算力需求暴漲，不管是調度還是異構，智能算力將是未來主基調

記者10月30日獲悉，中國移動聯合13家產業伙伴于日前發布了國內首個支持智算應用一鍵式跨架構遷移平臺——算力原生“芯合”。該項自主創新成果對我國自主智算芯片及軟件生態繁榮發展具有重要意義。

智算領域，芯片為本，軟件為核。近年來，隨著多樣化異構智算芯片的涌現，產業界形成了多套“AI框架+工具鏈+硬件”的軟硬一體豎井生態，上層應用與底層智算芯片深度綁定，但由此也帶來了應用開發遷移成本高昂、智算資源難以集聚、智算芯片企業多而不強等挑戰。

為屏蔽異構硬件差異、融通智算豎井生態，中國移動以智算基礎軟件棧為攻關要點，聯合產業于2022年率先提出算力原生原創技術，并于2023年啟動“芯合”計劃。算力原生“芯合”平臺在研發過程中，打破了產業各自為戰的傳統模式，建立了智算生態協同橋梁，并以典型應用為牽引，制定了端到端的開發、編譯運行機制和相關標準，形成了平臺軟件研發、芯片對接適配、應用融合驗證的閉環攻關體系。

據了解，該平臺可依托四大自研核心組件提供跨架構一站式解決方案。目前，該平臺已實現圖像處理、視頻分析等典型智算應用在三家智算芯片企業之間的一鍵部署和實時遷移，且遷移速率小于10秒，性能損耗不高于15%。中國移動相關負責人表示，該平臺已初步具備商用條件，未來將在提升智能算力網絡自主可控水平方面發揮重要作用。


突破算力瓶頸的兩大方式

中國近年來提出把計算和網絡融合起來，“東數西算”工程的推進是很重要的大方向。從技術方面來看，其實它就是在構造一個以能源、計算能效性為優先綜合布局的新型算力網。

東部的數據量很大，包括游戲、智慧城市、智能駕駛、交通等有非常多數據產生和使用。還有很多地區能效比高，很多自然能源可以使用，適合建立建數據中心。這個概念在上面看是一張算力網，通過網絡把它連接起來，當中的底層技術非常復雜，因為網絡有延遲，很多應用根據數據處理和應用的需求對延遲的敏感度不太一樣。

對于數據處理，無論是算力還是網絡構造，都很有獨特的要求。從數據量和質來看，傳統的單一計算架構肯定會碰到性能和功耗的瓶頸。因此，我們要朝兩方面邁進：第一，是突破算力瓶頸，通過不同的方式解決多樣化數據的計算有效性; 第二，在提升算力的時候，還需要考慮到綠色計算，不能用很耗能的計算方式去解決問題，要想如何以能量優化的方式去解決未來的數據處理。

解決上述問題，異構計算和異構集成是未來的兩大方向。

何為異構計算？就是用不同的架構處理不同類型的數據，真正做到“用好的工具解決好的問題”。

何為異構集成？是以更好的集成組合方式，把不同工藝下優化好的模塊更好地集成到未來的解決方案當中，從而更加高效地處理復雜計算。

在“解決問題”的這個思路下，首先我們要能夠在硬件的架構布局上“全面發展”，對不同的數據有不同的處理器架構，比如說CPU、GPU、IPU、FPGA、AI加速器，它們各自針對不同種類的數據流，包括數據處理的不同特點，可以進行定制。

再者，把不同架構組裝起來后，就需要有人根據應用的要求進行編程，釋放硬件的功能，把它調度好，這就需要有一個對應的很好的軟件框架，英特爾的oneAPI就在構造一個完整的異構計算體系，目的是未來寫一個軟件，只需要讓應用者指定它的功能，而不需要非常明確地指定哪些部分運行在CPU上，哪些部分運行在GPU上，哪些部分運行在AI加速器上。通過底層的軟件功能模塊和工具鏈，就可以把下面具體的實現分布在不同的硬件上，硬件發生變化，下面具體的實現也發生相應變化，但是上面的軟件開發代碼是不用變的。

國內芯片廠商跟進

不同于國際大廠在各方面實力雄厚，國內廠商難以在短時間內形成如此全的產品線，但是國產芯片廠商現在已經漸漸開始選擇通過投資和合作的方式埋下異構的種子。

2021年11月，GPU芯片企業壁仞科技，與IDG資本、字節跳動等共同參與了國產DPU初創企業云脈芯聯數億元的天使輪投資。據壁仞科技創始人、董事長、CEO張文透露，除了DPU之外，從布局整體計算產業出發，壁仞科技正在密切關注國產CPU的最新發展，未來形成CPU+GPU+DPU的全國產系統級解決方案。

日前，DPU芯片廠商云豹智能與AI芯片廠商燧原科技達成了戰略合作，共同研發和提供大規模高性能AI算力平臺解決方案。基于云豹智能云霄DPU和燧原科技云燧T20率先推出了DataDirectPathStorage解決方案，為AI訓練儲存訪問提供更高效的解決方案。在傳統解決方案中，云燧T20訪問存儲時，需要將數據先搬移到系統內存，再由系統內存搬移到目標設備。而基于DataDirectPath Storage技術，云燧T20可通過DPU直接獲得數據，從而繞過系統內存和CPU，讓數據訪問速度更快，訪問延遲更短，系統開銷更小。

此外，國內還有異構處理器IP提供商華夏芯，通過自主設計的Unity統一指令集架構和基于此架構的CPU、DSP、GPU、AI專用處理器系列IP與SoC，在提升性能價格比的同時，顯著降低計算芯片研發成本和研發復雜度，同時縮短研發周期，減少開發人員工作量和降低開發門檻。據悉，華夏芯的Unity和英特爾的OneAPI都是為了簡化編程環境，但不同的是，OneAPI是面向不同體系架構的統一編程環境，Unity是面向不同微架構的統一體系架構和統一編程環境。


晶圓廠和封裝廠在異構集成上的布局

異構計算的強大只有完備的通用計算芯片產品線還不夠，還必須要有先進的異構集成封裝技術將其巧妙的封裝在一起，才能達到最終提升算力的目的。因此，這幾年異構集成也重新定義了封裝在芯片產業鏈中的地位，現在封裝起到一個重新架構的作用。

過去，考慮到功耗、性能、成本等因素的影響，芯片的集成首先在單片上進行，例如SoC。但現在摩爾定律逐漸來到極限，在單片上繼續微縮，成本效益越發不受控制。而得益于近十年來先進封裝與芯片堆疊技術的發展，例如3D堆疊、SiP等，也使得異構集成成為了大幅存在可能。

異構集成主要是將多個不同工藝節點的芯片封裝到一個封裝內部，這些芯片可以是不同種類、不同制造商、甚至是不同材料（Si/SiC/GaN）、不同工藝節點（如7nm和28nm等搭配），以此來達到增強功能和提高性能。新的封裝技術能夠將來自不同制造工藝流程的小芯片集成到具有多種功能的單個封裝中。

為此，無論是臺積電、三星和英特爾這樣的晶圓大廠，還是封裝廠，都在積極布局異構集成，在半導體后道技術上做好集成的工作。先進封裝逐漸成為集成電路芯片成品制造產業的關鍵工藝技術之一。