英特尔带来异构计算 “破局”之道 打开新智能互联时代大门

 　　目前数据正在呈现出三种变化，数据量呈现指数级爆发，数据的形态也日趋多样化，有更多非结构化数据在实施产生。最后对于数据实时处理的需求也在快速增长。鉴于数据出现的这些变化，传统CPU瓶颈渐显。因而拥有高性能、高密集计算能力同时能够降低功耗的“异构计算”在近年来变得异常火热。

　　异构计算指的是使用不同类型指令集、计算架构单元组成混合系统的一种特殊计算方式。早在上世纪80年代，异构计算技术就已经诞生，不过早期的异构融合主要是基于CPU和GPU，而目前，异构计算已经扩展到更多计算架构，如CPU、GPU、ASIC、FPGA等，并且在更多的领域如人工智能、边缘计算等发挥重要的作用，能够实现性能大幅提升同时降低能耗。

　　对于从“以PC为中心”向“以数据为中心”转型的英特尔来说，很早就看到了新智能时代下的数据洪流以及以此带来的转变。为了应对数据量的指数级增长以及数据的多样性处理需求，英特尔提早布局异构计算，并提出了领先业界、软硬结合的“超异构”计算解决方案，来满足未来更加多元化的计算需求。

　　异构计算的颠覆产业格局

　　提到目前的异构计算，或许用“数量多，速度快，质量好，成本省”来形容最为恰当。

　　异构计算带来了算力的大幅提升，随着技术的发展，异构计算是最有望实现“无所不能”的多元计算架构，可谓是“质量好”。计算正在发生变革，传统的单一计算架构已经无法应对目前的计算需求。新的智能互联时代需要计算具有事实性、好的可扩展性、能效比高、开发难度小等，而这些需求异构计算可以完美实现。

　　“数量多”指的是在目前的异构计算中，所涉及的计算架构更多复杂，同时还涵盖包括制程、封装、软件在内的更多技术。在近期的一场有关“异构计算”的行业对话中，来自北京交通大学信息科学研究所副教授王东表示：“异构计算要真正带来改变，应从工艺、封装、架构、软件系统等入手，提供一个整体解决方案，尤其是要注重编程模型的通用性和编程方法的普适性。”

　　“速度快和成本省”则指的是异构计算所具有的灵活性和高性价比。中山大学微电子科学与技术学院教授、副院长虞志益认为：“异构计算的优势在于可以将通用的CPU和专业的芯片(如ASIC)融合在一起，实现性能、功耗和灵活性的统一。”英特尔中国研究院院长宋继强也介绍到，异构计算带来的好处之一便是它能够针对未来多种不同的应用快速给出高性价比的方案，能够将方案小型化，能把成本和效能达到一个不错的平衡。

　　不过目前市面上普遍的异构计算解决方案还存在一些问题。目前来看，主要是有两种方式的异构，CPU、GPU、FPGA等组成一个一体化设计的SoC，将达到最高的能效比，但需要量大面广，才值得投入;另一种是这些独立的芯片通过板级连接实现异构计算，其优势在于灵活，但板与板之间连接的功耗、带宽都大打折扣。

　　即便如此，异构计算还是被寄予厚望。来自电子科技大学电子科学与工程学院副教授黄乐天认为，未来异构计算很难突然爆发式增长，但会慢慢地渗透到各种应用中，然后改变一些应用的形态，甚至是底层逻辑。另外，黄乐天也谈到，异构计算将有可能在技术渗透性上来说将会改变行业形态，创造一些新的工作机会和领域，也将催生一些创业类公司以及底层技术方案商的成长。

　　英特尔“三层级”超异构破解行业难题

　　与其他异构计算“玩家”不同的是，英特尔认为，必须要在芯片、系统、软件三个层级实现的异构，才能最大化释放异构计算的优势。从这一角度来讲，英特尔在异构计算领域可以说是“自成一派”。

　　在芯片级别，英特尔先进的制程工艺和先进的封装技术推动着超异构计算的发展。具体来说，英特尔通过先进的“小芯片”技术，利用CO-EMIB、Foveros 3D以及EMIB等先进封装技术，提供显著的实用性和经济性优势。

　　其中必须要提到的是结合EMIB与Foveros的新封装技术CO-EMIB技术，该项技术可以同时实现可以让芯片横向拼接，同时每层横向拼接都还是可以继续立体堆叠，是业内顶级的封装技术，开辟封装技术新的先河。而封装技术又是异构计算中最重要的技术之一。虞志益表示：“异构计算最重要的技术之一是封装，目前设计和制造技术发展已经很快了，封装技术发展速度相对比较慢，封装有可能在异构计算的基础上快速发展。”

　　在系统级，英特尔实现了在系统内将多样化的计算，针对不同的工作负载启动不同的处理架构，架构进行整合智能、高效地解决多元计算需求。英特尔高级副总裁、首席架构师，兼架构、图形与软件部门总经理Raja M. Koduri强调：“英特尔的策略就是要囊括CPU、GPU、FPGA、加速器所有的架构。”

　　最后是在软件级的异构，目前也是行业内一个亟待解决的难题。黄乐天就表示：“异构计算目前最大的问题是能否满足普惠性的编程或开发模式，否则不能称其为异构，而只能是嵌入式系统或专用SoC。”

　　不过英特尔已经提早布局，推出了oneAPI解决方案。oneAPI面向异构计算提供统一的、可扩展的编程模型，且无需在性能上做出妥协。英特尔提出了oneAPI的概念，目的是提供一套跨平台的通用软件工具，创造统一的开发环境，能够针对不同的硬件架构进行优化，降低开发人员应对不同硬件架构时编程的难度，并实现性能的扩展。“这种硬件层级增长的前提下，需要一个中间层把通用的流行软件开发框架和硬件层级联系起来，目的便是尽可能将不同硬件架构的编程差异减少，提高效率，”宋继强表示。

　　实现“三层级”超异构计算的英特尔，最大化释放异构计算优势，挖掘数据潜能，为“以数据为中心”转型奠定了扎实的基础。宋继强也表示：“未来异构计算将是未来创新的首要架构，将助力打开新的智能世界的大门。”

　　异构计算已经成为智能互联时代的“新主角”。行业有望在短期内看到异构计算在算力、性能的进一步提升和功耗的降低。英特尔作为行业领导者，秉承“创造改变世界的技术，造福地球上每一个人”的宏旨，将在异构计算领域大放异彩。