异构计算进入2.0时代,中国IC将迎战略机遇!

 中国电子报、电子信息产业网  作者:陈炳欣
发布时间:2016-01-26
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  人类对高性能处理器的追求永无止境,时至今日,在传统的处理器技术框架下,同构多核CPU等处理器性能已经逼近物理极限,新一代异构多核处理器技术成为解决处理器性能、功耗、芯片尺寸等问题的必然选择。

  在近期北京亦庄召开的“高性能异构计算及网络安全研讨会”上,《中国电子报》记者获悉,华夏芯(北京)通用处理器技术有限公司即将推出全球首款完全支持异构系统架构(HSA)的处理器IP核,该产品在架构层面成功整合了CPU、GPU、DSP,实现了异构多核的内存统一寻址,使不同内核真正无缝地紧密联系在一起,可以大幅提升处理器性能并降低功耗。IP核是处理器产业的最上游,决定着国家IC产业的整体竞争力。

  华夏芯的突破表明我国在新一代异构计算上取得重大进展,有望在原本相对空白的处理器IP(知识产权)核授权领域打破国外垄断,彻底改变中国处理器产业的核心知识产权基本依赖于国外许可的被动局面。

  异构2.0时代即将到来

  异构计算是当今芯片行业的一个热门词汇,应用范围也越来越广泛,从芯片到设备的产业链厂商,都对其表现出极大的兴趣,但中国大多数处理器设计公司尚处在同构时代。采访中,华夏芯公司相关技术负责人告诉《中国电子报》记者:“所谓异构计算,主要是指使用不同类型指令集和体系架构的计算单元组成系统的计算方式。常见的计算单元类别包括CPU、GPU等处理器,以及DSP、ASIC、FPGA等。异构计算的概念早在20世纪60年代中期就已经诞生,但直到2000年以后,其编程方法才逐渐趋于理性”。

  过去,处理器频率的提升,并不需要结构性变化,通过特定的硬件加速,即可不断提升芯片性能。但是现在,随着芯片技术的进步,经常会碰到内存、功耗方面的限制。引入特定单元、让计算系统变成混合结构,让每一种不同类型的计算单元去执行自己最擅长的任务,就成了必然。“这是近年来异构计算得到更多关注的主要原因。”华夏芯相关技术负责人告诉记者。

  同时,华夏芯还表示,目前国内市场上存在的异构多核芯片还算不上真正意义的异构计算,或者只是停留在“异构计算1.0”时代。因为,目前的SoC芯片基本上只是实现了将CPU、GPU等集成到单独一颗芯片上,内核之间并没有真正实现融合,从而强化内核间的交互能力。真正的异构计算只有通过架构和系统的整合才能实现,通过架构整合实现CPU、GPU、DSP等各种不同类型处理器的内存统一寻址,通过系统的整合,从硬件到软件完全实现对异构计算的支持。

  “如此,异构内核将会更加无缝地紧密联系在一起。从硬件角度看,任何计算单元都能访问统一的内存,任何一个单元的更新对其他所有单元都是透明可见的,应用程序能够始终在最适合的计算单元上可靠执行。从软件角度看,应用开发将变得轻松,任何程序都不必费心考虑不同处理器内核之间的存储差异。这将给计算性能以革命性的提高。”华夏芯指出:“如果说前一阶段可以叫做异构1.0的话,那么下一阶段将进入异构计算2.0时代。”

  中国发展异构计算存机遇

  目前,国际主流芯片厂商大都已经意识到这一发展趋势,Intel、IBM、ARM、AMD等国际巨头纷纷投入巨资,布局下一代异构多核处理器。2015年英特尔斥资167亿美元收购Altera,原因之一就是看中FPGA在下一代异构多核处理器中的重要作用。另一家FPGA大厂赛灵思将与高通等芯片巨头整合的传闻也不时传出。

  IC设计业异构计算的发展趋势已经基本明确。近三五年来,处理器技术和产业正在发展到一个新的历史时期。目前中国发展芯片设计业面临两大挑战:一是芯片设计的创新能力不强,大多设计公司的核心技术方案仍然依赖国外公司的授权解决;二是自主知识产权的处理器生态体系尚未形成强大的生态圈。只有解决了这些问题,中国的芯片设计业发才有望做大做强。对此,有关专家在“高性能异构计算及网络安全研讨会”上指出,新的技术和产业变革给了我国IC产业缩小与国际水平差距的机会。如果我们能够抓住这些发展机会,下决心加大投入,将有望从根本上解决发展处理器产业面临的一系列问题。

  华夏芯将推“统一处理器平台”

  目前国际上的异构计算出现三强鼎立之势,分别是Intel的异构计算体系、IBM发起的OpenPower体系,以及包括AMD、ARM、高通、联发科、三星、华夏芯等发起成立的HSA体系。目前,Intel在PC与高性能计算(HPC)领域的优势明显,而HSA在移动端(mPC)领域处于明显优势。OpenPower成立最晚,主要面向高性能计算(HPC)领域。

  “我们建议,中国处理器和操作系统相关企业和从事异构计算研究的大学、科研院所积极参与HSA。不同于Intel完全独家主导全部标准,或者OpenPower中由IBM这样明显占据压倒性技术优势的产业巨头掌控话语权,HSA更加开放,强调的是通过合作制定一系列的软硬件标准和协议,在降低异构多核处理器相关软硬件开发难度的同时,构建兼容开放完善可持续发展的生态系统。对中国采用不同架构的处理器企业而言,按照HSA标准开发的软硬件产品之间将能实现兼容。”华夏芯表示。

  据了解,华夏芯正在开发并即将推出的“统一处理器平台”是全球首次推出完全支持HSA标准的CPU+GPU+DSP的处理器IP核平台,它从指令集、微架构到工具链具有完全自主知识产权。同时,华夏芯还可进行SoC定制设计服务。这将有效改善国产IP核设计及许可上的短板。

  总之,处理器IP核与生态系统两方面问题的解决,将使中国自主处理器产业有望在下一代异构计算时代,取得更快速的发展,赶上国际先进水平。


来源:中国电子报、电子信息产业网            责任编辑:赵强
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