日前，中國華夏芯公司宣布，其異構(gòu)計(jì)算處理器IP核已經(jīng)在硅片上成功實(shí)現(xiàn)，并已通過HSA（異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)）一致性測(cè)試。公司還宣布了新的機(jī)器學(xué)習(xí)和深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的開源項(xiàng)目，旨在進(jìn)一步推動(dòng)HSA異構(gòu)計(jì)算的發(fā)展。本次華夏芯推出的產(chǎn)品則是國內(nèi)企業(yè)在異構(gòu)計(jì)算上的技術(shù)突破，并有望在人工智能、機(jī)器視覺、工業(yè)4.0、移動(dòng)通信、無人機(jī)等領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

什么是異構(gòu)計(jì)算

同構(gòu)計(jì)算是使用相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。而異構(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、DSP、ASIC、FPGA等。異構(gòu)計(jì)算用簡單的公式可以表示為“CPU+XXX”，究其本質(zhì)而言Cpu+本質(zhì)上指的是單核與多核能力的提升。舉例來說，AMD著力發(fā)展的APU就屬于異構(gòu)計(jì)算，用公式表示就是CPU+GPU。

由于術(shù)業(yè)有專攻，CPU、GPU、DSP、ASIC、FPGA各有所長，在一些場(chǎng)景下，引入特定計(jì)算單元，讓計(jì)算系統(tǒng)變成混合結(jié)構(gòu)，就能讓CPU、GPU、DSP、FPGA執(zhí)行自己最擅長的任務(wù)。如果能做到無縫地將運(yùn)行于CPU之上的通用計(jì)算、運(yùn)行于GPU之上的并行計(jì)算、運(yùn)行于DSP之上或者ASIC/FPGA之上的優(yōu)化計(jì)算整合在一起，就能獲得更好的應(yīng)用性能，更低的功耗等特性，相對(duì)于同構(gòu)計(jì)算而言也可能有一定性能優(yōu)勢(shì)。

在超算上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用

其實(shí)，異構(gòu)計(jì)算對(duì)大家而言并不陌生，在TOP500刷榜的天河2號(hào)和神威太湖之光都采用了異構(gòu)計(jì)算。其原因就在于異構(gòu)計(jì)算能帶來很高的性能和性能功耗比，以天河2號(hào)的一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)為例。

Xeon E5的滿載功耗達(dá)145W，雙精浮點(diǎn)為0.21T Flops，而Xeon PHI功耗300W，雙精浮點(diǎn)達(dá)1T Flops。

天河2號(hào)一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)由2片Xeon E5和3片Xeon PHI，理論雙精浮點(diǎn)性能為3.42T Flops，功耗為1190W，理論雙精浮點(diǎn)性能與功耗的比值為2.87GFlops/W。相同功耗下使用8片Xeon E5只能獲得1696Gflops的理論雙精浮點(diǎn)性能，理論雙精浮點(diǎn)性能與功耗的比值為1.42GFlops/W。從數(shù)據(jù)可以看出，在同等功耗下，在使用Xeon PHI加速后，理論雙精浮點(diǎn)性能與是只使用Xeon E5的2倍。

正是因?yàn)楫悩?gòu)計(jì)算在理論上有著諸多的優(yōu)勢(shì)，一些媒體將“CPU+XXX”稱為下一代處理器。

指令集自主開發(fā)

HSA協(xié)會(huì)正在推動(dòng)異構(gòu)計(jì)算向各個(gè)方面普及，而華夏芯則是其中的一份子，共同推動(dòng)異構(gòu)計(jì)算向越來越多的領(lǐng)域普及。

也許很多人從來沒有聽說過華夏芯這樣一家公司，但該公司確實(shí)是中國第一家從事異構(gòu)計(jì)算處理器IP核設(shè)計(jì)的集成電路企業(yè)——華夏芯公司是一個(gè)定位于全球市場(chǎng)的中國公司，研發(fā)團(tuán)隊(duì)的來源也是全球化，但是從技術(shù)到人才都掌握在華夏芯手中，比如華夏芯的3合1“ Unity”體系架構(gòu)是其獨(dú)創(chuàng)技術(shù)，在同行業(yè)中也處于領(lǐng)先地位。

更難得的是，華夏芯并沒有像一些商業(yè)公司那樣購買ARM指令集，而是公司自主開發(fā)的指令集、微結(jié)構(gòu)和工具鏈。因此，在自主創(chuàng)新能力上，和一些購買ARM IP授權(quán)開發(fā)所謂“國產(chǎn)”CPU的國內(nèi)廠商有著本質(zhì)上的區(qū)別。

可以對(duì)外授權(quán)IP

華夏芯公司最近發(fā)布了一系列新的IP授權(quán)產(chǎn)品，在全球范圍授權(quán)IP，為客戶提供一流的處理器設(shè)計(jì)技術(shù)。所有華夏芯的處理器均支持HSA。對(duì)此，華夏芯的董事長李科奕表示，“我們很高興地看到華夏芯的新IP核通過了PRM HSA一致性測(cè)試，面向工業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和嵌入式系統(tǒng)，該IP核對(duì)功耗進(jìn)行了優(yōu)化并向全球提供許可”。

據(jù)了解，華夏芯還是中國唯二的可以對(duì)外授權(quán)IP的處理器公司(另一家是龍芯)，在中國大多數(shù)CPU公司還處于購買國外IP做集成的時(shí)代，華夏芯能夠自己開發(fā)IP并且能夠?qū)ν馐跈?quán)就顯得尤為難得。目前，華夏芯的CPU核可以通過IP授權(quán)的方式提供給客戶，第一款CPU已經(jīng)在臺(tái)積電使用28nm HPC制成工藝流片，2016年第3季度提供給潛在客戶作為評(píng)估或開發(fā)之用。

在技術(shù)創(chuàng)新上可圈可點(diǎn)

本次在硅片上實(shí)現(xiàn)的IP核是華夏芯3合1“ Unity”體系架構(gòu)的首次實(shí)現(xiàn)。Unity具有包括圖像和視頻處理在內(nèi)的多維信號(hào)處理能力。華夏芯美國研發(fā)中心的CTO Mayan Moudgill博士表示，“矢量處理長度可依據(jù)矢量計(jì)算的需求動(dòng)態(tài)設(shè)置，最大配置達(dá)到64KB，滿足各種智能化應(yīng)用和高性能計(jì)算對(duì)并行計(jì)算的要求，保證了指令架構(gòu)的穩(wěn)健性和軟件代碼的移植性。變長矢量處理單元（VPU）在進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理的同時(shí)，結(jié)合了低功耗、亂序執(zhí)行流水線等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，從而使多個(gè)控制線程高效地執(zhí)行”。

值得關(guān)注的是，在華夏芯面向全球發(fā)布上述消息2天之后，ARM也發(fā)布了與其類似的V8-A的矢量擴(kuò)展架構(gòu)（SVE），其技術(shù)特征與華夏芯推出的VPU單元極為相似。這說明，真正從事自主創(chuàng)新的國產(chǎn)處理器設(shè)計(jì)公司完全可以在核心技術(shù)上達(dá)到國際領(lǐng)先水平，其創(chuàng)新能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于那些通過IP授權(quán)設(shè)計(jì)CPU的公司，畢竟后者在自主創(chuàng)新的空間上受到授權(quán)許可方極其嚴(yán)苛的各種限制和制約。