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ag电投游戏 - 引领超异构计算潮流,详解英特尔的六大技术支柱!
发表日期:2020-01-11 17:09:30 | 点击数:3519 次
本文摘要:而且这六大技术支柱是互相相关、紧密耦合的。英特尔中国研究院院长宋继强发表演讲,详细阐述了推动英特尔持续创新的六大技术支柱。我们认为这六大技术支柱会给我们带来指数级的创新,将是英特尔未来10年,乃至未来50年的主要驱动力。

ag电投游戏 - 引领超异构计算潮流,详解英特尔的六大技术支柱!

ag电投游戏,为了挖掘数据红利,英特尔正从以晶体管为中心到以数据为中心的转变,这也将使得英特尔能够更好的继续推进摩尔定律的经济效益的发挥,可以让我们继续拥有更好,更便宜的芯片。但是,以数据为中心的未来,还需要更完整的更系统性的思考,因为单一因素已经不足以满足多元化的未来计算需求。

因此,英特尔进一步提出了以制程和封装、架构、内存和存储、互连、安全、软件这六大技术支柱来应对未来数据量的爆炸式增长、数据的多样化以及处理方式的多样性。而且这六大技术支柱是互相相关、紧密耦合的。

2019年3月28日,以“万有in力,数立未来”为主题的“2019英特尔中国媒体纷享会”在北京举行。英特尔中国研究院院长宋继强发表演讲,详细阐述了推动英特尔持续创新的六大技术支柱。

”我们认为这六大技术支柱会给我们带来指数级的创新,将是英特尔未来10年,乃至未来50年的主要驱动力。“英特尔中国研究院院长宋继强非常肯定的说到。

宋继强解释称:“制程和封装是做芯片最基本的技术,架构是芯片里面晶体管怎么组织、怎么处理数据,再通过把它和内存和存储结合在一起,就可以既处理数据又存储数据,这三个结合在一起就构成了最小型化的系统。这是针对单一设备的。如果想要多个设备一起工作就要互连,互连既可以是有线的,也可以是无线的。设备互连以后,中间的信息传输还需要放在安全的框架下。这些都准备好了以后,还需要统一的软件接口,便于软件开发人员能够轻松的进行开发。所以这六大支柱技术是一层层叠加的完整的创新方案。”

1、制程和封装

一直以来,英特尔在制程技术上都引领全球,这是构建领先产品的关键基础,也是英特尔此前一直独霸pc和数据中心市场的关键。而随着英特尔从以晶体管为中心向以数据为中心转变,英特尔也开始通过3d封装技术来推进摩尔定律的经济效益。

在去年年底的英特尔架构日活动上,英特尔就推出了业界首创的3d逻辑芯片封装技术——foveros 3d,它可实现在逻辑芯片上堆叠逻辑芯片。以前只能把逻辑芯片和存储芯片连在一起,因为中间的带宽和数据要求要低一些。而foveros 3d则把逻辑芯片和逻辑芯片连在一起,同时保证连接的带宽足够大、速度够快、功耗够低,而且3d的堆叠封装形式,还可以保持较小的面积。此外,foveros 3d还可以与英特尔2017年推出的emib(embedded multi-die interconnect bridge,嵌入式多核心互联桥接)封装技术相结合,可以将不同类型、不同制程的小芯片ip灵活组合在一起。在三维空间提高晶体管密度和多功能集成,为计算力带来指数级提升。

“这是很高的技术挑战,目前这是英特尔独有的先进技术。”宋继强说到。

在今年的ces展会上,英特尔还推出了首款基于foveros 3d封装技术的混合cpu架构soc平台“lakefield”。其将1个10nm sunny cove核心和4个atom系列的10nm tremont核心通过foveros 3d芯片堆叠技术封装到了一起。同层上还把gpu和其他加速器放在里面,其他层叠加了dram、叠加了i/o。这使得先前采用分离设计的不同ip整合到一起,同时保持较小的soc尺寸,功耗也可以控制的非常低。

而且,foveros 3d结合emib技术还可制程不同制程的芯片3d封装到一起。比如计算逻辑芯片通常对要高性能、低功耗有较高要求,所以可以用先进的10nm工艺,但是其他的,比如i/o或者modem部分则可能没有必要用10nm,可以用原来的已经有成熟的14nm制程,无需拿到在10nm上重新验证。可以实现更多的多样性和快速满足客户定制性的需求。

2、架构创新

在单核时代,提升处理器的性能主要是依靠提升单个核心的晶体管密度,提升处理器的主频,但是主频上到一定的高度之后,就碰到了“功率墙”,因为再往上提升主频,性能提升已经非常有限,但是功耗却快速升高,芯片也会不稳定。

所幸的是,工程师发现通过多核的架构,可以继续推动处理器性能的提升。于是,从2000年之后,芯片进入了多核时代。但是,随着芯片核心上到一定程度之后,又遇到了新的问题,这么多的核,要存储数据都要通过同一条总线访问dram,这里就遇到了“内存墙”,内存带宽的大小限制了通过进一步提升核数所带来的性能提升。

宋继强表示,现阶段要继续提升处理器的性能,就要根据数据种类、数据存储方式和处理方式来优化架构。采用最优化的架构处理数据、访问内存,甚至是把一些内存放入计算,或者在芯片计算架构里放入内存,这也就开始了架构创新时代。

就目前来看,针对不同的计算类型,主要有cpu、gpu、asic、fpga四类不同的计算架构。在日益复杂和多样化的需求之下,各种计算架构也在不断创新,而且也出现了更多的不同类型的组合。

而对于英特尔来说,这四类计算架构均有完备的产品部署,而且也一直在持续创新当中。比如,在cup方面,英特尔最新的发布的酷睿cpu把超标量的最新优势都放进去了,大幅提升了单线程的处理能力。另外,在cpu里面有dl boost,专门加入了对ai计算的支持,可以在cpu里把深度学习的推理速度提高10倍以上;在gpu矢量处理器方面,英特尔除了第11代嵌入式的gpu之外,还有即将推出的基于全新gpu架构的独显xe系列;英特尔还有专用的asic加速器,像movidius、mobileye的加速器,以及altera的fpga。

此外,在全新的计算架构方面,英特尔还拥有神经拟态计算芯片loihi(模拟了人脑神经元结构)、49量子位的量子芯片、最小的自旋量子位芯片。并且为了能够规模化的生产和测试,英特尔还专门和产业界、学术界合作,设计了低温晶圆探测仪,可以在低温下测试这样的芯片的计算和存储是否都是可靠的。

“架构创新在未来十年会是一个主流,而且这里面会有多种不同的架构互相组合、比拼。我们还需要把这些不同架构通过封装整合在一起,可以更好地把一个系统里不同种类的数据同时处理的非常有效和低功耗,以满足以数据为中心的创新时代。”宋继强认为:“未来十年创新会由架构驱动。架构将快速演进,将带来指数级的扩展效应。”

3、内存和存储

前面有提到,在多核时代,处理器性能的提升受到了“内存墙”的制约。而为了解决这个问题,英特尔也做了非常多的努力。

从存取速度上来看,cpu里面的缓存sram最快的,然后才是dram内存,dram可直接被cpu访问,nand flash存储则不直接被访问。这三级之间的速度差是非常大的,达到了百倍甚至是千倍的差距。如果未来计算需要非常大量的数据存储和访问,这样的速度差将严重影响性能。

因此,英特尔往里面加入了几级不同的存储技术。比如在缓存和dram之间加入10倍dram带宽的封装内存,而在dram和存储之间,可以加入数据中心级的持久内存、还有固态盘和qlc固态盘。将使得每一级之间的速度差只有10倍左右,这种非常平滑的存储结构,将极大提高未来整体的系统性能。

宋继强称:“英特尔正在重塑内存和存储层级结构,填补层级空白,将为内存性能带来指数级的提升。”

4、互联技术

另外不论是对于芯片内部晶体管之间,还是芯片与芯片之间,亦或是设备与设备之间,互联技术也是至关重要的。而英特尔在这块的也是拥有非常多的产品和技术积累。

比如在芯片级,英特尔不仅拥有可重构、可扩展的架构,还拥有领先的封装架构,比如前面提到的foveros 3d封装技术,不仅可以将内存芯片与逻辑芯片堆叠,还能将逻辑芯片与逻辑芯片堆叠在一起,实现直接的互联。而且前面提到的英特尔的emib技术,还能够将不同制程芯片集成并封装到一起,并实现高速互联。

去年9月,英特尔还收购了总部位于美国加州圣何塞的netspeed systems,该公司是一家系统芯片设计工具和互连架构知识产权(ip)提供商。

另外值得一提的是,今年3月,英特尔联合微软、阿里巴巴、思科、戴尔、facebook、谷歌、惠普企业以及华为建立了compute express link(简称cxl)的新计算互联标准,以便在数据中心cpu和加速器芯片之间实现超高速互连。

而在设备与设备之间的互联方面,英特尔不仅有thunderbolt技术(3月初,已向usb推广组织——usb-if开放了thunderbolt 3协议规范),还有蜂窝无线互联技术,不仅其4g的基带芯片已被苹果iphone所广泛采用,而且在5g方面,英特尔目前也已推出了多款5g芯片(xmm 8060/8160)。

“英特尔非常乐于把互连方面的技术标准和产业界共享。比如开放thunderbolt,与产业伙伴建立cxl标准,我们也为5g标准做了很多的贡献。我们深度的参与到互联产业的标准中,致力于和产业界一起合作创新。”宋继强补充说到。

5、安全

随着万物互联时代的到来,越来越多的信息将会被传输到网上,或者存储在可联网的本地设备当中,数据安全也已经变得越来越重要。而数据的安全不仅需要硬件级别的安全,还需要多个系统层级的软件堆栈的保护。

英特尔在安全方面的技术非常完整,不仅有硬件层面的技术,比如sgx,就是在cpu里面有一个专门区域可以存放关键代码和数据,就连操作系统都没有办法访问的。此外英特尔还有虚拟化技术,从设备级到操作系统级,甚至到网络级都有虚拟化技术,可以很好的隔离不同用户。

当然,安全都是相对的,没有绝对的安全。而且很多设备都是由众多的业界合作伙伴来共同完成的,所以会涉及到非常多的不同类型的软硬件,而每家厂商的安全要求和标准以及安全措施也是不一样的,因此面对越来越复杂多样的安全挑战,还需要产业界一起来共同协作创新。

6、软件

前面提到,英特尔有非常多类型的计算架构,比如cpu/gpu/asic/fpga等等,而面对以数据为中心的时代的到来,各种计算架构将会出现越来越多的组合。而硬件的性能要很好的发挥出来,还需要软件的配合。但是对于不同的计算架构,开发的工具和方法以及对于开发人员能力的要求都是不一样的。那么,怎么让软件开发人员比较方便用到不同种类的计算架构,并实现最佳的性能呢?

对此,英特尔在去年推出了全新的开发工具套件openvino,这是英特尔基于自身现有的硬件平台开发的一种可以加快高性能计算机视觉和深度学习视觉应用开发速度工具套件,可支持各种英特尔平台的硬件加速器上进行深度学习,并且允许直接异构执行。软件开发者只需要学习一套开发接口,一套代码,就可以很容易的使用不同计算平台的加速功能和不同计算架构的优势。

宋继强表示:”oneapi是用来释放更多异构软件之间的性能非常重要的方式,今年下半年我们也会有一些产品出来。“

而英特尔之所以能够成功转型的关键则在于其“六大技术支柱”。宋继强也表示:“这六大技术支柱支撑着英特尔的产品持续创新,支撑着我们未来以数据为中心的业务的持续演进。

编辑:芯智讯-浪客剑