英特爾中國研究院宋繼強:芯片、系統、軟件成為異構計算的三層級

英特爾中國研究院院長宋繼強作為嘉賓參加了以"異構計算帶來智能互聯的下一個黃金十年"為主題的一場線上對談活動,並且發表了對異構計算的觀點和看法。

宋院長認為,在萬物互聯的時代下,IoT設備像雨後春筍大量被催生出來,多種的設備的通用性要求都不一樣,因此每個都有自己的功能、數據等的需求。在這情況下,那便需要異構計算這種方式把他們連接起來,可以通過採用不同的芯片組合,甚至不同的的組合工藝來達成。

不論是從經濟效益還是從時間成本來看,異構計算必定能夠在未來發揮很大的功用。

傳統計算在萬物互聯下遇到哪些挑戰?

現在相比以往,我們是依靠着機器上傳數據的,宋院長表示數據種類和數據量相比以前PC時代,單單靠人工輸入到電腦裏面的數據量要大得多。往後攝像頭的出現讓數據獲取來源變得多樣,加上我們日常使用手機,裏面有各式各樣的傳感器,數據量同時也變得巨大。

宋院長認為:"目前流行的人工智能裏面的深度學習,便是需要各式各樣的數據進行機器學習,才能夠讓人工智能變得更聰明。"

日常我們生活應用便有很多要求能夠快速給出一些解決方案,而不是去重新定義一些芯片架構。如果要又快又好去解決這個問題,宋院長表示異構計算是必需的,它能夠把方案小型化,能把成本和效果達到一個不錯的平衡。

異構計算帶來的好處之一便是它能夠針對未來多種不同的應用快速給出高性價比的方案。宋院長給出了一個高鐵的例子,實際上高鐵需要去做很多快速計算,同時沿線很多設備也需要運算,其本身便是一個龐大的系統,具有很多不同計算的負載。

"異構計算雖然是一個芯片硬件層級的內容,但是實際要把它的能力釋放出來,這就需要芯片、系統、軟件三層去一體考量,才能夠發揮它的作用。宋院長總結着。"

oneAPI助力異構計算發展

在異構計算的發展中,雖然它能把不同架構的優勢整合起來,最終目的便是讓不同架構能做最擅長的東西,但是也需要打破整合架構中制約互相發揮的障礙。

宋院長舉了一個例子:"很多不同核整合在一起,它變成一個算力的集合體,這時候便需要考慮它們核與核之間的數據傳輸和控制。"

此外還有一個制約的因素便是針對不同硬件架構的編程語言的多樣化。在經過近20年的發展,針對不同的模型已經有多樣的編程語言出現,如果要求編程人員把不同架構的芯片編程語言全學會這是不現實的。

宋院長認為,在這種硬件層次增長的前提下,那就需要一箇中間層把通用的流行軟件開發框架和硬件層級聯繫起來,目的便是儘可能去把不同硬件架構的編程差異減少,提高效率。

英特爾因此提出了oneAPI的概念,目的便是讓軟件框架層的中間層去掉,把它放到不同的架構上,針對不同的硬件架構,如CPU、GPU、IP等,獨立開發專用的硬件加速器,為其進行優化,降低程序員的應對不同硬件架構時編程的難度,讓他面對異構的硬件世界能夠獲得較為統一的軟件開發環境。

據宋院長介紹,目前oneAPI還是一個開放的產業聯盟,未來有望成為一個產業規範。它目前擁有從芯片、系統、軟件層面的技術和方法,如完整的開發包組合。現在產業已經有幾十家行業夥伴加入到英特爾oneAPI的聯盟裏面。

英特爾六大支柱支撐異構計算的實現

宋院長回憶:"對比20多年前那時候提出的異構計算,從硬件到軟件,現在的技術發展複雜了很多。以往架構相對簡單,編程模型語言也簡單,全棧人才還是相對容易比較培養。"

"目前隨着軟硬件架構的複雜,如果要求一個軟件或者硬件人員全部去完成工作,現在是不太現實的。不過整個產業還是需要更多人投入到創新當中,因此在系統越做越複雜的情況下,需要有辦法讓開發人員工作變得簡單,這是目前需要解決的問題。"宋院長解釋着。

英特爾提出的oneAPI是朝着這個方向去努力,其通過一些方法讓編程人員降低開發難度,令他們把更多精力投入到產業的創新上,而不是在軟硬件的開發流程上。

根據瞭解,英特爾提出了六大產業支柱,製程和封裝位於最底層,但同時也是其餘五大支柱的重要核心,其是關乎硬件芯片的封裝。未來從晶體管層面來説,必然希望尺寸越來越小,功耗越來越低。

第二層便是架構,以往英特爾使用的是X86的通用架構,可是進入到新時代,則需要掌握更多不同的架構組合,以此滿足專屬特定領域的需求,如FPGA、圖像處理和人工智能加速器等等。

第三層是內存和存儲,目前內存和存儲領域面臨一個全新的瓶頸,英特爾在該技術構建中希望可以開發更加領先的技術和產品,以繼續消除傳統內存和存儲層級結構中的固有瓶頸,同時實現加速互連。

第四層便是多種芯片硬件中的互連,包括了芯片內部的互連,還有芯片之間的互連。數據之間的互連和流通也是非常重要的,這就是英特爾做不同層級的互連技術投資的原因,目的是為了滿足數據層面和封裝層內的數據流通。

第五層是軟件,這便是把複雜的硬件簡單化,讓更多人可以方便去使用互連起來的硬件功能。英特爾在全球已經有超過1.5萬名工程師,而在未來,英特爾仍會繼續在軟件領域大展拳腳,並加強軟件領域的創新。

第六層是貫穿硬件到軟件的安全,因為在多設備互連起來後,互相之間傳輸數據,還涉及到控制的問題。不管做任何事情、創新技術,安全都是需要考慮的最中間的要素,因為它可以為其他一切的發展提供可靠的基礎。

異構計算的未來契機

"異構計算在未來是一個能夠激發多樣性創新的一個動力,同時也是未來創新的一個首席架構師,他會幫我們打開新的智能世界的一個大門。"宋院長預測。

未來的設備都是具有智能自主能力,如智能機器人、智能汽車等等。它的特點便是同時具有感知能力,通過傳感器感知外界,此外還需要做決策和行動。

以無人駕駛汽車為例,其上下高速公路的匝道是在真實世界進行的,這就要求它具有很強的實時能力,這類的系統能力在未來是必定存在的,而它便是一個完整的從感知到抉擇再到執行的閉環,因此它需要進行多種不同的運算。

無人駕駛汽車的視覺感知數據來源是毫米波、雷達等,獲取這些信息後便需要進行並行計算加速決策,這時候便需要引用大量的內存資源做線性判斷。此外在判斷決策後,真正做執行便需要實時控制。

宋院長表示:"從感知到決策再到執行,無人駕駛騎車在這過程中已經需要三種不同的運算才能完成,顯然這是異構計算才能滿足其要求。"

最後宋院長認為,未來異構計算必定能快速解決實際的應用問題。我們可以通過3D封裝等一些技術工藝,將具有不同運算能力的芯片做得體積又小,而且功耗又低,最終把它裝進未來的一些智能設備上。

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