對(duì)于碼字工來(lái)說(shuō)，如果靈感缺乏，上極術(shù)社區(qū)溜達(dá)溜達(dá)，總會(huì)有收獲。筆者在極術(shù)社區(qū)的最新推薦欄目中，發(fā)現(xiàn)東數(shù)西算設(shè)施白皮書的閱讀量和下載量都非常高。作為國(guó)家級(jí)的算力工程，東數(shù)西算的未來(lái)發(fā)展備受關(guān)注。
今年開(kāi)年，國(guó)家發(fā)改委聯(lián)合多部門宣布同意東數(shù)西算工程的建設(shè)，包括在京津冀、成渝、內(nèi)蒙古、貴州、寧夏等八地啟動(dòng)建設(shè)國(guó)家算力樞紐節(jié)點(diǎn)，并規(guī)劃張家口集群等10個(gè)國(guó)家數(shù)據(jù)中心集群。
數(shù)據(jù)中心是促進(jìn)5G、人工智能、云計(jì)算等新一代數(shù)字技術(shù)發(fā)展的數(shù)據(jù)中樞和算力載體，助推著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。對(duì)于數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，核心的構(gòu)成——芯片，可謂其最為關(guān)鍵的組成部分。
數(shù)據(jù)中心作為國(guó)家數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的重要部分，其集成化、綠色化、智能化的發(fā)展，對(duì)于芯片也提出了許多要求。很多讀者都比較關(guān)心東數(shù)西算工程驅(qū)動(dòng)下芯片的發(fā)展情況。
東數(shù)西算，這個(gè)大規(guī)模算力工程的實(shí)施，推動(dòng)著高算力、高性能芯片的市場(chǎng)發(fā)展。在國(guó)際局勢(shì)的復(fù)雜變化中，對(duì)于國(guó)產(chǎn)芯片廠商來(lái)說(shuō)，該如何突圍拿下市場(chǎng)呢？
新型數(shù)據(jù)中心的芯需求
作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重要“基礎(chǔ)底座”，數(shù)據(jù)中心在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中扮演著重要的角色。同時(shí)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)的全面開(kāi)啟與綠色可持續(xù)的發(fā)展需求，對(duì)數(shù)據(jù)中心提出了更新、更高的要求。《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021－2023年）》《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等在內(nèi)的多份政策性文件指出，新型數(shù)據(jù)中心要從高技術(shù)、高算力、高能效和高安全四大方面出發(fā)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。在政策的要求與指引下，數(shù)據(jù)中心迎來(lái)了革新，對(duì)芯片也有了新的需求。
東數(shù)西算工程是重要的新型算力基礎(chǔ)設(shè)施，在助力千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，芯片是基礎(chǔ)。數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開(kāi)數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)，其中涉及許多政府、金融、通信等行業(yè)的敏感數(shù)據(jù)。底層算力設(shè)施對(duì)CPU的首要需求是信息安全保障。
其次是高性能的需求。數(shù)據(jù)中心可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中的管理，也就是數(shù)據(jù)的交換、計(jì)算、存儲(chǔ)等。其中計(jì)算是數(shù)據(jù)中心的核心功能。芯片性能的提升，不僅帶來(lái)智能化與高效的服務(wù)，也能助力數(shù)據(jù)中心的綠色化發(fā)展。
據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心的耗能部分主要包括IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及其他設(shè)施。由服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等所構(gòu)成的IT設(shè)備系統(tǒng)所產(chǎn)生的功耗約占數(shù)據(jù)中心總功耗的45％，其中服務(wù)器系統(tǒng)約占50％，存儲(chǔ)系統(tǒng)約占35％，網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備約占15％，空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的功耗約占數(shù)據(jù)中心總功耗的40％。我們可以看到，對(duì)數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備服務(wù)器系統(tǒng)的升級(jí)對(duì)數(shù)據(jù)中心的低碳化發(fā)展意義重大。服務(wù)器性能與功耗的優(yōu)化，就意味著單位能耗的降低。
最后是與其他技術(shù)的融合。比如與密碼學(xué)技術(shù)的融合，可以保障數(shù)據(jù)的安全隱私。數(shù)據(jù)中心流量的激增，安全問(wèn)題的復(fù)雜程度與范圍都變大了。傳統(tǒng)用軟件進(jìn)行加解密的計(jì)算非常消耗CPU。通過(guò)將安全技術(shù)與專用的模塊硬件或DPU連接，將過(guò)去在CPU的算法去卸載到專用引擎上，可以釋放CPU內(nèi)存的同時(shí)提升加解密性能。
高性能、易融合等這些新型數(shù)據(jù)中心主要的芯需求，也為國(guó)產(chǎn)芯片廠商的發(fā)展勾勒出高性能芯片的大致方向。結(jié)合自身的優(yōu)勢(shì)特長(zhǎng)，芯片廠商需要在數(shù)據(jù)中心如火如荼的發(fā)展中尋求突圍。
競(jìng)技場(chǎng)的突圍之路
數(shù)據(jù)中心的集成化發(fā)展，處理的數(shù)據(jù)、資源的管理任務(wù)變得復(fù)雜。這也對(duì)芯片的數(shù)據(jù)處理能力提出了要求：更大的帶寬與更大的存儲(chǔ)。
數(shù)據(jù)的整合傳輸、分布式計(jì)算等也是必不可少的方式。在復(fù)雜的國(guó)際局勢(shì)中，外部的供應(yīng)環(huán)境多變。對(duì)于國(guó)產(chǎn)芯片廠商來(lái)說(shuō)，要達(dá)到像國(guó)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較高的芯片水準(zhǔn)，國(guó)產(chǎn)芯片廠商一方面需要在芯片底層架構(gòu)的創(chuàng)新、制程工藝方面等方向發(fā)力。現(xiàn)有的指令集架構(gòu)，海外巨頭更加具有優(yōu)勢(shì)。在架構(gòu)設(shè)計(jì)方面，國(guó)內(nèi)芯片廠商還有升級(jí)增長(zhǎng)的空間。通過(guò)底層架構(gòu)的創(chuàng)新與制程工藝的迭代來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算效率的數(shù)量級(jí)提升。
一些芯片廠商趟上了這條道路。國(guó)內(nèi)某芯片廠商的DPU已經(jīng)流片。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心以CPU為核心架構(gòu)，DPU的出現(xiàn)以更專的性能滿足數(shù)據(jù)中心計(jì)算、數(shù)據(jù)處理等需求。隨著軟硬件架構(gòu)的深入融合發(fā)展，DPU將會(huì)成為眾廠商爭(zhēng)先發(fā)展的下一代數(shù)據(jù)中心核心計(jì)算單元。
當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)的情況并不是所有的芯片廠商都可以完成獨(dú)立完成芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)與研發(fā)。應(yīng)用成熟設(shè)計(jì)模塊的IP或產(chǎn)品服務(wù)也是許多企業(yè)的選擇。例如可供選擇的第三方IP企業(yè)安謀科技、銳成芯微等。安謀科技提供的IP設(shè)計(jì)與自研產(chǎn)品，可以為許多芯片廠商定制高性能芯片并提供服務(wù)。從手機(jī)、PC乃至排名世界第二的超級(jí)計(jì)算機(jī)富岳，都能看到基于Arm架構(gòu)的高性能芯片。借助這些第三方廠商的勢(shì)能，國(guó)產(chǎn)芯片廠商也可以更快地迭代創(chuàng)新。
在數(shù)據(jù)中心處理器之外，芯片廠商的思路也可以前置到數(shù)據(jù)流入數(shù)據(jù)中心前的各大邊緣設(shè)備中，在各類邊緣處理器上發(fā)力。廠商可以考慮通過(guò)提升邊緣設(shè)備CPU性能、降低集成SOC芯片功耗等，整體提升邊緣設(shè)備計(jì)算的能力，減輕數(shù)據(jù)中心處理數(shù)據(jù)的壓力。比如在一些高功耗場(chǎng)景中，通過(guò)高度集成化、低功耗的設(shè)計(jì)，將各類接口集成在單芯片中，定制化算法來(lái)降低功耗；設(shè)計(jì)通用處理器作為專用設(shè)備，為一些場(chǎng)景提供算力服務(wù)，提升邊緣設(shè)備的算力等。
對(duì)于芯片廠商來(lái)說(shuō)，也需要重視產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同。芯片產(chǎn)業(yè)的整體產(chǎn)業(yè)鏈條冗長(zhǎng)，覆蓋的門類廣。許多國(guó)產(chǎn)芯片廠商，較為擅長(zhǎng)的是芯片設(shè)計(jì)的能力，但產(chǎn)能方面的能力欠缺。高性能芯片行業(yè)的發(fā)展需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同。廠商可以選擇通過(guò)戰(zhàn)略合作、產(chǎn)品技術(shù)支持、協(xié)作項(xiàng)目等形式，推動(dòng)行業(yè)軟硬件、解決方案、工具鏈、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等生態(tài)環(huán)節(jié)的發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)促進(jìn)自身的迭代。
這些突圍路徑落在紙面上討論看起來(lái)輕飄飄，對(duì)于國(guó)產(chǎn)芯片的發(fā)展來(lái)說(shuō)，都是大山一樣的存在，難以翻越。在半導(dǎo)體這個(gè)行業(yè)里，市場(chǎng)格局一旦定型，幾乎就很難打破。每一個(gè)產(chǎn)業(yè)突破與難點(diǎn)的展開(kāi)，都需要堆砌大量的資源與創(chuàng)新。國(guó)產(chǎn)芯片的突圍道阻且長(zhǎng)。而面臨未來(lái)算力網(wǎng)絡(luò)的部署，也有不少的問(wèn)題待解決。
算力網(wǎng)絡(luò)中的“大考”
隨著數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)的部署完成，算力網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建也在推進(jìn)中。中國(guó)算力網(wǎng)智算網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)上線。東數(shù)西算的樞紐節(jié)點(diǎn)，各地的智算中心、超算中心未來(lái)都會(huì)陸陸續(xù)續(xù)并入到算力網(wǎng)絡(luò)中，形成一張隨時(shí)取用算力的便捷大網(wǎng)。
對(duì)于數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，未來(lái)分布式的數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)將由算力網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，統(tǒng)籌分配和調(diào)度計(jì)算任務(wù)，實(shí)現(xiàn)算力價(jià)值的最大化。面對(duì)復(fù)雜多變的數(shù)據(jù)跨節(jié)點(diǎn)傳輸與調(diào)度等，國(guó)產(chǎn)芯片廠商還需要解決這幾方面的問(wèn)題。
供需雙方的交流與匹配。面對(duì)不同規(guī)模的數(shù)據(jù)中心與多種功能的芯片，雙方的需求信息較為模糊，芯片廠商需要解決與數(shù)據(jù)中心方溝通不充分的問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)互相匹配契合的需求與服務(wù)。
數(shù)據(jù)跨數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)的調(diào)度與流動(dòng)，對(duì)芯片的性能如壓縮、解壓能力的提升有一定的要求。海量的數(shù)據(jù)需要在傳輸前壓縮，在存儲(chǔ)前解壓，需要芯片廠商提升芯片無(wú)損壓縮的技術(shù)。
通用的邊緣算力產(chǎn)品方案。邊緣計(jì)算的場(chǎng)景多，設(shè)備多，需求量大，對(duì)CPU性能與功耗要求較高。比如面對(duì)算力要求較高的場(chǎng)景工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能汽車等，芯片廠商需要提供更加通用的邊緣算力產(chǎn)品方案。提升邊緣設(shè)備服務(wù)器的適配性與易用性，便于實(shí)現(xiàn)端到端的自動(dòng)化部署。
東數(shù)西算工程，會(huì)給高性能芯片市場(chǎng)會(huì)帶來(lái)波動(dòng)，但不會(huì)帶來(lái)產(chǎn)能井噴式的發(fā)展。更多的層面是對(duì)芯片本身性能方面的提升，也就是從算法和硬件兩個(gè)方面的同時(shí)優(yōu)化。芯片廠商需要提升自身軟硬件協(xié)同的能力。
圍繞著數(shù)據(jù)中心，東數(shù)西算工程與一體化算力網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，這些算力設(shè)施的構(gòu)建帶來(lái)機(jī)遇的同時(shí)挑戰(zhàn)也不少，留給國(guó)產(chǎn)芯片廠商突圍的時(shí)間緊迫。這是場(chǎng)對(duì)芯片廠商的綜合大考。既要快速上馬，服務(wù)好東數(shù)西算工程，也需要在這個(gè)競(jìng)技場(chǎng)中留下來(lái)交出答卷。這場(chǎng)戰(zhàn)役中，沒(méi)有喘息的空間。復(fù)雜多變的芯片市場(chǎng)，各路隊(duì)伍已經(jīng)集結(jié)完畢，向著內(nèi)心描繪出的藍(lán)圖開(kāi)啟了沖刺跑。
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