近年來(lái)，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，CPU正悄然升級(jí)到“CPU+”時(shí)代，CPU與GPU等其他處理器的深度融合（即異構(gòu)計(jì)算）已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然選擇。近日，“2016年全球異構(gòu)計(jì)算HSA峰會(huì)”在京召開(kāi)，華夏芯、AMD、聯(lián)發(fā)科技、Imagination、LG、Synopsis、Cadence、Ceva等HSA成員單位和海內(nèi)外數(shù)十家在處理器相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈最具影響力的IP供應(yīng)商、處理器設(shè)計(jì)公司、工具供應(yīng)商、軟件及操作系統(tǒng)公司以及高校和科研院所、投資機(jī)構(gòu)等共同就異構(gòu)計(jì)算展開(kāi)了討論，論壇涉及云計(jì)算與大數(shù)據(jù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位、軟件無(wú)線電、AR/VR、人工智能、深度學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用領(lǐng)域。

    國(guó)家互聯(lián)網(wǎng)信息辦公室副主任莊榮文在大會(huì)致辭中表示，當(dāng)前半導(dǎo)體領(lǐng)域創(chuàng)新風(fēng)起云涌，計(jì)算技術(shù)呈現(xiàn)出全新的發(fā)展趨勢(shì)，多種計(jì)算架構(gòu)正在逐漸融合，開(kāi)始進(jìn)入“大計(jì)算”時(shí)代。芯片架構(gòu)歷經(jīng)單核、同構(gòu)多核等不同時(shí)期，正向異構(gòu)多核發(fā)展，國(guó)內(nèi)外主流先進(jìn)企業(yè)均已加強(qiáng)對(duì)異構(gòu)芯片的研發(fā)投入。異構(gòu)多核芯片的創(chuàng)新涉及軟硬件等深層次融合創(chuàng)新，為趕超者提供了新的跑道?？梢钥吹疆悩?gòu)計(jì)算作為新的重要技術(shù)趨勢(shì)，在加速了計(jì)算架構(gòu)融合的同時(shí)，也給下游整機(jī)系統(tǒng)及軟件開(kāi)發(fā)帶來(lái)了重要的機(jī)遇。

國(guó)家互聯(lián)網(wǎng)信息辦公室副主任 莊榮文講話

為何要異構(gòu)？

     “異構(gòu)計(jì)算是目前世界上高性能處理器的發(fā)展趨勢(shì)，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、智能智慧城市等新一代技術(shù)的發(fā)展，以及人工智能、無(wú)人駕駛、AR/VR等前沿技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的CPU已經(jīng)不能滿足處理的所有要求，因此需要發(fā)展像GPU、TPU等各種各樣特定需求的處理器以及融合這些處理器的新架構(gòu)?！敝袊?guó)工程院院士倪光南說(shuō)。

    HSA協(xié)會(huì)主席John Glossner介紹稱，與傳統(tǒng)CPU處理器相比，“CPU+”或者說(shuō)下一代異構(gòu)多核處理器的主要性能實(shí)現(xiàn)了幾倍甚至十幾倍的提升，可使各種電子信息產(chǎn)品更加智能便捷，續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)。更重要的是，“CPU+”可以大幅降低下游廠商的開(kāi)發(fā)時(shí)間，削減開(kāi)發(fā)成本。因此，“CPU+”的應(yīng)用前景非常廣闊。預(yù)計(jì)在未來(lái)數(shù)年內(nèi)，“CPU+”產(chǎn)品將在電子信息產(chǎn)業(yè)的各個(gè)方面快速普及。

    Imagination全球副總裁兼中國(guó)區(qū)總經(jīng)理劉國(guó)軍指出，新的應(yīng)用對(duì)高性能、高效運(yùn)算的要求越來(lái)越高，深度學(xué)習(xí)在運(yùn)算量很大時(shí)會(huì)有很多限制。在高性能運(yùn)算同時(shí)又要求功耗低的情況下，就需要各種架構(gòu)的處理器一起工作。這些處理器做成專用芯片，滿足低功耗，但是靈活性降低；多種處理器放在一起，靈活性高，但是要整合的資源很多。解決這種矛盾就需要一個(gè)新的框架，使不同架構(gòu)的處理器放在一起實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)算，HSA應(yīng)運(yùn)而生。

    華夏芯CEO李科奕認(rèn)為，隨著人工智能、云計(jì)算等新應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，當(dāng)前CPU在各種處理器中的工作量已經(jīng)急劇下降，而并行計(jì)算的工作量已經(jīng)占據(jù)了整個(gè)計(jì)算平臺(tái)的80%甚至更高。因此，必然要求CPU與更為擅長(zhǎng)并行計(jì)算的GPU、DSP、FPGA、ASIC等各種計(jì)算單元深度融合，異構(gòu)計(jì)算是當(dāng)前國(guó)際處理器發(fā)展的必然趨勢(shì)，“CPU+”時(shí)代已經(jīng)呼之欲出。

異構(gòu)計(jì)算三強(qiáng)鼎立

    異構(gòu)計(jì)算是當(dāng)今半導(dǎo)體行業(yè)的一個(gè)熱門詞匯，但事實(shí)上，它并不是什么新概念，早在20世紀(jì)80年代中期，異構(gòu)計(jì)算技術(shù)就誕生了，時(shí)至今日已經(jīng)開(kāi)始逐步進(jìn)入計(jì)算行業(yè)的每一個(gè)領(lǐng)域，上到高端服務(wù)器、高性能計(jì)算，下到低功耗嵌入式設(shè)備(包括智能手機(jī)和平板機(jī))，無(wú)所不在。

    2006年AMD收購(gòu)ATI，完成了CPU行業(yè)、GPU行業(yè)有史以來(lái)最重量級(jí)的一次整合，之后AMD便迫不及待地將高性能CPU、GPU做到同一顆芯片上，將這一項(xiàng)目命名為“Fusion”(融聚)。2012年AMD聯(lián)合ARM、Imagination、聯(lián)發(fā)科、德州儀器共同組建了非營(yíng)利組織“全球異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)協(xié)會(huì)”（HSA Foundation），隨后吸引了三星電子、高通以及大批行業(yè)公司、科研機(jī)構(gòu)的加盟。HSA聯(lián)盟致力于建立開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)， 2014年發(fā)布了HSA平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)手冊(cè)1.0以及HSA程序參考手冊(cè)1.0等，希望通過(guò)這些開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)來(lái)迅速建立HSA的生態(tài)，使它容易推廣，容易被人們接受。

    當(dāng)前，全球異構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域呈現(xiàn)三強(qiáng)鼎立的態(tài)勢(shì)，除了HSA聯(lián)盟，還有以IBM、Google、英偉達(dá)為主的OpenPOWER聯(lián)盟和Intel主導(dǎo)的異構(gòu)計(jì)算體系。其中，Intel公司異構(gòu)計(jì)算體系主要為其自身系列產(chǎn)品和服務(wù)器使用，在PC與高性能計(jì)算（HPC）領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯；HSA是完全開(kāi)放的異構(gòu)計(jì)算聯(lián)盟，由于ARM、高通、三星等巨頭參與，在移動(dòng)端（MPC）領(lǐng)域擁有顯著優(yōu)勢(shì)。OpenPOWER聯(lián)盟以IBM POWER芯片架構(gòu)技術(shù)為基礎(chǔ)，成立時(shí)間最晚，主要面向高性能計(jì)算（HPC）領(lǐng)域應(yīng)用。

    倪光南院士指出：“非傳統(tǒng)廠商也在進(jìn)入這個(gè)新興市場(chǎng)，比如谷歌和臉書，他們主要是在人工智能、深度學(xué)習(xí)等有巨大需求潛力的領(lǐng)域推動(dòng)發(fā)展新一代的處理器。谷歌認(rèn)為，AlphaGO能夠戰(zhàn)勝李世石，秘密武器就是張量處理器（TPU），使得機(jī)器的深度學(xué)習(xí)能力，在同等功耗下，處理性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)芯片?！?/p>

HSA的優(yōu)勢(shì)

    “HSA的標(biāo)準(zhǔn)是經(jīng)過(guò)一系列的決策流程，保證異構(gòu)系統(tǒng)編程的兼容性，生成一個(gè)開(kāi)源式的，針對(duì)聯(lián)盟成員內(nèi)、成員外，所有人都可以免費(fèi)下載的開(kāi)源式的一套標(biāo)準(zhǔn)。1.0版的標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)CPU+GPU處理器，主要用于提高異構(gòu)架構(gòu)計(jì)算和編程能力的用戶使用時(shí)間。1.2版本由很多聯(lián)盟內(nèi)部公司廣泛發(fā)起，讓很多公司的處理器能夠融合到一起，這個(gè)范圍更廣泛，包括一些DSP、圖像信號(hào)處理器，以及其它加速器等?！盝ohn Glossner指出。

    劉國(guó)軍介紹，“Imagination是HSA的發(fā)起者之一，也是最主要的開(kāi)發(fā)者之一。如何發(fā)揮在異構(gòu)計(jì)算里面的功能？例如我們的CPU和GPU，現(xiàn)在要做一個(gè)虛擬化的功能，有兩個(gè)作用：第一，它提供了異構(gòu)整合的方便性；第二，它給下一代的安全方面提供了很好的平臺(tái)。我們的目標(biāo)是今后把我們的IP做成一個(gè)HSA IP，能夠跟其他廠家的IP能夠整合在一起，形成異構(gòu)的計(jì)算平臺(tái)或計(jì)算框架。”

     “HSA有二個(gè)優(yōu)勢(shì)，第一個(gè)是開(kāi)放性，第二個(gè)是在并行計(jì)算上有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。我們提倡和鼓勵(lì)中國(guó)更多的處理器公司，包括下游廠商一起來(lái)加入HSA，就是基于開(kāi)放性和共享。HSA所有的東西都是免費(fèi)的，都是大家來(lái)共享、開(kāi)源的，這點(diǎn)非常重要?！?李科奕指出，華夏芯作為全球領(lǐng)先的異構(gòu)處理器設(shè)計(jì)公司，基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的指令集、微架構(gòu)和工具鏈，提供CPU+DSP+IVP（圖像及視頻處理）三合一的“Unity”處理器IP核產(chǎn)品（包括深度定制）以及SoC芯片集成設(shè)計(jì)服務(wù)。。這次發(fā)布的64位高性能處理器基于華夏芯全自主核心技術(shù)，且支持HSA國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，主要面向移動(dòng)通信、機(jī)器視覺(jué)、人工智能、智能終端、消費(fèi)電子和物聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)領(lǐng)域。

    “聯(lián)發(fā)科是HSA最原始的創(chuàng)會(huì)者之一，參與了很多標(biāo)準(zhǔn)的制定。這跟我們公司的方向是很有關(guān)系的，我們公司也采用這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)里面很多其他公司的IP，另外我們自己發(fā)展一些IP。希望不同IP之間能夠有不同的組合，能夠各取所長(zhǎng)?！甭?lián)發(fā)科技高級(jí)技術(shù)總監(jiān)、軟件總架構(gòu)師Roy Ju博士介紹，“應(yīng)用HSA技術(shù)，聯(lián)發(fā)科技首創(chuàng)了十核三從集架構(gòu)，并將其應(yīng)用到高端芯片聯(lián)發(fā)科技曦力X20上，再輔以CorePilot3.0技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高性能、低功耗和優(yōu)秀的用戶體驗(yàn)?！?/p>

如何抓住異構(gòu)計(jì)算帶來(lái)的新機(jī)遇

    針對(duì)如何建立完整的異構(gòu)計(jì)算產(chǎn)業(yè)生態(tài)，實(shí)現(xiàn)“CPU+”的可持續(xù)發(fā)展，莊榮文副主任提出了三點(diǎn)意見(jiàn)：以應(yīng)用需求推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新；以聯(lián)合攻關(guān)推動(dòng)協(xié)同創(chuàng)新，以國(guó)際合作推動(dòng)開(kāi)放創(chuàng)新。依托HSA全球聯(lián)盟開(kāi)展創(chuàng)新、交流與協(xié)作，推動(dòng)我國(guó)現(xiàn)代異構(gòu)處理器技術(shù)創(chuàng)新成果的標(biāo)準(zhǔn)化、國(guó)際化和產(chǎn)業(yè)化，培養(yǎng)一批國(guó)際化的頂尖創(chuàng)新人才。進(jìn)一步加強(qiáng)全球異構(gòu)計(jì)算聯(lián)盟成員單位合作，加速異構(gòu)計(jì)算與各行業(yè)的深度融合創(chuàng)新，促進(jìn)異構(gòu)計(jì)算產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展，為全球范圍的新一輪經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)貢獻(xiàn)更大的力量。

    從CPU向CPU+的發(fā)展，有可能引起芯片行業(yè)很多現(xiàn)行規(guī)則的改變，使得CPU設(shè)計(jì)和下一個(gè)產(chǎn)品變得更加容易集成，更加容易驗(yàn)證，對(duì)開(kāi)發(fā)者來(lái)講更加容易開(kāi)發(fā)，而且更容易調(diào)試，更容易使用，價(jià)格也更低。面臨的市場(chǎng)非常龐大，所以如果HSA聯(lián)盟能夠在中國(guó)首先實(shí)現(xiàn)CPU+的目標(biāo)，不僅有利于突破傳統(tǒng)處理器的技術(shù)和產(chǎn)品，而且有可能改變?nèi)蛱幚砥鳟a(chǎn)業(yè)的發(fā)展格局。國(guó)家信息化專家委常務(wù)副主任周宏仁認(rèn)為，“中國(guó)在異構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域和國(guó)際先進(jìn)水平的差距相對(duì)要小一些，在某些方面甚至同國(guó)外處在同一條起跑線上。所以如果我們能夠超前部署，集中攻關(guān)，很有可能實(shí)現(xiàn)從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變。中國(guó)有世界上最大的處理器市場(chǎng)，目前中國(guó)每年進(jìn)口芯片2000多億美元，這樣一個(gè)市場(chǎng)一定可以培育出新的世界級(jí)的公司?！?/p>

    工信部電子信息司司長(zhǎng)刁石京則表示，中國(guó)在CPU等領(lǐng)域所取得的成就，為異構(gòu)計(jì)算發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，中國(guó)廣闊的市場(chǎng)和多樣性需求也為異構(gòu)計(jì)算提供了巨大的發(fā)展空間和機(jī)會(huì)。

    機(jī)遇雖然存在，但筆者認(rèn)為，高端人才團(tuán)隊(duì)不足以及對(duì)異構(gòu)計(jì)算產(chǎn)業(yè)的重要性、急迫性認(rèn)識(shí)不足是中國(guó)把握CPU+機(jī)遇亟需重視的地方。