​​2017年4月，英国芯片设计公司Imagination表示苹果将在15个月到2年内停止使用该公司的GPU设计，转而采用自己设计的产品。随后，苹果在去年9月秋季新品发布会上介绍了A11仿生处理器，该处理器内部的CPU、GPU、性能控制器、神经网络单元、ISP等都是苹果自己所设计。

近日，三星的一则招聘消息显示，其也将踏入自研CPU和GPU之列，三星甚至还透露他们位于奥斯汀和圣何塞的GPU团队正在开发定制GPU，将部署在三星移动产品中。那么问题来了，为何手机厂商们都如此热衷于自研GPU呢？

移动GPU三足鼎立

公版特性难成差异化

在我们分析手机厂商自研GPU能为相关企业带来何种影响之前，不妨先看看当下移动GPU市场的竞争格局。

GPU的全称是Graphics Processing Unit，也就是图形处理单元的意思，这个概念在很早之前就由NVIDIA公司所提出并确定。NVIDIA在1999年发布型号为GeForce（代号NV10）的三维芯片时首次提出GPU概念，当时这颗三维芯片的定义：三角形变换能力达到每秒一千万个三角形以上。

时至今日，当年NVIDIA提出的GPU定义相信已经很少人记得，GPU这个名词却因为微软DirectX 7采用而普及，此后NVIDIA、微软、ATI（后来的AMD）、Intel以及几乎整个相关行业、媒体大量采用而成为大家非常熟悉的名词，不管是台式机、服务器、工作站还是游戏机、移动设备，它已经是无处不在。

随着智能手机大潮的兴起，GPU在移动设备领域也迎来了高速发展，不过桌面GPU的王者们似乎没有抓住这个机遇。当前在移动GPU市场份额最大的GPU厂商分别是ARM、Imagination和Qualcomm，这三家企业也各有自己的优势。

ARM的优势无疑是它在移动CPU市场所拥有的垄断性市场份额，在移动CPU市场占有相当大的优势之后其也开始将手伸向GPU市场。

其实ARM的Mali GPU的发展历史也有近20年的历史了，1998年挪威的几位大学生成立了Falanx并推出Malaik 3D GPU，后来因为这个名字不好记就将名字改为Mali GPU，2006年ARM将其并购，如今Mali GPU已在移动市场占有第一位的市场份额。

▲ARM称霸移动处理器市场后开始日益重视GPU市场，其推出的Mali系列GPU凭借低功耗、低价等优势逐渐崛起。

而高通则是全球最大的手机芯片企业，其Adreno来自于多年前AMD收购ATI后出售的移动GPU。当时业界还没有认识到移动GPU的发展潜力，而随着智能手机的兴起，游戏等对GPU性能需求日益增强，这也成为高通的核心竞争优势。

Imagination的PowerVR的主要客户是苹果，而且苹果是其股东之一。

▲Adreno系列GPU一直应用在高通自家的骁龙Snapdragon移动平台（处理器）中。

随着CPU和GPU的配合越来越多，以及ARM自身的GPU技术迎头赶上，越来越多的客户放弃Imagination而投入ARM的怀抱。2016年，Imagination在智能手机上的主要客户仅剩下Apple和MTK，而在非智能手机业务的另一面也仅有全志、瑞芯微、炬力和君正。不过MTK、全志、瑞芯微等客户只是部分芯片采用Imagination的GPU，其加起来的出货量甚至还没有苹果的出货量高。

从HIS之前公布的数据可以发现，如今ARM抢占了越来越多的市场份额，不仅抢去了Imagination的市场占有率，还抢去了高通在GPU的市场占有率。不过随着苹果开始采用自家的GPU，三星若也开始使用自家的GPU后，ARM的市场占有率恐怕还会有所下滑。

其实不管是Imagination、ARM还是高通，由于其均采用开放授权的模式，所以它们的GPU对于采用的厂商来说将很难形成成本和体验上的差异化竞争优势，这也引发了诸如苹果、三星等有实力的手机厂商自主开发GPU。

自研手机GPU好处多

竞争力与体验差异化并重

手机GPU有什么用？最初，手机GPU是为三维游戏加速设计的，所以它拿手的自然是三维游戏加速，现在无论是安卓、iOS都有不少三维游戏大作。除了游戏渲染加速外，智能手机的操作系统界面也是采用了GPU硬件加速，例如选单的弹出、桌面平移等。

▲GPU最初是为三维游戏加速设计的，所以它最拿手的自然是三维游戏加速，现在无论是安卓、iOS都有不少三维游戏大作。

和桌面操作系统使用三维加速相比，移动操作系统由于受到屏幕空间小的约束，因此三维加速体验带来的空间感拓展是更加不可或缺的。比如从安卓4.0系统开始，不少用户就感觉到系统流畅性大幅度提高正是因为从系统层面上线了GPU硬件加速。

此外，通用计算加速原本也是在非移动应用上的技术，不过随着智能手机的高速发展，已经有了不少开发人员利用GPU的通用计算能力来进行一些有意义的加速。比如在iPhone上有一款名为“极拍”的App，利用iPhone的GPU对摄像头拍摄的视频进行实时降噪处理，可以将iPhone的夜间视频拍摄能力提升到非常高的地步，这是非常具有实用意义的。另一个典型是高通骁龙处理器，早在高通骁龙820上，其Adreno 530已经能实现辅助全景照片合成、帮助“认知计算平台”Zeroth识别物体。

▲如今，高通骁龙820上的Adreno 530已经能实现辅助全景照片合成、帮助“认知计算平台”Zeroth识别物体。

更重要的是，目前多数手机厂商采用的都是ARM公版GPU方案，而需要说明的是，采用公版GPU带来的一个弱点是，ARM升级GPU核心速度很快，几乎每年升级一次，而且它作为授权商当然是向各个手机芯片企业公开的，比如不久前它就推出了全新的G72核心。显然，手机厂商们都不希望自家手机产品的GPU被上游厂商或者竞争对手掣肘，而通过自研GPU则可以让手机厂商们自己的手机芯片在CPU、GPU性能均较竞争对手拥有自己独有的竞争优势，这也正是当下全球前五大手机企业当中的苹果、三星、华为、小米均开发自己的手机芯片或手机处理器的重要原因。

▲目前在全球智能手机制造厂商中，发行手机且搭载自家处理器的厂商只有苹果、三星、华为和小米四家。

目前，AR/VR的发展如火如荼，三星、苹果也都早有涉足。就技术层面分析，无论是3D还是AR/VR，在计算层面都需要GPU的支持。未来在图形处理、视觉呈现、交互等领域都离不开GPU这一重要器件。因此，尽快具备GPU设计、研发、生产能力就能够更快站在技术的前沿，并可能对手机终端的进化带来重要的推动作用，可以说手机厂商们对于自研GPU不能不上心。

▲对手机厂商而言，通过自研GPU可以让手机厂商们的手机芯片在CPU、GPU性能均较竞争对手拥有自己独有的竞争优势。

此外，人工智能技术的兴起也需要GPU发挥更大的作用。比如华为的麒麟970被称为首款集成人工智能芯片的手机芯片，不过这是通过集成一枚被称为NPU芯片的方式实现的，这种方式更适合处理人工智能的某个方面，而且华为麒麟970要在人工智能方面依然需要GPU的配合。当下全球的人工智能神经训练网络大多基于GPU开发，说明用GPU做人工智能还是有较大的优势。

▲无论是VR/AR还是人工智能技术，它们的兴起都需要手机GPU发挥更大的作用。

除了华为，要知道苹果自己开发的A11处理器依靠自研GPU在Face ID方面就领先众多竞争对手两三年。如果其他手机厂商开发出自己的GPU，则有可能在人工智能时代取得竞争优势。

▲苹果开发的A11处理器依靠自研GPU在Face ID方面领先众多竞争对手两三年。

苹果之鉴：GPU有门槛

成正果非一日之功

其实纵观当下自研GPU的厂商，除了苹果已经出现上市的产品（iPhone 8系列以及iPhone X），其他厂商均还处在欲研发或者研发的阶段，所以苹果自研GPU之路对于其他厂商颇有借鉴意义，也从一个侧面可以让业内了解厂商自研GPU所面临的挑战。

众所周知，A系列芯片是2008年苹果以2.78亿美元收购了一家小型无晶圆厂半导体P.A. Semi打下的基础。同时2010年4月又花费了1.21亿美元收购了移动芯片制造商Intrinsity。此后，苹果对处理器和传感器技术的研发便一发不可收拾了，例如通过在已设立收购 AuthenTec并设立研发中心，完成了Touch ID的研发。2012年在德州仪器推出移动领域芯片时，还挖来了一大波芯片工程师。

时至2013年，苹果对自主芯片的野心更大了，一大批AMD图形工程师被聘请到奥兰多工作，为Marvell和华为等供应GPU的图芯技术设计商Vivante董事Utku Diril也被苹果挖走。与此同时，苹果还开始发布了一系列涉及GPU硬件的工作职位，那一年分析师开始质疑苹果对GPU工程师需求的目的，因为苹果在招聘中明确指出，希望更多优秀的工程师前来创造自主GPU的知识产权，还包括负责GPU架构的性能、功能、时序、面积和功耗等等工作。

进入2014年，由于IBM出售纽约等地多处芯片厂，苹果通过更优的薪酬待遇以及开发高额补贴等方式，成功从IBM、AMD、飞思卡尔等芯片制造商又挖来一大波图形工程师。紧接着2015年，苹果还将NVIDIA负责GPU架构的高级主管John Tynefield抢到手。更多例子就不说了，但在2008年到2015年期间，苹果挖那么多芯片工程师并开设那么多研发中心做什么？真的只是为A 系列芯片的CPU设计吗？毕竟一有芯片设计师或工程师，苹果就立马招揽，而且GPU招聘职位有增无减。到2015年后期终于开始有大量传闻指出，其实苹果内部已经保密设计GPU有几年时间了，一切相关工作都“悄悄地在幕后进行中”。

到了2016年3月份，虽然有传闻认为苹果会收购Imagination，但苹果始终没有出手，让人的疑问加深。可实际上，从2016年3月到10月份期间，苹果已经从Imagination至少挖来了25名高级人才安排负责自主GPU设计。

由上述我们不难看到，苹果早在2013年就开始布局GPU研发直到去年的A11处理器上才用上自研GPU，而ARM从研发Mali GPU到如今在GPU行业占据领先优势也花了十多年时间，而且开发GPU还涉及到兼容、专利等问题。可见自研GPU的门槛还是很高的，非一般企业可以为之和承受。

综上所述，我们认为，虽然自研GPU可以降低设备（例如智能手机）成本和提升性能，但鉴于其在技术、专利、人才等诸多方面的挑战，其真正可以转变为厂商的差异化竞争力，不仅需要时间、资源等的投入，更需要自身本身有足够的市场消化能力，否则将是得不偿失。​​​​