人類對高性能處理器的追求永無止境，時(shí)至今日，在傳統(tǒng)的處理器技術(shù)框架下，同構(gòu)多核CPU等處理器性能已經(jīng)逼近物理極限，新一代異構(gòu)多核處理器技術(shù)成為解決處理器性能、功耗、芯片尺寸等問題的必然選擇。

在近期北京亦莊召開的“高性能異構(gòu)計(jì)算及網(wǎng)絡(luò)安全研討會”上，記者獲悉，華夏芯(北京)通用處理器技術(shù)有限公司即將推出全球首款完全支持異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)(HSA)的處理器IP核，該產(chǎn)品在架構(gòu)層面成功整合了CPU、GPU、DSP，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)多核的內(nèi)存統(tǒng)一尋址，使不同內(nèi)核真正無縫地緊密聯(lián)系在一起，可以大幅提升處理器性能并降低功耗。IP核是處理器產(chǎn)業(yè)的最上游，決定著國家IC產(chǎn)業(yè)的整體競爭力。

華夏芯的突破表明我國在新一代異構(gòu)計(jì)算上取得重大進(jìn)展，有望在原本相對空白的處理器IP(知識產(chǎn)權(quán))核授權(quán)領(lǐng)域打破國外壟斷，徹底改變中國處理器產(chǎn)業(yè)的核心知識產(chǎn)權(quán)基本依賴于國外許可的被動局面。

異構(gòu)2.0時(shí)代即將到來

異構(gòu)計(jì)算是當(dāng)今芯片行業(yè)的一個熱門詞匯，應(yīng)用范圍也越來越廣泛，從芯片到設(shè)備的產(chǎn)業(yè)鏈廠商，都對其表現(xiàn)出極大的興趣，但中國大多數(shù)處理器設(shè)計(jì)公司尚處在同構(gòu)時(shí)代。采訪中，華夏芯公司相關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人告訴記者：“所謂異構(gòu)計(jì)算，主要是指使用不同類型指令集和體系架構(gòu)的計(jì)算單元組成系統(tǒng)的計(jì)算方式。常見的計(jì)算單元類別包括CPU、GPU等處理器，以及DSP、ASIC、FPGA等。異構(gòu)計(jì)算的概念早在20世紀(jì)60年代中期就已經(jīng)誕生，但直到2000年以后，其編程方法才逐漸趨于理性”。

過去，處理器頻率的提升，并不需要結(jié)構(gòu)性變化，通過特定的硬件加速，即可不斷提升芯片性能。但是現(xiàn)在，隨著芯片技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)常會碰到內(nèi)存、功耗方面的限制。引入特定單元、讓計(jì)算系統(tǒng)變成混合結(jié)構(gòu)，讓每一種不同類型的計(jì)算單元去執(zhí)行自己最擅長的任務(wù)，就成了必然。“這是近年來異構(gòu)計(jì)算得到更多關(guān)注的主要原因。”華夏芯相關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人告訴記者。

同時(shí)，華夏芯還表示，目前國內(nèi)市場上存在的異構(gòu)多核芯片還算不上真正意義的異構(gòu)計(jì)算，或者只是停留在“異構(gòu)計(jì)算1.0”時(shí)代。因?yàn)椋壳暗腟oC芯片基本上只是實(shí)現(xiàn)了將CPU、GPU等集成到單獨(dú)一顆芯片上，內(nèi)核之間并沒有真正實(shí)現(xiàn)融合，從而強(qiáng)化內(nèi)核間的交互能力。真正的異構(gòu)計(jì)算只有通過架構(gòu)和系統(tǒng)的整合才能實(shí)現(xiàn)，通過架構(gòu)整合實(shí)現(xiàn)CPU、GPU、DSP等各種不同類型處理器的內(nèi)存統(tǒng)一尋址，通過系統(tǒng)的整合，從硬件到軟件完全實(shí)現(xiàn)對異構(gòu)計(jì)算的支持。

“如此，異構(gòu)內(nèi)核將會更加無縫地緊密聯(lián)系在一起。從硬件角度看，任何計(jì)算單元都能訪問統(tǒng)一的內(nèi)存，任何一個單元的更新對其他所有單元都是透明可見的，應(yīng)用程序能夠始終在最適合的計(jì)算單元上可靠執(zhí)行。從軟件角度看，應(yīng)用開發(fā)將變得輕松，任何程序都不必費(fèi)心考慮不同處理器內(nèi)核之間的存儲差異。這將給計(jì)算性能以革命性的提高。”華夏芯指出：“如果說前一階段可以叫做異構(gòu)1.0的話，那么下一階段將進(jìn)入異構(gòu)計(jì)算2.0時(shí)代。”

中國發(fā)展異構(gòu)計(jì)算存機(jī)遇

目前，國際主流芯片廠商大都已經(jīng)意識到這一發(fā)展趨勢，Intel、IBM、ARM、AMD等國際巨頭紛紛投入巨資，布局下一代異構(gòu)多核處理器。2015年英特爾斥資167億美元收購Altera，原因之一就是看中FPGA在下一代異構(gòu)多核處理器中的重要作用。另一家FPGA大廠賽靈思將與高通等芯片巨頭整合的傳聞也不時(shí)傳出。

IC設(shè)計(jì)業(yè)異構(gòu)計(jì)算的發(fā)展趨勢已經(jīng)基本明確。近三五年來，處理器技術(shù)和產(chǎn)業(yè)正在發(fā)展到一個新的歷史時(shí)期。目前中國發(fā)展芯片設(shè)計(jì)業(yè)面臨兩大挑戰(zhàn)：一是芯片設(shè)計(jì)的創(chuàng)新能力不強(qiáng)，大多設(shè)計(jì)公司的核心技術(shù)方案仍然依賴國外公司的授權(quán)解決;二是自主知識產(chǎn)權(quán)的處理器生態(tài)體系尚未形成強(qiáng)大的生態(tài)圈。只有解決了這些問題，中國的芯片設(shè)計(jì)業(yè)發(fā)才有望做大做強(qiáng)。對此，有關(guān)專家在“高性能異構(gòu)計(jì)算及網(wǎng)絡(luò)安全研討會”上指出，新的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)變革給了我國IC產(chǎn)業(yè)縮小與國際水平差距的機(jī)會。如果我們能夠抓住這些發(fā)展機(jī)會，下決心加大投入，將有望從根本上解決發(fā)展處理器產(chǎn)業(yè)面臨的一系列問題。

華夏芯將推“統(tǒng)一處理器平臺”

目前國際上的異構(gòu)計(jì)算出現(xiàn)三強(qiáng)鼎立之勢，分別是Intel的異構(gòu)計(jì)算體系、IBM發(fā)起的OpenPower體系，以及包括AMD、ARM、高通、聯(lián)發(fā)科、三星、華夏芯等發(fā)起成立的HSA體系。目前，Intel在PC與高性能計(jì)算(HPC)領(lǐng)域的優(yōu)勢明顯，而HSA在移動端(mPC)領(lǐng)域處于明顯優(yōu)勢。OpenPower成立最晚，主要面向高性能計(jì)算(HPC)領(lǐng)域。

“我們建議，中國處理器和操作系統(tǒng)相關(guān)企業(yè)和從事異構(gòu)計(jì)算研究的大學(xué)、科研院所積極參與HSA。不同于Intel完全獨(dú)家主導(dǎo)全部標(biāo)準(zhǔn)，或者OpenPower中由IBM這樣明顯占據(jù)壓倒性技術(shù)優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)巨頭掌控話語權(quán)，HSA更加開放，強(qiáng)調(diào)的是通過合作制定一系列的軟硬件標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，在降低異構(gòu)多核處理器相關(guān)軟硬件開發(fā)難度的同時(shí)，構(gòu)建兼容開放完善可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)。對中國采用不同架構(gòu)的處理器企業(yè)而言，按照HSA標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的軟硬件產(chǎn)品之間將能實(shí)現(xiàn)兼容。”華夏芯表示。

據(jù)了解，華夏芯正在開發(fā)并即將推出的“統(tǒng)一處理器平臺”是全球首次推出完全支持HSA標(biāo)準(zhǔn)的CPUGPUDSP的處理器IP核平臺，它從指令集、微架構(gòu)到工具鏈具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。同時(shí)，華夏芯還可進(jìn)行SoC定制設(shè)計(jì)服務(wù)。這將有效改善國產(chǎn)IP核設(shè)計(jì)及許可上的短板。

總之，處理器IP核與生態(tài)系統(tǒng)兩方面問題的解決，將使中國自主處理器產(chǎn)業(yè)有望在下一代異構(gòu)計(jì)算時(shí)代，取得更快速的發(fā)展，趕上國際先進(jìn)水平。

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