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可重构/异构计算正当红 会是国产芯片快速发展的机会吗?

2016-03-10 08:55
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  在传统CPU以外,现在业界又兴起了可重构计算的风潮。近期Intel便与清华签订了合作协议,号称将结合Intel在处理器上的优势与清华在可重构计算上的前沿成果研发下一代芯片,并共享知识产权。而前阵子又有号称全球首款完全支持异构系统架构的“华夏芯”横空出世,一时间异构计算和可重构计算的概念让人眼花缭乱。在国产芯加速前进的背景下,异构计算和可重构计算会是国产芯的机会吗?

  通用计算与可重构/异构计算的联系和区别

  要想看清楚新概念,就要先明了老概念。可重构/异构计算到底新颖在哪里,要首先看看它们的同伴“通用计算”。

  所谓通用计算,就是追求普适性的覆盖面。在这个理念下诞生的芯片从功能上来讲拥有最广阔的适用范围,最典型的例子就是今天的中央处理器(CPU)芯片,绝大多数应用程序的绝大部分功能依赖于它。

  一般来说,CPU的设计是面向所有应用,评估CPU的性能指标时通常需要选取门类庞杂的各种测试程序,同时只为极少的重点应用加上一定程度的专门优化,例如时下热门的加密解密,视音频编解码等等。

  与通用计算相对的就是专用计算,专门针对一些场合进行专门优化,性能/功耗等指标通常比通用CPU有数量级的提高,但是适用面很窄,在规定的适用面以外就远远落后于CPU。

  通用和专用的关系就如同什么都懂一些但是基本上什么都不精的“通才”,和在个别领域钻研极深但是其他领域几乎一无所知的“偏才”。

  在CPU的技术指标增长逐步放缓的今天,若要提供更好的表现,一个直观的点子就是物尽其用,让“偏才”处理它最擅长的事情,并招来多种专长不同的“偏才”来照顾多种重点事务,其他事情则交给“通才”去完成。一个系统里面存在一个“通才”和多种“偏才”,这就是异构计算,是通用计算和专用计算的“合体进化“。

  那么可重构计算是什么?让芯片拥有重构自身的能力,从而能像干细胞一样一身才艺,能够适应各种不同场合的需要,这就是可重构计算。

  这一概念的历史至少可以追溯到上世纪80年代,xilinx设计出第一块基于SRAM的可重构芯片的时候。这种芯片里面的基本器件和线路上都配置了大量的开关,这些开关的关断由与之相连的SRAM单元来控制,只要往这些SRAM单元里面写入0和1就能控制这些组件的开关和连通,从而像搭积木一样在原来不存在计算部件的地方拼出大量按需定制的计算部件,使得计算性能产生爆发性的变化。这种芯片被称为FPGA,被广泛用于CPU流片前的验证工作。

  那么可重构计算和通用计算\专用计算又是什么关系呢?看上去可重构计算可以替代通用计算,实则不然。由于FPGA芯片底层实现方式的限制,这种由SRAM控制组织结构的做法在性能上远远落后基于ASIC的CPU,只有在一些特定场合下,FPGA才能够实现反超,因此,可重构计算便落入了专用计算的范畴,与异构计算同列。它和异构计算虽然起源不同,但是二者眼下的目标在很大程度上是重叠的,也就是,从传统通用计算的霸主——CPU嘴里抢食。

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