3月NVIDIA正式宣布收购嵌入式图形厂商Hybrid。Hybrid Graphics于1994年成立于芬兰,为一家广受业界推崇的软件公司,主要为消费性掌上型装置开发影像技术解决方案与提供授权服务。

  2007年,NVIDIA收购Portalplayer,该公司是一家为个人媒体播放器提供半导体、固件及软件的供应商。这次收购扩大了Nvidia移动芯片产品线。面向媒体播放器和可以播放音乐和视频的手机等手持设备的芯片市场目前正处于高速发展阶段。

  2006年下半年,ATI因为财政问题被AMD收购,而在上一代NVIDIA GeForce 7系列,在和对手ATI在市场上虽然平起平坐,但是在图形架构和技术上落后于对方,因此NVIDIA在发布拥有统一渲染架构的G80,流处理器统一管理渲染管线完全支持DirectX 10,同时带来HDR(高动态范围光照)的MSAA和CSAA抗锯齿,画质也进一步得到显著的提升。

  2008年似乎是NVIDIA的大丰收之年,根据Mercury Research的报告,NVIDIA是台式机和笔记本GPU的市场占有率第一位。根据Jon Peddie Research的报告,NVIDIA是工作站解决方案市场占有率第一位。同时获得了获颁最受尊敬无工厂半导体企业;获颁福布斯年度最佳公司。这一年,NVIDIA还收购了业界领先专业渲染技术公司Mental Images。并完成了对AGEIA公司的收购。

  SLI(Scalable Link Interface)技术最早是由曾经独大的显卡厂商3dfx推出,SLI技术可以将两张显卡桥接起来工作从而获得翻倍的性能提升,3dfx的Voodoo2显卡曾经借助SLI技术在业界上获得无以伦比的声誉,但是在90年代末3dfx走下坡路以至最后被NVIDIA收购吞并。

  NVIDIA凭借着新的PCI-E接口开创了出应用范围广、工作效能高的SLI模式,并且GeForce 6全部型号都支持该项技术。

  2004年,NVIDIA帮助美国国家航空航天管理局(NASA)重现了火星的地形地貌。利用NVIDIA技术,Rover传回来的数据能够以照片般逼真的虚拟现实效果渲染出来,从而让科学家能够探索火星,就好像他们正在这红色星球的地表上自有移动一样。

  NVIDIA在发售基于G80核心系列多款显卡长达1年半后,终于迎来了全新的GeForce GTX 200系列显卡,同时从这一代开始,显卡的命名方式也发生了改变,便有了代表不同级别的GTX、GTS、GT以及G的命名。

  该系列首款高端显卡是GeForce GTX 280,采用65纳米工艺制程,拥有240个流处理器,支持双精度浮点运算,同时内存带宽高达142GB/s,强大的规格在高端市场中足以稳固住NVIDIA的地位。

  这种情况一直持续了半年之久,NVIDIA终于发布新一代旗舰GeForce GTX 470/480显卡,其强大的性能迅速抢占市场,但GF100核心所带来的高功耗与热量也是不容忽视的。

  在上一代GTX 480因为良品率较低没有采用完整的Fermi核心,原本设计的512个流处理器因此被削减。在GF110核心的GeForce GTX 580中,流处理器是完整的512个,GF110在纹理采样与算法上作优化。

  而相对GF100核心,在GeForce GTX 580工作频率更高的情况下,功耗和温度也得到了均衡,在性能上超越了对手AMD Radeon 6970。

  在进入DX11时代的第二个年头,NVIDIA为了弥补中高端显卡市场的空缺,正式推出GeForce GTX 560 T,它采用的是全新的GF114架构,GF114和GF104一样,并不是一味在旗舰核心上作削减,而是从CUDA核心和SM单元作优化调整,从而使得GeForce GTX 560 Ti更贴合市场定位,它不仅是对GeForce 4 Ti辉煌历史的致敬,而且实际上在中高端显卡市场中获得不错的响应。

  在经历了Radeon HD 6970的低迷时代后,AMD重振旗鼓发布全新CGN架构的Radeon HD 7970显卡,而NVIDIA在3个月之后推出第一代Kepler架构,采用全新的台积电28纳米工艺制程,同时不再使用Shaderf分频模式,增加CUDA数量的同时,同频运行的模式带来的功耗相对比Shaderf模式要低,GeForce GTX 680刚面市的时候,无论是游戏性能、功耗以及价格方面,优势都要比Radeon HD 7970要大。

  从这一代显卡开始,加入了GPU Boost动态加速,GPU Boost根据TDP范围值进行提高核心频率或者降至标准频率,同时适用于超频状态。

  另外NVIDIA随着Kepler架构推出新的TXAA抗锯齿,相比MSAA(多重采样抗锯齿),画面更出色以及效能会更高,同时为了解决帧数过低打开垂直同步时候造成的帧数暴降,NVIDIA加入Apdative VSync(自适应垂直同步)技术。

  使用GK110架构最早的显卡是NVIDIA Tesla /K20,K20X的单/双精度的浮点性能在当时达到了史上最高纪录。

  NVIDIA从Fermi到Kepler架构,一直在追求极致性能的同时想办法降低显卡功耗。第一代Maxwell架构是定位稍低的GM107核心,改进了SMX单元,提高了每瓦性能。而第二代Maxwell架构核心是GM204,GM204合理控制核心面积的同时,增加了SM单元数量,提高了架构效率。

  NVIDIA推出GeForce GTX 980、970不仅是为了革新自己核心架构,而且能够在市场上继续打压AMD的R9 Radeon 290X/290显卡,在NVIDIA足足领先了九个月的情况下,AMD终于推出R9 Radeon 390/390X显卡,在Hawaii基础上降低了功耗提高频率和显存容量,同时经过CGN通用架构的驱动不断优化,AMD才挽回了一定的局面。

  三种融合的力量带来了 AI 时代:海量的可用数据、深度学习算法的发明和 GPU 计算的高性能。

  新型互联网服务(如 Google Assistant)已学会了语音对话。自动驾驶汽车利用深度学习识别其占据的空间和需要避开的障碍物。就医疗保健领域而言,以数百万医学影像训练的神经网络可在 MRI 影像中捕捉到病因的蛛丝马迹,而人类目前只能凭借侵入性活检才能识别病因。

  太平洋时间2018年3月27日,在GPU大会上NVIDIA与Arm宣布,双方将合作在数十亿即将进入全球市场的移动、消费电子和物联网设备上实现深度学习推理。

  NVIDIA、Arm正在合作将开源的NVIDIA 深度学习加速器(NVDLA)架构集成到Arm的Project Trillium平台上,以实现机器学习。此次合作将使物联网芯片公司能够轻松地将AI集成到它们的设计中,并帮助它们将智能且价格实惠的产品带给全球数十亿的消费者。

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