2021年是“十四五”的起步之年，要開好局謀好篇，加快發(fā)展現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系，推動經(jīng)濟體系優(yōu)化升級。發(fā)展大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）、5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是推進產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化的重要一環(huán)。

集成電路是信息化發(fā)展的基礎(chǔ)，在人工智能、5G開啟的萬物互聯(lián)時代，數(shù)據(jù)的量和質(zhì)都發(fā)生了很大的變化，計算架構(gòu)也需要作出相應(yīng)的調(diào)整。異構(gòu)計算是繼單核突破、多核堆疊之后的第三次算力提升方向，能更靈活地協(xié)調(diào)性能、成本和功耗，滿足多樣化場景的計算需求，正在成為智能時代的主流芯片架構(gòu)。

為國內(nèi)集成電路發(fā)展提供良好契機

大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等場景的海量計算需求和算法迭代，讓數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，也讓數(shù)據(jù)類型趨向多元。在這種趨勢下，以CPU為代表的通用計算顯得越來越吃力，面向多變應(yīng)用場景的異構(gòu)計算正在逐漸成為主流的芯片架構(gòu)。

同時，集成電路作為具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國家重大科技項目之一，是“十四五”期間推動創(chuàng)新驅(qū)動和科技自立的重要組成。而異構(gòu)計算，正在為中國集成電路產(chǎn)業(yè)提供良好的發(fā)展機遇。

從算力提升的技術(shù)路線來看，異構(gòu)計算在AI和5G時代有著充足的發(fā)揮空間，將助力突破傳統(tǒng)處理器芯片的算力瓶頸。如果說PC時代的計算生態(tài)被英特爾與微軟的“Wintel”聯(lián)盟主宰，移動互聯(lián)網(wǎng)時代被ARM+Android主導，而AI與5G時代則開啟了全新的生態(tài)或者多生態(tài)并存的局面。異構(gòu)計算能靈活協(xié)調(diào)性能和功耗，為萬物互聯(lián)的碎片化場景提供性價比最優(yōu)的計算方案，發(fā)展?jié)摿善凇?/p>

其次，從異構(gòu)計算本身來看，還沒有一個國際企業(yè)能夠提供全套完整的知識產(chǎn)權(quán)（IP）核。當市場沒有被壟斷，技術(shù)、創(chuàng)新和應(yīng)用成為決定性因素的時候，中國企業(yè)就有了打破天花板的可能。目前，中國相關(guān)企業(yè)做了大量基礎(chǔ)性研究工作。如果能抓住這一難得的歷史機遇，從異構(gòu)計算的IP領(lǐng)域切入，完全有可能深度影響甚至推動全球異構(gòu)計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

對異構(gòu)計算發(fā)展的三點建議

發(fā)展異構(gòu)計算要解決的核心問題是掌握異構(gòu)計算單元以及讓不同計算單元有機結(jié)合的設(shè)計。對中國企業(yè)來說，核心問題是能否基于自主IP推動異構(gòu)芯片設(shè)計的原始創(chuàng)新。現(xiàn)在，大多數(shù)異構(gòu)計算芯片使用的是基于不同架構(gòu)的IP，每個架構(gòu)都需要一支獨立的大型設(shè)計團隊，去完成包括IP設(shè)計和驗證、工具鏈開發(fā)和軟件生態(tài)建立等工作。這種“拉郎配”式的傳統(tǒng)異構(gòu)設(shè)計方式需要極為復(fù)雜的異構(gòu)編程開發(fā)環(huán)境，是異構(gòu)計算推廣的主要障礙。

建議一：從底層IP開始做原始創(chuàng)新。異構(gòu)計算的實現(xiàn)需要從異構(gòu)芯片的底層IP開始做芯片設(shè)計領(lǐng)域的原始創(chuàng)新。IP相當于建筑物的地基，打好地基才有可能建設(shè)高樓大廈。

如果企業(yè)延續(xù)傳統(tǒng)思路，獨立開發(fā)CPU、DSP、GPU和AI等基礎(chǔ)計算IP，會不可避免地重走傳統(tǒng)行業(yè)巨頭的路。一方面，會遭遇“拉郎配”問題;另一方面，行業(yè)巨頭在核心IP上有相當嚴苛的專利保護，新開發(fā)的IP會受到行業(yè)巨頭的專利限制。企業(yè)需要采用全新的理念來設(shè)計核心IP，建立全新的框架，在這個全新框架下設(shè)計和實現(xiàn)不同的IP，讓IP不再是相互獨立的單元，而是一個結(jié)構(gòu)內(nèi)可以有機共存的組合體。

建議二：軟硬件“兩條腿走路”。發(fā)展異構(gòu)計算，要跳出比拼硬件性能的思維，用軟硬件“兩條腿走路”，為異構(gòu)硬件提供統(tǒng)一的異構(gòu)編程環(huán)境。

傳統(tǒng)異構(gòu)編程計算任務(wù)要在多個供應(yīng)商提供的不同計算單元上運行，需要熟悉不同計算單元之間數(shù)據(jù)流的調(diào)度、交換和決策機制，這些對于異構(gòu)計算系統(tǒng)開發(fā)者來說，都是門檻很高的難題。一個統(tǒng)一的編程環(huán)境可以大幅簡化編程復(fù)雜度、大幅降低工作量并提升程序運行效率。

建議三：從三個維度形成市場競爭力。異構(gòu)計算的競爭維度有三個，即生態(tài)、計算能力和計算效率，以及可配置性。其中生態(tài)決定了產(chǎn)業(yè)的吸引力和發(fā)展前景，誰掌握了生態(tài)誰就有發(fā)展的主動權(quán)，可以主導產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，同時獲取豐厚的商業(yè)利益。

計算能力和計算效率直接影響產(chǎn)品的競爭力。AI、5G等應(yīng)用對算力和效率需求的增加速度超過底層軟硬件系統(tǒng)的發(fā)展速度，算力和效率已成為決定產(chǎn)品市場前景的主要指標。

應(yīng)用的多樣性在不斷增加和變化，不可能為每一類應(yīng)用定制硬件和軟件，底層的硬件必須具有較強的可配置性，用一個設(shè)計滿足多類應(yīng)用的需求和同一類應(yīng)用不斷變化的需求。

新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為異構(gòu)計算處理器開拓廣闊的應(yīng)用空間，國內(nèi)企業(yè)需要從IP層面的原始創(chuàng)新出發(fā)，抓住整個集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的上游節(jié)點。沒有自主創(chuàng)新的國產(chǎn)IP鏈條，中國的IC設(shè)計難以改變被國外IP公司“卡脖子”的局面。不重視芯片的設(shè)計創(chuàng)新、架構(gòu)創(chuàng)新，中國的IC設(shè)計很可能是大而不強。同時，各地也不宜一哄而上，需要集中力量，重點突破，著重支持2~3家自主知識產(chǎn)權(quán)的指令集、微架構(gòu)與工具鏈廠商，避免資源浪費和惡性競爭，營造良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境。
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