چینی‌ها همچنان برای تولید پردازنده گرافیکی پرقدرت دست‌و‌پا می‌زنند

تعداد استارتاپ‌های تولیدکننده‌ی پردازنده‌ی گرافیکی در چین فراوان است. این کشور وارد تنش سیاسی و اقتصادی با آمریکا شده است و به‌شدت تلاش می‌کند تا قدرت خود را در حوزه‌ی هوش مصنوعی و قطعات نیمه‌هادی افزایش دهد. در سال‌های اخیر، تعداد تولیدکنندگان پردازنده‌ی گرافیکی در سراسر دنیا افزایش یافته است؛ زیرا تقاضا برای پردازش‌های هوش مصنوعی و HPC (رایانش با قدرت زیاد) و پردازش‌های گرافیکی با سرعتی نسبتاً بی‌سابقه رشد کرده است. وقتی بحث‌ به پردازنده‌ی گرافیکی مجزای مخصوص کامپیوتر می‌رسد، انویدیا و AMD حرف اول را در بازار می‌زنند و اینتل می‌کوشد خودش را به این دو شرکت برساند.

به‌نوشته‌‌ی تامز هاردور، ده‌ها شرکت در دهه‌های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ مشغول توسعه‌ی کارت گرافیک و تراشه‌ی گرافیکی بودند؛ با‌این‌حال، رقابت شدید برای دستیابی به بهترین عملکرد در بازی‌های سه‌بعدی باعث شد بسیاری از این شرکت‌ها به ترک بازار مجبور شوند. تا سال ۲۰۱۰، صرفاً انویدیا و AMD قدرت تولید گرافیک‌های مستقل رقابتی را برای بازی و پردازش‌های سنگین داشتند و بقیه‌ی شرکت‌ها ترجیح دادند روی IP پردازنده‌ی گرافیکی یا گرافیک مجتمع متمرکز شوند.

آمار مؤسسه‌ی جان پدی ریسرچ نشان می‌دهد در‌حال‌حاضر، نزدیک‌ به ۲۰ شرکت مختلف مشغول تولید پردازنده‌ی گرافیکی هستند. دو نمونه از این شرکت‌ها سیستم-روی-چیپ (SoC) حاوی واحد گرافیکی می‌سازند که بیشتر مخصوص گوشی‌های هوشمند و لپ‌تاپ‌ها است. شش شرکت نیز IP پردازنده‌ی گرافیکی ارائه می‌دهند؛ یعنی معماری اختصاصی خود را در ازای مبلغی مشخص به شرکت‌ها می‌فروشند. یازده شرکت ازجمله ای‌ام‌دی و انویدیا و اینتل در حال تولید پردازنده‌ی گرافیکی برای کامپیوترهای شخصی و دیتاسنترها هستند.

چین، دومین اقتصاد بزرگ دنیا، برای حفظ جایگاهش ناچار است در تمامی زمینه‌ها با آمریکا و سایر کشورهای توسعه‌یافته رقابت کند. دراین‌میان یکی از حوزه‌های رقابتی مهم، صنعت فناوری است. چین تلاش زیادی کرده است تا مهندسان زبده‌ی صنعت فناوری را از سراسر دنیا به‌سمت خود جذب و به‌لطف تخصص آن‌ها استارتاپ‌های متعددی با محوریت طراحی تراشه ایجاد کند. هرسال صدها مرکز جدید طراحی IC در چین ظهور می‌کند. این شرکت‌ها همه‌چیز می‌سازند، از حسگرهای کوچک گرفته تا تراشه‌های پیچیده‌ی ارتباطی. همین موضوع باعث می‌شود چین تا حد زیادی از تأمین‌کنندگان غربی بی‌نیاز باشد.

پرجمعیت‌ترین کشور جهان برای پیشرفت عظیم در حوزه‌ی هوش مصنوعی و HPC، به پردازنده‌ی مرکزی و پردازنده‌ی گرافیکی و شتاب‌دهنده‌های تک‌منظوره نیاز دارد. غیرممکن است شرکت‌های چینی بتوانند در آینده‌ی نزدیک پردازنده‌ی مرکزی و گرافیکی‌ای بسازند که قوی‌تر از محصولات شرکت‌هایی مثل اینتل و انویدیا باشد. بااین‌همه‌، تولید پردازنده‌ی گرافیکی مناسب ساده‌تر و تا حدی پرثمرتر از ساخت پردازنده‌ی مرکزی رقابتی است.

رئیس مؤسسه‌ی تحقیقاتی جان پدی ریسرچ می‌گوید: «تعلیم هوش مصنوعی و اجتناب از قیمت‌های هنگفت انویدیا و تمایل چین به خودکفایی، انگیزه‌‌ی بزرگی برای شرکت‌های چینی بود تا حضورشان را در بازار پردازنده‌ی گرافیکی پررنگ‌تر کنند.» پردازنده‌های گرافیکی ذاتاً عملکرد موازی دارند. این یعنی محصولات یادشده واحد پردازشی فراوانی دارند که می‌توان از آن‌ها برای افزونگی استفاده کرد. ساختار پردازنده‌های گرافیکی باعث می‌شود تولید آن‌ها درمقایسه‌با پردازنده‌های مرکزی تا حدی ساده‌تر باشد.

همچنین، می‌توان تعداد زیادی پردازنده‌ی گرافیکی را در مقیاس بزرگ استفاده کرد. فراموش نکنید لیتوگرافی شرکت چینی SMIC به‌اندازه‌ی لیتوگرافی‌های TSMC پیشرفته نیست و همین موضوع باعث می‌شود که مقیاس‌دهی به قدرت پردازشی کاری منطقی باشد. توسعه‌دهندگان چینی حتی اگر هرگز نتوانند به لیتوگرافی‌های پیشرفته‌ی TSMC مثل N7 و نسخه‌های جدیدتر دسترسی پیدا کنند، همچنان خواهند توانست برخی از پردازنده‌های گرافیکی ساده را تولید کنند. این پردازنده‌های گرافیکی تا حدی می‌توانند نیازهای چین را در حوزه‌ی هوش مصنوعی و گیمینگ رفع کنند.

از نگاه چین،‌ پردازنده‌های گرافیکی حوزه‌ی هوش مصنوعی و HPC اهمیت بیشتری از پردازنده‌های مرکزی دارند؛ چراکه هوش مصنوعی و HPC در حوزه‌های بسیار زیادی کاربرد پیدا می‌کنند؛ از خودروهای خودران تا شهرهای هوشمند و حتی سلاح‌های پیشرفته‌‌ی نظامی. دولت ایالات متحده صادرات پردازنده‌های مرکزی و گرافیکی متمرکز بر اَبَرکامپیوتر را به چین محدود کرده است تا از توسعه‌ی سلاح‌های نظامی جدید در چین جلوگیری کند. تحلیلگران می‌گویند احتمالاً چین در این زمینه به پیشرفت‌هایش ادامه می‌دهد؛ زیرا تراشه‌ی گرافیکی نسبتاً پیچیده با توانایی پردازش وظایف هوش مصنوعی می‌تواند تولید پهپاد انتحاری خودران را امکان‌پذیر کند. در دنیای امروز، پهپاد قدرت نظامی بسیار زیادی دارد.

ریزمعماری‌های CPU و GPU اساساً تلاقی علم و هنر محسوب می‌شوند. این ریزمعماری‌ها مجموعه‌ای از الگوریتم‌های پیچیده‌اند که امکان توسعه‌ی آن‌ها برای گروه نسبتاً کوچکی از مهندسان فراهم است؛ اما همین فرایند توسعه ممکن است چند سال به‌طول بینجامد. جان پدی ریسرچ می‌گوید: «ریزمعماری‌ها روی وایت‌برد خلق می‌شوند. معماران در فرایند توسعه بارها از خود سؤال می‌‌کنند: اگر کش را ۲۵ درصد بزرگ‌تر کنیم یا سراغ استفاده از ۶٬۰۰۰ واحد FPU برویم، چه اتفاقی می‌افتد؟»

ازآن‌جاکه توسعه‌ی ریزمعماری نیازمند مهندسان بااستعداد است و احتمال دارد سال‌ها طول بکشد، در دنیایی که زمان عرضه به بازار حرف اول را می‌زند، بسیاری از شرکت‌ها ترجیح می‌دهند از شرکت‌هایی مثل ARM یا Imagination Technologies مجوز استفاده از ریزمعماری گرافیکی آماده را بخرند. برای نمونه، شرکت Innosilicon ریزمعماری گرافیکی Imagination Technologies را برای تولید گرافیک‌های سری Fantasy استفاده می‌کند. یکی دیگر از شرکت‌های چینی نیز مشغول استفاده از معماری PowerVR شرکت Imagination Technologies است. در همین حین، شرکت Zhaoxin از ریزمعماری گرافیکی نسبتاً قدیمی استفاده می‌کند که آن را از شرکت Via Technologies خریده است.

هزینه‌ی توسعه‌ی ریزمعماری بسته به شرایط مختلف متفاوت است؛ با‌این‌حال، به‌طور‌کلی توسعه‌ی ریزمعماری فرایند کم‌هزینه‌تری از پیاده‌سازی آن در پردازنده‌های گرافیکی مدرن پرچم‌دار است. اپل و اینتل، شرکت‌هایی که استعداد مهندسی فراوانی دارند، سال‌ها برای ساخت پردازنده‌ی گرافیکی از طراحی‌های شرکت Imagination Technologies استفاده می‌کردند؛ البته اپل تا حدی همچنان به این کار ادامه می‌دهد. مدیاتک و سایر شرکت‌های کوچکِ تولیدکننده‌ی SoC به معماری ARM اتکا می‌کنند. کوالکام نیز تا مدت‌ها مشغول همکاری با AMD بود و سامسونگ پس از سال‌ها شکست در تولید گرافیک بهینه، تصمیم گرفته است سراغ استفاده از دانش مهندسان AMD برود.

مؤسسه‌ی جان پدی ریسرچ می‌گوید: «اگر بتوانید سراغ شرکتی بروید که ریزمعماری آماده دارد و سال‌ها است که این کار را انجام می‌دهد، می‌توانید صرفه‌جویی زیادی در زمان و پول کنید. زمان عرضه به بازار بسیار مهم است و مشکلات پیش‌بینی‌نشده در این حوزه زیاد هستند؛ حتی انویدیا و AMD نیز در تمامی مواقع پردازنده‌های گرافیکی موفقی نداشته‌اند.»

تولید کارت گرافیک و توسعه‌ی نرم‌افزار مناسب بسیار پرهزینه است؛ خصوصاً اگر به‌دنبال لیتوگرافی‌های جدید بروید. نشریه‌ی International Business Times تحمین می‌زند که هزینه‌های طراحی دستگاهی نسبتاً پیچیده با لیتوگرافی کلاس ۵ نانومتری مرز ۵۴۰ میلیون دلار را رد می‌کند. وقتی از لیتوگرافی ۳ نانومتری استفاده کنید، این هزینه ۳ برابر می‌شود. به‌گفته‌ی جان پدی ریسرچ، با اضافه‌کردن مواردی مثل تهیه‌ی طرح اولیه، شبیه‌سازی، تأیید اعتبار و توسعه‌ی درایور، هزینه و زمان موردنیاز برای ساخت پردازنده‌ی گرافیکی سربه‌فلک می‌کشد: «طراحی و چینش سخت‌افزار تا حد زیادی سرراست است؛ اما اگر یک بخش را اشتباه انجام دهید، باید ماه‌ها زمان صرف برطرف‌کردن آن کنید.»

تعداد کمی از شرکت‌ها در دنیا می‌توانند تراشه‌ای به پیچیدگی تراشه‌های گرافیکی ای‌ام‌دی و انویدیا توسعه دهند. این تراشه‌ها ۴۶ تا ۸۰ میلیارد ترانزیستور دارند. باوجوداین‌،‌ شرکت چینی Biren توانسته است به موفقیت‌های درخورتوجهی دست پیدا کند. تراشه‌ی BR104 این شرکت حدوداً ۳۸٫۵ میلیارد ترانزیستور دارد.

با اینکه هزینه‌ی فعالیت در صنعت پردازنده‌ی گرافیکی بسیار زیاد است، ۸ شرکت از ۱۱ شرکتی که برای کامپیوترهای شخصی و دیتاسنتر GPU می‌سازند، متعلق‌ به چین هستند. گفتنی است در آینده‌ی نزدیک هیچ شرکتی غیر از شرکت‌های بزرگ آمریکایی نخواهند توانست کارت گرافیک گیمینگ پرقدرت و رقابتی را تولید کنند.