英特爾宋繼強(qiáng)：摩爾定律是一面旗幟，異構(gòu)集成是推動(dòng)其發(fā)展的重要方式

圖注：英特爾中國(guó)研究院院長(zhǎng)宋繼強(qiáng)

2021年4月24日，英特爾中國(guó)研究院院長(zhǎng)宋繼強(qiáng)受邀參加了由中國(guó)工程院信息與電子工程學(xué)部創(chuàng)辦的信息與電子工程前沿論壇，發(fā)表了主題為《全景透視英特爾異構(gòu)計(jì)算技術(shù)》的報(bào)告，內(nèi)容覆蓋英特爾在產(chǎn)品級(jí)先進(jìn)的異構(gòu)集成技術(shù)以及研究院正在探索的前沿技術(shù)。宋繼強(qiáng)表示，目前已經(jīng)不太可能僅通過(guò)CMOS晶體管微縮的形式推動(dòng)摩爾定律的發(fā)展，摩爾定律實(shí)際上已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)的一面旗幟，而異構(gòu)集成是推動(dòng)摩爾定律繼續(xù)發(fā)展的重要方式。

為此，英特爾一直在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型。早在2015年，英特爾洞察到了數(shù)據(jù)發(fā)生的顛覆性變化，并在2017年正式開(kāi)始以數(shù)據(jù)為中心的轉(zhuǎn)型。通過(guò)自身的技術(shù)累積以及系列收購(gòu)，英特爾已經(jīng)從一家CPU的公司轉(zhuǎn)型為包含多種計(jì)算架構(gòu)XPU的公司，并在此基礎(chǔ)上推出了適配的軟件，并構(gòu)建相應(yīng)的生態(tài)，引領(lǐng)異構(gòu)計(jì)算的發(fā)展。

在今年3月份，英特爾新任CEO帕特·基辛格宣布英特爾將從傳統(tǒng)的IDM升級(jí)至IDM2.0的戰(zhàn)略，增加制造業(yè)務(wù)比重，服務(wù)全球客戶(hù)。宋繼強(qiáng)在此次演講中表示，英特爾之所以能夠?qū)崿F(xiàn)XPU以及IDM2.0，其六大底層的核心技術(shù)以及分解技術(shù)起到了關(guān)鍵的作用。除此之外，宋繼強(qiáng)也介紹了英特爾正在大力推進(jìn)的前沿計(jì)算研究，為更快、更高能效比的計(jì)算未來(lái)奠定了重要基礎(chǔ)。

異構(gòu)計(jì)算的基礎(chǔ)：六大技術(shù)支柱

根據(jù)宋繼強(qiáng)介紹，英特爾六大技術(shù)支柱中，制程和封裝、架構(gòu)是英特爾“Tick-tock”模式最基礎(chǔ)也是最根本的能力。在此之上，英特爾也提供先進(jìn)的內(nèi)存以及多種范圍的互連技術(shù)。除硬件之外，英特爾的軟件能力也是釋放硬件性能至關(guān)重要的一環(huán)。最后，英特爾還擁有貫穿全程的安全技術(shù)，確保整個(gè)系統(tǒng)更加安全。

宋繼強(qiáng)在此次演講中特別介紹了英特爾在異構(gòu)集成領(lǐng)域一種創(chuàng)新性的方法，即將單節(jié)點(diǎn)芯片分解為多節(jié)點(diǎn)異構(gòu)集成。這種方法是將帶有不同屬性的計(jì)算晶片(Compute Die)，如CPU晶片或GPU晶片，以及一些不同功能的IO做成Chiplet，再將這些Chiplet通過(guò)英特爾先進(jìn)的封裝技術(shù)按需進(jìn)行組合，可以快速實(shí)現(xiàn)目標(biāo)芯片，靈活性強(qiáng)，同時(shí)減少了測(cè)試以及系統(tǒng)驗(yàn)證時(shí)間，效率極高。

要實(shí)現(xiàn)這樣的操作，封裝技術(shù)是至關(guān)重要的一環(huán)。目前英特爾封裝技術(shù)領(lǐng)先業(yè)界，EMIB、3D Foveros已經(jīng)運(yùn)用在產(chǎn)品中，CO-EMIB、ODI擁有一些開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)更多規(guī)?；厣a(chǎn)制造。在去年的“架構(gòu)日”上，英特爾還率先推出了混合結(jié)合(Hybrid Bonding)封裝技術(shù)，這項(xiàng)新技術(shù)能夠加速實(shí)現(xiàn)10微米及以下的凸點(diǎn)間距，提供更高的互連密度、帶寬和更低的功率。同時(shí)，英特爾在硬件產(chǎn)品領(lǐng)域的積累也是實(shí)現(xiàn)這種分解設(shè)計(jì)的必要基礎(chǔ)。宋繼強(qiáng)表示，英特爾產(chǎn)品覆蓋從物聯(lián)網(wǎng)到云端、通訊，而整個(gè)通訊中從基站到核心網(wǎng)的產(chǎn)品都有，這些性能都可以成為實(shí)現(xiàn)Chiplet的重要資源，從而讓芯片擁有更強(qiáng)大的能力。

除了在硬件層面的異構(gòu)，英特爾特別強(qiáng)調(diào)軟件對(duì)于異構(gòu)計(jì)算的重要性。在將不同硬件集成到一起之后，如果不能通過(guò)軟件進(jìn)行調(diào)優(yōu)和優(yōu)化，性能無(wú)法達(dá)到要求。宋繼強(qiáng)舉了一個(gè)例子，在經(jīng)過(guò)軟件優(yōu)化后，英特爾最新的異構(gòu)計(jì)算硬件所實(shí)現(xiàn)的性能是此前沒(méi)有軟件優(yōu)化性能的200倍。因此，軟件是釋放異構(gòu)計(jì)算性能的重要一環(huán)。

為此，早在2019年年底，英特爾就推出了開(kāi)源的跨架構(gòu)編程模型oneAPI, 致力于解決異構(gòu)計(jì)算痛點(diǎn)，幫助軟件人員可以在不同計(jì)算架構(gòu)上通過(guò)統(tǒng)一語(yǔ)言進(jìn)行編程。英特爾oneAPI是一個(gè)開(kāi)源系統(tǒng)，目前已經(jīng)有40多家企業(yè)、大學(xué)機(jī)構(gòu)宣布支持oneAPI，其中包括微軟、谷歌等，成為一股重要的生態(tài)力量。

前沿計(jì)算，奠定未來(lái)計(jì)算創(chuàng)新基礎(chǔ)

英特爾同時(shí)也著眼于未來(lái)，在顛覆性計(jì)算領(lǐng)域投入巨大，并取得了矚目的成果。宋繼強(qiáng)在此次演講中也重點(diǎn)介紹了英特爾在神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算(類(lèi)腦計(jì)算)和量子計(jì)算的最新研究成果。

神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算模擬的是大腦的計(jì)算模式，包含很多并行計(jì)算和異步計(jì)算，不需要提前進(jìn)行數(shù)據(jù)訓(xùn)練，可以在工作的過(guò)程中自我進(jìn)行學(xué)習(xí)，大幅提升效率和能耗。英特爾已經(jīng)推出了神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算基礎(chǔ)芯片Loihi，擁有128個(gè)核，每個(gè)核里面可以去模擬1000個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元又可以跟1000個(gè)另外的神經(jīng)元構(gòu)建聯(lián)系，就是所謂的突觸。宋繼強(qiáng)表示，Loihi可以構(gòu)造出13萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，1.3億個(gè)突觸，支持自學(xué)習(xí)，內(nèi)部是異步網(wǎng)絡(luò)，而且沒(méi)有浮點(diǎn)運(yùn)算，沒(méi)有乘加器，和現(xiàn)在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器完全不同，同時(shí)它深度整合了計(jì)算和存儲(chǔ)。

圖注: Loihi芯片架構(gòu)

英特爾還推出了由768個(gè)Loihi組成的神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算系統(tǒng)Pohoiki Spring，擁有1億個(gè)神經(jīng)元，相當(dāng)于一個(gè)小倉(cāng)鼠的大腦。神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算的實(shí)際應(yīng)用需要由更多合作伙伴來(lái)探索，英特爾也成立了神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算社區(qū)，推動(dòng)神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算落地。

量子計(jì)算已經(jīng)成為全球科技領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)，英特爾在其中也扮演了重要的角色，是唯一一家推動(dòng)量子實(shí)用性的廠(chǎng)商。據(jù)宋繼強(qiáng)介紹，要想真正實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算商業(yè)化使用，必須要進(jìn)行全棧式的考量。在硬件上，英特爾獨(dú)創(chuàng)的硅自旋量子位契合了英特爾在半導(dǎo)體領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，并提高了量子計(jì)算運(yùn)行的溫度，為以后規(guī)?；l(fā)展奠定了基礎(chǔ)。芯片商業(yè)化的必要步驟之一是測(cè)試，英特爾的量子低溫探測(cè)儀，就是為硅自旋量子位建立的一條300mm的大容量制造和測(cè)試線(xiàn)。

僅有硬件還不夠，量子計(jì)算需要通過(guò)一套控制系統(tǒng)，讓芯片對(duì)軟件暴露出一個(gè)可控制的操作界面也很重要。英特爾為此推出了代號(hào)為“Horse Ridge”的低溫控制芯片，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)量子位的控制，可以實(shí)現(xiàn)更大的量子系統(tǒng)擴(kuò)展。

作為領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，英特爾始終致力于為全世界計(jì)算提供重要基石。不僅前瞻性地布局異構(gòu)計(jì)算，引領(lǐng)異構(gòu)計(jì)算發(fā)展，同時(shí)著眼于未來(lái)，為更復(fù)雜、要求更高的計(jì)算需求提供解決方案。在全球化數(shù)字變革加速之際，英特爾的計(jì)算創(chuàng)新將成為濃墨重彩的一筆。