中国信通院：先进计算发展研究报告（2018年）(47页).pdf

1、 先进计算先进计算发展研究报告发展研究报告 （2012018 8 年）年） 中国信息通信研究院中国信息通信研究院 2012018 8年年1 12 2月月 版权声明版权声明 本本研究研究报告报告版权属于版权属于中国信息通信研究院中国信息通信研究院，并受法律，并受法律 保护保护。转载、摘编或利用其它方式使用转载、摘编或利用其它方式使用本本研究研究报告报告文字或文字或 者观点的，应者观点的，应注明注明“来源：来源：中国信息通信研究院”中国信息通信研究院” 。违反上。违反上 述声明者，本述声明者，本院院将追究其相关法律责任。将追究其相关法律责任。 前前 言言 作为信息技术领域的基础和核心，近半个世纪以

2、来，不断涌现 的计算技术浪潮推动着信息技术的持续发展和普及，对国民经济、 社会发展发挥着基础性、渗透性、引领性的作用，是科技、经济和 社会创新发展的重要推动力。 现代计算技术起源于 1946 年埃尼阿克(ENIAC)的诞生，迄今为 止已有超过七十年的发展历程，在半导体工艺器件、CPU 芯片以及 分布式、集群、异构等系统技术的推动之下，历经大型机/小型机、 PC/服务器、集群/分布式、小型化/低功耗等发展阶段，成为 ICT 产 业升级最快、创新最活跃的领域之一。 供给和需求的不匹配推动计算技术产业进入新一轮发展周期， 人工智能、自动驾驶、物联网、VR/AR 等创新应用取代基础软硬件 成为创新新动

3、能，面向不同应用计算需求的优化和加速将成为近期 先进计算技术升级的主要思路。当前，技术创新模式和产业生态体 系重构在即，开源开放的影响力日益凸显，多元化的生态发展趋势 也为后进入者带来更多的发展机遇。 目目 录录 一、 先进计算的内涵和体系 . 1 (一) 计算技术产业发展历程 . 1 (二) 对先进计算的理解 . 3 二、 现阶段先进计算总体发展态势 . 6 (一) 供需不匹配是目前计算技术产业面临的主要问题 . 6 1.固有计算技术升级模式遭遇天花板 . 6 2.应用创新对计算需求的增速远超摩尔定律 . 8 (二) 短期内需求驱动创新将主导计算技术产业的升级 . 9 1.发展动能转换：应用

4、取代基础软硬件成为创新新动能 . 10 2.发展模式变换：以融合专用加速的系统优化为主 . 11 三、 现阶段先进计算创新重点 . 13 (一) 器件技术：多路径推动摩尔定律持续演进 . 13 (二) 部件技术：三大计算单元加速协同创新 . 16 1.数据处理单元 . 17 2.数据存储单元 . 21 3.数据交换单元 . 23 (三) 系统技术：围绕应用需求展开体系化升级 . 23 1.异构及可重构 . 24 2.分布式及集群 . 28 3.内存计算及存算一体化 . 32 (四) 非冯诺依曼架构：量子和类脑成为探索重要方向 . 33 四、 近期发展趋势与展望 . 36 (一) 创新应用是计算

5、技术产业升级的首要驱动力 . 37 (二) 开放融合是先进计算技术创新的主导模式 . 38 (三) 先进计算产业生态进入多元化重构期 . 40 中国信息通信研究院 先进计算发展研究报告（2018 年） 1 一、一、 先进计算先进计算的的内涵和体系内涵和体系 ( (一一) ) 计算技术产业计算技术产业发展历程发展历程 计算技术与人类文明同期起步，历经手动、机械、电动及电子四 大阶段。手动计算阶段最早可溯源至远古时代，人类早期通过手指或 石子、木棍、结绳等工具实现计数和简单计算，后期随着数学理论的 发展逐渐衍生出算筹、算盘、计算尺等计算工具，此时计算的实现以 人自身的逻辑计算为主，工具只是辅助实现

6、手段。十七世纪初，伴随 人类机械制造能力的不断进步， 可用于实现计算的机械装置也日益复 杂，包括计算钟、计算器、差分机、分析机等多种基于齿轮传送等机 械原理实现的计算机层出不穷，相比较手动阶段而言，极大提升了计 算能力。十九世纪末，电机工程学的进步和电的发现及使用给人类社 会带来深刻影响的同时，也推动了机械式计算机的又一次进步，电力 不仅成为计算设备的动力来源，带动包括制表机、祖思机等一系列复 杂计算装置的发展，也推动了后续二进制数字计算机的快速实现。二 十世纪四十年代后，诞生于美国的埃尼阿克(ENIAC)标志着计算电子 化时代的开启，自此后七十多年里，计算技术的性价比保持指数级增 速，成为科