中科院計算所張雲泉：未來超頻晶片的架構是超構眾核，AI晶片重優化和場景落地能力
- 2019 年 10 月 8 日
- 筆記
關於中國超頻的發展，以及未來晶片設計的走向和趨勢。
策劃&撰寫：巫盼
晶片領域最為老生常談的話題便是摩爾定律，有人高舉摩爾定律失效的大旗，有人始終為摩爾定律有效吶喊。
此起彼伏的辯論探討中，似乎難以得出一個業界所認可的答案。關於這一點，中科院計算技術研究所研究員、國家超級計算濟南中心主任張雲泉表示，「摩爾定律只是一半失效，因為摩爾定律提到的電晶體數量依然在增加，但晶片相應的性能和主頻並不能按照每年50%的增速提高。」
當摩爾定律遇到瓶頸，整個晶片的架構設計乃至形態都將有巨大的變化。在由比特大陸主辦的福州城市大腦暨閩東北資訊化戰略合作發布會上，鎂客網採訪了張雲泉，他和我們分享了中國超頻的發展，以及未來AI晶片發展的走向和趨勢。
超頻晶片的未來：超級異構眾核
談及超頻，就不得不提到神威·太湖之光，在經歷了漫長的追趕期後，中國的超頻水平已經闖入了全球兩強，正在與美國爭奪下一個超頻世界冠軍。張雲泉表示中國的超頻一直在美國和西方發達國家的封鎖限制中快速發展，所以，超頻國產化非常關鍵，「未來的百億億次超頻電腦一定是國產化的處理器。」
據了解，此前的神威超頻使用的就是國產申威SW26010處理器，能效非常之高，這也是中國首個自行設計、且不使用英特爾等美國公司核心產品而登上TOP500第一名寶座的超級電腦。
與此同時，張雲泉談到了超頻晶片的發展方向：超級異構眾核。即在一個大晶片上集成不同功能的晶片，包括CPU、GPU、DSP、FPGA等等，既可以做科學計算，人工智慧，也可以做訊號處理，甚至是加入一些加密演算法等等。
「這些晶片具有不同的功能，會像我們大腦一樣分區。而每一個區域又有不同的功能，有點往類腦方向在發展。」
以城市大腦的應用為例，首先它要有大數據的處理需求，其次是人工智慧演算法，再往後是科學計算，每種需求的計算負載方式、精度以及速度都不一樣，一個晶片如果要儘可能滿足這些多元化的需求，晶片設計也就需要多元化的功能。
在張雲泉看來，這種超異構多核的晶片適用性廣，可應用在多元化的場景，我們不用再為每個單獨的應用場景設計晶片。
「這就是我們說的融合創新。此前我們為每一個應用場景設計晶片，多種晶片的使用和管理都會很麻煩。但統一後，既能降低功耗、使用效率也更高。」
但隨之而來的的是晶片設計難度的提高，而且由於摩爾定律的部分失效，當半導體的尺寸縮小速度越來越慢，只有儘可能地將晶片的面積做大，從而滿足電晶體的數量增加。
這種情況下，就需要對對晶片的體積進行創新，「我們要嘗試把晶片面積做大，看看能設計出什麼新東西。」
這也是為什麼張雲泉說未來的晶片會是一個「大晶片」，但晶片越來越大，良品率的控制和製程的要求也越來越高，這其中也給晶片封裝帶來了新的挑戰。
張雲泉強調，封裝不同的晶片在一個矽片上，會涉及到立體堆疊設計的問題，不過目前有些公司已經在做立體設計來提高數據頻寬，縮短傳輸路徑，降低延時。
除此之外，如何在一個晶片上把不同晶片模組連接起來，並且讓它們分區運轉緩解功耗值過高的問題，都是未來晶片設計需要攻克的難題。
AI晶片比拼的是優化和場景落地能力
算力是AI時代一切運算的基礎，而算力的主要載體便是AI晶片，隨著一些AI應用相繼落地，AI晶片領域的競爭也愈加白熱化。
就在福州城市大腦發布會活動上，比特大陸發布了城市大腦專用晶片：算豐第三代AI晶片BM1684，一款聚焦於雲端及邊緣應用的人工智慧推理晶片。
以智慧城市領域的AI晶片應用為例，張雲泉也談到了他對AI晶片競爭壁壘的一些看法，他認為早期的AI晶片可能有一定的技術門檻，但是隨著演算法越來越成熟，如今很多人都可以為某個單獨需求設計AI晶片。
所以，狹路相逢勇者勝，AI晶片最終比拼的不僅僅是參數，張雲泉認為，「最後哪家能夠勝出，還是取決於優化能力以及場景落地能力，是否能夠為某一個場景打造特別合適的人工智慧晶片，涉及到功耗、成本、實際效率、部署上的優化等，十分考驗AI公司的應用能力和市場能力，而這些都是最後決勝的根本。」