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【美股公司分析】全球最強 AI 之王：NVIDIA(輝達)

NVIDIA 創立於 1993 年 1 月，是一家以設計和銷售圖形處理器為主的無廠半導體公司 (fabless company)，於 1999 年發明了 GPU，不只刺激了 PC 遊戲市場的成長，也重新定義了電腦繪圖，並為平行運算掀起革命，CUDA 創新基礎架構於 2006 年提出，利於程式開發人員基於此以平行處理能力來因應最為複雜的運算挑戰，而在近年來，GPU 在生成式 AI (Generative AI)、機器學習 (Machine Learning) 更推動了新一代運算技術，幫助現代 AI 人工智慧的發展，GPU 正成為電腦，機器人和自動駕駛的大腦，能夠察覺並了解周遭世界。

NVIDIA 旗下最出名的產品有：專為遊戲開發的 GeForce 系列，給設計師用於電腦輔助設計、視頻編輯、特效等專業用途的 Quadro，以及提供伺服器和高效運算的 A100、H100 系列晶片。

1.NVIDIA 商業模式是什麼？

在 2016 年 4 月的 NVIDIA 投資者關係大會中，黃仁勳指出，公司高速發展背後，主要得益於兩大商業模式的驅動：「平台和生態系」、「槓桿作用和規模效應」。

首先以「平台和生態系」來看，一個運算平台要在新的市場取得成功，需要大量應用程式進駐，而這些應用程式又來自全球眾多開發者，故如何吸引將這些開發者吸引到自己的平台上來，就是最根本、也是最重要的核心，而如何吸引開發者，答案也很簡單，那就是增加附加價值、簡單好用、覆蓋面廣。

以 NVIDIA 最早開始的遊戲業務作為例子， NVIDIA 首先向遊戲開發商們開放 GameWorks SDK，方便開發者們能夠便利地獲取 GPU 性能，以此實現簡單易用；其次， NVIDIA 通過合作的 GPU 經銷商向遊戲玩家們販賣 GeForce GPU，從而實現覆蓋面廣。

而遊戲開發者基於 GameWorks SDK 架構製作遊戲，且 GameWorks SDK 架構本就與 GeForce GPU 高度相容，幫助遊戲畫質、幀數大幅提升，刺激玩家對於遊戲的喜愛度增加，帶動大量遊戲開發商更願意使用 GameWorks 來開發更好的遊戲，如此通過「平台和生態系」， NVIDIA 將遊戲玩家和開發者都聚集在 GeForce GPU 和遊戲業務的閉環之內。

同理，這一模式也被複製到 NVIDIA 新興的自動駕駛、數據中心以及專業視覺化領域，不過，由於新興的新技術成本高昂，而新興的市場規模又不足以撐起高額的前置成本，故 NVIDIA 一方面需要讓用戶買得起新技術，一方面又要讓自己有錢賺，於是只能控制成本，這就涉及到 NVIDIA 的第二大商業模式：槓桿和規模效應。

NVIDIA 所謂的「槓桿和規模效應」商業模式，就是將單個架構應用到多個市場，形成規模效應和針對各個市場的生態系統，比如 GeForce 主打遊戲，Quadro 主打辦公，Iray 主打 VR，DRIVE 主打自動駕駛，A100、H100 主打數據中心，這些產品都是基於同一個 GPU 架構，同時形成了幾大市場生態系。

此外，專利授權也是高科技公司獲取研發回報、實現營收的重要手段。 NVIDIA 曾分別在 2004 年和 2011 年和英特爾簽署專利許可協議，並在協議年限內每年獲得數億美元穩定收入，毛利率接近 100%，不過，知識產權貨幣化也涉及到法律訴訟費、時間成本等眾多不確定因素，同時還影響著與同行業競爭對手和合作夥伴間的利益博弈，因此風險較高。

2.NVIDIA 主要產品線有哪些？

自創立至今，NVIDIA 曾推出過包括 GPU、CPU、主機板晶片組等多種類型的晶片產品，但主機板晶片組業務由於和英特爾的糾葛，所以已經在 2009 年徹底停產，如今， NVIDIA 的晶片產品包括兩大類別：GeForce 系列遊戲 GPU、Arm 架構 CPU、人工智慧 AI 處理器。

(1) GeForce 系列遊戲 GPU：

NVIDIA 旗下的 GeForce RTX 系列 GPU，為玩家和創作者提供更快速的體驗，GeForce RTX 系列 GPU 顯示卡採用了超高效率的 NVIDIA Ada Lovelace 架構，可大幅提升效能與人工智慧繪圖技術，並透過光線追蹤和超高 FPS 遊戲取得最低延遲，體驗栩栩如生的虛擬世界。探索革命性的全新創作方式和前所未有的工作流程加速功能。

NVIDIA 第一款 GeForce 產品是為了高階遊戲市場所設計開發，而 GeForce 發展至今，GPU 產品線已經遍佈低階、中階到高階都有，GeForce 的競爭對手是 AMD 的 Radeon 系列 GPU 顯示卡，而 NVIDIA 亦擁有定位於專業圖形處理領域的 Quadro 系列，多數產品使用 與GeForce 相同的核心。

截至 2023 年最新，NVIDIA GeForce 系列 GPU 處理器已發展至 RTX 40 系列，GeForce RTX 40 系列顯示卡採用全新、超高效率的 NVIDIA Ada Lovelace、第三代 RTX 架構，讓玩家和創作者都能獲得超快的速度與效能，人工智慧繪圖技術提供玩家更身歷其境的遊戲體驗，以及最快速的內容創作工作流程，RTX 40 系列比起前一代，能提升遊戲的效能達 2 倍，且開發人員可運用 DLSS 3 和全新的 Ada 創新技術，將完全光線追蹤的遊戲效能提升達 4 倍，在創作應用程式中，GeForce RTX 40 系列顯示卡在 3D 渲染、影片匯出速度和人工智慧工具效能方面可提供高達 2 倍的效能。

(2) Arm 架構 CPU：

NVIDIA 最新、也是第一款基於 ARM 架構的 CPU 處理器已於 2021 年發表，這款劃時代的 CPU 名為「Grace」，這是為了向1950年代首創電腦程式設計的電腦科學家 Grace Murray Hopper 致敬，而 Grace 也是目前 NVIDIA 唯一支援 NVLlink 傳輸介面的 CPU，更重要的是，Grace 搭載 GeForce RTX 系列 GPU 顯示卡，能夠讓圖像運作更為順暢。

NVIDIA 官方數據顯示，Grace 晶片運算效能較目前效能最快的超級伺服器還要快上 10 倍，可滿足自然語言運算、推薦系統、及 AI 超級運算等先進應用程式的運算需求，同時 Grace CPU 可整合節能的 Arm CPU 核心架構和低功率記憶體次系統，達到高效且節能的設計。

目前包括瑞士國家超級運算中心 (CSCS)、美國能源部旗下洛斯阿拉莫斯國家實驗室 (Los Alamos National Laboratory)，將率先交由慧與科技 (HPE) 打造，並導入 NVIDIA Grace CPU 的超級電腦 ALPS，成為全世界效能最快的超級伺服器。

(3) AI GPU 處理器：

由於 GPU 具有平行運算的特性，故可以在同時間內處理極大量的資料運算，而也是因為這樣的特性，令 NVIDIA 的 GPU 處理器更容易發展成為人工智慧 AI 專用處理器，這也造就了 NVIDIA 成為 AI 之王。

NVIDIA 最新一代的人工智慧專用 AI 處理器，就是 H100，H 100 提供機密運算支援，能夠安全進行端對端、多租用戶使用，是雲端服務供應商 (CSP) 環境的理想選擇，並使用多執行個體 GPU 的 H100 能夠讓基礎架構管理員標準化 GPU 加速基礎架構，同時具備更大彈性佈建更細緻的 GPU 資源，安全地提供開發人員合適的加速運算功能，並最佳化所有 GPU 資源使用。

在規格上，NVIDIA H100 封裝了 800 億個電晶體，是全球最大且效能最強大的加速器，具突破性的功能，例如革命性的 Transformer Engine 及具高度擴展性的 NVLink 互連技術，可用於推動極大規模的 AI 語言模型、深度推薦系統、基因組學和複雜的數位孿生等領域的發展。

3.NVIDIA 競爭者有誰？

NVIDIA 在 CPU、GPU 兩個市場皆有競爭對手與之競爭，競爭對手即為 AMD 與英特爾，NVIDIA 在 CPU 市場仍舊勢微，因 NVIDIA 於 2021 年才發表第一款基於 ARM 架構處理器 Grace，且 Grace 還需等待至 2023 年才能量產，故 CPU 本就不是 NVIDIA 強項。

NVIDIA 最強產品是 GPU，而這也是當前 AI 市場的兵家必爭之地，NVIDIA 在 GPU 市場挾著硬體效能強勁、CUDA 軟體優勢，已形成了強大的生態系統，以 AI 應用的資料中心 GPU 市占率來看，NVIDIA 市佔率高達 95 % 以上，AMD 與英特爾合計則僅約 5%，可以說在 GPU 的 AI 領域中，NVIDIA 幾乎沒有競爭對手。

以毛利率來看，在 NVIDIA、AMD、英特爾這三間晶片大廠中，NVIDIA 整體毛利率亦是高於 AMD 與英特爾，截至最新 2022 年報 (NVDA 為會計年度 2023 年報)，NVDA 毛利率高達 56.9%，遠遠勝過 AMD 的 44.9%、與英特爾的 42.6%。



NVDA FY2023 財年毛利率　圖片來源：OANDA



AMD 2022 年毛利率　圖片來源：OANDA



INTC 2022 財年毛利率　圖片來源：OANDA

(註：查詢 NVDA 市值、ROE、毛利率、盈利 (EPS)、營收等財報數據，可以使用 OADNA 美股財報數據庫：https://www./bvi-ft/lab-education/us-stock/nvda/)

4.NVIDIA 未來成長曲線 (S curve) 在哪裡？

NVIDIA 以遊戲用 GPU 繪圖晶片起家，後來因傳統的遊戲顯卡市場面臨成長瓶頸，故 NVIDIA 將業務觸角伸向應用於自駕車、機器人與雲端運算的 AI 晶片，而在 AI 高效運算的晶片領域，NVIDIA GPU 市占率高達 95% 至 100%，可以說完全沒有競爭對手可以匹敵。

NVIDIA 最新推出的 AI 伺服器晶片效能卓越，是目前世界上最強大的 GPU，H100 採用台積電 4 奈米製程，並配備了 800 億個電晶體，H100 具有 80 個張量核心，每個核心可以執行 128 個浮點運算，H100 還配備了 48GB 的 HBM3 記憶體，每秒可提供 3 TB 的記憶體頻寬。H100 的性能非常強大，可以用於加速各種工作負載，包括深度學習、機器學習、高性能計算和人工智慧。H100 是資料中心的理想選擇，可以幫助企業加速 AI 和機器學習工作。

更重要的是，目前市面上的 AI 模型，幾乎都是用 NVIDIA 的 CUDA 軟體平台開發，因 CUDA 僅支援 NVIDIA GPU，而透過 CUDA 軟體，NVIDIA GPU 訓練神經網路等高算力模型的難度將大大降低，幫助 NVIDIA GPU 的應用從 3D 遊戲和圖像處理拓展到科學計算、大數據處理、機器學習等領域，NVIDIA 藉由軟、硬體形成完整的生態系，成為該公司在 AI 領域的「最強護城河」，是其他競爭對手難以複製的優勢。

據 NVIDIA 估計，AI 晶片的整體潛在市場 (Total addressable market,TAM) 規模上看 6,000 億美元，其中軟、硬體各占 3,000 億美元，而 NVIDIA 擁有當代最強的 GPU 晶片 H100，再加上能幫助加速運算的 CUDA 軟體，故 AI 晶片市場，正是 NVIDIA 的下一個 S 曲線成長風口。

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