2023異構計算行業(yè)發(fā)展分析 異構計算行業(yè)未來市場前景

• 吳澳燕 2023年9月1日 來源：中國電子報 1307 85
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異構計算是指使用不止一種處理器或內(nèi)核的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)不僅通過添加相同類型的處理器來提高性能或能效，而且還通過添加不同的協(xié)處理器來提高性能或能效，這些協(xié)處理器通常結合專門的處理能力來處理特定任務。

信息技術作為第三次產(chǎn)業(yè)革命代表性技術之一，極大地推動了信息產(chǎn)業(yè)的興起與發(fā)展。當前，全球電子信息產(chǎn)業(yè)重點領域競爭格局此消彼長，半導體領域創(chuàng)新風起云涌，核心芯片技術發(fā)展變革步伐進一步加快，計算呈現(xiàn)出全新發(fā)展趨勢，多種計算范式和架構正逐漸融合，開始進入“大計算”時代。

信息技術正呈現(xiàn)云計算與端計算、軟件與硬件、智能與交互、計算與通信等多種技術融合發(fā)展態(tài)勢。歷經(jīng)單核、同構多核等技術發(fā)展，異構多核計算芯片及系統(tǒng)是高性能計算、商業(yè)計算、移動計算等應用發(fā)展的必然選擇。

異構計算是指使用不止一種處理器或內(nèi)核的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)不僅通過添加相同類型的處理器來提高性能或能效，而且還通過添加不同的協(xié)處理器來提高性能或能效，這些協(xié)處理器通常結合專門的處理能力來處理特定任務。

異構計算系統(tǒng)有兩種實現(xiàn)方式：一是將多個不同類型處理器芯片通過片間集成的方式實現(xiàn)節(jié)點級異構計算(稱之為片間異構);二是基于單(硅)片內(nèi)集成多個不同處理器內(nèi)核的異構計算芯片實現(xiàn)，即異構計算在芯片級實現(xiàn)(稱之為片內(nèi)異構)。第二種異構計算芯片技術是當前最新技術。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2023-2028年中國異構計算行業(yè)市場前瞻分析與未來投資戰(zhàn)略規(guī)劃報告》顯示：

高性能計算類應用的發(fā)展，驅動算力需求不斷攀升，但目前單一計算類型和架構的處理器已經(jīng)無法處理更復雜、更多樣的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中心如何在增強算力和性能的同時，具備應對多類型任務的處理能力，成為全球性的技術難題。在計算領域芯片企業(yè)的不斷探索和研究中，異構計算成為公認的算力突破“抓手”。

異構計算的價值在于能讓最適合的專用硬件去服務最適合的業(yè)務場景，實現(xiàn)性能、成本、功耗三者間的平衡?；诓煌夹g細節(jié)，它可以分為板卡集成異構計算、芯片級異構計算、超異構計算。異構計算主要應用在HPC高性能計算、AI、5G通信、物聯(lián)網(wǎng)以及云計算等場景中，軟件棧和生態(tài)建設進度明顯，部分產(chǎn)品已規(guī)模化落地。

異構計算可以提高算力和性能，降低功耗和成本，又具備多類型任務的處理能力，有望主導未來的高性能計算市場。英偉達、英特爾、AMD作為行業(yè)頭部企業(yè)，近兩年在異構計算方面的新產(chǎn)品層出不窮。

芯片廠商發(fā)力異構計算

異構計算可以提高算力和性能，降低功耗和成本，又具備多類型任務的處理能力，有望主導未來的高性能計算市場。英偉達、英特爾、AMD作為行業(yè)頭部企業(yè)，近兩年在異構計算方面的新產(chǎn)品層出不窮。

AMD完成對賽靈思的合并后，將其CPU與賽靈思的FPGA結合為CPU+FPGA的異構模式。借助賽靈思在5G、通信、自動駕駛和行業(yè)領域的資源，AMD能夠將高性能計算能力帶入更多領域。

異構計算瓶頸待突破

異構計算作為新興技術同樣面臨諸多問題和挑戰(zhàn)，例如從傳統(tǒng)同構系統(tǒng)、片間異構到片內(nèi)多核異構，如何對應不同的編程方式、軟硬件架構以及生態(tài)系統(tǒng)等;對于異構計算系統(tǒng)，無論是片間異構還是片內(nèi)異構，都需要考慮如何建立完善的軟硬件體系來支撐全新異構計算體系，進而解決生態(tài)問題，使下游產(chǎn)業(yè)鏈用戶主動采用異構計算技術。

異構的優(yōu)勢顯而易見，與此同時暴露出的技術難題也越來越多。一是異構計算產(chǎn)品需要面對不同的系統(tǒng)架構、指令集和編程模型，需要降低多樣計算帶給軟件開發(fā)者的難度;二是異構計算芯片產(chǎn)品除了要在芯片設計層面實現(xiàn)突破之外，還需要解決在芯片制造和封裝過程中不同結構之間的適配和升級問題;三是異構計算要實現(xiàn)性能的多樣性合一，使其同時滿足人工智能訓練、推理、圖像視頻處理等各種不同的需求。

從產(chǎn)業(yè)規(guī)范與標準層面看，異構計算是指在完成一個計算任務時，采用一種以上的硬件計算單元、互聯(lián)協(xié)議、差異化架構、軟件接口等。由于不同的硬件設備、協(xié)議、應用二進制接口、軟件應用層接口等都存在著巨大的差異，如何構建一個高效、系統(tǒng)化的協(xié)調(diào)統(tǒng)一的異構計算系統(tǒng)，成為最關鍵的技術問題。

異構計算行業(yè)未來市場前景

算力是數(shù)字經(jīng)濟時代的新型生產(chǎn)力，已成為賦能科技創(chuàng)新、助推產(chǎn)業(yè)升級的新動能。我國算力產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速增長，近5年平均增速超過30%，算力規(guī)模排名全球第二。

截至目前，全國在用數(shù)據(jù)中心機架總規(guī)模超過760萬標準機架，算力總規(guī)模達到每秒1.97萬億億次浮點運算，位居全球第二;圍繞算力樞紐節(jié)點建設130條干線光纜，數(shù)據(jù)傳輸性能大幅改善。我國算力產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，服務器、計算機、智能手機等計算類產(chǎn)品產(chǎn)量全球第一。

算力網(wǎng)絡的構建不只依賴于異構計算，通用計算也將為“東數(shù)西算”提供更多助力。近兩年，國內(nèi)涌現(xiàn)出一批通用計算芯片初創(chuàng)企業(yè)，以FPGA和ASIC類型芯片作為切入點，部分企業(yè)購買國外公司的IP授權開發(fā)通用GPU芯片，少數(shù)企業(yè)自主研發(fā)通用GPU核心IP，實現(xiàn)了國內(nèi)通用計算的突破。

異構計算是多元算力的典型?？缭綐肆?CPU)、矢量(GPU)、矩陣(ASIC)、空間(FPGA)的異構計算，如今已經(jīng)成為企業(yè)推動 IT 基礎設施重構的重要力量。其能夠將不同架構的運算單元整合到一起進行并行計算，以最適合的專用硬件去做最適合的事如密集計算或外設管理等，從而達到性能和成本的最優(yōu)化。因此很多企業(yè)開始嘗試使用異構計算來化解算力瓶頸，挖掘和實現(xiàn)算力增長。

更多行業(yè)詳情請點擊中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2023-2028年中國異構計算行業(yè)市場前瞻分析與未來投資戰(zhàn)略規(guī)劃報告》。

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  2023-2028年中國異構計算行業(yè)市場前瞻分析與未來投資戰(zhàn)略規(guī)劃報告

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