中国信通院：新一代计算架构：超异构计算（2023）（40页）.pdf

1、新一代计算架构：超异构计算新一代计算架构：超异构计算黄 朝 波矩 向 科 技目录目录1.业务应用和算力基础2.微观性能和宏观算力3.计算架构的发展现状和面临的挑战4.从异构走向超异构及相关案例5.超异构处理器HPU算 力：数 字 经 济 核 心 生 产 力算 力：数 字 经 济 核 心 生 产 力文献1：IDC、浪潮、清华全球产业研究院联合发布的20212022全球计算力指数评估报告。文献2：算力：数字经济的核心生产力，方正梁，人民邮电报。l 算力在数字经济、数字社会和数字政府等领域得到广泛应用，算力赋能千行百业。l 算力已成为继热力、电力之后新的关键生产力。l 计算力指数平均每提高1个百分点

2、，数字经济和GDP将分别增长3.5和1.8。l 算力规模与经济发展水平呈现出显著的正相关关系，算力规模越大，经济发展水平越高。A I 算 力 需 求 指 数 级 增 长A I 算 力 需 求 指 数 级 增 长l OpenAI 2018年报告：自2012 年以来，AI训练的算力呈指数级增长，每 3.4个月翻一倍。七年间，AI算力增长了超过 300,000 倍。l 与2012年的模型相比，2020年提出的模型需要600万倍的计算能力。l 2023-2028年，AI所需算力将超100万倍。l ChatGPT的成功表明：大力真的可以出奇迹！文献1：Mehonic A,Kenyon AJ.Brain-

3、inspired computing needs a master plan.Nature 2022;604(7905):255260.文献2：S.Zhu,T.Yu,T.Xu,H.Chen,S.Dustdar,S.Gigan,D.Gunduz,E.Hossain,Y.Jin,F.Lin et al.,“Intelligent Computing:The Latest Advances,Challenges and Future”,INTELLIGENT COMPUTING,3 Jan 2023,Vol 2自 动 驾 驶 汽 车，又 一 个 算 力 吞 金 兽自 动 驾 驶 汽 车，又 一 个

4、算 力 吞 金 兽l 大部分观点认为：L5级别自动驾驶算力至少需要4,000 TOPS；也有部分观点认为：需要超过10,000 TOPS。l 传感器数量越来越多，感知精度越来越高，AI模型越来越大，娱乐需求越来越丰富，各种需求促使着算力爆发式增长。l L5阶段，对娱乐的需求会猛增，综合算力需求超过20,000 TOPS。l 永无止境：更多更高的综合性需求，需要汽车平台算力持续快速增长。元 宇 宙，巨 量 算 力 支 撑 虚 实 融 合元 宇 宙，巨 量 算 力 支 撑 虚 实 融 合元宇宙需要源源不断的“算力能源”。要想实现元宇宙级别的体验，需将算力提升至少10,000倍：l 沉浸感所需的16

5、K效果，需要280.7Gbps带宽。目前的算力基础设施，还难以支撑如此高数据量的传输、处理和存储。l AI算力数量级提升：支撑数字人的AI算力需求急速增长；元宇宙快速发展，数字人的数量也会猛增。问 题 本 质问 题 本 质文献：电影让子弹飞剧照落后的算力基础和先进的业务需求之间的矛盾！目录目录1.业务应用和算力基础2.微观性能和宏观算力3.计算架构的发展现状和面临的挑战4.从异构走向超异构及相关案例5.超异构处理器HPU处 理 器 皆 为 类 冯 诺 依 曼 架 构处 理 器 皆 为 类 冯 诺 依 曼 架 构l 一切系统的运行，可以归一到计算：系统由输入、计算、输出三部分组成。l 冯诺依曼架

6、构是计算机系统经典模型，由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。l 所有各类处理器引擎，都遵循冯诺依曼架构的指导思想。或为冯诺依曼架构的变种，或为冯诺依曼架构的组合。所谓打破冯诺依曼架构，是无的放矢。互联网由终端、云端及边缘端组成。边缘端是代理层，代理云端为终端提供服务。终端是现实世界（包括我们人类）的接入层：终端是互联网大系统的I/O，负责现实世界和虚拟世界的交互。云 边 端 万 物 互 联云 边 端 万 物 互 联计 算 节 点 的 分 类计 算 节 点 的 分 类软 件 和 硬 件软 件 和 硬 件l 指令是软件和硬件的媒介，指令的复杂度（单位计算密度）决定了系统的软硬件