突破算力瓶颈:异构计算和异构集成是两大方向.pdf
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1、科技光突破算力突破算力瓶颈:异构计算和异构集成是两大方向日前,由中国计算机学会主办的“2022中国计算机学会芯片大会”中,英特尔中国研究院院长宋继强分享许多半导体前沿技术。谈到半导体两大趋势:突破算力瓶颈,以及墙算力同时要能控制功耗,宋继强分享了英特尔对异构计算和异构集成两大技术方向的看法。是突破算力瓶颈,通过不同的方式解决多样化数据的计算有效性;第二,在提升算力的时候,还需要考虑到绿色计算,不能用很耗能的计算方式去解决问题,要想如何以能量优化的方式去解决未来的数据处理。宋继强指出,如果把数字经济的基础设施看成一个底座,如何更好地分配算力,进行调度以应对不同的应用,以及对延时、计算量、并发、不
2、同加速类型、数据类型的要求,实际上是构成了一个很复杂的算力网络。中国近年来提出把计算和网络融合起来,“东数西算”工程的推进是很重要的大方向。从技术方面来看,其实它就是在构造一个以能源、计算能效性为优先综合布局的新型算力网。东部的数据量很大,包括游戏、智慧城市、智能驾驶、交通等有非常多数据产生和使用。还有很多地区能效比高,很多自然能源可以使用,适合建立建数据中心。这个概念在上面看是一张算力网,通过网络把它连接起来,当中的底层技术非常复杂,因为网络有延迟,很多应用根据数据处理和应用的需求对延迟的敏感度不太一样。对于数据处理,无论是算力还是网络构造,都很有独特的要求。从数据量和质来看,传统的单一计算
3、架构肯定会碰到性能和功耗的瓶颈。因此,我们要朝两方面迈进:第一,是突破算力瓶颈,通过不同的方式解决多样化数据的计算有效性;第二,在提升算力的时候,还需要考虑到绿色计算,不能用很耗能的计算方式去解决问题,要想如何以能量优化的方式去解决未来的数据处理。解决上述问题,异构计算和异构集成是未来的两大方向。何为异构计算?就是用不同的架构处理不同类型的数据,真正做到“用好的工具解决好的问题”。何为异构集成?是以更好的集成组合方式,把不同工艺下优化好的模块更好地集成到未来的解决方案当中,从而更加高效地处理复杂计算。在“解决问题”的这个思路下,首先我XPU,英特尔全面的硬件架构intel.CPU口口GPU回I
4、PU口FPGA+AI加速谷XeONXPU,英特尔全面的硬件架构COReAR170 外星雪突破算力力科技光们要能够在硬件的架构布局上“全面发展”,对不同的数据有不同的处理器架构,比如说CPU、G PU、I PU、FPG A、A I 加速器,它们各自针对不同种类的数据流,包括数据处理的不同特点,可以进行定制。再者,把不同架构组装起来后,就需要有人根据应用的要求进行编程,释放硬件的功能,把它调度好,这就需要有一个对应的很好的软件框架,英特尔的oneAPI就在构造一个完整的异构计算体系,目的是未来写一个软件,只需要让应用者指定它的功能,而不需要非常明确地指定哪些部分运行在CPU上,哪些部分运行在GPU
5、上,哪些部分运行在人工智能加速器上。通过底层的软件功能模块和工具链,就可以把下面具体的实现分布在不同的硬件上,硬件发生变化,下面具体的实现也发生相应变化,但是上面的软件开发代码是不用变的。英特尔在这一领域有非常全面的硬件架构布局,包括CPU、G PU、I PU、FPG A、人工智能加速器等领域都有很成熟的产品,在网络上可盖的领域很全面的,从终端侧,到边缘,再到服务器,都有不同级别的硬件对它们进行加速。软件框架也非常重要,必须具有开放性,因为我们现在不知道未来会有哪些新兴硬件种类出现,但是我们要去构造一个能让未来和现在的硬件都能很好地去工作的统一框架。首先,最底层是硬件的抽象层,定义一些统一的描
6、述方法,称之为LevelZero,它可以把不同架构的硬件,以及来自不同厂商的硬件,都用统一的方式向上层开发人员给出一种描述,比如硬件如何被调用,有哪些功能,以及做不同工作的时候的延时和性能。再上面是底层高性能库,针对不同常用的计算内核分别做了相应的优化,这个优化一方面会针对这些计算负载的种类去做算法级的优化,同时会根据所面向的硬件种类进行优化,比如说oneMKL,它在CPU、G PU 和A加速器上运行的库是不一样的。同时oneAPI也提供不同的语言,比如说DPC+、SY C L 语言,都可以支持做并行编程,这两层是oneAPI主要的工作。目前oneAPI在全球都开始做开放式的合作,有很多企业、
7、初创公司、研究机构加入,在中国,英特尔去年也和中科院计算所建立了中国首个oneAPI卓越中心。oneAPI:开放统一的跨架构编程模型1点用及服务中国件,和保及造行时oneAPI开放且基于标准的oneAPI,开放统一的跨架构编程模型当我们有了不同种类架构的芯片,有一些架构的硬件可以被很好的整合到同一制程下面的SoC里面去,而有一些是会成为不同的芯片,但是我们仍希望把它统一在同一个系统里,因此需要异构集成,也就是intel先进的封装工艺。先进的封装工艺可以把不同制程节点的芯片封装在一个大的封装里,同时利用先进封装带来的尺寸、带宽、功耗的优势,让它们不会像原来板级封装一样有很大的延迟和带宽降低,还有
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