近年來，隨著云計算、大數據、物聯網等新應用的蓬勃發展，CPU正悄然升級到“CPU+”時代，CPU與GPU等其他處理器的深度融合（即異構計算）已成為產業發展的必然選擇。近日，“2016年全球異構計算HSA峰會”在京召開，華夏芯、AMD、聯發科技、Imagination、LG、Synopsis、Cadence、Ceva等HSA成員單位和海內外數十家在處理器相關產業鏈最具影響力的IP供應商、處理器設計公司、工具供應商、軟件及操作系統公司以及高校和科研院所、投資機構等共同就異構計算展開了討論，論壇涉及云計算與大數據、衛星導航定位、軟件無線電、AR/VR、人工智能、深度學習、物聯網等應用領域。

    國家互聯網信息辦公室副主任莊榮文在大會致辭中表示，當前半導體領域創新風起云涌，計算技術呈現出全新的發展趨勢，多種計算架構正在逐漸融合，開始進入“大計算”時代。芯片架構歷經單核、同構多核等不同時期，正向異構多核發展，國內外主流先進企業均已加強對異構芯片的研發投入。異構多核芯片的創新涉及軟硬件等深層次融合創新，為趕超者提供了新的跑道。可以看到異構計算作為新的重要技術趨勢，在加速了計算架構融合的同時，也給下游整機系統及軟件開發帶來了重要的機遇。

國家互聯網信息辦公室副主任 莊榮文講話

為何要異構？

     “異構計算是目前世界上高性能處理器的發展趨勢，隨著云計算、大數據、移動互聯網、智能智慧城市等新一代技術的發展，以及人工智能、無人駕駛、AR/VR等前沿技術的進步，傳統的CPU已經不能滿足處理的所有要求，因此需要發展像GPU、TPU等各種各樣特定需求的處理器以及融合這些處理器的新架構。”中國工程院院士倪光南說。

    HSA協會主席John Glossner介紹稱，與傳統CPU處理器相比，“CPU+”或者說下一代異構多核處理器的主要性能實現了幾倍甚至十幾倍的提升，可使各種電子信息產品更加智能便捷，續航時間更長。更重要的是，“CPU+”可以大幅降低下游廠商的開發時間，削減開發成本。因此，“CPU+”的應用前景非常廣闊。預計在未來數年內，“CPU+”產品將在電子信息產業的各個方面快速普及。

    Imagination全球副總裁兼中國區總經理劉國軍指出，新的應用對高性能、高效運算的要求越來越高，深度學習在運算量很大時會有很多限制。在高性能運算同時又要求功耗低的情況下，就需要各種架構的處理器一起工作。這些處理器做成專用芯片，滿足低功耗，但是靈活性降低；多種處理器放在一起，靈活性高，但是要整合的資源很多。解決這種矛盾就需要一個新的框架，使不同架構的處理器放在一起實現高效運算，HSA應運而生。

    華夏芯CEO李科奕認為，隨著人工智能、云計算等新應用的蓬勃發展，當前CPU在各種處理器中的工作量已經急劇下降，而并行計算的工作量已經占據了整個計算平臺的80%甚至更高。因此，必然要求CPU與更為擅長并行計算的GPU、DSP、FPGA、ASIC等各種計算單元深度融合，異構計算是當前國際處理器發展的必然趨勢，“CPU+”時代已經呼之欲出。

異構計算三強鼎立

    異構計算是當今半導體行業的一個熱門詞匯，但事實上，它并不是什么新概念，早在20世紀80年代中期，異構計算技術就誕生了，時至今日已經開始逐步進入計算行業的每一個領域，上到高端服務器、高性能計算，下到低功耗嵌入式設備(包括智能手機和平板機)，無所不在。

    2006年AMD收購ATI，完成了CPU行業、GPU行業有史以來最重量級的一次整合，之后AMD便迫不及待地將高性能CPU、GPU做到同一顆芯片上，將這一項目命名為“Fusion”(融聚)。2012年AMD聯合ARM、Imagination、聯發科、德州儀器共同組建了非營利組織“全球異構系統架構協會”（HSA Foundation），隨后吸引了三星電子、高通以及大批行業公司、科研機構的加盟。HSA聯盟致力于建立開放的標準， 2014年發布了HSA平臺的系統架構手冊1.0以及HSA程序參考手冊1.0等，希望通過這些開放標準來迅速建立HSA的生態，使它容易推廣，容易被人們接受。

    當前，全球異構計算領域呈現三強鼎立的態勢，除了HSA聯盟，還有以IBM、Google、英偉達為主的OpenPOWER聯盟和Intel主導的異構計算體系。其中，Intel公司異構計算體系主要為其自身系列產品和服務器使用，在PC與高性能計算（HPC）領域優勢明顯；HSA是完全開放的異構計算聯盟，由于ARM、高通、三星等巨頭參與，在移動端（MPC）領域擁有顯著優勢。OpenPOWER聯盟以IBM POWER芯片架構技術為基礎，成立時間最晚，主要面向高性能計算（HPC）領域應用。

    倪光南院士指出：“非傳統廠商也在進入這個新興市場，比如谷歌和臉書，他們主要是在人工智能、深度學習等有巨大需求潛力的領域推動發展新一代的處理器。谷歌認為，AlphaGO能夠戰勝李世石，秘密武器就是張量處理器（TPU），使得機器的深度學習能力，在同等功耗下，處理性能大大優于傳統芯片。”

HSA的優勢

    “HSA的標準是經過一系列的決策流程，保證異構系統編程的兼容性，生成一個開源式的，針對聯盟成員內、成員外，所有人都可以免費下載的開源式的一套標準。1.0版的標準主要是針對CPU+GPU處理器，主要用于提高異構架構計算和編程能力的用戶使用時間。1.2版本由很多聯盟內部公司廣泛發起，讓很多公司的處理器能夠融合到一起，這個范圍更廣泛，包括一些DSP、圖像信號處理器，以及其它加速器等。”John Glossner指出。

    劉國軍介紹，“Imagination是HSA的發起者之一，也是最主要的開發者之一。如何發揮在異構計算里面的功能？例如我們的CPU和GPU，現在要做一個虛擬化的功能，有兩個作用：第一，它提供了異構整合的方便性；第二，它給下一代的安全方面提供了很好的平臺。我們的目標是今后把我們的IP做成一個HSA IP，能夠跟其他廠家的IP能夠整合在一起，形成異構的計算平臺或計算框架。”

     “HSA有二個優勢，第一個是開放性，第二個是在并行計算上有非常明顯的優勢。我們提倡和鼓勵中國更多的處理器公司，包括下游廠商一起來加入HSA，就是基于開放性和共享。HSA所有的東西都是免費的，都是大家來共享、開源的，這點非常重要。” 李科奕指出，華夏芯作為全球領先的異構處理器設計公司，基于自主知識產權的指令集、微架構和工具鏈，提供CPU+DSP+IVP（圖像及視頻處理）三合一的“Unity”處理器IP核產品（包括深度定制）以及SoC芯片集成設計服務。。這次發布的64位高性能處理器基于華夏芯全自主核心技術，且支持HSA國際標準，主要面向移動通信、機器視覺、人工智能、智能終端、消費電子和物聯網等多個領域。

    “聯發科是HSA最原始的創會者之一，參與了很多標準的制定。這跟我們公司的方向是很有關系的，我們公司也采用這個生態系統里面很多其他公司的IP，另外我們自己發展一些IP。希望不同IP之間能夠有不同的組合，能夠各取所長。”聯發科技高級技術總監、軟件總架構師Roy Ju博士介紹，“應用HSA技術，聯發科技首創了十核三從集架構，并將其應用到高端芯片聯發科技曦力X20上，再輔以CorePilot3.0技術，實現了高性能、低功耗和優秀的用戶體驗。”

如何抓住異構計算帶來的新機遇

    針對如何建立完整的異構計算產業生態，實現“CPU+”的可持續發展，莊榮文副主任提出了三點意見：以應用需求推動技術創新；以聯合攻關推動協同創新，以國際合作推動開放創新。依托HSA全球聯盟開展創新、交流與協作，推動我國現代異構處理器技術創新成果的標準化、國際化和產業化，培養一批國際化的頂尖創新人才。進一步加強全球異構計算聯盟成員單位合作，加速異構計算與各行業的深度融合創新，促進異構計算產業快速健康發展，為全球范圍的新一輪經濟結構調整和產業轉型升級貢獻更大的力量。

    從CPU向CPU+的發展，有可能引起芯片行業很多現行規則的改變，使得CPU設計和下一個產品變得更加容易集成，更加容易驗證，對開發者來講更加容易開發，而且更容易調試，更容易使用，價格也更低。面臨的市場非常龐大，所以如果HSA聯盟能夠在中國首先實現CPU+的目標，不僅有利于突破傳統處理器的技術和產品，而且有可能改變全球處理器產業的發展格局。國家信息化專家委常務副主任周宏仁認為，“中國在異構計算領域和國際先進水平的差距相對要小一些，在某些方面甚至同國外處在同一條起跑線上。所以如果我們能夠超前部署，集中攻關，很有可能實現從跟跑、并跑到領跑的轉變。中國有世界上最大的處理器市場，目前中國每年進口芯片2000多億美元，這樣一個市場一定可以培育出新的世界級的公司。”

    工信部電子信息司司長刁石京則表示，中國在CPU等領域所取得的成就，為異構計算發展奠定了基礎。同時，中國廣闊的市場和多樣性需求也為異構計算提供了巨大的發展空間和機會。

    機遇雖然存在，但筆者認為，高端人才團隊不足以及對異構計算產業的重要性、急迫性認識不足是中國把握CPU+機遇亟需重視的地方。