揭秘Intel全新“超异构计算”:摩尔定律薪火流传

发布时间:2019-05-22 15:12   For:科技生活   阅读:

雷锋网按:随着5G通讯、大数据、云计算、人工智能等技术的发展,我们正迈向一个万物互联的智能化社会,这一转变过程中,数据即将成为未来社会的核心驱动力。目前,数据产生的速度和规模,远远超过了现有设备的处理和计算能力。未来更加多样化的数据形态和计算场景,如何释放数据红利,对计算力提出了更高要求。

然而,芯片所具备的处理能力与针对不同形态数据的处理能力是完全不一样的,因此从处理、传输、到存储都需要更大的创新和革命。在眼下这场数字化、智能化变革面前,英特尔所图的不仅仅是传统的PC市场,还要向数据中心、移动、AI、物联网等诸多市场扩展。

前不久,英特尔在北京召开了2019英特尔媒体纷享会,这也是新任CEO Robert Swan上任之后的首场国内媒体见面会。会上,英特尔将整体战略的风向标定为“生产世界一流的半导体;引领AI与智能革命;成为领先的端到端平台提供商;不懈追求卓越运营和效率”,为未来一年英特尔在的发展定下基调。

全方位计算创新

伟人云,“与天奋斗,其乐无穷;与地奋斗,其乐无穷;与人奋斗,其乐无穷”,对英特尔而言,推动新制程可谓与天奋斗,研发新架构可谓与地奋斗,而这与人奋斗,所指的却不是与AMD长达十几年的竞争,而是在稳坐江山时脱胎换骨。

存在于回忆杀里的那个英特尔,更多的是一家单纯的PC处理器公司,然而英特尔公司全球副总裁兼区总裁杨旭表示,英特尔已从过去的以晶体管为中心坚决地转向以数据为中心,并将“万物互联”定为未来发展趋势。

无论是之前的架构日、CES大展还是这次的纷享会,英特尔一直在着重介绍其聚焦于六个工程领域的全新技术战略,即:制程、架构、内存、互连、安全、软件。

英特尔研究院院长宋继强指出,任何单一的因素,都不足以满足多元化的计算需求。“面向未来,英特尔全方位推动计算创新,引领‘超异构计算’时代。以六大技术支柱带来的指数级创新,将是英特尔未来的驱动力。”

这六个技术支柱是环环嵌套的关系,通过超异构计算,英特尔可以集成不同架构、不同制程、3D封装、互连和OneAPI等技术创新,为客户提供更多的灵活性和更快的产品上市时间,全方位推动计算创新发展。

当然在此次公布的战略中,“生产世界一流的半导体”仍然名列榜首,毫无疑问英特尔最强势的还是半导体产品,最内层制程和封装是制造芯片最基本的技术。宋继强表示,制程工艺不断向更高的晶体管密度发展,为芯片带来更强的性能和更低的功耗。拥有领先的制程技术,仍是构建领先产品的关键。

敢问“超”在何方?

其实异构计算也并非什么新概念,只要是通过不同架构的处理单元去完成同一个任务的产品,都可以成为是异构计算。据雷锋网(公众号:雷锋网)了解,早在80年代开始就有如SoC等各种异构处理器的设计。

所谓“超异构计算”,“超”就超在可以把很多现有的、不同节点上已经验证得挺好的晶片集成在一个封装里。

宋继强解释道,以往的异构形式,如SoC是把不同的IP核放在一个芯片里,其好处是最终芯片的性能功耗比最优,但要花上十几个月时间以及大量研发经费来开发,这就要求设计人员对应用场景的理解一定够深,且产品的灵活度不高,如果需求有变动,就要再等一个研发周期。

另外一类灵活度较高的是板卡级集成,比如有一块CPU主板,加上FPGA版或DSP板,也是异构。但是板卡级集成的弱点是体积大,板之间连接的功耗和带宽都不是最优,在现在这个数据种类非常多样的环境下,需要整合很多块板卡,体积和功耗更难控制。

而超异构计算以制程工艺以先进的封装技术作为基底,以Foveros 3D封装技术为例,能够把多种不同的完整晶片封装在一起,设计将会更多样、更灵活,且晶片间的互联带宽接近片内互联,远高于SIP这类板级封装所用的外部总线,可以更好地发挥异构功效。

值得关注的是,异构碰到的最大瓶颈恰恰是如何实现没有障碍的互相连通。宋继强透露,英特尔除使用自己的架构设计和晶片外,也将开放诸如CXL这样的互联接口,可以于其他厂家的产品更好的封装在一起。

“Foveros 3D封装技术既快又灵活,成本上一定比板集组合便宜很多,说不定比SoC还要更便宜,”宋继强表示,“SoC整颗芯片使用同一种工艺打造,可能并不便宜,而Foveros 3D封装技术支持各晶片使用各自最适合、最经济的工艺。”

以架构创新为主导

在摩尔定律的指引下,英特尔在半导体市场上的领导地位似乎从未曾动摇过。毫无疑问,客户始终希望以同样的钱得到越来越好的性能,CMOS的微缩至少在十年内还是会继续进行下去,但随着技术难度的挑战越来越高,需要投入的资源会越来越高,必然会导致整个成本上升,如何才能发挥摩尔定律的经济效益?

据宋继强透露,英特尔将架构创新作为未来十年创新的主要驱动力,继续带来指数级的扩展效应。当然,这里所说的架构,不单单是指CPU内核的设计,也涵盖了整个计算产品从硬件到软件的所有构成。

在存储方面,大容量&高速的存储系统对于下一代计算产品至关重要,然而面对不断呈指数增长的计算需求,内存一直以来仅以线性速率增长。一方面,内存带宽限制会影响数据管道的运行速度,另一方面,在当前的存储子系统基础架构中,依然有两层空白需要填补,这需要更换慢速旋转介质来解决这一问题。

传统的存储子系统分为三级,CPU内部的缓存最快,其次是能被CPU直接访问的内存,再次是不被直接访问的外部存储,三级之间的速度差大至百倍到千倍。如果未来计算需要非常大数据的存储和访问,这样的速度差严重影响性能。

英特尔亚太研发有限公司总经理卢炬卢炬向雷锋网介绍,英特尔通过在缓存和DRAM之间插入封装内存,在DRAM和外部存储之间插入傲腾内存和固态盘,重塑内存层级结构,使得两层之间的速度差只有十倍左右,形成非常平滑的存储结构,消除数据瓶颈,这对提高未来系统性能非常重要。

同时,在多样化的计算时代,不仅需要强大的处理器,更要有一整套完善的软件来发挥它们,有了新硬件,再通过软件优化,通常可以给到一百倍以上的加速,如Skylake通过软硬件集合优化以后,AI推理性能可以提高275倍之多。

如何让开发者非常方便的使用这些成果呢?卢炬给出的解决方案是“oneAPI”。用户只需学习一套开发接口,就可以很容易的使用加速功能和不同的架构之间的优势,是用来释放更多异构软件之间的性能非常重要的方式。

深化转型,加速数字经济落地

随着数据量的爆发,基于数据的新产品、新应用、新服务不断产生。企业要抓住数字经济的新机遇,从数据中开发价值,这不断催生出多样化的客户应用需求。

以数据为中心,英特尔的转型不断深化。2018财年,英特尔营收突破700亿美元,其中以数据为中心的业务占比达到48%。

英特尔将智能互联科技应用到各行各业的实际需求中,跟客户一起充分地释放数据红利,共同开发数字经济的未来新机遇。

“AI和5G将成为技术基础设施,用户对计算多元化提出了更高要求,客户正在积极布局云到端。”英特尔公司市场营销集团副总裁兼区总经理王锐谈到,“英特尔以数据为中心的产品组合正在不断扩展,把六大技术支柱的战略落实在从云到端的全线产品中,支持客户从云到端更快地传输数据、存储更多的数据、处理一切数据,加速数字经济落地。”

据悉,英特尔将推出一系列10纳米产品,从面向新型移动PC客户端的Lakefield平台,到专门面向5G无线接入和边缘计算的网络系统芯片Snow Ridge,再到云端的Ice Lake处理器,从云到端全覆盖。

与此同时,英特尔还将整合计算、存储和网络技术资源,结合软件技术形成强大的产品组合,针对客户需求实现平台化的解决方案。比如CPU处理器和内存、存储的整合解决方案,进一步提升客户的反应能力;CPU+Movidius+OpenVINO的软硬件组合,在边缘端加速推理。

此外,英特尔还与产业生态携手,推动整个产业链的创新,例如开放Thunderbolt 3协议,推广自动驾驶安全框架(RSS),成立AI应用实验室和实施AI未来先锋计划,合作建设FPGA创新中心,联合发起成立开放数据中心联盟、CXL开放合作联盟、边缘计算产业联盟,以及共推5G统一标准落地。

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