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走向計算架構的下一個十年:超算引發體系***

作者: 發布時間:2019-07-05 瀏覽次數:72
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近日舉行的2019年國際智能計算機大會上,中國工程院院士李國杰指出,在當前摩爾定律接近失效的階段,下一個十年將出現全新計算機架構的“寒武紀”大爆發。

5G商用牌照的快速落地,意味著我們正加速走向數據量爆發的新世代。對于計算領域而言,則是要適配更碎片化的復雜需求。

近日舉行的2019年國際智能計算機大會上,中國工程院院士李國杰指出,在當前摩爾定律接近失效的階段,下一個十年將出現全新計算機架構的“寒武紀”大爆發。

他甚至呼吁,“未來十年應該有IBM360和RISC一樣重大的體系結構發明,中國學者應該做出不愧于時代的貢獻。”

現階段的半導體產業發展確實影響到了算力效果。國家超級計算濟南中心主任張云泉向21世紀經濟報道記者表示,從近期發布的全球超級計算機TOP500榜單中可以發現,算力增長速度和更新速度都在放慢。這意味著在摩爾定律走向失效過程中,廠商迭代處理器的熱情也在放緩。

在云計算、量子計算等新興技術的推動下,超級計算的演進也將融入更多元廠商的智慧。而底層架構方面,經歷過以PC時代英特爾X86的主導、移動時代ARM架構的主導之后,RISC-V被視為有望成為下一個接棒的著力點所在。

產業內生和外部環境變化之下,計算世界正延伸出更大的底層想象力和應用空間。

新技術與超算的交融

在ABC(人工智能、大數據和云計算)等技術快速發展的環境下,超級計算與之也有了更深切的結合點。

李國杰就將超算上升到了“智能超算”的定義,將其理解為面向智能應用的超級計算機。

他指出當前超算的能效增長已遠低于速度增長,這是產業70年發展中***出現的情形。“大數據計算的能效已低至20-200 KOPJ,這意味著70年未有之大變局。”他進而指出,目前任何新器件都不可能解決低功耗問題,需要跨層協同。同時,研究智能超算要著眼于“低熵”特征的未來架構,通過全棧的系統設計應對不確定挑戰,從而保障可預期的性能和結果。

國家超算深圳中心主任馮圣中在接受采訪時也認為,面向AI的超算意味著需要對計算機能效比進一步提升。假如要求手機端通過AI芯片加速器實現能效提升10倍,對于超算則意味著同樣成本前提下提高到100倍。“這對超算的系統搭建和應用,意味著機遇與挑戰并存。”

而從實現路徑上看,傳統超級計算與云計算其實存在一定程度的路徑融合。

在接受21世紀經濟報道記者專訪時張云泉表示,傳統超算中心與新興互聯網企業都有超算需求,在同時支持人工智能、大數據、云計算等技術趨勢之下,二者也正在向彼此靠攏。

“目標一樣,但路線不大一致。”他續稱,從云計算出發支持高性能計算的模式被稱為高性能云,是云廠商著力的方向;傳統超算則希望從超算角度支持云業務的發展。這導致互聯網企業如今也希望參與到傳統超算的建設中來,當然目前尚未出現成功案例。

早期超算與云計算曾有一定時期的互斥,這是源于虛擬化后的云計算開銷太大,但超算追求的是***性能。不過隨著云計算快速發展,虛擬化的消耗不斷降低,甚至一些云廠商已經將其降到可被忽略的程度。

張云泉介紹道,目前業界形成的共識是,用Docker容器技術的云計算,進而支持超算發展,其性能和技術發展水平都更為成熟。“今后超算中心會部署容器云,用它來輸出超算。”他進一步指出,為了加快產業化進度,超算中心正計劃與云廠商聯合發布高性能云產品,以期用不同形式把計算能力輸送出去。

濟南中心的愿景,是打造一個“算力工廠”。希望算力對當地經濟發展提供的支持,能類比如今水電這類公共品的支持一樣,成為國家大科學裝置的聚集高地。

同樣將作為基礎設施的5G到來,意味著萬物互聯后帶來的爆發性數據量和更多樣的數據來源。這是超算發展中不可避免的下一個機會點。

馮圣中告訴21世紀經濟報道記者,目前包括電信運營商、通信設備商、AI企業等都在自建機房用于解決內部超算需求,并不是所有超算需求都會負載在中心,但前者會向中心進行相應咨詢。而對超算中心而言,5G對大數據處理要求會大幅提升,考驗著超算中心如何管理和使用其能力。

這也意味著新應用場景的次第爆發,“對深圳中心來說,今年以來,公安部門、金融機構等都向我們提出了新需求,看如何在5G背景下做相關支持,服務的套餐也會有所不同。”

張云泉則認為,從運算鏈條上看,5G并不會很快對超算帶來很大影響。“5G意味著傳輸速度更快,文件更細碎,并發度更高。對超算來說,這意味著數據分布方式和處理模型的不同。”張云泉告訴21世紀經濟報道記者,不過目前看來,首先沖擊的還是端側處理器的設計,經歷過端側、云端后,才會落到超算這一階段。

新運算時期的機會

計算領域正面臨一系列內生和外部環境變化。從半導體行業本身而言,悲觀者認為,在未來5-10年后,摩爾定律就將完全失效。這將是更底層的考驗。

張云泉向記者指出,在當前階段,一味更新處理器未必是好事。“換新后效果差不多甚至更慢,但并行度卻更大了,對我們并不是好事。這導致程序編寫難度更大,可靠性也會不如從前。”

因此,超算世界還面臨著下一個計算平臺是什么的問題。在量子計算、生物計算甚至光計算等領域發展的當下,產業也在尋找下一個***性變化的出處。

面對業界有觀點認為量子計算將替代超算,張云泉持否定觀點。他指出,歸根結底,量子計算也是一個計算工具,可以將之納入超算體系。

“二者各有優勢。量子計算比較擅長解決優化類、并行度高的問題,如***優路徑、藥物篩選、組合爆炸問題等,但并不適合浮點計算、科學計算。超算和量子計算并不是沖突關系,而可以互補。”他向21世紀經濟報道記者解釋道,關于新材料領域的探索也在進行,是否能找到延長摩爾定律的條件,目前尚沒有確定性答案。

李國杰則指出,模擬計算值得重視。“連續變量的模擬計算是非圖靈計算。經過60年的變遷,模擬計算有沒有機會東山再起,連續變量與離散變量的混合計算可能會開辟計算新天地。”

不過在底層架構層面,開源指令集架構RISC-V的興起正在吸引產業界眼球,尤其在目前移動世界ARM架構處于統領地位的情況下。印度就在熱烈擁抱RISC-V。

在前述大會期間,致象爾微電子科技創始人方之熙就指出,無論在數據中心、智能手機還是物聯網市場,功耗問題越來越嚴重,這是很難解決的問題。

而近幾十年來,微架構創新極少,性能改進不到位;微處理器設計過于依賴于軟件生態系統和軟件兼容性;安全、隱私和可靠性在微處理器設計中越來越重要;尚且缺乏用于新興應用的微處理器技術,如AI、大數據、云計算、區塊鏈等。這些都成為RISC-V興起的背景。

從芯片設計角度來說,RISC-V是比ARM更開放的模式,意味著不再會被大公司一家壟斷,而可以鼓勵小公司形成小社團。對中國而言,將是一個很好的機會。

芯原股份創始人戴偉民也認為,半導體技術達到了物理極限背景下,數據中心對計算的需求迅猛上漲,諸如深度學習在線預測、直播中的視頻轉碼、HTTPS加密等各類應用對計算的需求已經遠超出CPU的處理能力。解決辦法就是通過硬件加速,采用異構計算來提升處理性能。而RISC-V的特性正符合人工智能異構計算的發展需要。

“基于RISC-V來發展國產處理器是可以考慮的方向,需要進一步研討。”張云泉如此表示。


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