计算机行业“构筑中国科技基石”系列报告27-GPU框架：从ROCM、PYTORCH看生态壁垒

我们认为今后三年是国产GPU 发展关键窗口期，生态建设至关重要。以ROCm为代表的生态实现了并行计算软件库的广覆盖，对主流AI 框架如Pytorch 等的完善支持都是生态建设的核心。优先推荐性能优良、软件库覆盖率高且能够持续迭代、已获得客户认可的公司如海光信息。昇腾NPU 率先获得Pytorch原生支持，且研发资源强大，未来有望持续领先。建议关注华为昇腾整机合作伙伴高新发展、神州数码、拓维信息。
国产GPU 发展窗口期已至，生态构筑核心优势。AI 发展带动算力硬件需求，我们认为未来三年可能是国产GPU 发展关键窗口期。目前国产算力硬件理论性能可接近国际主流，但软件生态是限制理论性能和开发者使用的重要因素。
CUDA：GPU 生态先驱，AI 时代基础设施。CUDA 是GPU 生态的先驱，实现了GPU 从图形硬件向算力硬件的转变。2006 年CUDA 推出后，开发者无需再通过图形API 来调用GPU，而是可以直接操控GPU。CUDA 在长期发展中逐步渗透了HPC 与AI 生态，2023 年已经迭代到第12 代API，具备了巨量软件组件，塑造了用户习惯，如今要将其取代需要巨量的时间和资源投入。以CUDA为模板，我们可以发现，其他算力芯片的生态要接近CUDA 的地位，应当尽可能在（并行计算相关）软件库覆盖率以及AI 框架支持度方面进行投入。
并行计算软件库覆盖度：以ROCm 为例。CUDA 为用户提供便利的同时，也带来了代价，一是需要承受英伟达硬件不低的成本，二是闭源的CUDA 导致部分使用者面临供应不确定性。因此需要CUDA 的低成本替代方案，目前AMD 推出的ROCm 软件平台未来有望替代CUDA。
ROCm 出现前为何CUDA 长期没有挑战者？OpenCL 与硬件均有不足。
OpenCL 在2015 年才添加C++支持，长期对高层软件库支持不足，而CUDA 早在2013 年就已经支持C/C++/Fortran/Python。硬件方面，AMD在2017 年首次推出MI 系列数据中心GPU，但与同期的NVIDIA V100相比存在一定差距，也不利于生态的形成。
ROCm 为何能够成为生态转折点？2015 年Boltzman 计划推出以来，全新的软硬件平台解决了此前短板。硬件方面，全新CDNA 架构与NVIDIA的架构各有优势；软件方面，重构的HIP平台也全面优于OpenCL。ROCm通过Hipify 工具利用现有CUDA 代码；软件库方面，经过5 年建设，到2020 年的ROCm4.0 时代，已经初步实现AI 与HPC 领域基础库的全面支持；基础软硬件支持方面，现有的CDNA 与RDNA 系列架构得到较全面的支持，虚拟化支持也为数据中心云化部署创造了条件；性能方面，ROCm 在良好优化下与CUDA 并无性能差距。
ROCm 的未来？用开源占据大生态。ROCm 作为后发者，采用开源方式，聚集开发者力量是合理选择。目前ROCm 生态中，除专为AMD 硬件优化的AOCC 编译器外，均为开源组件。我们认为未来ROCm 与CUDA可能类似Python 和MATLAB 的发展路线，ROCm 可能在部分大型统一生态领域获得认可，而CUDA 在大量细分场景的优势有望持续。
AI 框架支持：以昇腾为例，算法库+配套软件基建。对AI 芯片而言，通用并行运算库未必都能支持，对于AI 框架的完善支持相对较为关键。其主要工作包括算子库与辅助软件库的适配，我们认为对于大型公司其适配耗时大致需3-5 年。
华为昇腾在国内AI 框架适配进度较为领先，率先实现Pytorch NPU 原生支持。
我们认为较高的适配时间需求可能导致先发优势持续。
风险因素：信创不及预期的风险；国产GPU 厂商竞争加剧的风险；供应链可持续性的风险；软件生态适配不及预期的风险；国产芯片客户接受度不及预期的风险。
投资建议：参考国际行业发展情况，长期市场份额可能逐步走向集中，因此并行计算生态建设进度领先的厂商有望扩大优势。1）优先推荐性能优良、生态完备（软件库覆盖率高且能够快速迭代）且已获得客户认可的公司如海光信息。2）针对AI 框架的软件生态适配也有望形成先发优势，有利于更快占据市场份额。
目前国内AI 芯片赛道，昇腾率先获得Pytorch 原生支持，且研发资源强大，未来有望持续领先。建议关注华为昇腾整机合作伙伴高新发展、神州数码、拓维信息。3）其他上市公司方面，建议关注具备算力芯片或图形GPU 等相关芯片业务的公司，如寒武纪、景嘉微、云天励飞、龙芯中科等。4）非上市的算力芯片相关企业，建议关注摩尔线程、壁仞科技、沐曦集成电路、燧原科技、昆仑芯、天数智芯、登临科技等。5）其他AI 服务器零部件供应商也有望受益，建议关注沪电股份、深南电路、澜起科技、杰华特、江海股份等。
【免责声明】本文仅代表第三方观点，不代表和讯网立场。投资者据此操作，风险请自担。

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