GPU是图形处理单元（Graphics Processing Unit）的缩写，最初是一种用于个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑和智能手机）上的图形计算的微处理器[1]。
因为CPU没有专门用于图形渲染的部件，所以才有GPU的诞生。GPU是在CPU的结构上进行了优化和调整。由于GPU在大规模并行计算方面有出色表现，已经被广泛应用于图形处理以外的各个领域，包括科学计算、密码破解、数值分析、大数据处理和金融分析。
目前，GPU可以分为三种类型：AI-GPU、FP-GPU和渲染-GPU。AI-GPU，以深度学习加速卡为代表，被设计用来加速AI工作负载。FP-GPU主要用于超级计算，支持科学计算的双精度浮点运算。渲染-GPU比较传统，主要用于游戏、桌面和其他图形化应用。
根据Verified Market Research的数据，全球GPU市场在2021年估计约为334.7亿美元，预计到2030年将达到477.7亿美元。对GPU需求的激增和最近美国对中国芯片制裁的升级，可能会大大刺激中国自主开发GPU的决心，并加速中国的GPU相关研发。本文旨在通过比较本土公司和外国公司的专利数据，对中国GPU设计的现状进行深入了解。
为了准确统计与GPU设计技术相关的专利，我们使用分类代码和关键词搜索了过去十年（2013-2022）的中国GPU设计技术专利，并选择了专利申请量最大的10家本土公司和10家外国公司。然后利用该数据集进行了一系列的对比分析。
I. 本土公司和外国公司的专利申请趋势比较
2014年6月，《国家集成电路产业发展推进纲要》公布，明确呼吁加强集成电路知识产权运用和保护，建立国家重点工程知识产权风险管理体系，推进知识产权战略联盟，探索知识产权直接融资方式和资产管理制度。2016年，在中国工业和信息化部的指导下，中国集成电路知识产权联盟正式成立。其目的是整合全产业链的资源，打造具有全球影响力的集成电路产业知识产权组织。[4]同年7月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《国家信息化发展战略纲要》，提出要 "构建先进技术体系，制定国家信息领域核心技术装备发展战略，用系统思维补短板，打造国际先进、安全可控的核心技术体系，推动集成电路、基础软件、核心元器件等薄弱环节取得根本性突破"。
图1. 本土和外国公司的专利申请趋势
正是随着一系列集成电路相关政策的推进，本土企业在GPU设计方面的专利申请量不断增加，如图1所示。2018年之前，本土企业在GPU设计方面的专利申请量始终低于国外企业。2018年，本土公司的中国专利申请数量在历史上首次与外国公司的专利申请数量相当。2019年以后，本土公司的专利申请数量迅速增加。在2021年，虽然有少量的专利申请尚未公布，但本土公司的专利申请数量是外国公司的四倍。专利申请的增加证实了国家政策的有效实施。
II. 按IPC分类和应用领域对本土和外国公司的中国专利进行比较
此外，我们分析了图1所示的本土公司和外国公司的专利。我们发现，本土公司的专利集中在电子数字数据处理、计算机外围设备、计算模型和图像数据处理等领域。中国公司在数字数据处理领域的程序控制设备（G06F9）的专利申请数量最高，约为3000件。其次是计算机部件领域的模式识别方法或装置（G06K9）的专利申请，接近2000件申请。此外，还有大约1000专利，分别涉及数字数据处理和信息检索、数据库结构、文件系统结构、将数据转化为计算机可以处理的形式的输入设备，以及将数据从处理设备传输到输出设备的输出设备（G06F16&G06F3）。详情请见图2。
图2：中国公司的中国专利按IPC主要分类和应用领域的比较
同样，对于外国公司来说，在电气数字数据处理领域（G06F9），专利和专利申请的比例最高的是程序控制装置，表明它是中国和外国公司的一个热门领域。详见图3。
图3：外国公司中国专利按IPC主要分类和应用领域的比较
与本土公司不同，在外国公司申请的中国专利中，专利和专利申请数量排名第二的领域是计算机模型应用领域中基于生物模型的计算机系统（G06N3）。将要处理的数据转化为可由计算机处理的形式的输入装置（G06F3），在本土公司的专利中排名第四，在外国公司中则上升到第三位。总而言之，两组公司在重点领域有微小的差异。
III. 本土公司和外国公司之间的独立权利要求和权利要求的比较
权利要求是确定专利保护范围的基础。它们与权利的稳定性和技术解决方案的数量高度相关。一项专利的权利要求越多，其保护水平就可能越高。当有更多的权利要求时，在面对专利挑战时就有更多的灵活性。独立权利要求是权利要求中最重要的部分，它定义了一项专利所要求的最大保护范围。一项专利的独立权利要求越多，一项专利可能拥有的保护角度就越多样化。此外，在中国的专利制度中，如果权利要求的数量超过10条，将被收取额外费用。因此，当权利要求的数量超过10条时，表明受让人渴望为其技术方案支付更多的费用。
图4：独立权利要求和权利要求的分布（本土公司）
如图4所示，在本土GPU设计公司申请的授权专利中，54.6%在11-20项的范围内，其次是34.49%在1-10项的范围内，还有10.67%在21项以上。上述数据显示，对于34.49%的专利，企业要么想控制支出，要么根本没有复杂的技术解决方案。然而，在10项以下的34.49%的专利中，大多数的专利（28.84%）有3-5项独立的权利要求。本土企业有一定的意识对从多个角度保护其发明，但他们仍在为控制预算而努力。拥有11项以上权利要求的专利占总数的65.27%，这些专利大多拥有3-5项独立权利要求。虽然本土企业为一半以上的专利申请支付了额外费用，但54.60%的专利的权利要求数量控制在20条以下，这可能表明，虽然企业愿意支付额外费用，但技术方案只能达到适度的复杂水平。
图5：独立权利要求和权利要求的分布（外国公司）
如图5所示，在外国GPU设计公司的专利中，最常见的权利要求范围也是11-20项。它占专利总数的54.1%，与中国公司的54.6%相似。第二个最常见的范围是21-50项，占35.06%，远远高于本土公司的10.36%。1-10项索赔的比例只有9.9%，与本土公司的34.49%相差很大。图6中的数据显示，分配给外国公司的专利中只有9.9%的权利要求数量在10个以内。这些专利中的大多数只有1-2个独立的权利要求。值得注意的是，对于外国公司来说，拥有11项以上权利要求的专利比例为89.97%，远远高于本土公司的65.27%。两组之间的主要区别是，外国公司拥有超过20项权利要求的专利比例为35.06%，而中国公司的这一比例仅为10.36%。显然，外国公司愿意为权利要求支付更多的费用，而且他们的技术方案也更复杂。在独立索赔方面，两组公司都喜欢3-5项独立索赔。
图6：本土公司和外国公司的独立索赔和索赔的分布情况
通过比较，我们认为本土公司从多角度保护其发明的意识已经有所增长，并学会了为多层次的权利要求支付额外费用。然而，相比之下，本土公司在专利的稳定性和技术解决方案的数量方面，在统计上是滞后于权利要求数量的。外国公司倾向于为专利权利要求构建一个优越的多层次设计。
IV. 中国和外国公司的专利页的比较
图7. 本土公司和外国公司的专利页
授权专利文件的页数是衡量技术方案复杂性的指标。在中国，从说明书的第31页开始收取每页50元的额外费用，从第301页开始收取每页100元的额外费用。因此，专利的页数越多，专利受让人需要支付的额外费用就越高。
由于我们的数据库不能单独统计说明书的页数，图7中的页数包括参考书目和权利要求书页数。当页数超过50页时，说明书很有可能超过31页。对于超过51-100页的相关专利，我们的数据显示，外国公司的比例（13.86%）远远高于本土公司（3.34%）。这一结果与权利要求的数量相关，表明外国公司在GPU设计技术方面的专利投资更多。从统计学上讲，他们的技术方案比本土公司的方案更复杂。
V. 本土公司和外国公司的审查期限比较
专利的本质是以公开换取一定时间的垄断。专利审查期限体现了政府支持技术更新和创新的决心。目前，在中国加快审查的主要途径是快速预审（RPE）和优先审查（PE）。RPE是由专利保护中心为预先登记的申请人提供的。PE是指国知局根据申请人的要求或依职权对符合一定条件的专利申请进行优先和加速处理。
RPE和PE的本质区别在于，RPE是针对尚未提交给国知局的新申请，而PE是针对已经提交并进入实质审查阶段的发明专利申请。RPE可以将发明专利的审查期限缩短到3-6个月左右，而PE可以将其缩短到7-12个月左右。
申请RPE的申请人需要提前在专利保护中心完成注册。注册条件是这些公司需要属于新一代信息技术产业（移动通信、互联网、光通信、云计算、物联网、广播电视网络、数字家庭、移动终端、可穿戴技术、卫星移动通信、导航终端、广播电视网络终端、网络和信息安全硬件、基础软件和工业软件、集成电路、高端计算机制造、高端电子设备及仪器制造、基础电子元器件及材料制造、微电子技术）或高端装备制造业（智能制造装备、机器人及智能硬件、航空航天、先进轨道交通装备、高科技船舶及海洋工程装备、新能源汽车）。不同的省份可能有更细的要求。以北京为例，申请注册的申请人还需要有良好的创新基础，稳定的知识产权管理团队，并建立规范的知识产权管理制度。
值得注意的是，一般情况下，申请RPE的专利不应属于以下情况：一、根据《专利合作条约》（PCT）提出的国际专利申请；二、PCT国际申请的中国国家阶段性申请；三、同一申请人在同一天为同一发明创造申请的实用新型专利和发明专利；四、需要保密审查的申请；五、分案申请；六、低质量申请；七、涉及国家安全或重大利益；八、法律法规规定的其他情况[5] 。
申请PE需要满足以下条件之一：一、申请涉及国家重点产业，包括节能、环保、新一代信息技术、生物技术、高端装备制造、新能源、新材料、新能源汽车、智能制造等；二、申请涉及省、市人民政府特别鼓励发展的产业；三、申请涉及互联网、大数据、云计算等，且技术或产品更新较快；四、申请人已经准备或开始实施，或者有证据证明有人正在实施该发明；五、申请首先在中国提出，然后在其他国家或地区提出相同主题的申请；六、其他对国家利益或公共利益有重大意义而需要优先审查的情形。
图8 本土公司的审查年限
如图8所示，自2019年以来，一些本土公司在一年内提交申请并获得授权。从2020年到2022年，申请后一年内获得授权的专利数量逐年翻番。同时，从图8中可以看出，仍有许多GPU设计专利需要2-4年才能获得授权。这可能是由于不同公司的战略或小企业在满足RPE或PE的条件时面临的困难。
图9. 外国公司的审查期限
图9显示了外国公司的审查期限。我们没有看到外国公司在一年内获得专利的情况，通常需要4-6年才能获得专利。这是因为外国公司主要通过PCT申请中国专利，这不符合RPE的先决条件。同时，他们也因为其他战略原因放弃了PE。
通过对数据的分析，可以得出这样的结论：自2018年以来，本土企业的GPU外观设计专利申请数量稳步增长，远远超过了外国企业的速度，甚至达到了近年来外国企业的4倍。本土企业正逐渐意识到研发的重要性，他们在专利保护方面已经形成了成熟的策略，并寻求多元化的解决方案。然而，本土公司仍然需要加强专利的稳定性，这一点从其中的技术解决方案的数量可以看出。在这方面，外国公司在权利要求布局和专利组合结构方面显得更加细致和全面。此外，数据还表明，本土公司比外国公司更善于利用中国的专利审查政策。
参考文献：
[1]https://www.jianshu.com/p/b7c9377994f0
[2]https://www.verifiedmarketresearch.com/product/graphic-processing-unit-gpu-market/
[3]https://www.verifiedmarketresearch.com/ask-for-discount?rid=80287
[4]"中国电子报 "中国集成电路知识产权联盟在京成立 徐恒 详见： 中国电子报》文章（cena.com.cn)
[5]http://hljippc.cn/detail/89-1056.html
[6]https://www.cnipa.gov.cn/art/2020/6/5/art_1564_93038.html
来源：https://www.kwm.com/cn/en/insights/latest-thinking/patent-landscape-analysis-of-gpu-design-technology-in-china.html