NVIDIA — крупнейший разработчик графических процессоров. Это одна из самых дорогих компаний в мире, долгий путь которой начался более 30 лет назад. За это время она прошла множество технологических войн с конкурентами, а также сделала большие шаги в развитии ранее неизведанных направлений. О самых интересных моментах истории NVIDIA рассказываем в нашем материале.
Зарождение компании
В далеком 1993 году в США три инженера решили открыть собственную компанию. Это были Дженсен Хуанг, являющийся руководителем одного из подразделений LSI Logic, Кертис Прэм, который ранее был разработчиком графических чипов в IBM и Sun Microsystems, а также Крис Малаховски, на тот момент еще работавший в Sun.
Всех троих объединяло общее видение перспектив компьютерной области. Основатели будущей компании верили, что прорыва в скорости вычислений можно будет добиться только с помощью аппаратного ускорения. Они заметили, что игры были одной из самых сложных задач для ПК и имели высокие объемы продаж, поэтому решили сфокусироваться на разработке 3D-ускорителей.
Датой появления NVIDIA считается 5 апреля 1993 года. Тогда Дженсен Хуанг в роли генерального директора подписал ее первый устав. Компания начала свою работу с начальным капиталом всего в 40 000 долларов, но уже в первые годы получила 20 миллионов долларов на развитие от других компаний-инвесторов.
Своим именем NVIDIA обязана выражению «Next Version» (следующая версия). Именно так соучредители обозначали всю документацию компании в процессе подготовки ее проекта. Когда дошло дело до выбора названия, сначала было предложено «NVision». Но оказалось, что оно уже занято другой компанией. Поэтому Хуанг предложил заменить его на «Nvidia» — производное от латинского слова «invidia» (зависть).
Первые шаги
В мае 1995 года компания представила свой первый продукт — мультимедийную карту STG-2000 на базе чипа NV1. В ней были объединены ускорители 3D- и 2D-графики, а также звуковая карта. NVIDIA работала в бесфабричной модели — для выпуска чипов была привлечена компания SGS-Thomson Microelectronics.
NV1 работал с четырехугольными примитивами. Такую же технологию использовала приставка Sega Saturn. NVIDIA помогла в портировании нескольких игр с Saturn на ПК, и Sega предложила ей заняться разработкой графического чипа для своей следующей приставки Sega Dreamcast. Однако ставка на четырехугольники оказалась ошибочной. Sony и Nintendo в своих приставках использовали треугольные полигоны. А вскоре после выхода NV1 Microsoft представила графический API DirectX, который тоже работал только с треугольниками.
NVIDIA в это время разрабатывала чип NV2 для Dreamcast, но столкнулась с проблемами и никак не могла получить от него необходимую производительность. В итоге президент Sega Сеитиро Иримадзири сообщил Хуангу, что компания уже работает с другим разработчиком графических чипов. Однако Сеитиро не потерял веру в NVIDIA и убедил руководство Sega инвестировать в эту компанию 5 миллионов долларов.
Получив инвестиции и понимая бесперспективность первых чипов, Хуанг решает начать разработку 3D-ускорителей заново. В 1996 году он уволил более половины работников, а оставшихся усадил за работу над новым чипом NV3, которые должен был стать совместимым с DirectX 5 и работать с треугольными полигонами.
NV3 стал сердцем карты RIVA 128, увидевшей свет в августе 1997 года. На момент ее выпуска в NVIDIA осталось около 40 сотрудников, а оставшегося бюджета хватало им только на один месяц заработной платы. Эта ситуация породила выражение «Наша компания в тридцати днях от банкротства», которое стало неофициальным девизом компании. И много лет спустя презентации для сотрудников NVIDIA Хуанг начинал именно с этих слов.
За четыре месяца было реализовано около миллиона RIVA 128. Карта стала альтернативой для Voodoo Graphics от 3dfx, в отличие от нее предлагая 2D и 3D на одной плате. На конец 1997 года компании принадлежало около четверти рынка графических решений — весомая доля, учитывая множество производителей карт в те годы.
NVIDIA инвестировала полученную прибыль в разработку следующих моделей с поддержкой DirectX 6 — RIVA TNT, а потом и RIVA TNT 2. Производством новых чипов занялась компания TSMC. Обе карты стали успешнее предшественницы, способствуя массовому распространению как моделей компании, так и графического API от Microsoft. Конкурирующие Voodoo 2 и Voodoo 3 были производительнее, но и стоили дороже. За 1998 год чистая прибыль NVIDIA достигла 4,1 миллиона долларов, позволив ей развиваться дальше и проектировать новые графические чипы.
Ускоренный рост
В январе 1999 года компания стала публичной и разместила свои акции на бирже. Это принесло NVIDIA около 42 миллионов долларов, так как цена на акции только за первый день выросла в полтора раза. Благодаря этому рыночная капитализация компании уже на тот момент достигла 626 миллионов долларов.
В августе 1999 года NVIDIA анонсирует следующий продукт, который впервые называет GPU — графическим процессором. За несколько часов до его презентации на сайте компании появилась надпись: «Через 18 часов мир изменится». Этим продуктом стала видеокарта GeForce 256. Она получила блок аппаратной трансформации и освещения (T&L). Он был необходим для разгрузки ЦП от этой работы и поддерживался в новом на тот момент DirectX 7.
GeForce 256 увидела свет в конце 1999 года, положив начало новому поколению графики NVIDIA. Карта была дорога, а игр с поддержкой T&L на тот момент практически не было. Но именно она дала толчок этой технологии. Увидев потенциал NVIDIA, Microsoft выбрала их в качестве контрактного производителя графического чипа для своей консоли Xbox, снабдив и без того не бедствующую компанию авансом в 200 миллионов долларов.
Месяцем позже NVIDIA представила первую карта новой серии Quadro, предназначенную для использования на рабочих станциях для автоматизированного проектирования. Карта была основана на GeForce 256, но обладала удвоенным объемом памяти и собственными драйверами, оптимизированными для рабочих нагрузок. Таким образом компания разделила рынок игровых и профессиональных моделей, позволяя получать с последнего более высокую прибыль. Подход оказался успешным, поэтому карты Quadro стали выпускаться и на основе каждого следующего поколения графики NVIDIA.
GeForce 256 пробыла королем недолго. Уже в апреле 2000 года компания запускает линейку карты GeForce 2, а в июне — бюджетные GeForce 2 MX, распространившие T&L в массы. К тому же GeForce 2 стали первыми картами производителя, которые попали в виде дискретной графики в ноутбуки. Там они получили приставку «Go».
Voodoo 4 и 5 задержались, имели худшие характеристики и не смогли противостоять второй линейке GeForce ни в топовом, ни в бюджетном сегментах. В итоге в декабре 2000 года NVIDIA выкупила активы 3dfx за 70 миллионов долларов, получив в собственность все их прежние наработки. С этого момента на рынке дискретных видеокарт основными остались только две компании — NVIDIA и ATI.
Расширение деятельности
В 2001 году NVIDIA расширила свою деятельность, занявшись разработкой и выпуском чипсетов nForce для материнских плат на платформе AMD. Их особенностью стало встроенное видеоядро на базе GeForce 2 и качественный звуковой кодек. Чипсеты были тепло встречены публикой, поэтому после дебютных моделей новые решения выпускались каждый год.
Параллельно компания выпустила первую видеокарту с программируемой шейдерной архитектурой и поддержкой DirectX 8 — GeForce 3. Годом позже выходит линейка GeForce 4, сочетающая как производительные модели с шейдерами, так и бюджетные без шейдеров.
Популярность видеокарт и контракт с Microsoft принесли NVIDIA хорошую прибыль. Часть ее она вложила в новые разработки, часть — в покупку других компаний. Основные из них:
2002 год — Exluna Inc., занимающаяся ПО для рендеринга.
2003 год — MediaQ, разрабатывающая графические технологии для мобильных телефонов и КПК.
2004 год — iReady, занимающаяся сетевыми решениями и контроллерами для накопителей.
2005 год — ULI Electronics, производящая интегральные микросхемы.
2006 год — Hybrid Graphics, имеющая опыт в разработке игровых движков и графических библиотек.
NVIDIA росла «вширь», пробуя все новые и новые направления. Однако в графике она не всегда была лидером. Первые карты с поддержкой DirectX 9 в конце 2002 года представила конкурирующая ATI. Компания в попытке догнать их поторопилась с выпуском серии GeForce FX. Карты этой серии медленно работали в новом API, а стоили достаточно дорого. Поэтому с середины 2003 года доля рынка графики NVIDIA стала потихоньку падать. Этот момент совпал с уходом одного из основателей компании — Кертиса Прэма, который занимал должность главного технического директора.
В 2004 году NVIDIA выпускает линейку видеокарт GeForce 6000. Они стали первыми решениями с поддержкой DirectX 9.0c и избавились от низкой производительности благодаря новой графической архитектуре. Многие модели линейки получили технологию SLI, позволяющую объединять две карты для ускорения работы.
Несмотря на это, в середине 2004 года ATI впервые обгоняет компанию по количеству видеокарт на рынке. Однако NVIDIA удалось подписать контракт с Sony на разработку графического чипа для PlayStation 3, что дало ей дополнительные финансовые возможности для разработки следующих поколений видеокарт.
Чаша весов немного склоняется в сторону NVIDIA только спустя год, в середине 2005 года. Это происходит после выпуска линейки GeForce 7000, в архитектуре которой были устранены некоторые узкие места. Однако большого отрыва NVIDIA в тот момент достигнуть не удалось. Параллельно компания продолжает развивать чипсеты nForce, впервые представив их разновидности для платформы Intel LGA775. Но главный прорыв ждет NVIDIA впереди.
Игры плюс вычисления
Конец 2006 года стал ключевой точкой для NVIDIA по двум причинам. Первая из них — AMD купила компанию ATI. Intel не собиралась сотрудничать со своим прямым конкурентом, поэтому контракты на поставки дискретной и интегрированной графики, ранее приносившие ATI более половины дохода, теперь перешли к NVIDIA.
Вторая причина — запуск видеокарт серии GeForce 8000. Их главной особенностью стала универсальная шейдерная архитектура. Помимо заметного повышения производительности и совместимости с DirectX 10, она принесла с собой возможности неграфических вычислений. В феврале 2007 года NVIDIA представила собственный API CUDA, предназначенный именно для таких расчетов. С помощью CUDA компанией был разработан движок OptiX, служащий для визуализации методом трассировки лучей.
В мае были выпущены первые карты семейства Tesla, специально предназначенного для CUDA-вычислений. Tesla использовали графический процессор G80 от игровой карты 8800GTX: в C870 он был один, в D870 — два, а в S870 — целых четыре. Серверы на их основе обладали высокой производительностью в ряде задач, поэтому быстро стали популярными. С этого момента, помимо игровых и профессиональных карт, NVIDIA выпускала серверные решения на каждом поколении новых чипов.
После выхода GeForce 8000 доля дискретных карт NVIDIA начала расти, перешагнув отметку в 60 % уже к середине 2007 года. Топовые карты ATI были медленнее. Однако они стоили дешевле, что позволило конкуренту удержать треть рынка. Следующие линейки GeForce 9000 и GeForce 200 на той же архитектуре распространились годом позже и помогли NVIDIA удержать былые позиции. В 2007 году NVIDIA приобретает компанию PortalPlayer, которая занималась разработкой медиапроцессоров для плееров iPod. С этого момента появляется новое направление компании — разработка мобильных систем на чипе Tegra. Первая из них увидела свет уже год спустя.
В 2008 году состоялось приобретение Ageia — компании, разработавшей физический движок PhysX и плату-ускоритель для него. NVIDIA адаптировала полученные наработки, приспособив для просчетов физических эффектов свои ГП с ядрами CUDA — GeForce 8000 и более новые.
В 2009 году компания решает свернуть разработку чипсетов для материнских плат по ряду причин. Во-первых, Intel воспрепятствовала появлению сторонних чипсетов для своих новых платформ LGA1366 и LGA1156. Во-вторых, AMD после покупки ATI превратилась в главного конкурента, который снабжал собственные платформы графикой Radeon. Видя это, NVIDIA прекращает разработку nForce, переведя освобожденные ресурсы на другие направления.
В сентябре 2009 года вместе с Windows 7 Microsoft запускает новый графический API — DirectX 11. Одновременно AMD выпускает новые карты с его поддержкой. NVIDIA не успевает закончить разработку новых карт к сроку и выпускает их только через полгода.
Новинки вошли в серию GeForce 400. Они были сравнимы с конкурирующими Radeon в чистой производительности, а в тесселяции даже превосходили. Однако старшие карты были чрезмерно горячими и потребляли огромное количество энергии, поэтому многие пользователи сочли их неудачными. В конце 2010 года была представлена обновленная серия GeForce 500, но это был скорее легкий апгрейд — основные проблемы линейки хоть и стали мягче, но не исчезли.
В 2012 году NVIDIA меняет стратегию по разработке графических чипов. Для GeForce 600 серии она разрабатывает новую графическую архитектуру с прицелом не только на производительность, но и на энергоэффективность. Это впервые за долгие годы позволяет картам NVIDIA стать экономичнее аналогов от AMD.
2013 год приносит миру обновленную линейку GeForce 700. В ней впервые была представлена видеокарта серии Titan — топовая модель с большим объемом памяти для энтузиастов, балансирующая по стоимости между игровыми GeForce и профессиональными Quadro.
Мобильные устройства и автомобили
Параллельно дискретным видеокартам, NVIDIA продолжала развивать мобильные процессоры Tegra. Они нашли применение в нескольких смартфонах и планшетах, однако особой популярности так и не добились.
Несмотря на достижения компании в области графики, первые поколения Tegra использовали устаревшую графическую архитектуру, схожую с GeForce FX. И лишь в 2014 году NVIDIA выпускает два процессора Tegra K1 с графикой на архитектуре GeForce 600 серии. Примечательно то, что один из SoC впервые получил 64-битные ядра Denver. Они разрабатывались NVIDIA с 2008 года и стали одними из первых ядер, совместимых с 64-битной архитектурой ARM v8.
Denver на лету рекомпилирует код во внутреннюю систему команд, таким образом позволяя добиться высокой производительности. Изначально NVIDIA собиралась представить трансляторы и для ARM, и для x86-кода. Но лицензии на x86 так и не удалось добиться. Поэтому Denver, как и все последующие ядра, разработанные компанией, остались только ARM-совместимыми. Tegra K1 не светило широкое распространение на рынке гаджетов. Однако NVIDIA нашла своим разработкам другое применение, которое было гораздо перспективнее. В 2015 году компания запустила платформу Drive, предназначенную для бортовых компьютеров автомобилей. C ее помощью на ходу анализируются данные с камер и прочих датчиков. На основе них водителю предоставляются «умные» функции — такие, как помощь в управлении или контроль полосы. Вдобавок к этому платформа могла служить для воспроизведения мультимедии и прочих развлечений.
Чипы Tegra нашли применение в игровом планшете NVIDIA Shield и портативной консоли Nintendo Switch. Но после 2016 года в их линейке больше не было новых разработок. В 2020 году NVIDIA пыталась купить ARM. Случись это, компания захватила бы рынок ARM-серверов, и, вполне вероятно — мобильных SoC. Однако антимонопольные органы Великобритании выступили против сделки, поэтому она так и не состоялась.
Дело Tegra живо и сегодня в платформах серии Drive. Они разрабатываются и выпускаются до сих пор. Drive различных поколений можно встретить в автомобилях Mercedes, Hyundai, Kia, Toyota и Genesis. C 2023 года NVIDIA также выпускает собственные многоядерные ARM-чипы серии Grace — они используются в серверах.
Эпоха расцвета
Вычислительная мощность видеокарт NVIDIA еще с начала 2010-х годов привлекала компании, задачи которых слишком медленно выполнялись на центральных процессорах. В 2012 году на двух GTX580 была обучена нейросеть AlexNet, предназначенная для распознавания изображений. Она давала ошибочные результаты лишь в 15-16 % случаев, что на тот момент было очень хорошим результатом. Это всколыхнуло интерес к нейросетям, и через несколько лет даст огромный толчок к использованию ГП NVIDIA для их работы.
В 2014 году компания представляет видеокарты GeForce 900, обладающие поддержкой DirectX 12. Двумя годами позже на смену пришла серия GeForce 1000. Обе получились удачными, а на флагманскую модель второй линейки AMD впервые за последние годы не смогла ответить картой схожей производительности. Популярность NVIDIA устремилась ввысь — в 2015-2016 годах ее доля рынка дискретных ГП превысила 70 %.
Технологии глубокого обучения, ярким примером которых являются нейросети, не нуждаются в высокой точности вычислений. Видя рост их популярности, NVIDIA задумывается о модернизации своих графических процессоров специальными блоками, ускоряющими подобные вычисления. В декабре 2017 года компания представляет видеокарту Titan V на новой архитектуре. Ее ключевое отличие — отдельные тензорные ядра, специально заточенные для вычислений половинной точности.
Titan в этот раз стал лишь побочным продуктом. За полгода до ее презентации NVIDIA опробовала аналогичную архитектуру в вычислительных картах Tesla. На их основе были представлены компактные серверы NVIDIA DGX (Deep GPU Xceleration), обновленные версии которых компания выпускает с появлением каждой новой графической архитектуры.
В сентябре 2018 года NVIDIA представляет новую линейку игровых видеокарт GeForce RTX 2000. Их главные новшества — выделенные блоки для трассировки лучей и более производительные тензорные ядра второго поколения, которые научились работать с различными видами вычислений малой точности. В игровом применении эти ядра задействуются для работы технологии повышения производительности DLSS, а в вычислительном — заметно повышают темп работы технологий глубокого обучения.
2019 год ознаменовался еще одной крупной покупкой. NVIDIA приобрела Mellanox Technologies, разрабатывающую коммуникационные технологии для вычислительных кластеров. Ее наработки помогли компании еще больше укрепиться в среде высокопроизводительных вычислений. Последние поколения дискретной графики NVIDIA выпустила в 2020 и 2022 годах. GeForce RTX 3000 и 4000 серии, помимо повышения чистой производительности, принесли с собой в очередной раз усовершенствованные тензорные ядра и ускоренную трассировку лучей. Как и прежде, новые графические архитектуры были задействованы не только в пользовательских видеокартах и профессиональных решениях, но и в их аналогах, предназначенных для вычислений.
В 2023 году Nvidia выходит на первый план на рынке ИИ после того, как становится известно, что платформа OpenAI ChatGPT построена на базе 10 тыс. графических процессоров компании. Процессорами H100 компании для нужд ИИ заинтересовались другие крупные игроки. В мае Nvidia презентовала мощный суперкомпьютер DGX GH200 и платформу ACE, которая позволяет использовать генеративный ИИ в разработке видеоигр.
В феврале 2024 года стало известно, что компания создаст подразделение, которое будет изготавливать такие чипы на заказ. Кроме того, Nvidia представила новые продукты для AI PC (компьютеров с искусственным интеллектом), которые позволяют выполнять задачи искусственного интеллекта прямо на устройстве.
Заключение
Путь NVIDIA начинался с разработки графических карт для компьютеров в те времена, когда вокруг было множество конкурентов. Несмотря на это, компания вышла из гонки победителем и уже много лет является лидером на рынке дискретной графики. В последние годы ее доля превышает 80 %.
С появлением универсальной шейдерной архитектуры и API СUDA многие вычисления стало возможным выполнять на графических процессорах NVIDIA. А с появлением тензорных ядер чипы компании стали во много раз производительнее в задачах глубокого обучения. Поэтому уже полтора десятка лет высокий доход компании приносят не только игровые видеокарты, но и вычислительные решения для серверов. Благодаря недавнему буму технологий искусственного интеллекта выручка NVIDIA в этой сфере значительно возросла. В 2022 финансовом году она впервые сравнялась с доходами от игрового направления, а за последние пару лет — значительно превысила их.
Вследствие таких изменений в июне 2024 года капитализация NVIDIA впервые достигла 3 триллионов долларов, а капитал основателя и генерального директора Хуанга — 100 миллиардов долларов. Все эти годы он оставался на своем посту, как и Крис Малаховски, который является старшим руководителем по технологиям компании.
Учитывая эти факты, неудивительно, что в последние годы в приоритетах компании именно серверное направление, а не игровое. Впрочем, на игровом рынке NVIDIA действительно некуда торопиться. В трассировке лучей ее решения все так же быстрее, чем конкурирующие от AMD. Периодическое отсутствие топовых видеокарт в линейках «красных» тоже положительно влияет на «зеленых»: взгляды пользователей чаще всего обращены на битву флагманских решений двух компаний, даже если к покупке планируется бюджетная карта.
Помимо основных видов деятельности, NVIDIA продолжает заниматься решениями для профессиональной визуализации и автомобильными платформами. При этом часть из своих доходов компания постоянно финансирует в разработки новых чипов, что позволяет ей стабильно оставаться одним из лидеров полупроводниковой индустрии.
Ключевые достижения компании NVIDIA
В развитии Nvidia можно выделить несколько ключевых этапов.
1997 — выпуск первого 128-битного 3D-процессора RIVA 128;
1999 — изобретение графического процессора (GPU);
2001 — разработка собственной архитектуры NFORCE для процессоров;
2006 — выпуск платформы Compute Unified Device Architecture (CUDA), которая обеспечила параллельные вычисления на базе графических процессоров;
2007 — презентация ускорителей вычислений под названием Tesla для научных исследований;
2008 — запуск мобильного процессора Tegra или SoC для небольших устройств, таких как автомобильные компоненты, смартфоны и портативная электроника;
2010 — предоставление мощностей для запуска самого быстрого на планете суперкомпьютера Tianhe-1А;
2012 — запуск собственной нейросети для классификации изображений AlexNet;
2018 — выпуск первого графического процессора RTX, поддерживающего трассировку лучей в реальном времени;
2020 — запуск бета-версии платформы Omniverse, которая предназначена для разработки 3D-графики, дизайна и проектирования метавселенных;
2023 год — презентация ускорителя вычислений Hopper H100 NVL в дата-центрах для нужд ChatGPT;
2024 год — выпуск платформы GR00T (Generalist Robot 00 Technology) для обучения роботов-гуманоидов, которая позволит им понимать человеческую речь и воспроизводить движения людей.
Это лишь краткая история развития компании, и сюда не вместилась подробная история развития ее графических процессоров. История их развития будет рассмотрена в следующих статьях...
