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覆盤成長股之三:英偉達

英偉達創始人之一:黃仁勳

圖形的開端

自從馮·諾伊曼提出通用計算機架構之後,長期以來大家對於計算機的理解,都還停留在更高級的計算器的階段。

從早期的打孔紙帶,到後來的有限色彩的監視器,計算機與人類的互動,充滿了機械感。

到了上世紀60年代,美國猶他大學的伊萬·薩瑟蘭和戴維·埃文斯做了一系列的研究工作,逐步構建起現代3D圖形系統的基礎要素。

當時的計算機硬件條件,遠不具備實現這些美好願景的能力,所以這些早期的探索性工作更多的還是停留在高深的理論層面。

儘管如此,猶他大學培養出的學生,在原創性思想的薰陶下,不少在日後成長為新興的圖形工業界的領導者。

這其中,就包括了SGI公司的創辦者,吉姆·克拉克。

1982年,尚在斯坦福大學深造的吉姆,萌生出製造世界上速度最快的高分辨率圖形工作站的想法,為此成立了硅谷圖形公司(SGI)。

圖形硬件製造的前提,是需要定義一套標準的圖形軟件接口。SGI在業界率先提出了日後影響深遠的圖形語言(GL),一舉成為行業標杆。

GL將圖形的繪製過程分解為若干個基本步驟,包括虛擬攝像機和三維模型的擺放,光照的處理,屏幕像素的融合等等。

這其中,最為關鍵的一點是:表達物理世界的三維模型,最終被分解為一個個獨立的三角形,各自通過一系列的圖形計算,最終呈現在屏幕上。

這個稱之為圖形管線(Graphics Pipeline)的計算範式,為日後圖形硬件的大發展奠定了堅實的基礎。

十年之後,1992年,SGI公司終於完成了全部圖形管線的硬件實現。

擁有這項功能的SGI工作站,大約4英尺高,售價超過10萬美元。人們第一次感受到“虛擬現實”的可行性,並通過它的強大算力,製作了以《侏羅紀公園》為代表的科幻電影。

玩家一號

隨著計算機芯片的處理能力不斷提高,人們在思索還能用計算機做什麼。

1991年,兩個年輕人給出了自己的答案,他們就是ID Software的創始人,約翰·卡馬克和約翰··羅梅羅。

兩位約翰的結合,完美的詮釋了一流的產品經理和一流的程序員發生化學反應之後,能夠做出怎樣的開創性產品。

兩人聯合打造的《DOOM》,成為了互動遊戲的現象級爆款產品,無數玩家驚訝於它的優異視覺效果、畫面轉換的流暢度,以及驚心動魄、扣人心絃的關卡設計。

《DOOM》之後,ID Software推出了更為震撼的《QUAKE》,允許多名玩家在線競技,一時間風靡全球。

我在上大學的時候,不少同學都是為了能夠更好的玩《QUAKE》,花去不菲的家庭積蓄購買了最新的計算機硬件。

在當時,如果擁有一塊3D加速卡,其光影特效所帶來的巨大視覺衝擊,是可以完爆其他在雪花點中尋找隊友的機器的。

正所謂,需求就是產品創新的最大動力

互聯網競技遊戲的風靡,成為了玩家購買最新顯卡的強大動力。

1994年,第一家開發這種市場需求、為遊戲玩家提供更高質量的3D圖形技術的公司誕生了,它的名字叫做3dfx Interactive。

現在,很多人應該都沒有聽說過這個名字,但是一提起它的主力產品“Voodoo”3D加速卡,老一代的玩家應該都記得。當年,隔壁寢室的同學,買的就是它。

為了更好的適配個人計算機,3dfx公司將SGI公司的GL語言簡化了,提出Glide語言,可以直接在該公司設計的3D芯片上運行,而不再需要中央處理器(CPU)的參與。

1996年,基於Glide語言的第一款遊戲《古墓麗影》問世。一經推出,奔跑中的勞拉就成為當年各大電子娛樂展覽會上一道亮麗的風景線。

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覆盤成長股之三:英偉達

英偉達創始人之一:黃仁勳

圖形的開端

自從馮·諾伊曼提出通用計算機架構之後,長期以來大家對於計算機的理解,都還停留在更高級的計算器的階段。

從早期的打孔紙帶,到後來的有限色彩的監視器,計算機與人類的互動,充滿了機械感。

到了上世紀60年代,美國猶他大學的伊萬·薩瑟蘭和戴維·埃文斯做了一系列的研究工作,逐步構建起現代3D圖形系統的基礎要素。

當時的計算機硬件條件,遠不具備實現這些美好願景的能力,所以這些早期的探索性工作更多的還是停留在高深的理論層面。

儘管如此,猶他大學培養出的學生,在原創性思想的薰陶下,不少在日後成長為新興的圖形工業界的領導者。

這其中,就包括了SGI公司的創辦者,吉姆·克拉克。

1982年,尚在斯坦福大學深造的吉姆,萌生出製造世界上速度最快的高分辨率圖形工作站的想法,為此成立了硅谷圖形公司(SGI)。

圖形硬件製造的前提,是需要定義一套標準的圖形軟件接口。SGI在業界率先提出了日後影響深遠的圖形語言(GL),一舉成為行業標杆。

GL將圖形的繪製過程分解為若干個基本步驟,包括虛擬攝像機和三維模型的擺放,光照的處理,屏幕像素的融合等等。

這其中,最為關鍵的一點是:表達物理世界的三維模型,最終被分解為一個個獨立的三角形,各自通過一系列的圖形計算,最終呈現在屏幕上。

這個稱之為圖形管線(Graphics Pipeline)的計算範式,為日後圖形硬件的大發展奠定了堅實的基礎。

十年之後,1992年,SGI公司終於完成了全部圖形管線的硬件實現。

擁有這項功能的SGI工作站,大約4英尺高,售價超過10萬美元。人們第一次感受到“虛擬現實”的可行性,並通過它的強大算力,製作了以《侏羅紀公園》為代表的科幻電影。

玩家一號

隨著計算機芯片的處理能力不斷提高,人們在思索還能用計算機做什麼。

1991年,兩個年輕人給出了自己的答案,他們就是ID Software的創始人,約翰·卡馬克和約翰··羅梅羅。

兩位約翰的結合,完美的詮釋了一流的產品經理和一流的程序員發生化學反應之後,能夠做出怎樣的開創性產品。

兩人聯合打造的《DOOM》,成為了互動遊戲的現象級爆款產品,無數玩家驚訝於它的優異視覺效果、畫面轉換的流暢度,以及驚心動魄、扣人心絃的關卡設計。

《DOOM》之後,ID Software推出了更為震撼的《QUAKE》,允許多名玩家在線競技,一時間風靡全球。

我在上大學的時候,不少同學都是為了能夠更好的玩《QUAKE》,花去不菲的家庭積蓄購買了最新的計算機硬件。

在當時,如果擁有一塊3D加速卡,其光影特效所帶來的巨大視覺衝擊,是可以完爆其他在雪花點中尋找隊友的機器的。

正所謂,需求就是產品創新的最大動力

互聯網競技遊戲的風靡,成為了玩家購買最新顯卡的強大動力。

1994年,第一家開發這種市場需求、為遊戲玩家提供更高質量的3D圖形技術的公司誕生了,它的名字叫做3dfx Interactive。

現在,很多人應該都沒有聽說過這個名字,但是一提起它的主力產品“Voodoo”3D加速卡,老一代的玩家應該都記得。當年,隔壁寢室的同學,買的就是它。

為了更好的適配個人計算機,3dfx公司將SGI公司的GL語言簡化了,提出Glide語言,可以直接在該公司設計的3D芯片上運行,而不再需要中央處理器(CPU)的參與。

1996年,基於Glide語言的第一款遊戲《古墓麗影》問世。一經推出,奔跑中的勞拉就成為當年各大電子娛樂展覽會上一道亮麗的風景線。

覆盤成長股之三:英偉達

John Carmack,《DOOM》作者之一,多年後加入了Oculus任CTO

獨特的視角

1993年,黃仁勳辭去了美商巨積公司(LSI Logic)芯片工程師的職位,與來自太陽微系統(Sun Microsystems)的卡蒂斯·普利姆以及克里斯·馬拉科夫斯基,一道創辦了英偉達公司。

黃仁勳擔任CEO,普利姆擔任CTO,馬拉科夫斯基擔任硬件工程副總裁。

在當時,計算機行業正在熱議文字時代之後的方向,大家一致的共識是包括音頻、圖像和視頻在內的多媒體是未來的方向。

很自然,英偉達首款產品NV1圖形處理器的定位,就是成為多媒體時代的硬件標杆。1995年,產品推出之後,市場反應寥寥。既有性能的問題,又有市場定位的緣故,最終NV1失敗了。

與此同時,上文提到的3dfx公司憑藉Voodoo 3D加速卡,在商業上大獲成功。這讓初嘗敗績的黃仁勳靜下心來,思考公司未來的發展方向。

最終,英偉達放棄了尚未成型的多媒體市場,全力投入已經被市場證明其強大需求的桌面3D圖形領域。這次轉型代價巨大,英偉達不但放棄了自己原先在圖形處理方面積累的專利,還要從頭開始接納SGI公司提出的圖形管線方案。

眾所周知,在半導體行業有著一個著名的“摩爾定律”:每18個月,集成電路上可容納的晶體管數量便會翻一倍,從而提升一倍的性能。

有趣的是,我們看到英偉達的管理和技術團隊,卻聯合勾勒出一個更為激進的“路線圖”。

以顯著超越“摩爾定律”的速度,更快的提升3D圖形硬件的性能。

怎麼能做到這一點呢?

我們知道,晶體管的尺寸是單個芯片性能提升的關鍵。這就是半導體產業,製造工藝不斷縮小的原因,從130納米,一路走低到現在的14納米,甚至更低的尺寸規格。

更小的晶體管尺寸,意味著單位面積的芯片可以容納更多的晶體管,從而實現更高的性能。這是以英特爾為代表的中央處理器(CPU)選擇的路線圖。

而英偉達的想法更加直接,也更加暴力。他們一方面利用晶體管密度的提升,另一方面加大芯片面積本身,把兩者的空間用滿,全部用於增加並行處理器。

而能這樣做的前提,恰恰在於之前提到的圖形管線,每一個在管線中流水的三角形(組成三維虛擬世界的基本單元),所經歷的圖形計算是一樣的,因而可以並行的執行

“天下武功,唯快不敗”。

快起作用的前提,是此時此刻,3D圖形硬件所提供的算力,還遠遠不能滿足繪製高精度虛擬世界的基本需求。

正如英偉達當初的判斷:

“在市場需求方面,無論提供多少圖形處理器,市場幾乎總能消化掉。3D圖形技術對於圖形硬件算力的需求,幾乎沒有止境。”

芯片業的三班倒

18個月的“摩爾定律”,既是產品升級換代的週期,也是研發投入的週期。

除了硬件設計方向的與眾不同之外,在研發流程上,英偉達也做出了開創性的工作。

在英偉達公司內部,研發團隊被一分為三。每個團隊獨立擔負一款新產品的設計工作,仍然按照18個月的傳統研發週期運行。不同之處在於,這三個團隊之間形成了工作日程上的疊加效應,使得每6個月推出一款新產品成為可能。

這個流程設計,和流水線工廠晝夜不停的三班倒,十分類似。

創新之處在於,黃仁勳將它應用到了之前從未想過的芯片設計行業。

速度加快了3倍,導致了很多配套系統的變化。比如,任何原因導致的研發進度上的延遲,其後果都會同步的被放大到之前的3倍。這倒逼著英偉達重新思考很多的環節,如何能夠做到更高效。

作為硬件產品,芯片設計的錯誤成本,要遠遠高於軟件產品。更要命的是,常常需要到流片環節,一些bug才能夠充分的暴露出來。為了早發現問題,英偉達大力投資模擬與仿真工具(EDA),通過仿真軟件來發現芯片設計中的邏輯問題。

此外,英偉達還做出了一項有效提升硬件兼容性的工作。我們知道,硬件的穩定運行,有賴於所謂的驅動程序的作用。通常,驅動程序是由電路板製造商完成的,除了時間上的滯後之外,電路板製造商也有自己的小九九,通常會隱瞞一些驅動程序設計的關鍵,這就導致不同的製造商所寫出的驅動程序並不完全相同,這也是早期同樣的顯卡在這家主板上能夠穩定運行,卻在另外一家怎麼都點不亮的緣由。

為了解決這個問題,英偉達主動承擔芯片驅動程序的設計和管理工作,創造了統一驅動架構。英偉達發佈的所有芯片,均有統一驅動架構支持,可以方便的從互聯網下載,同時驅動程序做得很智能,會自動識別用戶的芯片類型,調用合適的安裝命令。

有了統一驅動架構打底,英偉達完成了另外一件工程上很了不起的事情,就是在真正的芯片出現之前的4-6個月,公司的驅動工程師就可以開始著手設計驅動程序了。

這一切,都源自於研發流程的再造。通過工序的解耦合,英偉達的研發流程做到了最大程度的並行化,一如它的圖形處理器(GPU)的設計理念。

高速奔跑

1997年4月,英偉達發佈了RIVA128,使得英偉達在NV1失敗之後成功的生存了下來。

1998年3月,英偉達發佈了RIVA TNT,第一次在產品性能上達到了3dfx的水準,從此開始佔據個人電腦的圖形硬件市場。

1999年5月,英偉達發佈了RIVA TNT2,並在3個月之後發佈了劃時代的產品Geforce 256,這是行業內第一個GPU。

1999年11月,英偉達推出了全球最快的工作站GPU:Quado,從此成為圖形專業人員的標配。

到了這個階段,價值100美元的圖形處理芯片,所擁有的計算能力比1992年價值10萬美元的SGI高端工作站還要快。

這就是超越“摩爾定律”的速度,所帶來的“反摩爾定律”的真實寫照:7年時間,更快的算力,價格下降了1000倍

在此之後,英偉達仍在高速奔跑。2002-2007年間,以填充率,即每秒輸出的像素數量,作為性能指標來衡量,圖形芯片年均性能增長率為62%

新的疆域

2008年的金融危機,也嚴重的影響了芯片設計行業。

2009年,一直以來傲立潮頭的英偉達感受到的是行業的衰退。當年SGI公司提出的圖形管線,已經在個人電腦上完全變成了現實;大多數的遊戲玩家所享受到的視聽體驗已經足夠好了;DirectX以及OpenGL的編程接口變得越來越複雜,大多數遊戲公司已經無法全部掌握;這一切,使得遊戲玩家追捧英偉達公司的下一代圖形芯片的熱情不再迫切。

一句話,產品市場份額的擴大,隨著行業水平的提升,到了瓶頸。

每當企業發展到了平臺期,就是考驗企業戰略調整能力的時候。

我們看到,英偉達在穩固既有PC市場的同時,開始向兩個方向進行業務的延伸。

第一個,是進入通用計算領域,即所謂的GPGPU。通過推出CUDA軟件接口,讓原本專注於三角形繪製的圖形管線的計算能力,能夠服務於更為通用的並行計算。支持這一理念的新型硬件被命名為Tesla。

2010年11月,我國的研究人員基於Tesla芯片,設計出全世界運算速度最快的超級計算機,證明了GPU擁有超越CPU的強大算力。

至此之後,Tesla芯片成為各大雲計算中心、超算中心的標配。

第二個,是進入移動端,推出Tegra芯片,以更輕量的方式完成自我革命。除了用於智能手機、上網本以及遊戲機之外,還可以用於汽車的自動駕駛。

到目前來看,這兩大業務擴張的發展勢頭,都還是不錯的。當然,也都面臨著新的競爭。

英偉達的這一輪大發展,順應了多個領域對於算力的迫切需求,主要包括:以實時光線跟蹤為代表的高保真三維圖形繪製,以深度神經網絡為代表的基於海量數據的人工智能,和以機器視覺為代表的自動駕駛等等。

這其中,最為有趣的一點是,近年來比特幣的流行,讓挖礦所需的算力成為一種可以直接變現的生產力,從而間接的推動了提供海量算力的並行計算芯片的市場需求,一度讓英偉達的顯卡賣斷了貨。

到了這個階段的英偉達,在黃仁勳的口中,變身為一家AI公司

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覆盤成長股之三:英偉達

英偉達創始人之一:黃仁勳

圖形的開端

自從馮·諾伊曼提出通用計算機架構之後,長期以來大家對於計算機的理解,都還停留在更高級的計算器的階段。

從早期的打孔紙帶,到後來的有限色彩的監視器,計算機與人類的互動,充滿了機械感。

到了上世紀60年代,美國猶他大學的伊萬·薩瑟蘭和戴維·埃文斯做了一系列的研究工作,逐步構建起現代3D圖形系統的基礎要素。

當時的計算機硬件條件,遠不具備實現這些美好願景的能力,所以這些早期的探索性工作更多的還是停留在高深的理論層面。

儘管如此,猶他大學培養出的學生,在原創性思想的薰陶下,不少在日後成長為新興的圖形工業界的領導者。

這其中,就包括了SGI公司的創辦者,吉姆·克拉克。

1982年,尚在斯坦福大學深造的吉姆,萌生出製造世界上速度最快的高分辨率圖形工作站的想法,為此成立了硅谷圖形公司(SGI)。

圖形硬件製造的前提,是需要定義一套標準的圖形軟件接口。SGI在業界率先提出了日後影響深遠的圖形語言(GL),一舉成為行業標杆。

GL將圖形的繪製過程分解為若干個基本步驟,包括虛擬攝像機和三維模型的擺放,光照的處理,屏幕像素的融合等等。

這其中,最為關鍵的一點是:表達物理世界的三維模型,最終被分解為一個個獨立的三角形,各自通過一系列的圖形計算,最終呈現在屏幕上。

這個稱之為圖形管線(Graphics Pipeline)的計算範式,為日後圖形硬件的大發展奠定了堅實的基礎。

十年之後,1992年,SGI公司終於完成了全部圖形管線的硬件實現。

擁有這項功能的SGI工作站,大約4英尺高,售價超過10萬美元。人們第一次感受到“虛擬現實”的可行性,並通過它的強大算力,製作了以《侏羅紀公園》為代表的科幻電影。

玩家一號

隨著計算機芯片的處理能力不斷提高,人們在思索還能用計算機做什麼。

1991年,兩個年輕人給出了自己的答案,他們就是ID Software的創始人,約翰·卡馬克和約翰··羅梅羅。

兩位約翰的結合,完美的詮釋了一流的產品經理和一流的程序員發生化學反應之後,能夠做出怎樣的開創性產品。

兩人聯合打造的《DOOM》,成為了互動遊戲的現象級爆款產品,無數玩家驚訝於它的優異視覺效果、畫面轉換的流暢度,以及驚心動魄、扣人心絃的關卡設計。

《DOOM》之後,ID Software推出了更為震撼的《QUAKE》,允許多名玩家在線競技,一時間風靡全球。

我在上大學的時候,不少同學都是為了能夠更好的玩《QUAKE》,花去不菲的家庭積蓄購買了最新的計算機硬件。

在當時,如果擁有一塊3D加速卡,其光影特效所帶來的巨大視覺衝擊,是可以完爆其他在雪花點中尋找隊友的機器的。

正所謂,需求就是產品創新的最大動力

互聯網競技遊戲的風靡,成為了玩家購買最新顯卡的強大動力。

1994年,第一家開發這種市場需求、為遊戲玩家提供更高質量的3D圖形技術的公司誕生了,它的名字叫做3dfx Interactive。

現在,很多人應該都沒有聽說過這個名字,但是一提起它的主力產品“Voodoo”3D加速卡,老一代的玩家應該都記得。當年,隔壁寢室的同學,買的就是它。

為了更好的適配個人計算機,3dfx公司將SGI公司的GL語言簡化了,提出Glide語言,可以直接在該公司設計的3D芯片上運行,而不再需要中央處理器(CPU)的參與。

1996年,基於Glide語言的第一款遊戲《古墓麗影》問世。一經推出,奔跑中的勞拉就成為當年各大電子娛樂展覽會上一道亮麗的風景線。

覆盤成長股之三:英偉達

John Carmack,《DOOM》作者之一,多年後加入了Oculus任CTO

獨特的視角

1993年,黃仁勳辭去了美商巨積公司(LSI Logic)芯片工程師的職位,與來自太陽微系統(Sun Microsystems)的卡蒂斯·普利姆以及克里斯·馬拉科夫斯基,一道創辦了英偉達公司。

黃仁勳擔任CEO,普利姆擔任CTO,馬拉科夫斯基擔任硬件工程副總裁。

在當時,計算機行業正在熱議文字時代之後的方向,大家一致的共識是包括音頻、圖像和視頻在內的多媒體是未來的方向。

很自然,英偉達首款產品NV1圖形處理器的定位,就是成為多媒體時代的硬件標杆。1995年,產品推出之後,市場反應寥寥。既有性能的問題,又有市場定位的緣故,最終NV1失敗了。

與此同時,上文提到的3dfx公司憑藉Voodoo 3D加速卡,在商業上大獲成功。這讓初嘗敗績的黃仁勳靜下心來,思考公司未來的發展方向。

最終,英偉達放棄了尚未成型的多媒體市場,全力投入已經被市場證明其強大需求的桌面3D圖形領域。這次轉型代價巨大,英偉達不但放棄了自己原先在圖形處理方面積累的專利,還要從頭開始接納SGI公司提出的圖形管線方案。

眾所周知,在半導體行業有著一個著名的“摩爾定律”:每18個月,集成電路上可容納的晶體管數量便會翻一倍,從而提升一倍的性能。

有趣的是,我們看到英偉達的管理和技術團隊,卻聯合勾勒出一個更為激進的“路線圖”。

以顯著超越“摩爾定律”的速度,更快的提升3D圖形硬件的性能。

怎麼能做到這一點呢?

我們知道,晶體管的尺寸是單個芯片性能提升的關鍵。這就是半導體產業,製造工藝不斷縮小的原因,從130納米,一路走低到現在的14納米,甚至更低的尺寸規格。

更小的晶體管尺寸,意味著單位面積的芯片可以容納更多的晶體管,從而實現更高的性能。這是以英特爾為代表的中央處理器(CPU)選擇的路線圖。

而英偉達的想法更加直接,也更加暴力。他們一方面利用晶體管密度的提升,另一方面加大芯片面積本身,把兩者的空間用滿,全部用於增加並行處理器。

而能這樣做的前提,恰恰在於之前提到的圖形管線,每一個在管線中流水的三角形(組成三維虛擬世界的基本單元),所經歷的圖形計算是一樣的,因而可以並行的執行

“天下武功,唯快不敗”。

快起作用的前提,是此時此刻,3D圖形硬件所提供的算力,還遠遠不能滿足繪製高精度虛擬世界的基本需求。

正如英偉達當初的判斷:

“在市場需求方面,無論提供多少圖形處理器,市場幾乎總能消化掉。3D圖形技術對於圖形硬件算力的需求,幾乎沒有止境。”

芯片業的三班倒

18個月的“摩爾定律”,既是產品升級換代的週期,也是研發投入的週期。

除了硬件設計方向的與眾不同之外,在研發流程上,英偉達也做出了開創性的工作。

在英偉達公司內部,研發團隊被一分為三。每個團隊獨立擔負一款新產品的設計工作,仍然按照18個月的傳統研發週期運行。不同之處在於,這三個團隊之間形成了工作日程上的疊加效應,使得每6個月推出一款新產品成為可能。

這個流程設計,和流水線工廠晝夜不停的三班倒,十分類似。

創新之處在於,黃仁勳將它應用到了之前從未想過的芯片設計行業。

速度加快了3倍,導致了很多配套系統的變化。比如,任何原因導致的研發進度上的延遲,其後果都會同步的被放大到之前的3倍。這倒逼著英偉達重新思考很多的環節,如何能夠做到更高效。

作為硬件產品,芯片設計的錯誤成本,要遠遠高於軟件產品。更要命的是,常常需要到流片環節,一些bug才能夠充分的暴露出來。為了早發現問題,英偉達大力投資模擬與仿真工具(EDA),通過仿真軟件來發現芯片設計中的邏輯問題。

此外,英偉達還做出了一項有效提升硬件兼容性的工作。我們知道,硬件的穩定運行,有賴於所謂的驅動程序的作用。通常,驅動程序是由電路板製造商完成的,除了時間上的滯後之外,電路板製造商也有自己的小九九,通常會隱瞞一些驅動程序設計的關鍵,這就導致不同的製造商所寫出的驅動程序並不完全相同,這也是早期同樣的顯卡在這家主板上能夠穩定運行,卻在另外一家怎麼都點不亮的緣由。

為了解決這個問題,英偉達主動承擔芯片驅動程序的設計和管理工作,創造了統一驅動架構。英偉達發佈的所有芯片,均有統一驅動架構支持,可以方便的從互聯網下載,同時驅動程序做得很智能,會自動識別用戶的芯片類型,調用合適的安裝命令。

有了統一驅動架構打底,英偉達完成了另外一件工程上很了不起的事情,就是在真正的芯片出現之前的4-6個月,公司的驅動工程師就可以開始著手設計驅動程序了。

這一切,都源自於研發流程的再造。通過工序的解耦合,英偉達的研發流程做到了最大程度的並行化,一如它的圖形處理器(GPU)的設計理念。

高速奔跑

1997年4月,英偉達發佈了RIVA128,使得英偉達在NV1失敗之後成功的生存了下來。

1998年3月,英偉達發佈了RIVA TNT,第一次在產品性能上達到了3dfx的水準,從此開始佔據個人電腦的圖形硬件市場。

1999年5月,英偉達發佈了RIVA TNT2,並在3個月之後發佈了劃時代的產品Geforce 256,這是行業內第一個GPU。

1999年11月,英偉達推出了全球最快的工作站GPU:Quado,從此成為圖形專業人員的標配。

到了這個階段,價值100美元的圖形處理芯片,所擁有的計算能力比1992年價值10萬美元的SGI高端工作站還要快。

這就是超越“摩爾定律”的速度,所帶來的“反摩爾定律”的真實寫照:7年時間,更快的算力,價格下降了1000倍

在此之後,英偉達仍在高速奔跑。2002-2007年間,以填充率,即每秒輸出的像素數量,作為性能指標來衡量,圖形芯片年均性能增長率為62%

新的疆域

2008年的金融危機,也嚴重的影響了芯片設計行業。

2009年,一直以來傲立潮頭的英偉達感受到的是行業的衰退。當年SGI公司提出的圖形管線,已經在個人電腦上完全變成了現實;大多數的遊戲玩家所享受到的視聽體驗已經足夠好了;DirectX以及OpenGL的編程接口變得越來越複雜,大多數遊戲公司已經無法全部掌握;這一切,使得遊戲玩家追捧英偉達公司的下一代圖形芯片的熱情不再迫切。

一句話,產品市場份額的擴大,隨著行業水平的提升,到了瓶頸。

每當企業發展到了平臺期,就是考驗企業戰略調整能力的時候。

我們看到,英偉達在穩固既有PC市場的同時,開始向兩個方向進行業務的延伸。

第一個,是進入通用計算領域,即所謂的GPGPU。通過推出CUDA軟件接口,讓原本專注於三角形繪製的圖形管線的計算能力,能夠服務於更為通用的並行計算。支持這一理念的新型硬件被命名為Tesla。

2010年11月,我國的研究人員基於Tesla芯片,設計出全世界運算速度最快的超級計算機,證明了GPU擁有超越CPU的強大算力。

至此之後,Tesla芯片成為各大雲計算中心、超算中心的標配。

第二個,是進入移動端,推出Tegra芯片,以更輕量的方式完成自我革命。除了用於智能手機、上網本以及遊戲機之外,還可以用於汽車的自動駕駛。

到目前來看,這兩大業務擴張的發展勢頭,都還是不錯的。當然,也都面臨著新的競爭。

英偉達的這一輪大發展,順應了多個領域對於算力的迫切需求,主要包括:以實時光線跟蹤為代表的高保真三維圖形繪製,以深度神經網絡為代表的基於海量數據的人工智能,和以機器視覺為代表的自動駕駛等等。

這其中,最為有趣的一點是,近年來比特幣的流行,讓挖礦所需的算力成為一種可以直接變現的生產力,從而間接的推動了提供海量算力的並行計算芯片的市場需求,一度讓英偉達的顯卡賣斷了貨。

到了這個階段的英偉達,在黃仁勳的口中,變身為一家AI公司

覆盤成長股之三:英偉達

Ian Buck:NVidia CUDA的發明人

競爭優勢

在覆盤英偉達的過程中,突出的感受是比競爭對手更快

而更快的實現,依賴著獨特的洞見,既包括芯片設計上以算力增長(而不是密度增長)為優先考量,又包括研發流程上解耦合之後帶來的提前量。

兩者相互促進的共同優勢,使得英偉達能夠以3倍於同行的速度進行新產品設計。

在行業發展的初期,憑藉速度,英偉達既成功的超越了同行SGI和3dfx,又讓身邊的巨人比如英特爾無法有效進入。

當100美元的芯片能夠與10萬美元高端工作站相媲美的時候,SGI離黯然落幕就不遠了。

2006年,一度市值超越70億美元的SGI,宣告破產。

同樣來自於SGI的工程師,後來創辦了ArtX,2000年的時候加拿大冶天科技公司(ATI)收購了ArtX,同時仿照英偉達將開發流程縮短到6個月,效果立竿見影,ATI公司成功推出了可以和英偉達芯片相媲美的ATI芯片。

2006年,英特爾的勁敵AMD公司收購了ATI,至今仍然是英偉達強勁的對手。

截至2019年9月10日收盤,英偉達公司市值為1116億美元,英特爾公司市值為2296億美元,超微半導體(AMD)公司市值為328億美元。大致代表了它們之間的相對實力。

財務表現

我們再來看看英偉達的財務表現。

在長達14年的時間週期裡,英偉達保持了近30%的營收、淨利潤、淨資產和總資產的平均增長率(以當期在累計中佔比衡量),確實堪稱長期成長股。

"
覆盤成長股之三:英偉達

英偉達創始人之一:黃仁勳

圖形的開端

自從馮·諾伊曼提出通用計算機架構之後,長期以來大家對於計算機的理解,都還停留在更高級的計算器的階段。

從早期的打孔紙帶,到後來的有限色彩的監視器,計算機與人類的互動,充滿了機械感。

到了上世紀60年代,美國猶他大學的伊萬·薩瑟蘭和戴維·埃文斯做了一系列的研究工作,逐步構建起現代3D圖形系統的基礎要素。

當時的計算機硬件條件,遠不具備實現這些美好願景的能力,所以這些早期的探索性工作更多的還是停留在高深的理論層面。

儘管如此,猶他大學培養出的學生,在原創性思想的薰陶下,不少在日後成長為新興的圖形工業界的領導者。

這其中,就包括了SGI公司的創辦者,吉姆·克拉克。

1982年,尚在斯坦福大學深造的吉姆,萌生出製造世界上速度最快的高分辨率圖形工作站的想法,為此成立了硅谷圖形公司(SGI)。

圖形硬件製造的前提,是需要定義一套標準的圖形軟件接口。SGI在業界率先提出了日後影響深遠的圖形語言(GL),一舉成為行業標杆。

GL將圖形的繪製過程分解為若干個基本步驟,包括虛擬攝像機和三維模型的擺放,光照的處理,屏幕像素的融合等等。

這其中,最為關鍵的一點是:表達物理世界的三維模型,最終被分解為一個個獨立的三角形,各自通過一系列的圖形計算,最終呈現在屏幕上。

這個稱之為圖形管線(Graphics Pipeline)的計算範式,為日後圖形硬件的大發展奠定了堅實的基礎。

十年之後,1992年,SGI公司終於完成了全部圖形管線的硬件實現。

擁有這項功能的SGI工作站,大約4英尺高,售價超過10萬美元。人們第一次感受到“虛擬現實”的可行性,並通過它的強大算力,製作了以《侏羅紀公園》為代表的科幻電影。

玩家一號

隨著計算機芯片的處理能力不斷提高,人們在思索還能用計算機做什麼。

1991年,兩個年輕人給出了自己的答案,他們就是ID Software的創始人,約翰·卡馬克和約翰··羅梅羅。

兩位約翰的結合,完美的詮釋了一流的產品經理和一流的程序員發生化學反應之後,能夠做出怎樣的開創性產品。

兩人聯合打造的《DOOM》,成為了互動遊戲的現象級爆款產品,無數玩家驚訝於它的優異視覺效果、畫面轉換的流暢度,以及驚心動魄、扣人心絃的關卡設計。

《DOOM》之後,ID Software推出了更為震撼的《QUAKE》,允許多名玩家在線競技,一時間風靡全球。

我在上大學的時候,不少同學都是為了能夠更好的玩《QUAKE》,花去不菲的家庭積蓄購買了最新的計算機硬件。

在當時,如果擁有一塊3D加速卡,其光影特效所帶來的巨大視覺衝擊,是可以完爆其他在雪花點中尋找隊友的機器的。

正所謂,需求就是產品創新的最大動力

互聯網競技遊戲的風靡,成為了玩家購買最新顯卡的強大動力。

1994年,第一家開發這種市場需求、為遊戲玩家提供更高質量的3D圖形技術的公司誕生了,它的名字叫做3dfx Interactive。

現在,很多人應該都沒有聽說過這個名字,但是一提起它的主力產品“Voodoo”3D加速卡,老一代的玩家應該都記得。當年,隔壁寢室的同學,買的就是它。

為了更好的適配個人計算機,3dfx公司將SGI公司的GL語言簡化了,提出Glide語言,可以直接在該公司設計的3D芯片上運行,而不再需要中央處理器(CPU)的參與。

1996年,基於Glide語言的第一款遊戲《古墓麗影》問世。一經推出,奔跑中的勞拉就成為當年各大電子娛樂展覽會上一道亮麗的風景線。

覆盤成長股之三:英偉達

John Carmack,《DOOM》作者之一,多年後加入了Oculus任CTO

獨特的視角

1993年,黃仁勳辭去了美商巨積公司(LSI Logic)芯片工程師的職位,與來自太陽微系統(Sun Microsystems)的卡蒂斯·普利姆以及克里斯·馬拉科夫斯基,一道創辦了英偉達公司。

黃仁勳擔任CEO,普利姆擔任CTO,馬拉科夫斯基擔任硬件工程副總裁。

在當時,計算機行業正在熱議文字時代之後的方向,大家一致的共識是包括音頻、圖像和視頻在內的多媒體是未來的方向。

很自然,英偉達首款產品NV1圖形處理器的定位,就是成為多媒體時代的硬件標杆。1995年,產品推出之後,市場反應寥寥。既有性能的問題,又有市場定位的緣故,最終NV1失敗了。

與此同時,上文提到的3dfx公司憑藉Voodoo 3D加速卡,在商業上大獲成功。這讓初嘗敗績的黃仁勳靜下心來,思考公司未來的發展方向。

最終,英偉達放棄了尚未成型的多媒體市場,全力投入已經被市場證明其強大需求的桌面3D圖形領域。這次轉型代價巨大,英偉達不但放棄了自己原先在圖形處理方面積累的專利,還要從頭開始接納SGI公司提出的圖形管線方案。

眾所周知,在半導體行業有著一個著名的“摩爾定律”:每18個月,集成電路上可容納的晶體管數量便會翻一倍,從而提升一倍的性能。

有趣的是,我們看到英偉達的管理和技術團隊,卻聯合勾勒出一個更為激進的“路線圖”。

以顯著超越“摩爾定律”的速度,更快的提升3D圖形硬件的性能。

怎麼能做到這一點呢?

我們知道,晶體管的尺寸是單個芯片性能提升的關鍵。這就是半導體產業,製造工藝不斷縮小的原因,從130納米,一路走低到現在的14納米,甚至更低的尺寸規格。

更小的晶體管尺寸,意味著單位面積的芯片可以容納更多的晶體管,從而實現更高的性能。這是以英特爾為代表的中央處理器(CPU)選擇的路線圖。

而英偉達的想法更加直接,也更加暴力。他們一方面利用晶體管密度的提升,另一方面加大芯片面積本身,把兩者的空間用滿,全部用於增加並行處理器。

而能這樣做的前提,恰恰在於之前提到的圖形管線,每一個在管線中流水的三角形(組成三維虛擬世界的基本單元),所經歷的圖形計算是一樣的,因而可以並行的執行

“天下武功,唯快不敗”。

快起作用的前提,是此時此刻,3D圖形硬件所提供的算力,還遠遠不能滿足繪製高精度虛擬世界的基本需求。

正如英偉達當初的判斷:

“在市場需求方面,無論提供多少圖形處理器,市場幾乎總能消化掉。3D圖形技術對於圖形硬件算力的需求,幾乎沒有止境。”

芯片業的三班倒

18個月的“摩爾定律”,既是產品升級換代的週期,也是研發投入的週期。

除了硬件設計方向的與眾不同之外,在研發流程上,英偉達也做出了開創性的工作。

在英偉達公司內部,研發團隊被一分為三。每個團隊獨立擔負一款新產品的設計工作,仍然按照18個月的傳統研發週期運行。不同之處在於,這三個團隊之間形成了工作日程上的疊加效應,使得每6個月推出一款新產品成為可能。

這個流程設計,和流水線工廠晝夜不停的三班倒,十分類似。

創新之處在於,黃仁勳將它應用到了之前從未想過的芯片設計行業。

速度加快了3倍,導致了很多配套系統的變化。比如,任何原因導致的研發進度上的延遲,其後果都會同步的被放大到之前的3倍。這倒逼著英偉達重新思考很多的環節,如何能夠做到更高效。

作為硬件產品,芯片設計的錯誤成本,要遠遠高於軟件產品。更要命的是,常常需要到流片環節,一些bug才能夠充分的暴露出來。為了早發現問題,英偉達大力投資模擬與仿真工具(EDA),通過仿真軟件來發現芯片設計中的邏輯問題。

此外,英偉達還做出了一項有效提升硬件兼容性的工作。我們知道,硬件的穩定運行,有賴於所謂的驅動程序的作用。通常,驅動程序是由電路板製造商完成的,除了時間上的滯後之外,電路板製造商也有自己的小九九,通常會隱瞞一些驅動程序設計的關鍵,這就導致不同的製造商所寫出的驅動程序並不完全相同,這也是早期同樣的顯卡在這家主板上能夠穩定運行,卻在另外一家怎麼都點不亮的緣由。

為了解決這個問題,英偉達主動承擔芯片驅動程序的設計和管理工作,創造了統一驅動架構。英偉達發佈的所有芯片,均有統一驅動架構支持,可以方便的從互聯網下載,同時驅動程序做得很智能,會自動識別用戶的芯片類型,調用合適的安裝命令。

有了統一驅動架構打底,英偉達完成了另外一件工程上很了不起的事情,就是在真正的芯片出現之前的4-6個月,公司的驅動工程師就可以開始著手設計驅動程序了。

這一切,都源自於研發流程的再造。通過工序的解耦合,英偉達的研發流程做到了最大程度的並行化,一如它的圖形處理器(GPU)的設計理念。

高速奔跑

1997年4月,英偉達發佈了RIVA128,使得英偉達在NV1失敗之後成功的生存了下來。

1998年3月,英偉達發佈了RIVA TNT,第一次在產品性能上達到了3dfx的水準,從此開始佔據個人電腦的圖形硬件市場。

1999年5月,英偉達發佈了RIVA TNT2,並在3個月之後發佈了劃時代的產品Geforce 256,這是行業內第一個GPU。

1999年11月,英偉達推出了全球最快的工作站GPU:Quado,從此成為圖形專業人員的標配。

到了這個階段,價值100美元的圖形處理芯片,所擁有的計算能力比1992年價值10萬美元的SGI高端工作站還要快。

這就是超越“摩爾定律”的速度,所帶來的“反摩爾定律”的真實寫照:7年時間,更快的算力,價格下降了1000倍

在此之後,英偉達仍在高速奔跑。2002-2007年間,以填充率,即每秒輸出的像素數量,作為性能指標來衡量,圖形芯片年均性能增長率為62%

新的疆域

2008年的金融危機,也嚴重的影響了芯片設計行業。

2009年,一直以來傲立潮頭的英偉達感受到的是行業的衰退。當年SGI公司提出的圖形管線,已經在個人電腦上完全變成了現實;大多數的遊戲玩家所享受到的視聽體驗已經足夠好了;DirectX以及OpenGL的編程接口變得越來越複雜,大多數遊戲公司已經無法全部掌握;這一切,使得遊戲玩家追捧英偉達公司的下一代圖形芯片的熱情不再迫切。

一句話,產品市場份額的擴大,隨著行業水平的提升,到了瓶頸。

每當企業發展到了平臺期,就是考驗企業戰略調整能力的時候。

我們看到,英偉達在穩固既有PC市場的同時,開始向兩個方向進行業務的延伸。

第一個,是進入通用計算領域,即所謂的GPGPU。通過推出CUDA軟件接口,讓原本專注於三角形繪製的圖形管線的計算能力,能夠服務於更為通用的並行計算。支持這一理念的新型硬件被命名為Tesla。

2010年11月,我國的研究人員基於Tesla芯片,設計出全世界運算速度最快的超級計算機,證明了GPU擁有超越CPU的強大算力。

至此之後,Tesla芯片成為各大雲計算中心、超算中心的標配。

第二個,是進入移動端,推出Tegra芯片,以更輕量的方式完成自我革命。除了用於智能手機、上網本以及遊戲機之外,還可以用於汽車的自動駕駛。

到目前來看,這兩大業務擴張的發展勢頭,都還是不錯的。當然,也都面臨著新的競爭。

英偉達的這一輪大發展,順應了多個領域對於算力的迫切需求,主要包括:以實時光線跟蹤為代表的高保真三維圖形繪製,以深度神經網絡為代表的基於海量數據的人工智能,和以機器視覺為代表的自動駕駛等等。

這其中,最為有趣的一點是,近年來比特幣的流行,讓挖礦所需的算力成為一種可以直接變現的生產力,從而間接的推動了提供海量算力的並行計算芯片的市場需求,一度讓英偉達的顯卡賣斷了貨。

到了這個階段的英偉達,在黃仁勳的口中,變身為一家AI公司

覆盤成長股之三:英偉達

Ian Buck:NVidia CUDA的發明人

競爭優勢

在覆盤英偉達的過程中,突出的感受是比競爭對手更快

而更快的實現,依賴著獨特的洞見,既包括芯片設計上以算力增長(而不是密度增長)為優先考量,又包括研發流程上解耦合之後帶來的提前量。

兩者相互促進的共同優勢,使得英偉達能夠以3倍於同行的速度進行新產品設計。

在行業發展的初期,憑藉速度,英偉達既成功的超越了同行SGI和3dfx,又讓身邊的巨人比如英特爾無法有效進入。

當100美元的芯片能夠與10萬美元高端工作站相媲美的時候,SGI離黯然落幕就不遠了。

2006年,一度市值超越70億美元的SGI,宣告破產。

同樣來自於SGI的工程師,後來創辦了ArtX,2000年的時候加拿大冶天科技公司(ATI)收購了ArtX,同時仿照英偉達將開發流程縮短到6個月,效果立竿見影,ATI公司成功推出了可以和英偉達芯片相媲美的ATI芯片。

2006年,英特爾的勁敵AMD公司收購了ATI,至今仍然是英偉達強勁的對手。

截至2019年9月10日收盤,英偉達公司市值為1116億美元,英特爾公司市值為2296億美元,超微半導體(AMD)公司市值為328億美元。大致代表了它們之間的相對實力。

財務表現

我們再來看看英偉達的財務表現。

在長達14年的時間週期裡,英偉達保持了近30%的營收、淨利潤、淨資產和總資產的平均增長率(以當期在累計中佔比衡量),確實堪稱長期成長股。

覆盤成長股之三:英偉達

英偉達2005年以來的增長指標

從現金流的角度來看,14年間累計經營現金流足以支撐資本開支,還允許一定的利潤分配。從具體年份來看,比如2011年以及2018年,投資現金流的淨流出金額超過了當年的經營現金流淨流入金額。

從現金餘額來看,英偉達並不像其他高科技公司,保留了大量的現金儲備,14年的平均值(9.68億美元)顯著低於營業現金流的平均值(12.33億美元)。

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覆盤成長股之三:英偉達

英偉達創始人之一:黃仁勳

圖形的開端

自從馮·諾伊曼提出通用計算機架構之後,長期以來大家對於計算機的理解,都還停留在更高級的計算器的階段。

從早期的打孔紙帶,到後來的有限色彩的監視器,計算機與人類的互動,充滿了機械感。

到了上世紀60年代,美國猶他大學的伊萬·薩瑟蘭和戴維·埃文斯做了一系列的研究工作,逐步構建起現代3D圖形系統的基礎要素。

當時的計算機硬件條件,遠不具備實現這些美好願景的能力,所以這些早期的探索性工作更多的還是停留在高深的理論層面。

儘管如此,猶他大學培養出的學生,在原創性思想的薰陶下,不少在日後成長為新興的圖形工業界的領導者。

這其中,就包括了SGI公司的創辦者,吉姆·克拉克。

1982年,尚在斯坦福大學深造的吉姆,萌生出製造世界上速度最快的高分辨率圖形工作站的想法,為此成立了硅谷圖形公司(SGI)。

圖形硬件製造的前提,是需要定義一套標準的圖形軟件接口。SGI在業界率先提出了日後影響深遠的圖形語言(GL),一舉成為行業標杆。

GL將圖形的繪製過程分解為若干個基本步驟,包括虛擬攝像機和三維模型的擺放,光照的處理,屏幕像素的融合等等。

這其中,最為關鍵的一點是:表達物理世界的三維模型,最終被分解為一個個獨立的三角形,各自通過一系列的圖形計算,最終呈現在屏幕上。

這個稱之為圖形管線(Graphics Pipeline)的計算範式,為日後圖形硬件的大發展奠定了堅實的基礎。

十年之後,1992年,SGI公司終於完成了全部圖形管線的硬件實現。

擁有這項功能的SGI工作站,大約4英尺高,售價超過10萬美元。人們第一次感受到“虛擬現實”的可行性,並通過它的強大算力,製作了以《侏羅紀公園》為代表的科幻電影。

玩家一號

隨著計算機芯片的處理能力不斷提高,人們在思索還能用計算機做什麼。

1991年,兩個年輕人給出了自己的答案,他們就是ID Software的創始人,約翰·卡馬克和約翰··羅梅羅。

兩位約翰的結合,完美的詮釋了一流的產品經理和一流的程序員發生化學反應之後,能夠做出怎樣的開創性產品。

兩人聯合打造的《DOOM》,成為了互動遊戲的現象級爆款產品,無數玩家驚訝於它的優異視覺效果、畫面轉換的流暢度,以及驚心動魄、扣人心絃的關卡設計。

《DOOM》之後,ID Software推出了更為震撼的《QUAKE》,允許多名玩家在線競技,一時間風靡全球。

我在上大學的時候,不少同學都是為了能夠更好的玩《QUAKE》,花去不菲的家庭積蓄購買了最新的計算機硬件。

在當時,如果擁有一塊3D加速卡,其光影特效所帶來的巨大視覺衝擊,是可以完爆其他在雪花點中尋找隊友的機器的。

正所謂,需求就是產品創新的最大動力

互聯網競技遊戲的風靡,成為了玩家購買最新顯卡的強大動力。

1994年,第一家開發這種市場需求、為遊戲玩家提供更高質量的3D圖形技術的公司誕生了,它的名字叫做3dfx Interactive。

現在,很多人應該都沒有聽說過這個名字,但是一提起它的主力產品“Voodoo”3D加速卡,老一代的玩家應該都記得。當年,隔壁寢室的同學,買的就是它。

為了更好的適配個人計算機,3dfx公司將SGI公司的GL語言簡化了,提出Glide語言,可以直接在該公司設計的3D芯片上運行,而不再需要中央處理器(CPU)的參與。

1996年,基於Glide語言的第一款遊戲《古墓麗影》問世。一經推出,奔跑中的勞拉就成為當年各大電子娛樂展覽會上一道亮麗的風景線。

覆盤成長股之三:英偉達

John Carmack,《DOOM》作者之一,多年後加入了Oculus任CTO

獨特的視角

1993年,黃仁勳辭去了美商巨積公司(LSI Logic)芯片工程師的職位,與來自太陽微系統(Sun Microsystems)的卡蒂斯·普利姆以及克里斯·馬拉科夫斯基,一道創辦了英偉達公司。

黃仁勳擔任CEO,普利姆擔任CTO,馬拉科夫斯基擔任硬件工程副總裁。

在當時,計算機行業正在熱議文字時代之後的方向,大家一致的共識是包括音頻、圖像和視頻在內的多媒體是未來的方向。

很自然,英偉達首款產品NV1圖形處理器的定位,就是成為多媒體時代的硬件標杆。1995年,產品推出之後,市場反應寥寥。既有性能的問題,又有市場定位的緣故,最終NV1失敗了。

與此同時,上文提到的3dfx公司憑藉Voodoo 3D加速卡,在商業上大獲成功。這讓初嘗敗績的黃仁勳靜下心來,思考公司未來的發展方向。

最終,英偉達放棄了尚未成型的多媒體市場,全力投入已經被市場證明其強大需求的桌面3D圖形領域。這次轉型代價巨大,英偉達不但放棄了自己原先在圖形處理方面積累的專利,還要從頭開始接納SGI公司提出的圖形管線方案。

眾所周知,在半導體行業有著一個著名的“摩爾定律”:每18個月,集成電路上可容納的晶體管數量便會翻一倍,從而提升一倍的性能。

有趣的是,我們看到英偉達的管理和技術團隊,卻聯合勾勒出一個更為激進的“路線圖”。

以顯著超越“摩爾定律”的速度,更快的提升3D圖形硬件的性能。

怎麼能做到這一點呢?

我們知道,晶體管的尺寸是單個芯片性能提升的關鍵。這就是半導體產業,製造工藝不斷縮小的原因,從130納米,一路走低到現在的14納米,甚至更低的尺寸規格。

更小的晶體管尺寸,意味著單位面積的芯片可以容納更多的晶體管,從而實現更高的性能。這是以英特爾為代表的中央處理器(CPU)選擇的路線圖。

而英偉達的想法更加直接,也更加暴力。他們一方面利用晶體管密度的提升,另一方面加大芯片面積本身,把兩者的空間用滿,全部用於增加並行處理器。

而能這樣做的前提,恰恰在於之前提到的圖形管線,每一個在管線中流水的三角形(組成三維虛擬世界的基本單元),所經歷的圖形計算是一樣的,因而可以並行的執行

“天下武功,唯快不敗”。

快起作用的前提,是此時此刻,3D圖形硬件所提供的算力,還遠遠不能滿足繪製高精度虛擬世界的基本需求。

正如英偉達當初的判斷:

“在市場需求方面,無論提供多少圖形處理器,市場幾乎總能消化掉。3D圖形技術對於圖形硬件算力的需求,幾乎沒有止境。”

芯片業的三班倒

18個月的“摩爾定律”,既是產品升級換代的週期,也是研發投入的週期。

除了硬件設計方向的與眾不同之外,在研發流程上,英偉達也做出了開創性的工作。

在英偉達公司內部,研發團隊被一分為三。每個團隊獨立擔負一款新產品的設計工作,仍然按照18個月的傳統研發週期運行。不同之處在於,這三個團隊之間形成了工作日程上的疊加效應,使得每6個月推出一款新產品成為可能。

這個流程設計,和流水線工廠晝夜不停的三班倒,十分類似。

創新之處在於,黃仁勳將它應用到了之前從未想過的芯片設計行業。

速度加快了3倍,導致了很多配套系統的變化。比如,任何原因導致的研發進度上的延遲,其後果都會同步的被放大到之前的3倍。這倒逼著英偉達重新思考很多的環節,如何能夠做到更高效。

作為硬件產品,芯片設計的錯誤成本,要遠遠高於軟件產品。更要命的是,常常需要到流片環節,一些bug才能夠充分的暴露出來。為了早發現問題,英偉達大力投資模擬與仿真工具(EDA),通過仿真軟件來發現芯片設計中的邏輯問題。

此外,英偉達還做出了一項有效提升硬件兼容性的工作。我們知道,硬件的穩定運行,有賴於所謂的驅動程序的作用。通常,驅動程序是由電路板製造商完成的,除了時間上的滯後之外,電路板製造商也有自己的小九九,通常會隱瞞一些驅動程序設計的關鍵,這就導致不同的製造商所寫出的驅動程序並不完全相同,這也是早期同樣的顯卡在這家主板上能夠穩定運行,卻在另外一家怎麼都點不亮的緣由。

為了解決這個問題,英偉達主動承擔芯片驅動程序的設計和管理工作,創造了統一驅動架構。英偉達發佈的所有芯片,均有統一驅動架構支持,可以方便的從互聯網下載,同時驅動程序做得很智能,會自動識別用戶的芯片類型,調用合適的安裝命令。

有了統一驅動架構打底,英偉達完成了另外一件工程上很了不起的事情,就是在真正的芯片出現之前的4-6個月,公司的驅動工程師就可以開始著手設計驅動程序了。

這一切,都源自於研發流程的再造。通過工序的解耦合,英偉達的研發流程做到了最大程度的並行化,一如它的圖形處理器(GPU)的設計理念。

高速奔跑

1997年4月,英偉達發佈了RIVA128,使得英偉達在NV1失敗之後成功的生存了下來。

1998年3月,英偉達發佈了RIVA TNT,第一次在產品性能上達到了3dfx的水準,從此開始佔據個人電腦的圖形硬件市場。

1999年5月,英偉達發佈了RIVA TNT2,並在3個月之後發佈了劃時代的產品Geforce 256,這是行業內第一個GPU。

1999年11月,英偉達推出了全球最快的工作站GPU:Quado,從此成為圖形專業人員的標配。

到了這個階段,價值100美元的圖形處理芯片,所擁有的計算能力比1992年價值10萬美元的SGI高端工作站還要快。

這就是超越“摩爾定律”的速度,所帶來的“反摩爾定律”的真實寫照:7年時間,更快的算力,價格下降了1000倍

在此之後,英偉達仍在高速奔跑。2002-2007年間,以填充率,即每秒輸出的像素數量,作為性能指標來衡量,圖形芯片年均性能增長率為62%

新的疆域

2008年的金融危機,也嚴重的影響了芯片設計行業。

2009年,一直以來傲立潮頭的英偉達感受到的是行業的衰退。當年SGI公司提出的圖形管線,已經在個人電腦上完全變成了現實;大多數的遊戲玩家所享受到的視聽體驗已經足夠好了;DirectX以及OpenGL的編程接口變得越來越複雜,大多數遊戲公司已經無法全部掌握;這一切,使得遊戲玩家追捧英偉達公司的下一代圖形芯片的熱情不再迫切。

一句話,產品市場份額的擴大,隨著行業水平的提升,到了瓶頸。

每當企業發展到了平臺期,就是考驗企業戰略調整能力的時候。

我們看到,英偉達在穩固既有PC市場的同時,開始向兩個方向進行業務的延伸。

第一個,是進入通用計算領域,即所謂的GPGPU。通過推出CUDA軟件接口,讓原本專注於三角形繪製的圖形管線的計算能力,能夠服務於更為通用的並行計算。支持這一理念的新型硬件被命名為Tesla。

2010年11月,我國的研究人員基於Tesla芯片,設計出全世界運算速度最快的超級計算機,證明了GPU擁有超越CPU的強大算力。

至此之後,Tesla芯片成為各大雲計算中心、超算中心的標配。

第二個,是進入移動端,推出Tegra芯片,以更輕量的方式完成自我革命。除了用於智能手機、上網本以及遊戲機之外,還可以用於汽車的自動駕駛。

到目前來看,這兩大業務擴張的發展勢頭,都還是不錯的。當然,也都面臨著新的競爭。

英偉達的這一輪大發展,順應了多個領域對於算力的迫切需求,主要包括:以實時光線跟蹤為代表的高保真三維圖形繪製,以深度神經網絡為代表的基於海量數據的人工智能,和以機器視覺為代表的自動駕駛等等。

這其中,最為有趣的一點是,近年來比特幣的流行,讓挖礦所需的算力成為一種可以直接變現的生產力,從而間接的推動了提供海量算力的並行計算芯片的市場需求,一度讓英偉達的顯卡賣斷了貨。

到了這個階段的英偉達,在黃仁勳的口中,變身為一家AI公司

覆盤成長股之三:英偉達

Ian Buck:NVidia CUDA的發明人

競爭優勢

在覆盤英偉達的過程中,突出的感受是比競爭對手更快

而更快的實現,依賴著獨特的洞見,既包括芯片設計上以算力增長(而不是密度增長)為優先考量,又包括研發流程上解耦合之後帶來的提前量。

兩者相互促進的共同優勢,使得英偉達能夠以3倍於同行的速度進行新產品設計。

在行業發展的初期,憑藉速度,英偉達既成功的超越了同行SGI和3dfx,又讓身邊的巨人比如英特爾無法有效進入。

當100美元的芯片能夠與10萬美元高端工作站相媲美的時候,SGI離黯然落幕就不遠了。

2006年,一度市值超越70億美元的SGI,宣告破產。

同樣來自於SGI的工程師,後來創辦了ArtX,2000年的時候加拿大冶天科技公司(ATI)收購了ArtX,同時仿照英偉達將開發流程縮短到6個月,效果立竿見影,ATI公司成功推出了可以和英偉達芯片相媲美的ATI芯片。

2006年,英特爾的勁敵AMD公司收購了ATI,至今仍然是英偉達強勁的對手。

截至2019年9月10日收盤,英偉達公司市值為1116億美元,英特爾公司市值為2296億美元,超微半導體(AMD)公司市值為328億美元。大致代表了它們之間的相對實力。

財務表現

我們再來看看英偉達的財務表現。

在長達14年的時間週期裡,英偉達保持了近30%的營收、淨利潤、淨資產和總資產的平均增長率(以當期在累計中佔比衡量),確實堪稱長期成長股。

覆盤成長股之三:英偉達

英偉達2005年以來的增長指標

從現金流的角度來看,14年間累計經營現金流足以支撐資本開支,還允許一定的利潤分配。從具體年份來看,比如2011年以及2018年,投資現金流的淨流出金額超過了當年的經營現金流淨流入金額。

從現金餘額來看,英偉達並不像其他高科技公司,保留了大量的現金儲備,14年的平均值(9.68億美元)顯著低於營業現金流的平均值(12.33億美元)。

覆盤成長股之三:英偉達

英偉達2005年以來的現金流指標

關鍵財務指標方面,有兩點值得說一說:第一,ROE的週期性波動還是挺明顯的,一定程度上解釋了巴菲特對於高科技行業股票投資保持謹慎的原因;第二,營業週期14年均值為117.42天,大約相當於4個月,從週轉的角度來看,還是挺快的。

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覆盤成長股之三:英偉達

英偉達創始人之一:黃仁勳

圖形的開端

自從馮·諾伊曼提出通用計算機架構之後,長期以來大家對於計算機的理解,都還停留在更高級的計算器的階段。

從早期的打孔紙帶,到後來的有限色彩的監視器,計算機與人類的互動,充滿了機械感。

到了上世紀60年代,美國猶他大學的伊萬·薩瑟蘭和戴維·埃文斯做了一系列的研究工作,逐步構建起現代3D圖形系統的基礎要素。

當時的計算機硬件條件,遠不具備實現這些美好願景的能力,所以這些早期的探索性工作更多的還是停留在高深的理論層面。

儘管如此,猶他大學培養出的學生,在原創性思想的薰陶下,不少在日後成長為新興的圖形工業界的領導者。

這其中,就包括了SGI公司的創辦者,吉姆·克拉克。

1982年,尚在斯坦福大學深造的吉姆,萌生出製造世界上速度最快的高分辨率圖形工作站的想法,為此成立了硅谷圖形公司(SGI)。

圖形硬件製造的前提,是需要定義一套標準的圖形軟件接口。SGI在業界率先提出了日後影響深遠的圖形語言(GL),一舉成為行業標杆。

GL將圖形的繪製過程分解為若干個基本步驟,包括虛擬攝像機和三維模型的擺放,光照的處理,屏幕像素的融合等等。

這其中,最為關鍵的一點是:表達物理世界的三維模型,最終被分解為一個個獨立的三角形,各自通過一系列的圖形計算,最終呈現在屏幕上。

這個稱之為圖形管線(Graphics Pipeline)的計算範式,為日後圖形硬件的大發展奠定了堅實的基礎。

十年之後,1992年,SGI公司終於完成了全部圖形管線的硬件實現。

擁有這項功能的SGI工作站,大約4英尺高,售價超過10萬美元。人們第一次感受到“虛擬現實”的可行性,並通過它的強大算力,製作了以《侏羅紀公園》為代表的科幻電影。

玩家一號

隨著計算機芯片的處理能力不斷提高,人們在思索還能用計算機做什麼。

1991年,兩個年輕人給出了自己的答案,他們就是ID Software的創始人,約翰·卡馬克和約翰··羅梅羅。

兩位約翰的結合,完美的詮釋了一流的產品經理和一流的程序員發生化學反應之後,能夠做出怎樣的開創性產品。

兩人聯合打造的《DOOM》,成為了互動遊戲的現象級爆款產品,無數玩家驚訝於它的優異視覺效果、畫面轉換的流暢度,以及驚心動魄、扣人心絃的關卡設計。

《DOOM》之後,ID Software推出了更為震撼的《QUAKE》,允許多名玩家在線競技,一時間風靡全球。

我在上大學的時候,不少同學都是為了能夠更好的玩《QUAKE》,花去不菲的家庭積蓄購買了最新的計算機硬件。

在當時,如果擁有一塊3D加速卡,其光影特效所帶來的巨大視覺衝擊,是可以完爆其他在雪花點中尋找隊友的機器的。

正所謂,需求就是產品創新的最大動力

互聯網競技遊戲的風靡,成為了玩家購買最新顯卡的強大動力。

1994年,第一家開發這種市場需求、為遊戲玩家提供更高質量的3D圖形技術的公司誕生了,它的名字叫做3dfx Interactive。

現在,很多人應該都沒有聽說過這個名字,但是一提起它的主力產品“Voodoo”3D加速卡,老一代的玩家應該都記得。當年,隔壁寢室的同學,買的就是它。

為了更好的適配個人計算機,3dfx公司將SGI公司的GL語言簡化了,提出Glide語言,可以直接在該公司設計的3D芯片上運行,而不再需要中央處理器(CPU)的參與。

1996年,基於Glide語言的第一款遊戲《古墓麗影》問世。一經推出,奔跑中的勞拉就成為當年各大電子娛樂展覽會上一道亮麗的風景線。

覆盤成長股之三:英偉達

John Carmack,《DOOM》作者之一,多年後加入了Oculus任CTO

獨特的視角

1993年,黃仁勳辭去了美商巨積公司(LSI Logic)芯片工程師的職位,與來自太陽微系統(Sun Microsystems)的卡蒂斯·普利姆以及克里斯·馬拉科夫斯基,一道創辦了英偉達公司。

黃仁勳擔任CEO,普利姆擔任CTO,馬拉科夫斯基擔任硬件工程副總裁。

在當時,計算機行業正在熱議文字時代之後的方向,大家一致的共識是包括音頻、圖像和視頻在內的多媒體是未來的方向。

很自然,英偉達首款產品NV1圖形處理器的定位,就是成為多媒體時代的硬件標杆。1995年,產品推出之後,市場反應寥寥。既有性能的問題,又有市場定位的緣故,最終NV1失敗了。

與此同時,上文提到的3dfx公司憑藉Voodoo 3D加速卡,在商業上大獲成功。這讓初嘗敗績的黃仁勳靜下心來,思考公司未來的發展方向。

最終,英偉達放棄了尚未成型的多媒體市場,全力投入已經被市場證明其強大需求的桌面3D圖形領域。這次轉型代價巨大,英偉達不但放棄了自己原先在圖形處理方面積累的專利,還要從頭開始接納SGI公司提出的圖形管線方案。

眾所周知,在半導體行業有著一個著名的“摩爾定律”:每18個月,集成電路上可容納的晶體管數量便會翻一倍,從而提升一倍的性能。

有趣的是,我們看到英偉達的管理和技術團隊,卻聯合勾勒出一個更為激進的“路線圖”。

以顯著超越“摩爾定律”的速度,更快的提升3D圖形硬件的性能。

怎麼能做到這一點呢?

我們知道,晶體管的尺寸是單個芯片性能提升的關鍵。這就是半導體產業,製造工藝不斷縮小的原因,從130納米,一路走低到現在的14納米,甚至更低的尺寸規格。

更小的晶體管尺寸,意味著單位面積的芯片可以容納更多的晶體管,從而實現更高的性能。這是以英特爾為代表的中央處理器(CPU)選擇的路線圖。

而英偉達的想法更加直接,也更加暴力。他們一方面利用晶體管密度的提升,另一方面加大芯片面積本身,把兩者的空間用滿,全部用於增加並行處理器。

而能這樣做的前提,恰恰在於之前提到的圖形管線,每一個在管線中流水的三角形(組成三維虛擬世界的基本單元),所經歷的圖形計算是一樣的,因而可以並行的執行

“天下武功,唯快不敗”。

快起作用的前提,是此時此刻,3D圖形硬件所提供的算力,還遠遠不能滿足繪製高精度虛擬世界的基本需求。

正如英偉達當初的判斷:

“在市場需求方面,無論提供多少圖形處理器,市場幾乎總能消化掉。3D圖形技術對於圖形硬件算力的需求,幾乎沒有止境。”

芯片業的三班倒

18個月的“摩爾定律”,既是產品升級換代的週期,也是研發投入的週期。

除了硬件設計方向的與眾不同之外,在研發流程上,英偉達也做出了開創性的工作。

在英偉達公司內部,研發團隊被一分為三。每個團隊獨立擔負一款新產品的設計工作,仍然按照18個月的傳統研發週期運行。不同之處在於,這三個團隊之間形成了工作日程上的疊加效應,使得每6個月推出一款新產品成為可能。

這個流程設計,和流水線工廠晝夜不停的三班倒,十分類似。

創新之處在於,黃仁勳將它應用到了之前從未想過的芯片設計行業。

速度加快了3倍,導致了很多配套系統的變化。比如,任何原因導致的研發進度上的延遲,其後果都會同步的被放大到之前的3倍。這倒逼著英偉達重新思考很多的環節,如何能夠做到更高效。

作為硬件產品,芯片設計的錯誤成本,要遠遠高於軟件產品。更要命的是,常常需要到流片環節,一些bug才能夠充分的暴露出來。為了早發現問題,英偉達大力投資模擬與仿真工具(EDA),通過仿真軟件來發現芯片設計中的邏輯問題。

此外,英偉達還做出了一項有效提升硬件兼容性的工作。我們知道,硬件的穩定運行,有賴於所謂的驅動程序的作用。通常,驅動程序是由電路板製造商完成的,除了時間上的滯後之外,電路板製造商也有自己的小九九,通常會隱瞞一些驅動程序設計的關鍵,這就導致不同的製造商所寫出的驅動程序並不完全相同,這也是早期同樣的顯卡在這家主板上能夠穩定運行,卻在另外一家怎麼都點不亮的緣由。

為了解決這個問題,英偉達主動承擔芯片驅動程序的設計和管理工作,創造了統一驅動架構。英偉達發佈的所有芯片,均有統一驅動架構支持,可以方便的從互聯網下載,同時驅動程序做得很智能,會自動識別用戶的芯片類型,調用合適的安裝命令。

有了統一驅動架構打底,英偉達完成了另外一件工程上很了不起的事情,就是在真正的芯片出現之前的4-6個月,公司的驅動工程師就可以開始著手設計驅動程序了。

這一切,都源自於研發流程的再造。通過工序的解耦合,英偉達的研發流程做到了最大程度的並行化,一如它的圖形處理器(GPU)的設計理念。

高速奔跑

1997年4月,英偉達發佈了RIVA128,使得英偉達在NV1失敗之後成功的生存了下來。

1998年3月,英偉達發佈了RIVA TNT,第一次在產品性能上達到了3dfx的水準,從此開始佔據個人電腦的圖形硬件市場。

1999年5月,英偉達發佈了RIVA TNT2,並在3個月之後發佈了劃時代的產品Geforce 256,這是行業內第一個GPU。

1999年11月,英偉達推出了全球最快的工作站GPU:Quado,從此成為圖形專業人員的標配。

到了這個階段,價值100美元的圖形處理芯片,所擁有的計算能力比1992年價值10萬美元的SGI高端工作站還要快。

這就是超越“摩爾定律”的速度,所帶來的“反摩爾定律”的真實寫照:7年時間,更快的算力,價格下降了1000倍

在此之後,英偉達仍在高速奔跑。2002-2007年間,以填充率,即每秒輸出的像素數量,作為性能指標來衡量,圖形芯片年均性能增長率為62%

新的疆域

2008年的金融危機,也嚴重的影響了芯片設計行業。

2009年,一直以來傲立潮頭的英偉達感受到的是行業的衰退。當年SGI公司提出的圖形管線,已經在個人電腦上完全變成了現實;大多數的遊戲玩家所享受到的視聽體驗已經足夠好了;DirectX以及OpenGL的編程接口變得越來越複雜,大多數遊戲公司已經無法全部掌握;這一切,使得遊戲玩家追捧英偉達公司的下一代圖形芯片的熱情不再迫切。

一句話,產品市場份額的擴大,隨著行業水平的提升,到了瓶頸。

每當企業發展到了平臺期,就是考驗企業戰略調整能力的時候。

我們看到,英偉達在穩固既有PC市場的同時,開始向兩個方向進行業務的延伸。

第一個,是進入通用計算領域,即所謂的GPGPU。通過推出CUDA軟件接口,讓原本專注於三角形繪製的圖形管線的計算能力,能夠服務於更為通用的並行計算。支持這一理念的新型硬件被命名為Tesla。

2010年11月,我國的研究人員基於Tesla芯片,設計出全世界運算速度最快的超級計算機,證明了GPU擁有超越CPU的強大算力。

至此之後,Tesla芯片成為各大雲計算中心、超算中心的標配。

第二個,是進入移動端,推出Tegra芯片,以更輕量的方式完成自我革命。除了用於智能手機、上網本以及遊戲機之外,還可以用於汽車的自動駕駛。

到目前來看,這兩大業務擴張的發展勢頭,都還是不錯的。當然,也都面臨著新的競爭。

英偉達的這一輪大發展,順應了多個領域對於算力的迫切需求,主要包括:以實時光線跟蹤為代表的高保真三維圖形繪製,以深度神經網絡為代表的基於海量數據的人工智能,和以機器視覺為代表的自動駕駛等等。

這其中,最為有趣的一點是,近年來比特幣的流行,讓挖礦所需的算力成為一種可以直接變現的生產力,從而間接的推動了提供海量算力的並行計算芯片的市場需求,一度讓英偉達的顯卡賣斷了貨。

到了這個階段的英偉達,在黃仁勳的口中,變身為一家AI公司

覆盤成長股之三:英偉達

Ian Buck:NVidia CUDA的發明人

競爭優勢

在覆盤英偉達的過程中,突出的感受是比競爭對手更快

而更快的實現,依賴著獨特的洞見,既包括芯片設計上以算力增長(而不是密度增長)為優先考量,又包括研發流程上解耦合之後帶來的提前量。

兩者相互促進的共同優勢,使得英偉達能夠以3倍於同行的速度進行新產品設計。

在行業發展的初期,憑藉速度,英偉達既成功的超越了同行SGI和3dfx,又讓身邊的巨人比如英特爾無法有效進入。

當100美元的芯片能夠與10萬美元高端工作站相媲美的時候,SGI離黯然落幕就不遠了。

2006年,一度市值超越70億美元的SGI,宣告破產。

同樣來自於SGI的工程師,後來創辦了ArtX,2000年的時候加拿大冶天科技公司(ATI)收購了ArtX,同時仿照英偉達將開發流程縮短到6個月,效果立竿見影,ATI公司成功推出了可以和英偉達芯片相媲美的ATI芯片。

2006年,英特爾的勁敵AMD公司收購了ATI,至今仍然是英偉達強勁的對手。

截至2019年9月10日收盤,英偉達公司市值為1116億美元,英特爾公司市值為2296億美元,超微半導體(AMD)公司市值為328億美元。大致代表了它們之間的相對實力。

財務表現

我們再來看看英偉達的財務表現。

在長達14年的時間週期裡,英偉達保持了近30%的營收、淨利潤、淨資產和總資產的平均增長率(以當期在累計中佔比衡量),確實堪稱長期成長股。

覆盤成長股之三:英偉達

英偉達2005年以來的增長指標

從現金流的角度來看,14年間累計經營現金流足以支撐資本開支,還允許一定的利潤分配。從具體年份來看,比如2011年以及2018年,投資現金流的淨流出金額超過了當年的經營現金流淨流入金額。

從現金餘額來看,英偉達並不像其他高科技公司,保留了大量的現金儲備,14年的平均值(9.68億美元)顯著低於營業現金流的平均值(12.33億美元)。

覆盤成長股之三:英偉達

英偉達2005年以來的現金流指標

關鍵財務指標方面,有兩點值得說一說:第一,ROE的週期性波動還是挺明顯的,一定程度上解釋了巴菲特對於高科技行業股票投資保持謹慎的原因;第二,營業週期14年均值為117.42天,大約相當於4個月,從週轉的角度來看,還是挺快的。

覆盤成長股之三:英偉達

英偉達2005年以來的關鍵財務比率

總結

進入投資領域之前,在我所從事的計算機細分領域中,幾乎無人不知英偉達。

2013年的夏天,當我坐在加州聖何塞的會議中心,近距離聆聽黃仁勳大談GPU的最新應用時,就認準了這會是未來的方向。

回國之後,我為所服務的軟件公司,提出了全面擁抱GPU的建議,並得到了管理層的採納。這也成為該旗艦軟件之後數年的主題之一。

回想這段過往經歷,不禁再一次感慨,儘管當時我已具備前沿技術及其商業化落地的敏感性,然而對於其中所蘊含的投資價值卻幾乎一無所知。

真應了那句話:同一個世界,不同的人,會看到不同的風景。

現在,我在嘗試轉換視角,去領略不同的風景。

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覆盤成長股之三:英偉達

英偉達創始人之一:黃仁勳

圖形的開端

自從馮·諾伊曼提出通用計算機架構之後,長期以來大家對於計算機的理解,都還停留在更高級的計算器的階段。

從早期的打孔紙帶,到後來的有限色彩的監視器,計算機與人類的互動,充滿了機械感。

到了上世紀60年代,美國猶他大學的伊萬·薩瑟蘭和戴維·埃文斯做了一系列的研究工作,逐步構建起現代3D圖形系統的基礎要素。

當時的計算機硬件條件,遠不具備實現這些美好願景的能力,所以這些早期的探索性工作更多的還是停留在高深的理論層面。

儘管如此,猶他大學培養出的學生,在原創性思想的薰陶下,不少在日後成長為新興的圖形工業界的領導者。

這其中,就包括了SGI公司的創辦者,吉姆·克拉克。

1982年,尚在斯坦福大學深造的吉姆,萌生出製造世界上速度最快的高分辨率圖形工作站的想法,為此成立了硅谷圖形公司(SGI)。

圖形硬件製造的前提,是需要定義一套標準的圖形軟件接口。SGI在業界率先提出了日後影響深遠的圖形語言(GL),一舉成為行業標杆。

GL將圖形的繪製過程分解為若干個基本步驟,包括虛擬攝像機和三維模型的擺放,光照的處理,屏幕像素的融合等等。

這其中,最為關鍵的一點是:表達物理世界的三維模型,最終被分解為一個個獨立的三角形,各自通過一系列的圖形計算,最終呈現在屏幕上。

這個稱之為圖形管線(Graphics Pipeline)的計算範式,為日後圖形硬件的大發展奠定了堅實的基礎。

十年之後,1992年,SGI公司終於完成了全部圖形管線的硬件實現。

擁有這項功能的SGI工作站,大約4英尺高,售價超過10萬美元。人們第一次感受到“虛擬現實”的可行性,並通過它的強大算力,製作了以《侏羅紀公園》為代表的科幻電影。

玩家一號

隨著計算機芯片的處理能力不斷提高,人們在思索還能用計算機做什麼。

1991年,兩個年輕人給出了自己的答案,他們就是ID Software的創始人,約翰·卡馬克和約翰··羅梅羅。

兩位約翰的結合,完美的詮釋了一流的產品經理和一流的程序員發生化學反應之後,能夠做出怎樣的開創性產品。

兩人聯合打造的《DOOM》,成為了互動遊戲的現象級爆款產品,無數玩家驚訝於它的優異視覺效果、畫面轉換的流暢度,以及驚心動魄、扣人心絃的關卡設計。

《DOOM》之後,ID Software推出了更為震撼的《QUAKE》,允許多名玩家在線競技,一時間風靡全球。

我在上大學的時候,不少同學都是為了能夠更好的玩《QUAKE》,花去不菲的家庭積蓄購買了最新的計算機硬件。

在當時,如果擁有一塊3D加速卡,其光影特效所帶來的巨大視覺衝擊,是可以完爆其他在雪花點中尋找隊友的機器的。

正所謂,需求就是產品創新的最大動力

互聯網競技遊戲的風靡,成為了玩家購買最新顯卡的強大動力。

1994年,第一家開發這種市場需求、為遊戲玩家提供更高質量的3D圖形技術的公司誕生了,它的名字叫做3dfx Interactive。

現在,很多人應該都沒有聽說過這個名字,但是一提起它的主力產品“Voodoo”3D加速卡,老一代的玩家應該都記得。當年,隔壁寢室的同學,買的就是它。

為了更好的適配個人計算機,3dfx公司將SGI公司的GL語言簡化了,提出Glide語言,可以直接在該公司設計的3D芯片上運行,而不再需要中央處理器(CPU)的參與。

1996年,基於Glide語言的第一款遊戲《古墓麗影》問世。一經推出,奔跑中的勞拉就成為當年各大電子娛樂展覽會上一道亮麗的風景線。

覆盤成長股之三:英偉達

John Carmack,《DOOM》作者之一,多年後加入了Oculus任CTO

獨特的視角

1993年,黃仁勳辭去了美商巨積公司(LSI Logic)芯片工程師的職位,與來自太陽微系統(Sun Microsystems)的卡蒂斯·普利姆以及克里斯·馬拉科夫斯基,一道創辦了英偉達公司。

黃仁勳擔任CEO,普利姆擔任CTO,馬拉科夫斯基擔任硬件工程副總裁。

在當時,計算機行業正在熱議文字時代之後的方向,大家一致的共識是包括音頻、圖像和視頻在內的多媒體是未來的方向。

很自然,英偉達首款產品NV1圖形處理器的定位,就是成為多媒體時代的硬件標杆。1995年,產品推出之後,市場反應寥寥。既有性能的問題,又有市場定位的緣故,最終NV1失敗了。

與此同時,上文提到的3dfx公司憑藉Voodoo 3D加速卡,在商業上大獲成功。這讓初嘗敗績的黃仁勳靜下心來,思考公司未來的發展方向。

最終,英偉達放棄了尚未成型的多媒體市場,全力投入已經被市場證明其強大需求的桌面3D圖形領域。這次轉型代價巨大,英偉達不但放棄了自己原先在圖形處理方面積累的專利,還要從頭開始接納SGI公司提出的圖形管線方案。

眾所周知,在半導體行業有著一個著名的“摩爾定律”:每18個月,集成電路上可容納的晶體管數量便會翻一倍,從而提升一倍的性能。

有趣的是,我們看到英偉達的管理和技術團隊,卻聯合勾勒出一個更為激進的“路線圖”。

以顯著超越“摩爾定律”的速度,更快的提升3D圖形硬件的性能。

怎麼能做到這一點呢?

我們知道,晶體管的尺寸是單個芯片性能提升的關鍵。這就是半導體產業,製造工藝不斷縮小的原因,從130納米,一路走低到現在的14納米,甚至更低的尺寸規格。

更小的晶體管尺寸,意味著單位面積的芯片可以容納更多的晶體管,從而實現更高的性能。這是以英特爾為代表的中央處理器(CPU)選擇的路線圖。

而英偉達的想法更加直接,也更加暴力。他們一方面利用晶體管密度的提升,另一方面加大芯片面積本身,把兩者的空間用滿,全部用於增加並行處理器。

而能這樣做的前提,恰恰在於之前提到的圖形管線,每一個在管線中流水的三角形(組成三維虛擬世界的基本單元),所經歷的圖形計算是一樣的,因而可以並行的執行

“天下武功,唯快不敗”。

快起作用的前提,是此時此刻,3D圖形硬件所提供的算力,還遠遠不能滿足繪製高精度虛擬世界的基本需求。

正如英偉達當初的判斷:

“在市場需求方面,無論提供多少圖形處理器,市場幾乎總能消化掉。3D圖形技術對於圖形硬件算力的需求,幾乎沒有止境。”

芯片業的三班倒

18個月的“摩爾定律”,既是產品升級換代的週期,也是研發投入的週期。

除了硬件設計方向的與眾不同之外,在研發流程上,英偉達也做出了開創性的工作。

在英偉達公司內部,研發團隊被一分為三。每個團隊獨立擔負一款新產品的設計工作,仍然按照18個月的傳統研發週期運行。不同之處在於,這三個團隊之間形成了工作日程上的疊加效應,使得每6個月推出一款新產品成為可能。

這個流程設計,和流水線工廠晝夜不停的三班倒,十分類似。

創新之處在於,黃仁勳將它應用到了之前從未想過的芯片設計行業。

速度加快了3倍,導致了很多配套系統的變化。比如,任何原因導致的研發進度上的延遲,其後果都會同步的被放大到之前的3倍。這倒逼著英偉達重新思考很多的環節,如何能夠做到更高效。

作為硬件產品,芯片設計的錯誤成本,要遠遠高於軟件產品。更要命的是,常常需要到流片環節,一些bug才能夠充分的暴露出來。為了早發現問題,英偉達大力投資模擬與仿真工具(EDA),通過仿真軟件來發現芯片設計中的邏輯問題。

此外,英偉達還做出了一項有效提升硬件兼容性的工作。我們知道,硬件的穩定運行,有賴於所謂的驅動程序的作用。通常,驅動程序是由電路板製造商完成的,除了時間上的滯後之外,電路板製造商也有自己的小九九,通常會隱瞞一些驅動程序設計的關鍵,這就導致不同的製造商所寫出的驅動程序並不完全相同,這也是早期同樣的顯卡在這家主板上能夠穩定運行,卻在另外一家怎麼都點不亮的緣由。

為了解決這個問題,英偉達主動承擔芯片驅動程序的設計和管理工作,創造了統一驅動架構。英偉達發佈的所有芯片,均有統一驅動架構支持,可以方便的從互聯網下載,同時驅動程序做得很智能,會自動識別用戶的芯片類型,調用合適的安裝命令。

有了統一驅動架構打底,英偉達完成了另外一件工程上很了不起的事情,就是在真正的芯片出現之前的4-6個月,公司的驅動工程師就可以開始著手設計驅動程序了。

這一切,都源自於研發流程的再造。通過工序的解耦合,英偉達的研發流程做到了最大程度的並行化,一如它的圖形處理器(GPU)的設計理念。

高速奔跑

1997年4月,英偉達發佈了RIVA128,使得英偉達在NV1失敗之後成功的生存了下來。

1998年3月,英偉達發佈了RIVA TNT,第一次在產品性能上達到了3dfx的水準,從此開始佔據個人電腦的圖形硬件市場。

1999年5月,英偉達發佈了RIVA TNT2,並在3個月之後發佈了劃時代的產品Geforce 256,這是行業內第一個GPU。

1999年11月,英偉達推出了全球最快的工作站GPU:Quado,從此成為圖形專業人員的標配。

到了這個階段,價值100美元的圖形處理芯片,所擁有的計算能力比1992年價值10萬美元的SGI高端工作站還要快。

這就是超越“摩爾定律”的速度,所帶來的“反摩爾定律”的真實寫照:7年時間,更快的算力,價格下降了1000倍

在此之後,英偉達仍在高速奔跑。2002-2007年間,以填充率,即每秒輸出的像素數量,作為性能指標來衡量,圖形芯片年均性能增長率為62%

新的疆域

2008年的金融危機,也嚴重的影響了芯片設計行業。

2009年,一直以來傲立潮頭的英偉達感受到的是行業的衰退。當年SGI公司提出的圖形管線,已經在個人電腦上完全變成了現實;大多數的遊戲玩家所享受到的視聽體驗已經足夠好了;DirectX以及OpenGL的編程接口變得越來越複雜,大多數遊戲公司已經無法全部掌握;這一切,使得遊戲玩家追捧英偉達公司的下一代圖形芯片的熱情不再迫切。

一句話,產品市場份額的擴大,隨著行業水平的提升,到了瓶頸。

每當企業發展到了平臺期,就是考驗企業戰略調整能力的時候。

我們看到,英偉達在穩固既有PC市場的同時,開始向兩個方向進行業務的延伸。

第一個,是進入通用計算領域,即所謂的GPGPU。通過推出CUDA軟件接口,讓原本專注於三角形繪製的圖形管線的計算能力,能夠服務於更為通用的並行計算。支持這一理念的新型硬件被命名為Tesla。

2010年11月,我國的研究人員基於Tesla芯片,設計出全世界運算速度最快的超級計算機,證明了GPU擁有超越CPU的強大算力。

至此之後,Tesla芯片成為各大雲計算中心、超算中心的標配。

第二個,是進入移動端,推出Tegra芯片,以更輕量的方式完成自我革命。除了用於智能手機、上網本以及遊戲機之外,還可以用於汽車的自動駕駛。

到目前來看,這兩大業務擴張的發展勢頭,都還是不錯的。當然,也都面臨著新的競爭。

英偉達的這一輪大發展,順應了多個領域對於算力的迫切需求,主要包括:以實時光線跟蹤為代表的高保真三維圖形繪製,以深度神經網絡為代表的基於海量數據的人工智能,和以機器視覺為代表的自動駕駛等等。

這其中,最為有趣的一點是,近年來比特幣的流行,讓挖礦所需的算力成為一種可以直接變現的生產力,從而間接的推動了提供海量算力的並行計算芯片的市場需求,一度讓英偉達的顯卡賣斷了貨。

到了這個階段的英偉達,在黃仁勳的口中,變身為一家AI公司

覆盤成長股之三:英偉達

Ian Buck:NVidia CUDA的發明人

競爭優勢

在覆盤英偉達的過程中,突出的感受是比競爭對手更快

而更快的實現,依賴著獨特的洞見,既包括芯片設計上以算力增長(而不是密度增長)為優先考量,又包括研發流程上解耦合之後帶來的提前量。

兩者相互促進的共同優勢,使得英偉達能夠以3倍於同行的速度進行新產品設計。

在行業發展的初期,憑藉速度,英偉達既成功的超越了同行SGI和3dfx,又讓身邊的巨人比如英特爾無法有效進入。

當100美元的芯片能夠與10萬美元高端工作站相媲美的時候,SGI離黯然落幕就不遠了。

2006年,一度市值超越70億美元的SGI,宣告破產。

同樣來自於SGI的工程師,後來創辦了ArtX,2000年的時候加拿大冶天科技公司(ATI)收購了ArtX,同時仿照英偉達將開發流程縮短到6個月,效果立竿見影,ATI公司成功推出了可以和英偉達芯片相媲美的ATI芯片。

2006年,英特爾的勁敵AMD公司收購了ATI,至今仍然是英偉達強勁的對手。

截至2019年9月10日收盤,英偉達公司市值為1116億美元,英特爾公司市值為2296億美元,超微半導體(AMD)公司市值為328億美元。大致代表了它們之間的相對實力。

財務表現

我們再來看看英偉達的財務表現。

在長達14年的時間週期裡,英偉達保持了近30%的營收、淨利潤、淨資產和總資產的平均增長率(以當期在累計中佔比衡量),確實堪稱長期成長股。

覆盤成長股之三:英偉達

英偉達2005年以來的增長指標

從現金流的角度來看,14年間累計經營現金流足以支撐資本開支,還允許一定的利潤分配。從具體年份來看,比如2011年以及2018年,投資現金流的淨流出金額超過了當年的經營現金流淨流入金額。

從現金餘額來看,英偉達並不像其他高科技公司,保留了大量的現金儲備,14年的平均值(9.68億美元)顯著低於營業現金流的平均值(12.33億美元)。

覆盤成長股之三:英偉達

英偉達2005年以來的現金流指標

關鍵財務指標方面,有兩點值得說一說:第一,ROE的週期性波動還是挺明顯的,一定程度上解釋了巴菲特對於高科技行業股票投資保持謹慎的原因;第二,營業週期14年均值為117.42天,大約相當於4個月,從週轉的角度來看,還是挺快的。

覆盤成長股之三:英偉達

英偉達2005年以來的關鍵財務比率

總結

進入投資領域之前,在我所從事的計算機細分領域中,幾乎無人不知英偉達。

2013年的夏天,當我坐在加州聖何塞的會議中心,近距離聆聽黃仁勳大談GPU的最新應用時,就認準了這會是未來的方向。

回國之後,我為所服務的軟件公司,提出了全面擁抱GPU的建議,並得到了管理層的採納。這也成為該旗艦軟件之後數年的主題之一。

回想這段過往經歷,不禁再一次感慨,儘管當時我已具備前沿技術及其商業化落地的敏感性,然而對於其中所蘊含的投資價值卻幾乎一無所知。

真應了那句話:同一個世界,不同的人,會看到不同的風景。

現在,我在嘗試轉換視角,去領略不同的風景。

覆盤成長股之三:英偉達

英偉達股價月線圖及大事記



覆盤成長股系列:

序篇:《成長股知多少,我們來定量的聊一聊

其一:《隆基股份:單晶龍頭的進擊之路

其二:《通威股份:魚塘裡走出的光伏龍頭


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覆盤成長股之三:英偉達

英偉達創始人之一:黃仁勳

圖形的開端

自從馮·諾伊曼提出通用計算機架構之後,長期以來大家對於計算機的理解,都還停留在更高級的計算器的階段。

從早期的打孔紙帶,到後來的有限色彩的監視器,計算機與人類的互動,充滿了機械感。

到了上世紀60年代,美國猶他大學的伊萬·薩瑟蘭和戴維·埃文斯做了一系列的研究工作,逐步構建起現代3D圖形系統的基礎要素。

當時的計算機硬件條件,遠不具備實現這些美好願景的能力,所以這些早期的探索性工作更多的還是停留在高深的理論層面。

儘管如此,猶他大學培養出的學生,在原創性思想的薰陶下,不少在日後成長為新興的圖形工業界的領導者。

這其中,就包括了SGI公司的創辦者,吉姆·克拉克。

1982年,尚在斯坦福大學深造的吉姆,萌生出製造世界上速度最快的高分辨率圖形工作站的想法,為此成立了硅谷圖形公司(SGI)。

圖形硬件製造的前提,是需要定義一套標準的圖形軟件接口。SGI在業界率先提出了日後影響深遠的圖形語言(GL),一舉成為行業標杆。

GL將圖形的繪製過程分解為若干個基本步驟,包括虛擬攝像機和三維模型的擺放,光照的處理,屏幕像素的融合等等。

這其中,最為關鍵的一點是:表達物理世界的三維模型,最終被分解為一個個獨立的三角形,各自通過一系列的圖形計算,最終呈現在屏幕上。

這個稱之為圖形管線(Graphics Pipeline)的計算範式,為日後圖形硬件的大發展奠定了堅實的基礎。

十年之後,1992年,SGI公司終於完成了全部圖形管線的硬件實現。

擁有這項功能的SGI工作站,大約4英尺高,售價超過10萬美元。人們第一次感受到“虛擬現實”的可行性,並通過它的強大算力,製作了以《侏羅紀公園》為代表的科幻電影。

玩家一號

隨著計算機芯片的處理能力不斷提高,人們在思索還能用計算機做什麼。

1991年,兩個年輕人給出了自己的答案,他們就是ID Software的創始人,約翰·卡馬克和約翰··羅梅羅。

兩位約翰的結合,完美的詮釋了一流的產品經理和一流的程序員發生化學反應之後,能夠做出怎樣的開創性產品。

兩人聯合打造的《DOOM》,成為了互動遊戲的現象級爆款產品,無數玩家驚訝於它的優異視覺效果、畫面轉換的流暢度,以及驚心動魄、扣人心絃的關卡設計。

《DOOM》之後,ID Software推出了更為震撼的《QUAKE》,允許多名玩家在線競技,一時間風靡全球。

我在上大學的時候,不少同學都是為了能夠更好的玩《QUAKE》,花去不菲的家庭積蓄購買了最新的計算機硬件。

在當時,如果擁有一塊3D加速卡,其光影特效所帶來的巨大視覺衝擊,是可以完爆其他在雪花點中尋找隊友的機器的。

正所謂,需求就是產品創新的最大動力

互聯網競技遊戲的風靡,成為了玩家購買最新顯卡的強大動力。

1994年,第一家開發這種市場需求、為遊戲玩家提供更高質量的3D圖形技術的公司誕生了,它的名字叫做3dfx Interactive。

現在,很多人應該都沒有聽說過這個名字,但是一提起它的主力產品“Voodoo”3D加速卡,老一代的玩家應該都記得。當年,隔壁寢室的同學,買的就是它。

為了更好的適配個人計算機,3dfx公司將SGI公司的GL語言簡化了,提出Glide語言,可以直接在該公司設計的3D芯片上運行,而不再需要中央處理器(CPU)的參與。

1996年,基於Glide語言的第一款遊戲《古墓麗影》問世。一經推出,奔跑中的勞拉就成為當年各大電子娛樂展覽會上一道亮麗的風景線。

覆盤成長股之三:英偉達

John Carmack,《DOOM》作者之一,多年後加入了Oculus任CTO

獨特的視角

1993年,黃仁勳辭去了美商巨積公司(LSI Logic)芯片工程師的職位,與來自太陽微系統(Sun Microsystems)的卡蒂斯·普利姆以及克里斯·馬拉科夫斯基,一道創辦了英偉達公司。

黃仁勳擔任CEO,普利姆擔任CTO,馬拉科夫斯基擔任硬件工程副總裁。

在當時,計算機行業正在熱議文字時代之後的方向,大家一致的共識是包括音頻、圖像和視頻在內的多媒體是未來的方向。

很自然,英偉達首款產品NV1圖形處理器的定位,就是成為多媒體時代的硬件標杆。1995年,產品推出之後,市場反應寥寥。既有性能的問題,又有市場定位的緣故,最終NV1失敗了。

與此同時,上文提到的3dfx公司憑藉Voodoo 3D加速卡,在商業上大獲成功。這讓初嘗敗績的黃仁勳靜下心來,思考公司未來的發展方向。

最終,英偉達放棄了尚未成型的多媒體市場,全力投入已經被市場證明其強大需求的桌面3D圖形領域。這次轉型代價巨大,英偉達不但放棄了自己原先在圖形處理方面積累的專利,還要從頭開始接納SGI公司提出的圖形管線方案。

眾所周知,在半導體行業有著一個著名的“摩爾定律”:每18個月,集成電路上可容納的晶體管數量便會翻一倍,從而提升一倍的性能。

有趣的是,我們看到英偉達的管理和技術團隊,卻聯合勾勒出一個更為激進的“路線圖”。

以顯著超越“摩爾定律”的速度,更快的提升3D圖形硬件的性能。

怎麼能做到這一點呢?

我們知道,晶體管的尺寸是單個芯片性能提升的關鍵。這就是半導體產業,製造工藝不斷縮小的原因,從130納米,一路走低到現在的14納米,甚至更低的尺寸規格。

更小的晶體管尺寸,意味著單位面積的芯片可以容納更多的晶體管,從而實現更高的性能。這是以英特爾為代表的中央處理器(CPU)選擇的路線圖。

而英偉達的想法更加直接,也更加暴力。他們一方面利用晶體管密度的提升,另一方面加大芯片面積本身,把兩者的空間用滿,全部用於增加並行處理器。

而能這樣做的前提,恰恰在於之前提到的圖形管線,每一個在管線中流水的三角形(組成三維虛擬世界的基本單元),所經歷的圖形計算是一樣的,因而可以並行的執行

“天下武功,唯快不敗”。

快起作用的前提,是此時此刻,3D圖形硬件所提供的算力,還遠遠不能滿足繪製高精度虛擬世界的基本需求。

正如英偉達當初的判斷:

“在市場需求方面,無論提供多少圖形處理器,市場幾乎總能消化掉。3D圖形技術對於圖形硬件算力的需求,幾乎沒有止境。”

芯片業的三班倒

18個月的“摩爾定律”,既是產品升級換代的週期,也是研發投入的週期。

除了硬件設計方向的與眾不同之外,在研發流程上,英偉達也做出了開創性的工作。

在英偉達公司內部,研發團隊被一分為三。每個團隊獨立擔負一款新產品的設計工作,仍然按照18個月的傳統研發週期運行。不同之處在於,這三個團隊之間形成了工作日程上的疊加效應,使得每6個月推出一款新產品成為可能。

這個流程設計,和流水線工廠晝夜不停的三班倒,十分類似。

創新之處在於,黃仁勳將它應用到了之前從未想過的芯片設計行業。

速度加快了3倍,導致了很多配套系統的變化。比如,任何原因導致的研發進度上的延遲,其後果都會同步的被放大到之前的3倍。這倒逼著英偉達重新思考很多的環節,如何能夠做到更高效。

作為硬件產品,芯片設計的錯誤成本,要遠遠高於軟件產品。更要命的是,常常需要到流片環節,一些bug才能夠充分的暴露出來。為了早發現問題,英偉達大力投資模擬與仿真工具(EDA),通過仿真軟件來發現芯片設計中的邏輯問題。

此外,英偉達還做出了一項有效提升硬件兼容性的工作。我們知道,硬件的穩定運行,有賴於所謂的驅動程序的作用。通常,驅動程序是由電路板製造商完成的,除了時間上的滯後之外,電路板製造商也有自己的小九九,通常會隱瞞一些驅動程序設計的關鍵,這就導致不同的製造商所寫出的驅動程序並不完全相同,這也是早期同樣的顯卡在這家主板上能夠穩定運行,卻在另外一家怎麼都點不亮的緣由。

為了解決這個問題,英偉達主動承擔芯片驅動程序的設計和管理工作,創造了統一驅動架構。英偉達發佈的所有芯片,均有統一驅動架構支持,可以方便的從互聯網下載,同時驅動程序做得很智能,會自動識別用戶的芯片類型,調用合適的安裝命令。

有了統一驅動架構打底,英偉達完成了另外一件工程上很了不起的事情,就是在真正的芯片出現之前的4-6個月,公司的驅動工程師就可以開始著手設計驅動程序了。

這一切,都源自於研發流程的再造。通過工序的解耦合,英偉達的研發流程做到了最大程度的並行化,一如它的圖形處理器(GPU)的設計理念。

高速奔跑

1997年4月,英偉達發佈了RIVA128,使得英偉達在NV1失敗之後成功的生存了下來。

1998年3月,英偉達發佈了RIVA TNT,第一次在產品性能上達到了3dfx的水準,從此開始佔據個人電腦的圖形硬件市場。

1999年5月,英偉達發佈了RIVA TNT2,並在3個月之後發佈了劃時代的產品Geforce 256,這是行業內第一個GPU。

1999年11月,英偉達推出了全球最快的工作站GPU:Quado,從此成為圖形專業人員的標配。

到了這個階段,價值100美元的圖形處理芯片,所擁有的計算能力比1992年價值10萬美元的SGI高端工作站還要快。

這就是超越“摩爾定律”的速度,所帶來的“反摩爾定律”的真實寫照:7年時間,更快的算力,價格下降了1000倍

在此之後,英偉達仍在高速奔跑。2002-2007年間,以填充率,即每秒輸出的像素數量,作為性能指標來衡量,圖形芯片年均性能增長率為62%

新的疆域

2008年的金融危機,也嚴重的影響了芯片設計行業。

2009年,一直以來傲立潮頭的英偉達感受到的是行業的衰退。當年SGI公司提出的圖形管線,已經在個人電腦上完全變成了現實;大多數的遊戲玩家所享受到的視聽體驗已經足夠好了;DirectX以及OpenGL的編程接口變得越來越複雜,大多數遊戲公司已經無法全部掌握;這一切,使得遊戲玩家追捧英偉達公司的下一代圖形芯片的熱情不再迫切。

一句話,產品市場份額的擴大,隨著行業水平的提升,到了瓶頸。

每當企業發展到了平臺期,就是考驗企業戰略調整能力的時候。

我們看到,英偉達在穩固既有PC市場的同時,開始向兩個方向進行業務的延伸。

第一個,是進入通用計算領域,即所謂的GPGPU。通過推出CUDA軟件接口,讓原本專注於三角形繪製的圖形管線的計算能力,能夠服務於更為通用的並行計算。支持這一理念的新型硬件被命名為Tesla。

2010年11月,我國的研究人員基於Tesla芯片,設計出全世界運算速度最快的超級計算機,證明了GPU擁有超越CPU的強大算力。

至此之後,Tesla芯片成為各大雲計算中心、超算中心的標配。

第二個,是進入移動端,推出Tegra芯片,以更輕量的方式完成自我革命。除了用於智能手機、上網本以及遊戲機之外,還可以用於汽車的自動駕駛。

到目前來看,這兩大業務擴張的發展勢頭,都還是不錯的。當然,也都面臨著新的競爭。

英偉達的這一輪大發展,順應了多個領域對於算力的迫切需求,主要包括:以實時光線跟蹤為代表的高保真三維圖形繪製,以深度神經網絡為代表的基於海量數據的人工智能,和以機器視覺為代表的自動駕駛等等。

這其中,最為有趣的一點是,近年來比特幣的流行,讓挖礦所需的算力成為一種可以直接變現的生產力,從而間接的推動了提供海量算力的並行計算芯片的市場需求,一度讓英偉達的顯卡賣斷了貨。

到了這個階段的英偉達,在黃仁勳的口中,變身為一家AI公司

覆盤成長股之三:英偉達

Ian Buck:NVidia CUDA的發明人

競爭優勢

在覆盤英偉達的過程中,突出的感受是比競爭對手更快

而更快的實現,依賴著獨特的洞見,既包括芯片設計上以算力增長(而不是密度增長)為優先考量,又包括研發流程上解耦合之後帶來的提前量。

兩者相互促進的共同優勢,使得英偉達能夠以3倍於同行的速度進行新產品設計。

在行業發展的初期,憑藉速度,英偉達既成功的超越了同行SGI和3dfx,又讓身邊的巨人比如英特爾無法有效進入。

當100美元的芯片能夠與10萬美元高端工作站相媲美的時候,SGI離黯然落幕就不遠了。

2006年,一度市值超越70億美元的SGI,宣告破產。

同樣來自於SGI的工程師,後來創辦了ArtX,2000年的時候加拿大冶天科技公司(ATI)收購了ArtX,同時仿照英偉達將開發流程縮短到6個月,效果立竿見影,ATI公司成功推出了可以和英偉達芯片相媲美的ATI芯片。

2006年,英特爾的勁敵AMD公司收購了ATI,至今仍然是英偉達強勁的對手。

截至2019年9月10日收盤,英偉達公司市值為1116億美元,英特爾公司市值為2296億美元,超微半導體(AMD)公司市值為328億美元。大致代表了它們之間的相對實力。

財務表現

我們再來看看英偉達的財務表現。

在長達14年的時間週期裡,英偉達保持了近30%的營收、淨利潤、淨資產和總資產的平均增長率(以當期在累計中佔比衡量),確實堪稱長期成長股。

覆盤成長股之三:英偉達

英偉達2005年以來的增長指標

從現金流的角度來看,14年間累計經營現金流足以支撐資本開支,還允許一定的利潤分配。從具體年份來看,比如2011年以及2018年,投資現金流的淨流出金額超過了當年的經營現金流淨流入金額。

從現金餘額來看,英偉達並不像其他高科技公司,保留了大量的現金儲備,14年的平均值(9.68億美元)顯著低於營業現金流的平均值(12.33億美元)。

覆盤成長股之三:英偉達

英偉達2005年以來的現金流指標

關鍵財務指標方面,有兩點值得說一說:第一,ROE的週期性波動還是挺明顯的,一定程度上解釋了巴菲特對於高科技行業股票投資保持謹慎的原因;第二,營業週期14年均值為117.42天,大約相當於4個月,從週轉的角度來看,還是挺快的。

覆盤成長股之三:英偉達

英偉達2005年以來的關鍵財務比率

總結

進入投資領域之前,在我所從事的計算機細分領域中,幾乎無人不知英偉達。

2013年的夏天,當我坐在加州聖何塞的會議中心,近距離聆聽黃仁勳大談GPU的最新應用時,就認準了這會是未來的方向。

回國之後,我為所服務的軟件公司,提出了全面擁抱GPU的建議,並得到了管理層的採納。這也成為該旗艦軟件之後數年的主題之一。

回想這段過往經歷,不禁再一次感慨,儘管當時我已具備前沿技術及其商業化落地的敏感性,然而對於其中所蘊含的投資價值卻幾乎一無所知。

真應了那句話:同一個世界,不同的人,會看到不同的風景。

現在,我在嘗試轉換視角,去領略不同的風景。

覆盤成長股之三:英偉達

英偉達股價月線圖及大事記



覆盤成長股系列:

序篇:《成長股知多少,我們來定量的聊一聊

其一:《隆基股份:單晶龍頭的進擊之路

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