北京2022年12月19日 /美通社/ -- 在當前數(shù)字經濟時代，隨著5G、AI、云計算等新興領域對計算量的需求增長，傳統(tǒng)的體系架構面臨性能和功耗瓶頸，已無法處理更復雜、更多樣的數(shù)據(jù)，難以滿足日益高漲的算力需求，異構計算應需而生。作為算力突破的新抓手，異構計算能夠提高算力和性能，降低功耗和成本，并具備多類型任務處理能力，在智算中心、云數(shù)據(jù)中心、邊緣計算等場景有著廣泛應用。
12月16日，由高效能服務器和存儲技術國家重點實驗室和開放計算中國社區(qū)聯(lián)合主辦的 “異構計算研究與實踐”第七期開放計算技術沙龍在線上成功舉行，由CSDN直播，浪潮信息、央鏈等平臺轉播，超1.7萬人次觀看。本期沙龍由高效能服務器和存儲技術國家重點實驗室首席研究員葉毓睿主持，匯集來自南開大學、鴻鈞微電子、遇賢、數(shù)渡科技、矩向科技、澎峰科技等產學研用領域相關專家教授，圍繞智能異構計算系統(tǒng)、芯片、超異構計算架構、互連技術（PCIe）、異構計算軟件棧等話題，共同探討異構計算的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢。
首先，主持人葉毓睿研究員在開場分享了高效能服務器和存儲技術國家重點實驗室最近的一些思考和觀點。他表示，我們面臨著算力多元化，需求猛增的情形，隨著摩爾定律的放緩，以及功耗墻、登納德縮放定律和阿姆達爾定律遭遇瓶頸，多元算力、異構計算、邊緣計算、散熱技術和一切皆計算機的硬件重構方向等趨勢和相關技術的研究和實踐，成為近些年來的熱點。
在主題演講環(huán)節(jié)，南開大學教授、博士生導師李濤分享了“智能異構計算系統(tǒng)研究及應用”。他指出，異構計算已經成為云計算和邊緣計算等各種場景中的主流計算模式，GPU的出現(xiàn)已經使得這一模式得到快速發(fā)展和成功應用。以深度學習為代表的人工智能技術及其應用發(fā)展如火如荼，對以GPU為代表的異構加速技術以及算力設備產生了更大的需求，并形成良性循環(huán)。隨著特定領域架構和RISC-V開源硬件等技術生態(tài)日漸完善，異構計算模式將會更好地實現(xiàn)“專業(yè)的硬件干專業(yè)的計算任務”，為新時代的智能社會和數(shù)字經濟建設提供更好的算力支撐。
鴻鈞微電子產品工程部副總裁潘國振就“數(shù)據(jù)中心異構計算探索”進行主題分享。他表示，異構計算技術來自于真真切切的業(yè)務場景需求、為了解決某個算力問題而存在，而業(yè)務需求是復雜的，計算熱點經常是不明確的，軟硬件之間的分割線更是模糊的，數(shù)據(jù)流的方向往往會出乎硬件人所料。所以需要深入一線業(yè)務調研軟件棧細節(jié)，從全業(yè)務鏈路來找熱點、定方案、做產品。如果只是具備某種硬件技術，硬往業(yè)務環(huán)境里面去套，可能會水土不服。 當然最好的辦法是從兩頭往中間走，一邊調研業(yè)務軟件棧，一邊深度打磨異構產品，最終找到最佳的結合點。
隨著異構計算在云計算、智能計算、邊緣計算等領域的應用不斷深入，復雜多變的應用場景和多樣化的算力形態(tài)也對異構計算系統(tǒng)提出了更高的要求。數(shù)渡科技合作部總監(jiān)許勝分享了“異構計算中的互聯(lián)技術應用與探討”。他表示，為了獲取高性能和高效率的計算能力，利用CPU、GPU、NPU、FPGA等類型計算單元構建出具有多元化計算能力的算力平臺，這些計算單元之間通過異構融合和協(xié)同工作，來共同滿足復雜場景下對計算的差異化需求。而統(tǒng)一的高速異構互聯(lián)和高效的異構資源管理系統(tǒng)，將有助于提升不同算力單元之間的協(xié)同優(yōu)化，降低多樣性算力綜合應用的開發(fā)難度，充分發(fā)揮異構計算系統(tǒng)架構在靈活性、高效性等方面的特點優(yōu)勢。
對于異構計算而言，“碎片化”是非常大的挑戰(zhàn)。遇賢副總裁、首席架構師陳爭勝發(fā)表了“打破邊界，從芯片異構到系統(tǒng)異構”主題演講，他指出，面對異構會帶來的“碎片化”挑戰(zhàn)，需要更多精心設計的抽象層級，使得有效算力能夠最大化。從CPU的視角來看，存在多個層面的異構，首先是Die內的異構，比如大小核的異構；再就是Chiplet或者說封裝內的異構，比如CPU+GPGPU MCM封裝；還有系統(tǒng)層面的異構，如通過CXL總線構建一個多xPU、多級存儲的“對等”計算系統(tǒng)。此外，如何打破多個層級的邊界進行聯(lián)合優(yōu)化，如何降低硬件異構對軟件架構的影響，也是一個值得關注的問題。以芯片原廠及系統(tǒng)廠商共同主導的異構生態(tài)，帶來了一次產業(yè)鏈價值重構的機會。
關于未來計算架構的演進，矩向科技CEO黃朝波進行了“新一代計算架構：超異構計算”的主題分享。隨著人工智能和元宇宙等創(chuàng)新應用的爆發(fā)，底層的計算能力需要千倍萬倍的提升。計算架構從最開始的單核串行，走到多核并行；又進一步從同構并行走到異構并行；未來，會進一步走向超異構并行。黃朝波指出，串行編程符合人類的思維，并行編程難度較大，異構并行編程難度更大，超異構并行編程更是地獄級難度。如何駕馭超異構，是成敗的關鍵，也是需要重點投入的方向。未來，大算力芯片需要實現(xiàn)算力的多個數(shù)量級提升，是現(xiàn)有三大芯片CPU、GPU、DPU功能的部分或全部融合，成為通用的超異構處理器。超異構處理器為算力網(wǎng)絡提供超高算力密度的基礎單元，是面向云計算、邊緣計算以及自動駕駛終端等復雜計算場景的通用、綜合、融合的單芯片解決方案。
在軟件棧方面，澎峰科技CEO張先軼分享了“異構計算軟件棧的國產自主與國際化愿景”。他指出，異構計算軟件棧作為底層硬件和上層應用的橋梁，可以擴展芯片的應用范圍，提升計算性能。國際主流芯片公司都投入大量資源建設異構計算軟件棧，例如Intel oneAPI，NVIDIA CUDA-X等。國內異構計算芯片公司，要么在構建自主的語言、工具鏈，要么采取兼容CUDA語言的方式。從用戶角度說，要么學習成本高，要么性能不佳。針對用戶期望的性能高、兼容多、使用便利等需求，澎峰科技采用開源共建的模式，推出高性能計算庫PerfMPL庫解決性能問題，跨平臺API編程PerfXAPI兼容更多硬件，PerfXPy科學計算平臺平衡便利和性能。
在最后的圓桌討論環(huán)節(jié)，遇賢副總裁、首席架構師陳爭勝，數(shù)渡科技合作部總監(jiān)許勝，矩向科技CEO黃朝波等嘉賓，共同就異構計算軟硬件協(xié)同設計、如何實現(xiàn)不同加速器之間數(shù)據(jù)高效交互、超異構計算架構發(fā)展展望、如何發(fā)揮算力多元化的優(yōu)勢等議題進行了熱烈探討與交流，并和聽眾進行了深入的互動問答。
