以數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算和人工智能為代表的高性能計(jì)算類應(yīng)用的發(fā)展，驅(qū)動(dòng)算力需求不斷攀升，但目前單一計(jì)算類型和架構(gòu)的處理器已經(jīng)無(wú)法處理更復(fù)雜、更多樣的數(shù)據(jù)。如何在增強(qiáng)數(shù)據(jù)中心算力和性能的同時(shí)，具備應(yīng)對(duì)多類型任務(wù)的處理能力，成為全球性的技術(shù)難題。在計(jì)算領(lǐng)域龍頭芯片企業(yè)的不斷探索和研究中，異構(gòu)計(jì)算成為公認(rèn)的算力突破“抓手”。

芯片巨頭紛紛發(fā)力異構(gòu)計(jì)算

異構(gòu)計(jì)算可以提高算力和性能，降低功耗和成本，又具備多類型任務(wù)的處理能力，業(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)為是未來(lái)高性能計(jì)算領(lǐng)域的市場(chǎng)主導(dǎo)。英偉達(dá)、英特爾、AMD作為行業(yè)領(lǐng)頭羊，近兩年在異構(gòu)計(jì)算方面的新產(chǎn)品層出不窮。

英特爾在最近的投資者會(huì)議中提出了一款將x86和Xe GPU 整合到一個(gè)Xeon插槽中的新架構(gòu)Falcon Shores。英特爾中國(guó)研究院院長(zhǎng)宋繼強(qiáng)向《中國(guó)電子報(bào)》記者介紹到，將x86的主芯片和GPU的性能整合在一起，這是一個(gè)創(chuàng)新。在性能上，F(xiàn)alcon Shores將提供超過(guò)5倍的每瓦性能、計(jì)算密度以及內(nèi)存容量和帶寬。

英偉達(dá)在今年的GTC2022上，宣布推出首款面向AI基礎(chǔ)設(shè)施和高性能計(jì)算的基于Arm Neoverse的數(shù)據(jù)中心專屬CPU——Grace CPU 超級(jí)芯片。該芯片專為AI、HPC、云計(jì)算和超大規(guī)模應(yīng)用而設(shè)計(jì)，由兩個(gè)CPU芯片組成，兩者通過(guò)NVLink-C2C進(jìn)行互連。根據(jù)NVIDIA實(shí)驗(yàn)室使用同類編譯器估算，這一結(jié)果較當(dāng)前的DGX A100要高1.5倍以上。

AMD完成對(duì)賽靈思的合并后，將其CPU與賽靈思的FPGA結(jié)合為CPU+FPGA的異構(gòu)模式。借助賽靈思在5G、通信、自動(dòng)駕駛和行業(yè)領(lǐng)域的資源，AMD能夠?qū)⒏咝阅苡?jì)算能力帶入更多領(lǐng)域。AMD全球高級(jí)副總裁、大中華區(qū)總裁潘曉明曾在2021世界半導(dǎo)體大會(huì)上表示：“今天和未來(lái)的工作負(fù)載需要強(qiáng)大的計(jì)算能力，異構(gòu)計(jì)算是未來(lái)的關(guān)鍵。AMD未來(lái)在計(jì)算、圖形和解決方案的三個(gè)方面聚焦高性能計(jì)算，在持續(xù)發(fā)展的行業(yè)中保持高性能計(jì)算領(lǐng)導(dǎo)力?！?/p>

異構(gòu)計(jì)算瓶頸待突破

異構(gòu)的優(yōu)勢(shì)顯而易見，與此同時(shí)暴露出的技術(shù)難題也越來(lái)越多。一是，異構(gòu)計(jì)算產(chǎn)品需要面對(duì)不同的系統(tǒng)架構(gòu)、指令集和編程模型，需要降低多樣計(jì)算帶給軟件開發(fā)者的難度；二是，異構(gòu)計(jì)算芯片產(chǎn)品除了在芯片設(shè)計(jì)層面實(shí)現(xiàn)突破之外，還需要解決其在芯片制造、制程和封裝過(guò)程中不同結(jié)構(gòu)之間的適配和升級(jí)；三是，異構(gòu)計(jì)算要實(shí)現(xiàn)性能的多樣性合一，使其同時(shí)滿足人工智能訓(xùn)練、推理、圖像視頻處理等各種不同的需求。

燧原科技創(chuàng)始人兼CEO趙立東在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，從產(chǎn)業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)層面看，異構(gòu)計(jì)算是指在完成一個(gè)計(jì)算任務(wù)時(shí)，采用一種以上的硬件計(jì)算單元、互聯(lián)協(xié)議、差異化架構(gòu)、軟件接口等，由于不同的硬件設(shè)備、協(xié)議、應(yīng)用二進(jìn)制接口(ABI)、軟件應(yīng)用層接口(API)等都存在著巨大的差異，如何構(gòu)建一個(gè)高效、系統(tǒng)化的協(xié)調(diào)統(tǒng)一的異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)，就成為異構(gòu)計(jì)算最為關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題。

宋繼強(qiáng)同樣表示，異構(gòu)計(jì)算在技術(shù)方面、互連方面和軟件方面都面臨瓶頸，仍然沒(méi)有達(dá)到要求。一是技術(shù)設(shè)計(jì)流程的協(xié)同問(wèn)題。要保證與其他不同廠商的芯粒一起互聯(lián)互通、協(xié)同工作時(shí)，電和傳輸通路不出現(xiàn)問(wèn)題。二是需要統(tǒng)一各廠商芯粒之間的互連標(biāo)準(zhǔn)。未來(lái)全球各大芯片制造商、科技巨頭的芯?？赡軙?huì)集成在一個(gè)芯片上，目前它們之間的互連標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，各個(gè)廠商之間并沒(méi)有做好互聯(lián)互通的準(zhǔn)備。最近英特爾攜手業(yè)界部分企業(yè)，推出了UCIe標(biāo)準(zhǔn)，未來(lái)可以把不同廠商的芯粒連到一起，形成一個(gè)符合要求的、大的、封裝級(jí)的集成芯片。三是軟件層面要過(guò)關(guān)。不同廠商的計(jì)算芯片之間要做出最好的I/O、內(nèi)存的通道。

東數(shù)西算帶來(lái)新風(fēng)口

當(dāng)下正值我國(guó)“東數(shù)西算”工程建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)之際。這一宏觀戰(zhàn)略，對(duì)數(shù)據(jù)中心、計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信、光傳輸?shù)犬a(chǎn)品有較高建設(shè)需求，從而帶動(dòng)了我國(guó)計(jì)算領(lǐng)域的整體發(fā)展，形成了諸多新風(fēng)口，其中數(shù)據(jù)中心的建設(shè)是底層基礎(chǔ)中最重要的一環(huán)。

宋繼強(qiáng)表示，“東數(shù)西算”是個(gè)非常棒的工程。首先，它非常精準(zhǔn)地看到了未來(lái)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型之后，所需要的大量算力，而算力本身又分成很多種，并不是建一個(gè)大的計(jì)算中心就能解決所有問(wèn)題。所以要先將算力網(wǎng)搭建起來(lái)，按照數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和算力的使用情況，形成一個(gè)比較完美的布局。

宋繼強(qiáng)明確指出，異構(gòu)是“東數(shù)西算”的底層支撐。“東數(shù)西算”所需的大型計(jì)算中心內(nèi)部，CPU、GPU、FPGA、DPU、專用加速器等，對(duì)處理不同種類的工作數(shù)據(jù)各有優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，也有運(yùn)營(yíng)成本高低之分，所以未來(lái)一定要綜合部署，多種架構(gòu)可能都需要涵蓋，而且要有機(jī)聯(lián)合起來(lái)。

趙立東認(rèn)為，異構(gòu)計(jì)算對(duì)于“東數(shù)西算”來(lái)說(shuō)是剛需。從半導(dǎo)體集成電路發(fā)展特性來(lái)講，它是“贏家通吃”的——不管是從內(nèi)部的產(chǎn)品業(yè)務(wù)布局還是外部的生態(tài)與商業(yè)布局出發(fā)，單個(gè)數(shù)據(jù)中心或智算中心項(xiàng)目在落地時(shí)，會(huì)考慮異構(gòu)計(jì)算的復(fù)雜性及發(fā)展不完備性所帶來(lái)的巨大的額外部署成本，在一定程度上會(huì)偏好選擇以單一廠商為核心的現(xiàn)成產(chǎn)品組合，盡量避免技術(shù)適配投入。而置身于“東數(shù)西算”政策背景下，最終要實(shí)現(xiàn)的是全國(guó)算力中心的大一統(tǒng)，從而盡可能地優(yōu)化利用資源，在多個(gè)數(shù)據(jù)中心或智算中心進(jìn)行互聯(lián)互通的場(chǎng)景下，異構(gòu)計(jì)算的復(fù)雜性會(huì)是前所未有的。因此，在異構(gòu)算力溯源、調(diào)度與管理平臺(tái)的建設(shè)上，需要盡早布局與投入。

算力網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建不只依賴于異構(gòu)計(jì)算，通用計(jì)算也將為“東數(shù)西算”提供更多助力。近兩年，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出一批通用計(jì)算芯片初創(chuàng)企業(yè)，以FPGA和ASIC類型芯片作為切入點(diǎn)，或者購(gòu)買國(guó)外公司的IP授權(quán)開發(fā)通用GPU芯片，其中也有少數(shù)企業(yè)自主研發(fā)通用GPU核心IP，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)通用計(jì)算的突破。

天數(shù)智芯副總裁郭為向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，通用計(jì)算所構(gòu)建的算力平臺(tái)通常并行處理能力特別強(qiáng)，計(jì)算能效比高，并且有很大的存儲(chǔ)帶寬，能夠釋放非?？捎^的算力。

郭為提出要強(qiáng)化頂層謀劃，將算力網(wǎng)絡(luò)上升為國(guó)家戰(zhàn)略，從全局層面整體謀劃其戰(zhàn)略定位、發(fā)展目標(biāo)，加快構(gòu)建新型算力網(wǎng)絡(luò)格局。此外，還應(yīng)成立國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，打造重大原創(chuàng)技術(shù)的策源地。優(yōu)化異構(gòu)計(jì)算產(chǎn)業(yè)布局，發(fā)揮龍頭領(lǐng)軍企業(yè)的“鏈長(zhǎng)”作用，協(xié)同上下游企業(yè)，制定產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈圖譜及協(xié)同發(fā)展計(jì)劃，推動(dòng)異構(gòu)計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈本土化、供應(yīng)鏈多元化，確保異構(gòu)計(jì)算產(chǎn)業(yè)安全穩(wěn)定。