異構(gòu)計(jì)算行業(yè)分析及異構(gòu)計(jì)算行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

• 郭夢(mèng) 2023年9月12日 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 285 11
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高性能計(jì)算類(lèi)應(yīng)用的發(fā)展，驅(qū)動(dòng)算力需求不斷攀升，但目前單一計(jì)算類(lèi)型和架構(gòu)的處理器已經(jīng)無(wú)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(duì)多類(lèi)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

高性能計(jì)算類(lèi)應(yīng)用的發(fā)展，驅(qū)動(dòng)算力需求不斷攀升，但目前單一計(jì)算類(lèi)型和架構(gòu)的處理器已經(jīng)無(wú)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(duì)多類(lèi)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)算行業(yè)分析及異構(gòu)計(jì)算行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

異構(gòu)計(jì)算，顧名思義是指多種計(jì)算單元(例如CPU、GPU、DSP、AI加速器、FPGA等)的搭配、集成和融合。通常情況下，異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)的芯片中既有CPU等傳統(tǒng)的通用計(jì)算單元，也有高性能的專(zhuān)用計(jì)算單元。

異構(gòu)計(jì)算行業(yè)可以分為以下幾個(gè)分類(lèi)：

1. GPU計(jì)算：利用圖形處理器(GPU)進(jìn)行計(jì)算，適用于需要大規(guī)模并行計(jì)算的任務(wù)，如深度學(xué)習(xí)、科學(xué)計(jì)算等。

2. FPGA計(jì)算：利用可編程邏輯器件(FPGA)進(jìn)行計(jì)算，適用于需要高度定制化和低功耗的任務(wù)，如物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、加密算法等。

3. CPU-GPU協(xié)同計(jì)算：將中央處理器(CPU)和圖形處理器(GPU)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行計(jì)算，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，適用于需要綜合計(jì)算能力的任務(wù)，如游戲開(kāi)發(fā)、科學(xué)模擬等。

異構(gòu)計(jì)算行業(yè)的優(yōu)點(diǎn)包括：

1. 高效能：異構(gòu)計(jì)算可以充分發(fā)揮不同計(jì)算資源的優(yōu)勢(shì)，提高計(jì)算效率和性能。

2. 靈活性：異構(gòu)計(jì)算可以根據(jù)不同任務(wù)的需求，靈活選擇合適的計(jì)算資源進(jìn)行計(jì)算，提供定制化的計(jì)算能力。

3. 節(jié)能環(huán)保：異構(gòu)計(jì)算可以通過(guò)合理利用不同計(jì)算資源，降低能耗和碳排放，提高能源利用效率。

異構(gòu)的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，與此同時(shí)暴露出的技術(shù)難題也越來(lái)越多。一是異構(gòu)計(jì)算產(chǎn)品需要面對(duì)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(kāi)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(guò)程中不同結(jié)構(gòu)之間的適配和升級(jí)問(wèn)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(mǎn)足人工智能訓(xùn)練、推理、圖像視頻處理等各種不同的需求。

異構(gòu)計(jì)算行業(yè)上中下游

(1) 上游主要包括計(jì)算硬件和芯片設(shè)計(jì)廠(chǎng)商，如NVIDIA、AMD、英特爾等。他們負(fù)責(zé)研發(fā)和生產(chǎn)各種類(lèi)型的計(jì)算加速器和處理器。

(2) 中游主要包括計(jì)算平臺(tái)和解決方案提供商，如云計(jì)算服務(wù)提供商、數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商等。他們提供基于異構(gòu)計(jì)算的計(jì)算平臺(tái)和解決方案，滿(mǎn)足各種計(jì)算需求。

(3) 下游主要包括應(yīng)用開(kāi)發(fā)商和終端用戶(hù)，如科學(xué)研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)等。他們利用異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)和解決方案進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)和計(jì)算任務(wù)處理，滿(mǎn)足各種需求。

據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)院研究報(bào)告《2023-2028年中國(guó)異構(gòu)計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)前瞻分析與未來(lái)投資戰(zhàn)略規(guī)劃報(bào)告》分析

與傳統(tǒng)的通用計(jì)算芯片相比，異構(gòu)架構(gòu)具有高性能、低功耗等顯著優(yōu)點(diǎn)。而且，相對(duì)于專(zhuān)用計(jì)算芯片，即使新的算法出來(lái)，異構(gòu)架構(gòu)的芯片也可以依賴(lài)通用計(jì)算單元加以支持，不至于很快就被淘汰，從而延長(zhǎng)了芯片的生命周期。所以在采用先進(jìn)工藝所需要的投入越來(lái)越大的情況下，異構(gòu)計(jì)算會(huì)成為業(yè)界主流的選擇。

據(jù)了解，現(xiàn)在大多數(shù)異構(gòu)計(jì)算芯片使用的都是不同供應(yīng)商的IP，需要龐大的芯片設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，去完成包括IP相互驗(yàn)證在內(nèi)的技術(shù)維護(hù)和設(shè)計(jì)工作。

相比芯片級(jí)異構(gòu)，板級(jí)異構(gòu)計(jì)算的優(yōu)勢(shì)是比前者更加靈活。但缺點(diǎn)也很明顯，畢竟主板和主板之間連接起來(lái)使用，一是體積天生比較大，再者就是板與板之間連接的帶寬和功耗都很難達(dá)到最優(yōu)解。

所以，異構(gòu)計(jì)算想要有所突破，或者說(shuō)是適應(yīng)現(xiàn)在以及未來(lái)的應(yīng)用需求，就需要有新的技術(shù)來(lái)支持。

目前異構(gòu)并行計(jì)算向著以下幾個(gè)方向發(fā)展：(1)集群計(jì)算。這是傳統(tǒng)高性能計(jì)算的領(lǐng)域。但是今天高性能計(jì)算已經(jīng)演變成了異構(gòu)并行計(jì)算的一部分，越來(lái)越多的高性能計(jì)算集群使用GPU、MIC、FPGA等。(2)單機(jī)計(jì)算。推動(dòng)單機(jī)計(jì)算向異構(gòu)并行計(jì)算發(fā)展的主要?jiǎng)恿κ怯螒?、?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等，而主要表現(xiàn)是GPU+CPU的異構(gòu)計(jì)算。(3)移動(dòng)計(jì)算。近幾年發(fā)展表明，人們對(duì)手機(jī)的需求比對(duì)PC的需求更大。目前幾乎所有的移動(dòng)芯片解決方案都是異構(gòu)的，除了有CPU、GPU之外，還有視頻編解碼單元、音頻處理單元。傾向于把更多工作內(nèi)容轉(zhuǎn)移到手機(jī)上，但是為了保證續(xù)航時(shí)間，移動(dòng)處理器的設(shè)計(jì)一開(kāi)始就不是以高性能為目標(biāo)，這使得要在移動(dòng)處理器上獲取高性能是比較困難的。(4)嵌入式計(jì)算。在一些惡劣工作環(huán)境下，只有DSP和FPGA能夠滿(mǎn)足要求。

異構(gòu)計(jì)算行業(yè)研究報(bào)告旨在從國(guó)家經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略入手，分析異構(gòu)計(jì)算未來(lái)的政策走向和監(jiān)管體制的發(fā)展趨勢(shì)，挖掘異構(gòu)計(jì)算行業(yè)的市場(chǎng)潛力，基于重點(diǎn)細(xì)分市場(chǎng)領(lǐng)域的深度研究，提供對(duì)產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、區(qū)域結(jié)構(gòu)、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、產(chǎn)業(yè)盈利水平等多個(gè)角度市場(chǎng)變化的生動(dòng)描繪，清晰發(fā)展方向。

欲了解更多關(guān)于異構(gòu)計(jì)算行業(yè)的市場(chǎng)數(shù)據(jù)及未來(lái)行業(yè)投資前景，可以點(diǎn)擊查看中研普華產(chǎn)業(yè)院研究報(bào)告《2023-2028年中國(guó)異構(gòu)計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)前瞻分析與未來(lái)投資戰(zhàn)略規(guī)劃報(bào)告》。

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  2023-2028年中國(guó)異構(gòu)計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)前瞻分析與未來(lái)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(guò)添加相同類(lèi)型的處理器來(lái)提高性能或能效，而且還通過(guò)添加不同的協(xié)處理器來(lái)提高性能或能效，這些協(xié)處理器通常結(jié)合專(zhuān)門(mén)的處理能力...

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