中科院計算所張雲泉：未來超算芯片的架構是超構眾核，AI芯片重優化和場景落地能力

關於我國超算的發展，以及未來芯片設計的走向和趨勢。

策劃&撰寫：巫盼

芯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晶體管數量依然在增加，但芯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，整個芯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信息化戰略合作發佈會上，鎂客網採訪了張雲泉，他和我們分享了我國超算的發展，以及未來AI芯片發展的走向和趨勢。

超算芯片的未來：超級異構眾核

談及超算，就不得不提到神威·太湖之光，在經歷了漫長的追趕期後，我國的超算水平已經闖入了全球兩強，正在與美國爭奪下一個超算世界冠軍。張雲泉表示我國的超算一直在美國和西方發達國家的封鎖限制中快速發展，所以，超算國產化非常關鍵，「未來的百億億次超算計算機一定是國產化的處理器。」

據了解，此前的神威超算使用的就是國產申威SW26010處理器，能效非常之高，這也是我國首個自行設計、且不使用英特爾等美國公司核心產品而登上TOP500第一名寶座的超級計算機。

與此同時，張雲泉談到了超算芯片的發展方向：超級異構眾核。即在一個大芯片上集成不同功能的芯片，包括CPU、GPU、DSP、FPGA等等，既可以做科學計算，人工智能，也可以做信號處理，甚至是加入一些加密算法等等。

「這些芯片具有不同的功能，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，其次是人工智能算法，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，一個芯片如果要儘可能滿足這些多元化的需求，芯片設計也就需要多元化的功能。

在張雲泉看來，這種超異構多核的芯片適用性廣，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芯片。

「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芯片，多種芯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。」

但隨之而來的的是芯片設計難度的提高，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，只有儘可能地將芯片的面積做大，從而滿足晶體管的數量增加。

這種情況下，就需要對對芯片的體積進行創新，「我們要嘗試把芯片面積做大，看看能設計出什麼新東西。」

這也是為什麼張雲泉說未來的芯片會是一個「大芯片」，但芯片越來越大，良品率的控制和工藝的要求也越來越高，這其中也給芯片封裝帶來了新的挑戰。

張雲泉強調，封裝不同的芯片在一個硅片上，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帶寬，縮短傳輸路徑，降低延時。

除此之外，如何在一個芯片上把不同芯片模塊連接起來，並且讓它們分區運轉緩解功耗值過高的問題，都是未來芯片設計需要攻克的難題。

算力是AI時代一切運算的基礎，而算力的主要載體便是AI芯片，隨着一些AI應用相繼落地，AI芯片領域的競爭也愈加白熱化。

就在福州城市大腦發佈會活動上，比特大陸發佈了城市大腦專用芯片：算豐第三代AI芯片BM1684，一款聚焦於雲端及邊緣應用的人工智能推理芯片。

以智慧城市領域的AI芯片應用為例，張雲泉也談到了他對AI芯片競爭壁壘的一些看法，他認為早期的AI芯片可能有一定的技術門檻，但是隨着算法越來越成熟，如今很多人都可以為某個單獨需求設計AI芯片。

所以，狹路相逢勇者勝，AI芯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能芯片，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。」