高性能計算類應(yīng)用的發(fā)展，驅(qū)動算力需求不斷攀升，但目前單一計算類型和架構(gòu)的處理器已經(jīng)無法處理更復(fù)雜、更多樣的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中心如何在增強算力和性能的同時，具備應(yīng)對多類型任務(wù)的處理能力，成為全球性的技術(shù)難題。在計算領(lǐng)域芯片企業(yè)的不斷探索和研究中，異構(gòu)計算成為公認(rèn)的算力突破“抓手”。

芯片廠商發(fā)力異構(gòu)計算

異構(gòu)計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，有望主導(dǎo)未來的高性能計算市場。英偉達(dá)、英特爾、AMD作為行業(yè)頭部企業(yè)，近兩年在異構(gòu)計算方面的新產(chǎn)品層出不窮。

英特爾在最近的投資者會議中提出了一款將x86和Xe GPU 整合到一個Xeon插槽中的新架構(gòu)Falcon Shores。英特爾中國研究院院長宋繼強向《中國電子報》記者介紹，將x86的主芯片和GPU的性能整合在一起，這是一個創(chuàng)新。在性能上，F(xiàn)alcon Shores將提供超過5倍的每瓦性能、計算密度以及內(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)施和高性能計算的數(shù)據(jù)中心專屬CPU——Grace CPU超級芯片。該芯片專為AI、HPC、云計算和超大規(guī)模應(yīng)用而設(shè)計，由兩個CPU芯片組成，兩者通過NVLink-C2C進(jìn)行互連。

AMD完成對賽靈思的合并后，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、自動駕駛和行業(yè)領(lǐng)域的資源，AMD能夠?qū)⒏咝阅苡嬎隳芰敫囝I(lǐng)域。

異構(gòu)計算瓶頸待突破

異構(gòu)的優(yōu)勢顯而易見，與此同時暴露出的技術(shù)難題也越來越多。一是異構(gòu)計算產(chǎn)品需要面對不同的系統(tǒng)架構(gòu)、指令集和編程模型，需要降低多樣計算帶給軟件開發(fā)者的難度；二是異構(gòu)計算芯片產(chǎn)品除了要在芯片設(shè)計層面實現(xiàn)突破之外，還需要解決在芯片制造和封裝過程中不同結(jié)構(gòu)之間的適配和升級問題；三是異構(gòu)計算要實現(xiàn)性能的多樣性合一，使其同時滿足人工智能訓(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《中國電子報》記者采訪時表示，從產(chǎn)業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)層面看，異構(gòu)計算是指在完成一個計算任務(wù)時，采用一種以上的硬件計算單元、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、軟件應(yīng)用層接口等都存在著巨大的差異，如何構(gòu)建一個高效、系統(tǒng)化的協(xié)調(diào)統(tǒng)一的異構(gòu)計算系統(tǒng)，成為最關(guān)鍵的技術(shù)問題。

宋繼強同樣表示，異構(gòu)計算在技術(shù)方面、互連方面和軟件方面都面臨瓶頸。一是技術(shù)設(shè)計流程的協(xié)同問題。要保證與其他不同廠商的芯粒一起互聯(lián)互通、協(xié)同工作時不出現(xiàn)問題。二是需要統(tǒng)一各廠商芯粒之間的互連標(biāo)準(zhǔn)。目前各廠商之間的互連標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，英特爾攜手業(yè)界部分企業(yè)，推出了UCIe標(biāo)準(zhǔn)，未來有望把不同廠商的芯粒連到一起，形成一個符合要求的、大的、封裝級的集成芯片。三是軟件層面要過關(guān)。不同廠商的計算芯片之間要做出適配的I/O、內(nèi)存通道。

“東數(shù)西算”帶來新風(fēng)口

當(dāng)下正值我國“東數(shù)西算”工程建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)之際。宋繼強指出，異構(gòu)計算是“東數(shù)西算”的底層支撐。“東數(shù)西算”所需的大型計算中心內(nèi)部，CPU、GPU、FPGA、DPU、專用加速器等對處理不同種類的工作數(shù)據(jù)各有優(yōu)勢與劣勢，也有運營成本高低之分，所以未來一定要綜合部署，多種架構(gòu)可能都需要涵蓋，而且要有機聯(lián)合起來。

趙立東認(rèn)為，異構(gòu)計算對于“東數(shù)西算”來說是剛需。從半導(dǎo)體集成電路“贏家通吃”的發(fā)展特性來說，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)，單個數(shù)據(jù)中心或智算中心項目在落地時，會考慮異構(gòu)計算的復(fù)雜性及發(fā)展不完備性所帶來的巨大的額外部署成本，在一定程度上會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)適配的投入。而置身于“東數(shù)西算”背景下，最終要實現(xiàn)的是全國算力中心的大一統(tǒng)，從而盡可能地優(yōu)化利用資源，在多個數(shù)據(jù)中心或智算中心互聯(lián)互通的場景下，異構(gòu)計算的復(fù)雜性會是前所未有的。因此，在異構(gòu)算力溯源、調(diào)度與管理平臺的建設(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)計算，通用計算也將為“東數(shù)西算”提供更多助力。近兩年，國內(nèi)涌現(xiàn)出一批通用計算芯片初創(chuàng)企業(yè)，以FPGA和ASIC類型芯片作為切入點，部分企業(yè)購買國外公司的IP授權(quán)開發(fā)通用GPU芯片，少數(shù)企業(yè)自主研發(fā)通用GPU核心IP，實現(xiàn)了國內(nèi)通用計算的突破。

天數(shù)智芯副總裁郭為表示，通用計算所構(gòu)建的算力平臺通常并行處理能力特別強，計算能效比高，并且有很大的存儲帶寬，能夠釋放非常可觀的算力。

郭為建議，強化頂層謀劃，將算力網(wǎng)絡(luò)上升為國家戰(zhàn)略，從全局層面整體謀劃戰(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，應(yīng)成立國家重點實驗室，打造重大原創(chuàng)技術(shù)策源地。優(yōu)化異構(gòu)計算產(chǎn)業(yè)布局，發(fā)揮龍頭領(lǐng)軍企業(yè)的“鏈長”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)展計劃，推動異構(gòu)計算產(chǎn)業(yè)鏈本土化、供應(yīng)鏈多元化，確保異構(gòu)計算產(chǎn)業(yè)安全穩(wěn)定。