英特爾歷史上最成功的轉(zhuǎn)型——從“芯片航母”到數(shù)據(jù)中心，釋放數(shù)據(jù)的價值

3月28日，英特爾宣布將緊握數(shù)據(jù)紅利，釋放數(shù)據(jù)價值，轉(zhuǎn)型為以數(shù)據(jù)為中心。而就在27日，英特爾中國研究院院長宋繼強在“智能云·芯世界” 2019 新智元AI技術(shù)峰會中介紹了六大技術(shù)支柱和超異構(gòu)計算。

這將是英特爾歷史上最成功的轉(zhuǎn)型——從“芯片航母”到數(shù)據(jù)中心，釋放數(shù)據(jù)的價值。

據(jù)統(tǒng)計，2018年我國數(shù)據(jù)量已經(jīng)達到7.6ZB(1021)，年增幅達到了30%；而到了2025年，這一數(shù)據(jù)量將達到48.6ZB。中國作為數(shù)據(jù)第一大國已然是不爭的事實。

正如英特爾公司全球副總裁兼中國區(qū)總裁楊旭3月28日在“萬有IN力，數(shù)立未來”2019英特爾中國媒體紛享會中所述：

數(shù)據(jù)就是未來的石油。

楊旭英特爾公司全球副總裁兼中國區(qū)總裁

不光是海量數(shù)據(jù)本身，其數(shù)據(jù)形態(tài)也在發(fā)生著巨大的變化：有傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)，有未來的AI數(shù)據(jù)，有自于神經(jīng)擬態(tài)計算的數(shù)據(jù)，還有未來量子計算的數(shù)據(jù)。

而芯片所具備的處理能力與針對不同形態(tài)數(shù)據(jù)的處理能力是完全不一樣的，因此從處理、傳輸、到存儲都需要更大的創(chuàng)新和革命。

英特爾祭出“六脈神劍”，AI計算邁入超異構(gòu)時代

硬件基礎(chǔ)只是AI超級生態(tài)中的一個環(huán)節(jié)，但是以數(shù)據(jù)為中心的未來還需要更完整的系統(tǒng)思考，單一因素已經(jīng)不足以滿足多元化的未來計算需求。

英特爾中國研究院院長 宋繼強

3月27日，英特爾中國研究院院長宋繼強在“智能云 · 芯世界”2019新智元AI技術(shù)峰會上，針對未來多元化的計算需求問題，做了題為《AI計算邁入超異構(gòu)時代》的精彩演講。

宋繼強認為超異構(gòu)計算擁有三大要素。

超異構(gòu)計算首先要有多種架構(gòu)的芯片。超異構(gòu)，異構(gòu)的就是不同種類、不同功能的芯片；

其次，在多個節(jié)點上面都需要部署已經(jīng)生產(chǎn)好的芯片；

最后，需要統(tǒng)一的異構(gòu)計算軟件來開發(fā)人員更好的對其進行利用。

英特爾就進一步提出要用六個不同的技術(shù)支柱來應(yīng)對未來數(shù)據(jù)的多樣化、數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長，還有處理方式的多樣性。

這六大技術(shù)支柱就是：

制程和封裝

架構(gòu)

內(nèi)存和存儲

互連

安全

軟件

它們是互相相關(guān)、緊密耦合的。宋繼強認為：這六大技術(shù)支柱會帶來指數(shù)級的創(chuàng)新，也是英特爾未來十年甚至未來五十年的主要驅(qū)動力。

制程和封裝：指數(shù)級提升計算性能

制程工藝不斷向更高的晶體管密度發(fā)展，為芯片帶來更強的性能和更低的功耗。擁有領(lǐng)先的制程技術(shù)，仍是構(gòu)建領(lǐng)先產(chǎn)品的關(guān)鍵。

制程工藝以先進的封裝技術(shù)作為基底，能夠?qū)⒍鄠€“小芯片”（Chiplet）裝配到同一個封裝中。小芯片的尺寸更小，這讓單個晶圓可以容納更多晶片。使用先進的封裝技術(shù)通過極速互聯(lián)將這些更小的晶片集成到一起，可以模擬一個較大晶片的性能，而應(yīng)用的外形設(shè)計將會更多樣、更靈活。

制程的領(lǐng)先仍然是英特爾繼續(xù)發(fā)揮產(chǎn)品優(yōu)勢的關(guān)鍵因素，在10納米領(lǐng)域仍繼續(xù)推動著產(chǎn)品的發(fā)展。

以Foveros的制程工藝為例子，3D封裝技術(shù)解決了兩個問題：

第一是能夠把邏輯芯片和邏輯芯片連在一起，以前只能把邏輯芯片和存儲芯片連在一起，中間的帶寬和數(shù)據(jù)要求要低一些，但現(xiàn)在可以把邏輯芯片和邏輯芯片連在一起可以更好地發(fā)揮異構(gòu)功效。

第二，如果只是用2D或者2.5D，面積會增大，現(xiàn)在有更先進的技術(shù)可以在三維上蓋高樓封裝在一起，同時保證連接的帶寬夠大、速度夠快、功耗夠低。這具有較高的技術(shù)挑戰(zhàn)，也是目前英特爾獨有的先進技術(shù)。

架構(gòu)：組合部署多樣化計算架構(gòu)類型

海量的數(shù)據(jù)推動計算架構(gòu)快速演進并呈指數(shù)級擴展。

將制程封裝和架構(gòu)設(shè)計組合在一起，可以最有效的提升產(chǎn)品的穩(wěn)定度，并且滿足客戶定制化和市場化的需求。

英特爾認為，未來十年架構(gòu)創(chuàng)新會是創(chuàng)新的主要驅(qū)動力，將繼續(xù)帶來指數(shù)級的擴展效應(yīng)。

常見的多樣化的計算架構(gòu)包括標量(Scalar)、矢量(Vector)、矩陣(Matrix)和空間(Spatial)，分別應(yīng)用于CPU、GPU、AI和FPGA產(chǎn)品。

除了四種基本架構(gòu)外，英特爾在架構(gòu)創(chuàng)新上還做了更多的工作，例如：

Loihi神經(jīng)擬態(tài)計算。它可以用超低的功耗去完成一個GPU用很高功耗才能完成的任務(wù)，并能通過學(xué)習得到一個新的網(wǎng)絡(luò)。

量子計算。量子計算是在架構(gòu)上的另外一個全新的超大并行規(guī)模計算。英特爾在量子計算有兩個不同的探索模式，一個是和業(yè)界類似的通過超導(dǎo)方式做量子位和量子芯片；另外一種是基于英特爾比較擅長的硅處理工藝，用自旋的方式，目前也有了（自旋）量子位芯片，并且為了能夠規(guī)模化的生產(chǎn)和測試，專門和產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界合作。

內(nèi)存和存儲：重塑內(nèi)存層級結(jié)構(gòu)，消除數(shù)據(jù)瓶頸

大容量、高速度的存儲對于下一代計算工作負載至關(guān)重要。然而，面對不斷呈指數(shù)增長的計算需求，內(nèi)存一直以來僅以線性速率增長。

一方面，內(nèi)存帶寬限制會影響數(shù)據(jù)管道的運行速度；

另一方面，在當前的內(nèi)存系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)中，依然有兩層空白需要填補，這需要更換慢速旋轉(zhuǎn)介質(zhì)來解決這一問題。

原來的內(nèi)存是分三級：CPU里面的緩存最快，然后是內(nèi)存，內(nèi)存直接被CPU訪問，不直接訪問的就是存儲。

這三級之間它的速度差是很大的，百倍到千倍的速度差。如果未來計算需要非常大數(shù)據(jù)的存儲和訪問，這樣的速度差嚴重影響性能。

英特爾的做法是往里面加入幾級不同的存儲技術(shù)。封裝內(nèi)存插在緩存和DRAM之間，DRAM和存儲之間插入三層：數(shù)據(jù)中心級的持久內(nèi)存、還有固態(tài)盤、和QLC固態(tài)盤。

結(jié)果表明，每一層之間的速度差只有10倍左右，所以是非常平滑的存儲結(jié)構(gòu)，這對提高未來系統(tǒng)性能非常重要。

互連：實現(xiàn)大規(guī)模異構(gòu)計算

在多樣化的計算時代，不僅需要世界領(lǐng)先的架構(gòu)和芯片，更要有一整套解決方案來安全地連接他們。只有提供全面的領(lǐng)先互連產(chǎn)品，才能實現(xiàn)大規(guī)模的異構(gòu)計算格局。

小到幾個納米級別晶體管之間的互連，大到數(shù)十公里級別的無線網(wǎng)絡(luò)級別的互連。

英特爾在互連這一環(huán)節(jié)的產(chǎn)品和技術(shù)也是非常多的，同時還非常專注于將互連方面的技術(shù)標準和產(chǎn)業(yè)界共享。

正在創(chuàng)新一系列包括以太網(wǎng)、片上和光纖在內(nèi)的互連架構(gòu)，將芯片和小芯片互連，以實現(xiàn)快速、連貫的內(nèi)存訪問。

這些創(chuàng)新將進一步加速英特爾所有技術(shù)的超大規(guī)模部署，從云到端的統(tǒng)一互連解決方案將帶來包括安全性在內(nèi)的重要差異化優(yōu)勢。

安全：從端到端全面提升安全性

若是要將系統(tǒng)開放，數(shù)據(jù)的安全還是很重要的。

數(shù)據(jù)安全，最主要的是能否提供硬件級別的安全的“根”還有系統(tǒng)層是不是一層一層往上都有軟件堆棧的保護。

英特爾在安全方面的技術(shù)非常完整，有例如SGX這樣的硬件層面技術(shù)，在CPU里面有一個專門區(qū)域可以存放關(guān)鍵代碼和數(shù)據(jù)，操作系統(tǒng)都無法訪問。

還有虛擬化技術(shù)，從設(shè)備級到操作系統(tǒng)級甚至到網(wǎng)絡(luò)級都有虛擬化技術(shù)，可以很好的隔離不同用戶。

安全方面，英特爾首先硬件層級給出完整的安全技術(shù)方案，同時和產(chǎn)業(yè)界一起合作做解決方案。

軟件：軟件創(chuàng)新以獲得性能的指數(shù)級擴展

“硬件+軟件”配合才能給出最好的加速功能。

有了新硬件，再通過軟件優(yōu)化，通?？梢越o到一百倍以上的加速，比如Skylake通過軟硬件集合優(yōu)化以后，AI推理性能可以提高275倍之多。

如何讓開發(fā)者非常方便的使用這些成果呢？英特爾給出的解決方案是OneAPI。

用戶就是學(xué)習一套開發(fā)接口，保證能夠描述任務(wù)里面需要怎么樣處理這些數(shù)據(jù)，可以很容易的使用加速功能和不同的架構(gòu)之間的優(yōu)勢。

因此，OneAPI是用來釋放更多異構(gòu)軟件之間的性能非常重要的方式。

總體來講，英特爾現(xiàn)在的主要戰(zhàn)略就是把在六個層面的技術(shù)的領(lǐng)先優(yōu)勢整合起來：

首先是制程封裝，然后是芯片架構(gòu)設(shè)計，加上一些高級的內(nèi)存技術(shù)，這些都是屬于硬件的。跨越設(shè)備包括互連技術(shù)，以及安全技術(shù)，最后通過一個通用的API接口讓軟件的開發(fā)者能夠使用。