1
產業
2020 年 9 月 14 日半導體業界捎來一個重磅消息，NVIDIA以 400 億美元天價從日本軟銀（SoftBank Group Co, 9984-JP ）手中併購ARM，創下了半導體業界史上最高併購金額。ARM是世界上最重要的手機處理器（智慧型手機的CPU）指令集架構供應商，市佔率超過 9 成。
2016 年以來NVIDIA受益於資料中心（Datacenter）大幅增加伺服器運算架構中圖像處理器（GPU）比重，淨利成長近 10 倍，股價成長近 20 倍。GPU除了用在傳統電腦遊戲用的顯卡，NVIDIA更將GPU這種快速大量處理同質性高的能力運用到數據中心、車用、醫療上等等，造就了NVIDIA的輝煌。現在NVIDIA這起天價併購案向大眾展示了NVIDIA過去的成功，也暗藏了NVIDIA的發展可能處在十字路口的玄機。
本篇重點：
- 公司簡介-市值最大的Fabless（無晶圓廠半導體公司，2020 年 9 月）
- 第一代產品展現鴻鵠之志 但公司差點倒閉
- 關鍵一役：撂倒市佔曾 85% 的 3dfx
- NVIDIA擁有如同賈伯斯的敏銳市場嗅覺
- 研發CUDA架構帶領NVIDIA再創巔峰
- 併購ARM瞄準三大市場
公司簡介-市值最大的Fabless（無晶圓廠半導體公司, 2020 年 9 月）
NVIDIA由台裔美籍黃仁勳、Chris Malachowsky、Curtis Priem三人創立於 1993 年 1 月，黃仁勳創業前曾在AMD（Advanced Micro Devices, AMD-US）與LSI logic擔任工程師，在LSI logic期間擔任與圖形處理相關的產品開發，LSI logic在 90 年代曾與Sony合作開發Play Station多種晶片。NVIDIA公司業務以設計、開發、銷售圖像處理器（GPU）為主，目前在圖像處理器（GPU）產品的龍頭地位，難有競爭者與之抗衡。歷經了 20 多年的發展，旗下產品主要分為七個系列：GeForce、Quadro、Tesla、GRID、DRIVE、SHIELD，用於四大領域：遊戲娛樂、視覺化體驗、車用以及數據中心。
目前在電腦GPU有三大陣營：NVIDIA、AMD、Intel，其中Intel的GPU產品為 CPU的內建顯示晶片，AMD的GPU產品則有獨立顯示晶片與內建顯示晶片兩類產品，NVIDIA則只做獨立顯示晶片。內顯是Intel與AMD銷售CPU中內建的顯示晶片，獨顯則是獨立於CPU外的顯示晶片，一般裝在華碩（ 2357-TW ）、技嘉（ 2376-TW ）、微星（ 2377-TW ）等廠商的顯示卡上，也可能搭載在筆電之中。根據JPR的數據， NVIDIA在獨顯市場的市佔率約 70 ~ 80% ，在包含內顯的整體GPU市場的市佔率約 65 ~ 70% 。
2016 年起NVIDIA受益於資料中心（Data Center）大幅增加伺服器運算架構中圖像處理器（GPU）比重，公司迎來歷史上第二次的快速成長期，在 2020 年第二季，NVIDIA來自於資料中心的營收首度超過傳統的遊戲應用，資料中心、遊戲營收占比分為 45.3% 、 42.8% ，而其他應用則佔比約 11.9% 。
第一代產品展現鴻鵠之志 但公司差點倒閉
讓我們先回顧一下NVIDIA成立之初的顯卡市場，當時的消費級顯卡只能強化 2D 顯示，主要功能是增加電腦螢幕顯示的像素、顏色、讓螢幕畫面不會停格等等，主要的大廠包括ATI、 S3 、Trident、Tseng Labs等。隨著個人電腦產業的發展，市場大約在 1997 年進入 3D 加速器的戰國時代，此時的顯卡逐漸具備即時運算 3D 物體的外觀並顯示在螢幕上的能力。第一款大獲成功的 3D 加速器是 3dfx （1994 年成立的顯示晶片開發公司）1996 年 11 月推出的巫毒卡（Voodoo）， 97 年巫毒卡在具備 3D 加速功能的顯卡市佔率高達 85% 左右。巫毒卡必須搭配一張傳統的 2D 顯卡才能使用，以當時的技術水準，在 2D 顯示晶晶片直接整合 3D 加速器的功能仍十分困難，真正堪用且同時具備 2D 與 3D 核心的顯卡到 1998 年才陸續出現。
NVIDIA在 1993 年 1 月成立時市場處於 2D 顯卡時代，NVIDIA第一款顯示晶片 NV1 就強調 3D 加速功能，而且是 2D 與 3D 再加上音效卡的整合晶片，等於是挑戰 1998 年市場才會出現的產品，當時在消費級市場除上述功能都屬相目前瞻的技術研發困難外，推廣 3D 加速的API架構到遊戲開發商對新創公司難度也相當高（遊戲開發時必須支援NVIDIA的API架構，後續遊戲執行時才能用到NVIDIA晶片的 3D 加速功能），公司在成立之初即展現極大的企圖心。
歷經的 2 年多的努力， 1995 年 5 月NVIDIA推出公司第一個顯示晶片 NV1 具備 2D / 3D 核心，當時市場上主要的顯示晶片公司都還沒有 3D 加速功能的消費級產品，一家新創公司第一款產品就領先市場顯示NVIDIA具備極強的研發能力，但因 2D 與音效的效能不及對手， 3D 加速效能不差但還沒好到打開市場需求的程度，合作的顯卡與遊戲公司相當少，銷售極為慘淡， NV1 推出不久後NVIDIA隨即裁員 70% 人力，公司員工人數僅剩 30 人差點倒閉，幸好當時的家用遊樂器與街機大廠世嘉（SEGA, 6460-JP ），看見了NVIDIA的研發實力，挹注了 700 萬美元與NVIDIA合作開發下一代家用遊樂器Dreamcast用的顯示晶片 NV2 ，雖然後續世嘉改用日本廠商開發晶片導致 NV2 胎死腹中，但如果沒有這 700 萬美元，恐怕NVIDIA再無後話。
關鍵一役：撂倒市佔曾 85% 的 3dfx
1996 年 6 月微軟（Microsoft, MSFT-US）為了鞏固自己作業軟體的市場領導地位，開始推廣自行開發的 Direct3D （Direct X的一部分）開源 3D 加速API架構，當時NVIDIA成為第一個放棄推廣自研API架構的顯示晶片廠商（1998 年前 Direct3D 架構效能不如當時顯示晶片廠商的自研架構後續才逐漸追上），集中研發資源強化 2D 與 3D 顯示效能，逐漸追上顯示晶片的領先廠商 3dfx ，終於在 1999 年第五代產品 NV5（商品名稱為NVIDIA RIVA TNT2）在效能上超越當時市佔率曾高達 85% 的 3dfx 產品巫毒 3 。
3dfx 在晶片效能被追近時做了一個關鍵的錯誤決策，在 1998 年 12 月 3dfx 併購了顯示卡大廠（顯示卡廠商的工作是把顯示晶片加上PCB做成顯示卡）STB Systems，企圖強化研發資源與降低原本顯卡的生產成本。但兩家文化不同的公司合併後，整合上一直遇到困難，最後反而導致原本顯示晶片的研發反而落後市場， 1999 年銷量開始大減， 2000 年 12 月 3dfx 落得被NVIDIA併購的下場，此後顯示晶片的市場逐漸形成NVIDIA與ATI（AMD於 2006 年併購ATI後 2010 年將商標改為AMD）兩強相爭的格局至今。
NVIDIA擁有如同賈伯斯的敏銳市場嗅覺
從第一代產品 NV1 ，NVIDIA就展現了賈伯斯一樣敏銳的市場嗅覺，在沒有 3D 加速的消費級產品時就開始開發，在沒有 2D / 3D 整合的消費級顯示晶片時就開始開發，在微軟的 Direct3D 架構還不是市場主流就放棄自研架構，而這些在 3 ~ 5 年後幾乎都成為市場唯一主流。
GPU（Graphics Processing Unit，圖像處理器）這名詞在現今是幾乎所有 3C 愛好者知道的名詞，甚至一般普羅大眾也都略有聽過，而GPU這個概念的出現，就是在 1999 年 8 月NVIDIA發表第一代GeForce系列產品GeForce 256 所提出，而GeForce 256 是市場上第一款在顯示晶片中加入了硬體 T&L （Transform & Lighting）功能，在GeForce 256 之前，座標轉換與光源處理這兩項最重要的 3D 運算都還是交給CPU進行運算。後續GPU成了顯示晶片的代名詞，T&L功能成了GPU的標配，GeForce系列產品也一直延續至今。
研發CUDA架構帶領NVIDIA再創巔峰
CUDA（Compute Unified Device Architecture，統一計算架構）是NVIDIA在 2007 年 6 月首度發表的一種平行運算模型架構，能將大量的GPU核心串通起來，交換、同步和共享資料並處理大量同質性高的運算，例如首款的CUDA架構產品GeForce 8800 GTX就串連了 128 個核心。雖然一開始CUDA耗費大量金錢甚至拖累公司獲利，一度讓NVIDIA跌到剩 6 美元，但日後漸漸成熟的CUDA在超級電腦與資料中心都被大量採用，現今前十強的超級電腦有八個就採用NVIDIA架構，資料中心大部分的GPU架構也由NVIDIA所包辦。GPU不再只用在玩遊戲與製作影片動畫，就是由NVIDIA所開創，再度展現其敏銳的市場嗅覺，雖然股價曾跌至 6 美元，但 2016 年後因資料中心需求爆發，股價曾漲至 500 美元以上，這樣的投資報酬還是相當值得的。
併購ARM瞄準三大市場
併購案宣布後黃仁勳提到了買ARM主要是為了資料中心、AI邊緣運算（出了資料中心或伺服器的一切裝置未來可能需要具備AI運算的能力）和IoT（物聯網，一般指未來各種終端產品都需要有運算與連網的能力，現在可能只是眼鏡、手錶，未來可能是雨傘、鞋子等等）三大市場。目前已有蘋果（Apple, AAPL-US）打算用ARM架構自研CPU用在Macbook電腦取代過去市場的主流 x86 架構，NVIDIA的規畫可能是運用ARM開發CPU，取代現行資料中心主流Intel的CPU加上NVIDIA的GPU配置。另外，過去ARM架構在省電與網路技術上可能也較 x86 架構有優勢（過去ARM主要用在手機用的CPU市佔率 9 成以上），AI邊緣運算和IoT這類不一定能供應大量電流，又需要各式各樣網路技術的大量小型運算裝置，或許也適用於ARM的處理器。
但資料中心的CPU長期被Intel霸佔超過 8 成以上市佔，ARM的CPU能否取代還很難說，而邊緣AI運算和IoT市場的能見度也還不高，這筆併購案未來能否成功整體而言不確定性還是很高。或許這又像當初NVIDIA研發CUDA技術一樣，市場看不見 10 年後資料中心居然大量採用GPU（不然也不會股價跌到 6 美元再漲到 500 美元），持有NVIDIA股票有時更需要的可能是對NVIDIA與黃仁勳的信仰。
參考資料：
- NVIDIA
- JP MORGAN券報
- TechNews
- 電腦DIY
- Jon Peddie Research
【延伸閱讀】
116722
