2023異構(gòu)計(jì)算行業(yè)發(fā)展分析 異構(gòu)計(jì)算行業(yè)未來市場前景

• 吳澳燕 2023年9月1日 來源：中國電子報(bào) 1307 85
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異構(gòu)計(jì)算是指使用不止一種處理器或內(nèi)核的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)不僅通過添加相同類型的處理器來提高性能或能效，而且還通過添加不同的協(xié)處理器來提高性能或能效，這些協(xié)處理器通常結(jié)合專門的處理能力來處理特定任務(wù)。

信息技術(shù)作為第三次產(chǎn)業(yè)革命代表性技術(shù)之一，極大地推動了信息產(chǎn)業(yè)的興起與發(fā)展。當(dāng)前，全球電子信息產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域競爭格局此消彼長，半導(dǎo)體領(lǐng)域創(chuàng)新風(fēng)起云涌，核心芯片技術(shù)發(fā)展變革步伐進(jìn)一步加快，計(jì)算呈現(xiàn)出全新發(fā)展趨勢，多種計(jì)算范式和架構(gòu)正逐漸融合，開始進(jìn)入“大計(jì)算”時(shí)代。

信息技術(shù)正呈現(xiàn)云計(jì)算與端計(jì)算、軟件與硬件、智能與交互、計(jì)算與通信等多種技術(shù)融合發(fā)展態(tài)勢。歷經(jīng)單核、同構(gòu)多核等技術(shù)發(fā)展，異構(gòu)多核計(jì)算芯片及系統(tǒng)是高性能計(jì)算、商業(yè)計(jì)算、移動計(jì)算等應(yīng)用發(fā)展的必然選擇。

異構(gòu)計(jì)算是指使用不止一種處理器或內(nèi)核的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)不僅通過添加相同類型的處理器來提高性能或能效，而且還通過添加不同的協(xié)處理器來提高性能或能效，這些協(xié)處理器通常結(jié)合專門的處理能力來處理特定任務(wù)。

異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)有兩種實(shí)現(xiàn)方式：一是將多個(gè)不同類型處理器芯片通過片間集成的方式實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)級異構(gòu)計(jì)算(稱之為片間異構(gòu));二是基于單(硅)片內(nèi)集成多個(gè)不同處理器內(nèi)核的異構(gòu)計(jì)算芯片實(shí)現(xiàn)，即異構(gòu)計(jì)算在芯片級實(shí)現(xiàn)(稱之為片內(nèi)異構(gòu))。第二種異構(gòu)計(jì)算芯片技術(shù)是當(dāng)前最新技術(shù)。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2023-2028年中國異構(gòu)計(jì)算行業(yè)市場前瞻分析與未來投資戰(zhàn)略規(guī)劃報(bào)告》顯示：

高性能計(jì)算類應(yīng)用的發(fā)展，驅(qū)動算力需求不斷攀升，但目前單一計(jì)算類型和架構(gòu)的處理器已經(jīng)無法處理更復(fù)雜、更多樣的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中心如何在增強(qiáng)算力和性能的同時(shí)，具備應(yīng)對多類型任務(wù)的處理能力，成為全球性的技術(shù)難題。在計(jì)算領(lǐng)域芯片企業(yè)的不斷探索和研究中，異構(gòu)計(jì)算成為公認(rèn)的算力突破“抓手”。

異構(gòu)計(jì)算的價(jià)值在于能讓最適合的專用硬件去服務(wù)最適合的業(yè)務(wù)場景，實(shí)現(xiàn)性能、成本、功耗三者間的平衡。基于不同技術(shù)細(xì)節(jié)，它可以分為板卡集成異構(gòu)計(jì)算、芯片級異構(gòu)計(jì)算、超異構(gòu)計(jì)算。異構(gòu)計(jì)算主要應(yīng)用在HPC高性能計(jì)算、AI、5G通信、物聯(lián)網(wǎng)以及云計(jì)算等場景中，軟件棧和生態(tài)建設(shè)進(jìn)度明顯，部分產(chǎn)品已規(guī)?；涞亍?/p>

異構(gòu)計(jì)算可以提高算力和性能，降低功耗和成本，又具備多類型任務(wù)的處理能力，有望主導(dǎo)未來的高性能計(jì)算市場。英偉達(dá)、英特爾、AMD作為行業(yè)頭部企業(yè)，近兩年在異構(gòu)計(jì)算方面的新產(chǎn)品層出不窮。

芯片廠商發(fā)力異構(gòu)計(jì)算

異構(gòu)計(jì)算可以提高算力和性能，降低功耗和成本，又具備多類型任務(wù)的處理能力，有望主導(dǎo)未來的高性能計(jì)算市場。英偉達(dá)、英特爾、AMD作為行業(yè)頭部企業(yè)，近兩年在異構(gòu)計(jì)算方面的新產(chǎn)品層出不窮。

AMD完成對賽靈思的合并后，將其CPU與賽靈思的FPGA結(jié)合為CPU+FPGA的異構(gòu)模式。借助賽靈思在5G、通信、自動駕駛和行業(yè)領(lǐng)域的資源，AMD能夠?qū)⒏咝阅苡?jì)算能力帶入更多領(lǐng)域。

異構(gòu)計(jì)算瓶頸待突破

異構(gòu)計(jì)算作為新興技術(shù)同樣面臨諸多問題和挑戰(zhàn)，例如從傳統(tǒng)同構(gòu)系統(tǒng)、片間異構(gòu)到片內(nèi)多核異構(gòu)，如何對應(yīng)不同的編程方式、軟硬件架構(gòu)以及生態(tài)系統(tǒng)等;對于異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)，無論是片間異構(gòu)還是片內(nèi)異構(gòu)，都需要考慮如何建立完善的軟硬件體系來支撐全新異構(gòu)計(jì)算體系，進(jìn)而解決生態(tài)問題，使下游產(chǎn)業(yè)鏈用戶主動采用異構(gòu)計(jì)算技術(shù)。

異構(gòu)的優(yōu)勢顯而易見，與此同時(shí)暴露出的技術(shù)難題也越來越多。一是異構(gòu)計(jì)算產(chǎn)品需要面對不同的系統(tǒng)架構(gòu)、指令集和編程模型，需要降低多樣計(jì)算帶給軟件開發(fā)者的難度;二是異構(gòu)計(jì)算芯片產(chǎn)品除了要在芯片設(shè)計(jì)層面實(shí)現(xiàn)突破之外，還需要解決在芯片制造和封裝過程中不同結(jié)構(gòu)之間的適配和升級問題;三是異構(gòu)計(jì)算要實(shí)現(xiàn)性能的多樣性合一，使其同時(shí)滿足人工智能訓(xùn)練、推理、圖像視頻處理等各種不同的需求。

從產(chǎn)業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)層面看，異構(gòu)計(jì)算是指在完成一個(gè)計(jì)算任務(wù)時(shí)，采用一種以上的硬件計(jì)算單元、互聯(lián)協(xié)議、差異化架構(gòu)、軟件接口等。由于不同的硬件設(shè)備、協(xié)議、應(yīng)用二進(jìn)制接口、軟件應(yīng)用層接口等都存在著巨大的差異，如何構(gòu)建一個(gè)高效、系統(tǒng)化的協(xié)調(diào)統(tǒng)一的異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)，成為最關(guān)鍵的技術(shù)問題。

異構(gòu)計(jì)算行業(yè)未來市場前景

算力是數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的新型生產(chǎn)力，已成為賦能科技創(chuàng)新、助推產(chǎn)業(yè)升級的新動能。我國算力產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速增長，近5年平均增速超過30%，算力規(guī)模排名全球第二。

截至目前，全國在用數(shù)據(jù)中心機(jī)架總規(guī)模超過760萬標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架，算力總規(guī)模達(dá)到每秒1.97萬億億次浮點(diǎn)運(yùn)算，位居全球第二;圍繞算力樞紐節(jié)點(diǎn)建設(shè)130條干線光纜，數(shù)據(jù)傳輸性能大幅改善。我國算力產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)等計(jì)算類產(chǎn)品產(chǎn)量全球第一。

算力網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建不只依賴于異構(gòu)計(jì)算，通用計(jì)算也將為“東數(shù)西算”提供更多助力。近兩年，國內(nèi)涌現(xiàn)出一批通用計(jì)算芯片初創(chuàng)企業(yè)，以FPGA和ASIC類型芯片作為切入點(diǎn)，部分企業(yè)購買國外公司的IP授權(quán)開發(fā)通用GPU芯片，少數(shù)企業(yè)自主研發(fā)通用GPU核心IP，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)通用計(jì)算的突破。

異構(gòu)計(jì)算是多元算力的典型?？缭綐?biāo)量(CPU)、矢量(GPU)、矩陣(ASIC)、空間(FPGA)的異構(gòu)計(jì)算，如今已經(jīng)成為企業(yè)推動 IT 基礎(chǔ)設(shè)施重構(gòu)的重要力量。其能夠?qū)⒉煌軜?gòu)的運(yùn)算單元整合到一起進(jìn)行并行計(jì)算，以最適合的專用硬件去做最適合的事如密集計(jì)算或外設(shè)管理等，從而達(dá)到性能和成本的最優(yōu)化。因此很多企業(yè)開始嘗試使用異構(gòu)計(jì)算來化解算力瓶頸，挖掘和實(shí)現(xiàn)算力增長。

更多行業(yè)詳情請點(diǎn)擊中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2023-2028年中國異構(gòu)計(jì)算行業(yè)市場前瞻分析與未來投資戰(zhàn)略規(guī)劃報(bào)告》。

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  2023-2028年中國異構(gòu)計(jì)算行業(yè)市場前瞻分析與未來投資戰(zhàn)略規(guī)劃報(bào)告

  異構(gòu)計(jì)算是指使用不止一種處理器或內(nèi)核的系統(tǒng)。 這些系統(tǒng)不僅通過添加相同類型的處理器來提高性能或能效，而且還通過添加不同的協(xié)處理器來提高性能或能效，這些協(xié)處理器通常結(jié)合專門的處理能力...

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