計(jì)算平臺(tái)的三大發(fā)展階段解析

在過(guò)往百年的信息技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，人類一直在追求計(jì)算和算力的發(fā)展，終極追求始終朝向智能化的方向在演進(jìn)。隨著人類社會(huì)全數(shù)字化時(shí)代的即將到來(lái)，數(shù)據(jù)的地位和重要性正在不斷上升。

在計(jì)算平臺(tái)發(fā)展方面，也開(kāi)始逐步從以計(jì)算為中心轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)及其隱私安全為中心，在這個(gè)趨勢(shì)下，未來(lái)的下一代計(jì)算平臺(tái)會(huì)呈現(xiàn)出怎樣的特征？

1. 計(jì)算平臺(tái)三大階段

回顧計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史，計(jì)算需求的變化導(dǎo)致計(jì)算性能的變革，每次變革都是一次突破，新一代的計(jì)算平臺(tái)也隨之出現(xiàn)，而新的計(jì)算平臺(tái)又構(gòu)建了新的操作系統(tǒng)與生態(tài)體系，最終引領(lǐng)一次新的計(jì)算革命。

計(jì)算平臺(tái)的發(fā)展歷史經(jīng)歷了三大階段

計(jì)算平臺(tái)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，具有一定的標(biāo)準(zhǔn)性和公開(kāi)性，同時(shí)也決定了該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件與軟件的性能。

硬件的基礎(chǔ)是硬件處理器，軟件的基礎(chǔ)是操作系統(tǒng)。

總體來(lái)說(shuō)，計(jì)算平臺(tái)經(jīng)歷了幾個(gè)階段，PC+互聯(lián)網(wǎng)階段，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)階段，人工智能階段。

從早期的X86+ Windows和Linux, 到以ARM為主的移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)Android+IOS，再到現(xiàn)在的人工智能，涌現(xiàn)了很多人工智能加速硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)，如TPU、Cambrican、NV、Tensorflow、PyTorch等。

Intel率先在1978年推出x86指令集及8086 CPU芯片，解決了通用計(jì)算的需求，隨后Intel CPU成為PC標(biāo)準(zhǔn)配置，X86隨之成為PC標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，也成為歷來(lái)最成功的計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)。

同時(shí)代的AMD也緊跟X86的大船成為通用處理器市場(chǎng)老二。但是當(dāng)年的Intel/AMD們忽視了低功耗處理器的技術(shù)，導(dǎo)致其錯(cuò)過(guò)了撈金如潮的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。

ARM最早在1990年設(shè)計(jì)出基于RISC的指令集，解決了低功耗計(jì)算的需求，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，ARM終于等到了輝煌的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代機(jī)遇，處理器業(yè)務(wù)也得到了飛速的發(fā)展和豐厚的回報(bào)。

近年來(lái)隨著深度學(xué)習(xí)為代表的人工智能技術(shù)逐漸成熟并在大量業(yè)務(wù)場(chǎng)景中的使用落地，谷歌等企業(yè)發(fā)布了TPU為代表的專用加速硬件，以海量數(shù)據(jù)計(jì)算為代表的人工智能時(shí)代到來(lái)。

中科院背景的寒武紀(jì)也近期推出了強(qiáng)大的智能加速芯片，阿里華為等互聯(lián)網(wǎng)巨頭也自然不會(huì)錯(cuò)過(guò)這個(gè)巨大的機(jī)會(huì)，相繼推出智能加速芯片。

2. 數(shù)據(jù)管理的迫切需求

同時(shí)近年來(lái)區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、量子計(jì)算等技術(shù)快速的發(fā)展，讓世界各國(guó)同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)全性和隱私性的重視提高到了前所未有的高度，這都對(duì)數(shù)據(jù)安全及數(shù)據(jù)隱私保護(hù)都提出了更多更高的要求。

我們不禁要問(wèn)，現(xiàn)有的計(jì)算平臺(tái)是否完全適用于新的要求？

說(shuō)一個(gè)我身邊的真實(shí)故事，我的一個(gè)朋友早些年在某大型國(guó)家電信企業(yè)工作。

服務(wù)器是該企業(yè)的重要核心生存資料，有一段時(shí)間老板指派他每天上報(bào)機(jī)房的空調(diào)溫度。

有一天報(bào)告后，老板奇怪地問(wèn)，我們樓頂那兩臺(tái)空調(diào)不都已經(jīng)壞了嗎？怎么還有溫度呢？

這足以說(shuō)明在現(xiàn)有的技術(shù)機(jī)制下，數(shù)據(jù)的有效性是處于動(dòng)態(tài)變化中的，需要耗費(fèi)大量時(shí)間精力來(lái)進(jìn)行管理。

近期肆虐全中國(guó)的新冠病毒，也暴露大量的數(shù)據(jù)管理問(wèn)題，如抗疫物資管理的透明度，疫情數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)協(xié)同等，這些問(wèn)題隨著大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的廣泛采用，和社會(huì)的快速發(fā)展將會(huì)越發(fā)嚴(yán)峻。

近期國(guó)家強(qiáng)調(diào)區(qū)塊鏈在技術(shù)上的戰(zhàn)略意義，區(qū)塊鏈跟物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合也必將成為一個(gè)極具潛力的方向。

通過(guò)將物聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈的技術(shù)進(jìn)行整合，可以有效地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并杜絕數(shù)據(jù)的篡改 ，改善提高共享協(xié)同效率，同時(shí)保證數(shù)據(jù)的可靠性和真實(shí)性。

3. 來(lái)自量子計(jì)算的威脅

近年來(lái)量子計(jì)算快速發(fā)展，使大家對(duì)傳統(tǒng)加密技術(shù)的安全性產(chǎn)生了非常大的質(zhì)疑。比如基于質(zhì)因子分解RSA在量子計(jì)算機(jī)面前面臨著巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

量子計(jì)算對(duì)密碼算法的安全威脅一覽

目前量子計(jì)算對(duì)密碼算法的攻擊主要有Shor算法和Grover算法。

Shor算法主要針對(duì)公鑰密碼算法進(jìn)行，簡(jiǎn)單說(shuō)就是可以通過(guò)公鑰可以求私鑰，對(duì)公鑰算法的威脅很大；

Grover算法針對(duì)的是對(duì)稱密碼算法，可以減少窮舉攻擊的復(fù)雜度，但是對(duì)稱密碼將密鑰加倍后在量子計(jì)算條件下仍然是安全的。

密碼學(xué)界很早就在研究可以抵抗量子計(jì)算機(jī)攻擊的密碼算法，最早可以追溯到上世紀(jì)70年代年的 McEliece 加密、Merkle 哈希等。

但是當(dāng)時(shí)量子計(jì)算威脅并不明顯，而近年來(lái)威脅顯著提升之后密碼學(xué)界才提出了后量子概念。

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所 (NIST)早在 2012 年啟動(dòng)了后量子密碼的研究工作。

實(shí)現(xiàn)后量子密碼算法主要有以下4種：

第一，基于哈希；

第二，基于編碼，主要用于構(gòu)造加密算法；

第三，基于多變量，主要用于構(gòu)造數(shù)字簽名、加密、密鑰交換等；

第四，基于格，主要用于構(gòu)造加密、數(shù)字簽名、密鑰交換，以及眾多高級(jí)密碼學(xué)應(yīng)用。

其中格計(jì)算又稱為密碼學(xué)的圣杯，其潛力是非常巨大。

但是格計(jì)算的計(jì)算復(fù)雜度超高，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還在制定中，目前在工業(yè)界并未廣泛采用。

另外，在保障數(shù)據(jù)隱私安全的技術(shù)方面，INTEL提出硬件安全屋方案SGX，但是目前已有多種有效的攻擊方法針對(duì)該方案，所以并不能達(dá)到后量子加密算法一樣安全可靠。

1. LatticeX計(jì)算平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生

針對(duì)上述三方面要求，我們提出了我們自己的解決方案和計(jì)算平臺(tái)。

萬(wàn)物智能隱私計(jì)算時(shí)代到來(lái)，我們將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、密碼學(xué)技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)緊密的結(jié)合，形成新一代的計(jì)算平臺(tái)LatticeX。

LatTIceX 平臺(tái)將更多地沿著格計(jì)算后量子技術(shù)路徑發(fā)展演進(jìn)，同時(shí)結(jié)合硬件加速技術(shù)。

LatTIceX將滿足萬(wàn)物互聯(lián)在去中心化環(huán)境中，進(jìn)行抗量子攻擊，保障隱私的超大算力/超大帶寬要求的海量大數(shù)據(jù)計(jì)算以及人工智能計(jì)算。

同時(shí)我們也在致力于開(kāi)發(fā)相應(yīng)的分布式異構(gòu)的硬件加速器產(chǎn)品LatTIceX PPU（Privacy Process Unit)。

在PPU中我們將創(chuàng)新性地支持多種后量子密碼算法，并使其與深度學(xué)習(xí)緊密整合，實(shí)現(xiàn)在全密文下的深度學(xué)習(xí)推理和訓(xùn)練，徹底杜絕安全屋方案存在的各種安全威脅。

同時(shí)我們支持千G級(jí)別的光接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)大通訊量的實(shí)時(shí)安全多方計(jì)算的支持。

LatTIceX將見(jiàn)證萬(wàn)物智能隱私計(jì)算時(shí)代的到來(lái)，通過(guò)軟硬件系統(tǒng)的深度整合及優(yōu)化，將為業(yè)界提供一個(gè)滿足未來(lái)超大算力超大帶寬，支持海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接計(jì)算，同時(shí)抗量子攻擊，保障全程數(shù)據(jù)隱私安全的分布式去中心化的智能計(jì)算平臺(tái)。

LatticeX不僅可用于對(duì)隱私安全要求嚴(yán)格的行業(yè)如金融，電商，醫(yī)療保健，安防等，也適用于自動(dòng)駕駛，能源，交通，航天等各個(gè)大數(shù)據(jù)行業(yè)。