图形处理技术的全球专利布局形势思维导图

无独有偶，国内的研究机构也纷纷展开了对图形处理技术的研究。中国千万亿次计算机天河一号采用了中央处理器＋图形处理器的模式；清华同方推出以图形处理技术为主体的GPU Render Farm网络渲染解决方案。随着产业的发展，图形处理领域的专利申请快速增加，其专利状况成为业界亟待了解的问题。

本文旨在通过对图形处理技术专利的整体分析，结合主要申请人的专利技术和我国相关研发及产业情况，发现我国在该领域存在的问题和差距，并对重要专利提出预警，为我国实现具有自主知识产权的图形处理技术提供策略和建议。本文统计数据来源于中国专利数据库，以“图像处理单元”、“图像处理器”等为检索关键词，所有数据截止到2010年5月20日。

聚焦全球专利申请增长趋势明显

截至2010年4月27日，图形处理器领域全球专利申请总量为2057件。图1显示出该技术领域全球专利申请量的趋势变化。

图1 图形处理器技术全球专利申请量趋势图

从图1可以看出，最早出现图形处理器技术专利申请的年份是1982年，此后专利申请量呈曲线缓慢上升的趋势；在1997年，出现了一次明显的增长，从1996年的41件跃升到73件；此后4年，基本维持在70件左右；自2001年起，图形处理器技术专利申请量增长趋势显著，进入持续性快速上升期，并于2006年达到申请峰值265件。

由此可见，图形处理器技术已经进入专利布局的关键时期，该领域申请人开始积极布局。2001年之后申请量快速上升，这与图形处理器在手机等消费电子产品、视频游戏、医疗等领域广泛普及的时间一致。2007年申请量有所下降，为225件。由于专利申请公开的滞后性，从2007年至今出现下降折线，导致该阶段的数据不准确，不能因此判断该领域的专利申请量进入下降通道。

图2 图形处理器技术全球专利申请国家及地区分布图

图2显示了图形处理器技术全球专利申请的国家及地区分布，该分析是基于专利申请优先权所在的国家及地区进行的。

从图2可以看出，在图形处理器技术领域，美国处于垄断地位，其专利申请数量达到1318件，约占总申请量的63%；其次是日本，以18％的比例占据申请量排名的第2位；中国大陆以4％的比例排名第4位，申请量为82件；中国台湾的申请量约占3％，排名第5位。

美国企业为主要申请人

图3 全球前11位专利申请人排名

图3显示出全球图形处理器技术领域专利申请量排名前11位的申请人及其申请量。

从图3可以看出，申请量排在全球首位的是英伟达公司（NVIDIA），其数量为256件，占全球总申请量的12.45%。该公司和申请量排名第6位的冶天公司（ATI）几乎占据全部独立显卡的图形处理器市场。当前市场上，英伟达具有支持CUDA并行编程模型的图形处理器。

微软公司（Microsoft）以96件排名第2位。该公司从1999年开始在图形处理器领域进行专利申请，在2003年至2006年间，每年的申请量都在10件以上，2008年达16件。

国际商业机器公司（IBM）以79件排名第3位。通过申请量趋势分析可以看出，该公司自2002年开始在图形处理器领域进行专利布局，这很可能与用于PlayStation3视频游戏主机的Cell/B.E处理器的研发有关。2002年，该公司在此领域申请专利11件，此后每年至少申请6件，2008年达到申请量的高峰11件。当前，该公司已开发出具有强大图形处理能力的流处理器。

索尼（SONY）、东芝（TOSHIBA）、佳能（CANON）、日立（HITACHI）4家日本企业分别列申请量排名的第4位、第7位和并列第9位，可见日本企业在该领域具有集团优势。

英特尔公司（Intel）以58件申请排名第5位。通过进一步分析可以看出，该公司自1998年开始加快在图形处理器领域的专利布局，于2002年达到申请量的峰值10件；在2007年回落到1件之后，于2008年又跃升到6件。目前，除了通过集成显卡而在桌面计算领域处于领先地位之外，在高性能计算领域，英特尔拥有通用图形处理器（GPGPU）——Larrabee；而在嵌入式领域，英特尔则通过入股Imagination Technologies获得了PowerVR内核的使用权。

高通公司（Qualcomm）以47件申请与东芝公司并列第7位。该公司从2003年开始在图形处理器领域进行专利布局，于2006年至2008年达到专利申请高峰，年均申请量在12件以上。2009年，高通收购了超微半导体公司手持设备的图形多媒体技术的资产，交易的现金部分涉及6500万美元。同一时期，该公司在嵌入式中央处理器领域的专利申请量也迅速增长，并推出了基于ARM内核的Snapdragon处理器。这表明，在新一代移动互联网设备中，图形处理器将发挥重要作用。此外，高通公司作为传统的通信公司，善于运用专利战略，在多起专利纠纷中获利。该公司在图形处理器领域的专利布局显示了其技术战略转移。

中国台湾的威盛公司以41件申请与佳能、日立并列排名第9位。该公司在收购了S3 Graphics公司之后，也获得了一定的图形处理器市场份额。

通过对排名前11位的申请人进行横向比较，可以看出，各大跨国公司在2000年左右开始在图形处理器领域进行专利布局，并在2008年前后达到申请的高峰，这说明图形处理器技术已成为当前的一个技术热点，各大公司均在积极进行专利“圈地”，为未来的市场竞争铺路。

关注国内专利申请量稳中有升

我国涉及图形处理器技术的专利申请共306件。图4显示出我国图形处理器技术领域专利申请的总量以及国外来华和国内申请量的变化趋势图。

图4 我国图形处理器领域申请量变化趋势图

从图4可以看出，我国图形处理器领域专利申请量在2001年至2004年处于平稳上升期，2004年后申请量迅速攀升，于2006年达到峰值60件。2007年申请量稍有下滑，由于专利申请公开的滞后性，从2007年至今出现下降折线，导致该阶段的数据不准确，不能因此判断该领域申请量进入下降通道。

从国外来华专利申请和国内申请的比较来看，国外来华和国内申请量变化趋势与总体趋势基本一致。国外来华申请的峰值在2006年出现，为37件，国内申请的峰值在2008年出现，为28件。2007年之前，国内申请的数量均小于国外来华申请数量。2008年之后，国内申请量虽然大于国外来华申请量，但是考虑到专利申请公开的滞后性，并不能完全断定国内的实际申请量大于国外来华的申请量。

通过图4还可以看出，国内较早地开展了图形处理器技术的研发，并积累了一定的专利申请，在市场竞争中具有一定的筹码。

图5 国外来华申请的国家及地区分布图

从图5中可以看出，类似于全球专利申请分布，美国以64％的比例占据绝对垄断的地位，其次是日本，以22％排在第2位，此外，荷兰、韩国、加拿大、挪威、联邦德国、英国等国家也均在我国有相关专利申请。

图6 国内图形处理器技术专利申请的省市分布图

从图6可以看出，我国图形处理器技术领域的专利申请呈现出较高的地域集中度。其中，台湾以45％的比例占据国内申请量排名第1位，其次是北京，占16％，广东以14％位列第3，此外，浙江、上海、江苏、山东等沿海省市也占有一定比例，其余申请分布在吉林、陕西、广西、四川、辽宁等省份。

美、日企业为主要在华申请人

表1 排名前10位的国外来华申请人和国内申请人列表

从表1可以看出，国外来华申请人中，美国的英伟达公司在我国的申请量最多，为38件。英伟达公司从2003年起开始在我国进行图形处理器技术的专利布局，2007年达到峰值14件。目前已有8件获得专利权。英伟达公司有一定数量的申请涉及多个图形处理器的管理和通信技术，体现出该领域的技术发展趋势。其中2006年的200610151399.9号专利申请已获授权，其技术方案涉及一种图形系统，包括图形处理单元和为多个用户分别分配像素处理能力的多用户管理器，以及每个用户的属性。只要采用为各个用户分别分配像素处理能力的方案，均可能落入其保护范围，因此对于国内的研发机构来说存在专利技术壁垒。

索尼公司的申请量为21件，排在第2位。索尼公司于1995起开始在该领域进行专利申请，申请量变化趋势稳定，年均3件左右。

高通公司于2005年起在中国展开图形处理器技术的专利布局，于2007年达到峰值10件。高通公司的申请均保护图形处理器或包含图形处理器的设备，保护范围较宽，这些申请尚处于待审状态。高通公司善于运用专利战略，其在我国的专利布局应引起相关人士的关注。

微软公司在2002年至2006年对该领域进行了专利布局，申请量达到17件，其申请涉及图形处理器的图形处理、加密保护等技术。

英特尔公司的申请量为8件，处于第5位。其中2件已获授权，其他申请处于待审状态。其申请涉及优化存储器共享、管理活动线程等技术。

国际商业机器公司的申请量为7件，处于第6位。所申请专利均获授权，主要涉及图形处理器的接口技术。

冶天公司有4件申请，排名第7位。该公司是世界著名的显示芯片生产商，2006年被超微半导体公司收购。其申请涉及多图形处理单元的物理仿真、多采样模式等技术。

此外，飞利普、三星、恩智浦半导体公司（NXP）等均有3件申请，并列第8位。

国内的申请人中，排名前3位的是台湾的威盛、华硕和图诚公司。这些公司的申请涉及图形处理器相关的各种技术。可见，我国台湾的图形处理器技术已形成较为完整的专利布局，能够与国外大型跨国公司抗衡并占据一席之地。

我国大陆的申请人虽多，但是各申请人的申请量均少于5件，没有形成合力。大陆的图形处理器技术研究主要集中在大学和科研院所，其中北京航空航天大学、浙江大学、汕头超声仪器研究所、北京大学、中国科学院、上海交通大学、电子科技大学、清华大学等均有相关申请，大多涉及图形处理器中的图像处理技术，因此在基于图形处理器的图像处理技术方面具有一定的实力。

国内企业中，浪潮、鸿富锦、北京中星微、深圳安凯、深圳七彩虹等多家公司均有相关专利申请。其中，浪潮的申请多涉及多处理器的技术；鸿富锦的申请涉及图形处理单元接口技术；北京中星微的申请涉及图形引擎芯片及其应用方法；深圳安凯的申请涉及图形加速器的低功耗技术；深圳七彩虹的申请涉及图形处理单元的接口技术。

通过对国外来华和国内专利申请的对比分析可知，国外大型跨国公司在图形处理器技术领域已经建立了较为广泛的专利布局，而且仍在持续对该领域进行深入布局；国内的台湾公司占据了该领域的一席之地，具有一定的技术优势；而大陆科研院所的研究侧重图像处理技术，企业的专利技术基本上处于应用层面。

三点启示

启示一：图形处理器技术是当前市场竞争的热点技术

视频游戏、多媒体以及移动互联网设备所带来的巨大需求，激发了图形处理器相关专利申请的迅速增长。从国际形势来看，自2001年起，图形处理器技术专利申请量增长趋势显著，进入持续性快速上升期，年增长率保持在13％以上，最高达到50％；从国内情况来看，图形处理器领域专利申请在2001年至2004年处于平稳上升期，2004年后迅速攀升，其中2004年的增长率达到了175％。

启示二：专利申请的地域性较强、集中度较高，大型跨国公司已掌握重要专利

从全球、国外来华、国内3个层次的专利申请分析，英伟达公司在申请量上处于垄断地位，其在我国进行了密集的专利布局，拥有关键技术的重要专利，对我国的技术发展形成一定的阻碍。

国内专利申请的地域分布不均衡，主要集中在沿海地区以及北京等地；台湾在图形处理器技术领域占据了一席之地，具有一定的技术优势；大陆申请人众多，但未形成合力。大陆申请人主要集中在大学和科研院所，已有的技术成果还需加强专利保护力度。

启示三：与中央处理器融合，成为今后的发展趋势

从某种意义上来说，图形处理器本身是一个协处理器，主要用于图像、视频、3D加速。一直以来，图形处理器采用单指令多数据流（SIMD）架构，该架构使得图形处理器拥有强大的浮点运算能力。当今图形处理器的浮点运算能力达到多核中央处理器的几十倍甚至上百倍。因此，与图形处理器融合将大大提高中央处理器的浮点运算能力。英特尔新推出的酷睿i系列芯片，首次实现了中央处理器和图形处理器的单一芯片整合，而英伟达也推出了整合中央处理器的Tegra 2图形芯片。因此，中央处理器和图形处理器相互融合，协同运算，将给人们带来“阿凡达”式美好的数字化生活。

此外，如何使中央处理器和图形处理器最大限度地提高工作效率，也是今后技术研发的重点方向之一，我国研究机构可在该领域加大投入，争取提高在全球的竞争优势。（知识产权报作者乐山乐水）