近年來，隨著云計算,、大數(shù)據(jù),、物聯(lián)網(wǎng)等新應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，CPU正悄然升級到“CPU+”時代,，CPU與GPU等其他處理器的深度融合（即異構(gòu)計算）已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然選擇,。近日，“2016年全球異構(gòu)計算HSA峰會”在京召開,，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)計算展開了討論,，論壇涉及云計算與大數(shù)據(jù),、衛(wèi)星導(dǎo)航定位、軟件無線電,、AR/VR,、人工智能、深度學(xué)習(xí),、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用領(lǐng)域,。

    國家互聯(lián)網(wǎng)信息辦公室副主任莊榮文在大會致辭中表示，當(dāng)前半導(dǎo)體領(lǐng)域創(chuàng)新風(fēng)起云涌,，計算技術(shù)呈現(xiàn)出全新的發(fā)展趨勢,，多種計算架構(gòu)正在逐漸融合，開始進(jìn)入“大計算”時代,。芯片架構(gòu)歷經(jīng)單核,、同構(gòu)多核等不同時期，正向異構(gòu)多核發(fā)展,，國內(nèi)外主流先進(jìn)企業(yè)均已加強(qiáng)對異構(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)計算作為新的重要技術(shù)趨勢，在加速了計算架構(gòu)融合的同時,，也給下游整機(jī)系統(tǒng)及軟件開發(fā)帶來了重要的機(jī)遇,。

國家互聯(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)計算是目前世界上高性能處理器的發(fā)展趨勢,，隨著云計算,、大數(shù)據(jù)、移動互聯(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こ淘涸菏磕吖饽险f。

    HSA協(xié)會主席John Glossner介紹稱,，與傳統(tǒng)CPU處理器相比,，“CPU+”或者說下一代異構(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)航時間更長,。更重要的是，“CPU+”可以大幅降低下游廠商的開發(fā)時間,，削減開發(fā)成本,。因此，“CPU+”的應(yīng)用前景非常廣闊,。預(yù)計在未來數(shù)年內(nèi),，“CPU+”產(chǎn)品將在電子信息產(chǎn)業(yè)的各個方面快速普及。

    Imagination全球副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理劉國軍指出,，新的應(yīng)用對高性能,、高效運(yùn)算的要求越來越高，深度學(xué)習(xí)在運(yùn)算量很大時會有很多限制,。在高性能運(yùn)算同時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,，而并行計算的工作量已經(jīng)占據(jù)了整個計算平臺的80%甚至更高,。因此，必然要求CPU與更為擅長并行計算的GPU,、DSP,、FPGA,、ASIC等各種計算單元深度融合，異構(gòu)計算是當(dāng)前國際處理器發(fā)展的必然趨勢,，“CPU+”時代已經(jīng)呼之欲出,。

異構(gòu)計算三強(qiáng)鼎立

    異構(gòu)計算是當(dāng)今半導(dǎo)體行業(yè)的一個熱門詞匯，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)計算技術(shù)就誕生了,，時至今日已經(jīng)開始逐步進(jìn)入計算行業(yè)的每一個領(lǐng)域，上到高端服務(wù)器,、高性能計算,，下到低功耗嵌入式設(shè)備(包括智能手機(jī)和平板機(jī))，無所不在,。

    2006年AMD收購ATI,，完成了CPU行業(yè)、GPU行業(yè)有史以來最重量級的一次整合,，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利組織“全球異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)協(xié)會”（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)盟致力于建立開放的標(biāo)準(zhǔn)， 2014年發(fā)布了HSA平臺的系統(tǒng)架構(gòu)手冊1.0以及HSA程序參考手冊1.0等,，希望通過這些開放標(biāo)準(zhǔn)來迅速建立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)計算領(lǐng)域呈現(xiàn)三強(qiáng)鼎立的態(tài)勢，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)計算體系,。其中,，Intel公司異構(gòu)計算體系主要為其自身系列產(chǎn)品和服務(wù)器使用,，在PC與高性能計算（HPC）領(lǐng)域優(yōu)勢明顯；HSA是完全開放的異構(gòu)計算聯(lián)盟,，由于ARM,、高通、三星等巨頭參與,，在移動端（MPC）領(lǐng)域擁有顯著優(yōu)勢,。OpenPOWER聯(lián)盟以IBM POWER芯片架構(gòu)技術(shù)為基礎(chǔ)，成立時間最晚,，主要面向高性能計算（HPC）領(lǐng)域應(yīng)用,。

    倪光南院士指出：“非傳統(tǒng)廠商也在進(jìn)入這個新興市場，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

    “HSA的標(biāo)準(zhǔn)是經(jīng)過一系列的決策流程,，保證異構(gòu)系統(tǒng)編程的兼容性，生成一個開源式的,，針對聯(lián)盟成員內(nèi),、成員外，所有人都可以免費(fèi)下載的開源式的一套標(biāo)準(zhǔn),。1.0版的標(biāo)準(zhǔn)主要是針對CPU+GPU處理器,，主要用于提高異構(gòu)架構(gòu)計算和編程能力的用戶使用時間。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,，這個范圍更廣泛，包括一些DSP,、圖像信號處理器,，以及其它加速器等?！盝ohn Glossner指出,。

    劉國軍介紹，“Imagination是HSA的發(fā)起者之一,，也是最主要的開發(fā)者之一,。如何發(fā)揮在異構(gòu)計算里面的功能,？例如我們的CPU和GPU，現(xiàn)在要做一個虛擬化的功能,，有兩個作用：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,。我們的目標(biāo)是今后把我們的IP做成一個HSA IP，能夠跟其他廠家的IP能夠整合在一起,，形成異構(gòu)的計算平臺或計算框架,。”

     “HSA有二個優(yōu)勢,，第一個是開放性,，第二個是在并行計算上有非常明顯的優(yōu)勢。我們提倡和鼓勵中國更多的處理器公司,，包括下游廠商一起來加入HSA，就是基于開放性和共享,。HSA所有的東西都是免費(fèi)的,，都是大家來共享、開源的,，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)計公司,，基于自主知識產(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國際標(biāo)準(zhǔn),，主要面向移動通信、機(jī)器視覺,、人工智能,、智能終端、消費(fèi)電子和物聯(lián)網(wǎng)等多個領(lǐng)域,。

    “聯(lián)發(fā)科是HSA最原始的創(chuàng)會者之一,，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,?！甭?lián)發(fā)科技高級技術(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)計算帶來的新機(jī)遇

    針對如何建立完整的異構(gòu)計算產(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：以應(yīng)用需求推動技術(shù)創(chuàng)新,；以聯(lián)合攻關(guān)推動協(xié)同創(chuàng)新，以國際合作推動開放創(chuàng)新,。依托HSA全球聯(lián)盟開展創(chuàng)新,、交流與協(xié)作，推動我國現(xiàn)代異構(gòu)處理器技術(shù)創(chuàng)新成果的標(biāo)準(zhǔn)化,、國際化和產(chǎn)業(yè)化,，培養(yǎng)一批國際化的頂尖創(chuàng)新人才。進(jìn)一步加強(qiáng)全球異構(gòu)計算聯(lián)盟成員單位合作,，加速異構(gòu)計算與各行業(yè)的深度融合創(chuàng)新,，促進(jìn)異構(gòu)計算產(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)計和下一個產(chǎn)品變得更加容易集成,，更加容易驗(yàn)證,，對開發(fā)者來講更加容易開發(fā)，而且更容易調(diào)試,，更容易使用,，價格也更低。面臨的市場非常龐大,，所以如果HSA聯(lián)盟能夠在中國首先實(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。國家信息化專家委常務(wù)副主任周宏仁認(rèn)為,，“中國在異構(gòu)計算領(lǐng)域和國際先進(jìn)水平的差距相對要小一些,，在某些方面甚至同國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,。中國有世界上最大的處理器市場,，目前中國每年進(jìn)口芯片2000多億美元，這樣一個市場一定可以培育出新的世界級的公司,?！?/p>

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

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