达摩院预测后摩尔时代的三驾马车：芯粒、存算一体与CIPU

打破冯·诺依曼架构存算分离的局限性，是学界和业界研究多年的命题。90年代，学界提出名为“存算一体”的概念，希望通过计算单元与存储单元的融合，实现数据存储的同时直接进行计算，提高运算效率，作为打破冯式架构局限性的方法之一。但由于当时受限于应用场景的匮乏，以及摩尔定律的经济性依然适用，架构创新对产业发展的意义不大，存算一体在过去几十年研究进展缓慢。直到最近几年人工智能的普及以及摩尔定律失效，存算一体才真正走进大众视野。过去的一年，1月份三星在顶级学术期刊Nature上发表了全球首个基于MRAM（磁性随机存储器）存内计算研究，2月份海力士也发表了基于GDDR接口的DRAM存内计算的最新研究成果，台积电在ISSCC上合作发表了六篇关于存内计算存储器IP的论文。不仅如此，诸如Mythic、Syntiant、知存科技、闪亿半导体等初创公司纷纷涌入这一赛道，融资不断，阿里巴巴达摩院也于2021年12月对外公布了与产业链合作伙伴推出的全球首款基于DRAM的3D键合堆叠存算一体芯片，国内初创企业知存计算也于2022年3月份正式量产国际首颗存内计算SoC芯片。存算一体也随之形成三大主流分支：利用2.5D或3D先进封装技术将计算逻辑芯片和存储器封装到一起的近存计算；基于传统存储介质，但存储器内置独立计算单元，可以直接完成计算的存内计算；以及基于新型非易失性存储器技术做的新型存储原件，通过更加创新的方式让计算和存储同时进行。其中近存计算较为成熟，广泛用于各类CPU和GPU上，存内计算投资热度较高，新型存储器依然处于探索期。达摩院对此做出预测：在资本和产业双轮驱动下，基于 SRAM、NOR Flash 等成熟存储器的存内计算将在垂直领域迎来规模化商用，小算力、低功耗场景有望优先迎来产品和生态的升级迭代，大算力通用计算场景或将进入技术产品化初期。需要明确的是，存算一体依然是一种新兴技术，测试标准、量产方法、测试方法、计算范式与现有的方式完全不同，距离成为主流技术还有很长的一段要走。“颠覆了冯诺依曼架构的存内计算会落地，但可能也只是一种过渡性技术，对于产业来讲，在关注这些能够产业化大规模应用技术的同时，也要关注未来十年可能成为主流的技术趋势。”秦钖说到。
03软硬融合云计算体系架构，云上应用全面加速

过去十多年，云计算发展经历了分布式架构技术和资源池化技术两次革新。第一阶段的分布式架构替代大型机，满足当时企业所需算力需求；第二阶段的资源池化技术，计算、存储、网络资源可以分别按需扩容，突破了规模和稳定性的瓶颈，提供超大规模的云计算服务。不过随着数据密集型计算场景的普及，用户对低时延、高带宽的需求越来越高，而传统以CPU为中心的计算体系架构，不仅需要承担计算任务，还要负责逻辑控制，导致计算和网络传输时延大，且无法提供高带宽，CIPU/IPU/DPU加速计算芯片应运而生，云计算进入第三阶段。“DPU诞生的背景是带宽与计算性能的增速失调。CPU的性能从5-10年前每年30%的增幅，到三年前大概只有每年不到3%的性能增幅。而网络带宽每年依旧还有35%左右的增长。处理性能和带宽增速的比例从原来的大概1:1，变成了现在的1:10左右。”中科驭数CEO鄢贵海如此评价道。从另一个角度，这其实也是摩尔定律放缓之下的CPU性能提升趋于天花板，无法满足爆发式增长的算力需求产生的结果，软硬融合的云计算体系架构，是科技融合触发的产业革新。达摩院2023十大科技趋势报告中指出，以CIPU为核心的云计算体系架构，在工程上主要实现三个方面的突破：一是底层硬件结构的融合带来的全面硬件加速；二是在全链路实现硬件加速的技术上，创新地实现eRDMA，不但能大规模组网，还能让用户无需修改负载代码无感加速，让云上高性能计算普惠服务化成为现实；三是CIPU和服务器的系统组合，既能一对多，也能多对一，高效满足云上不同计算场景下东西向流量配比的灵活度。近几年，无论是传统芯片巨头，还是云服务提供商，还是初创公司，都在涌入这一赛道。英伟达早在2020年就推出了BlueField-2 DPU ，亚马逊早已拥有基于自研DPU的系统，谷歌云也同英特尔合作IPU，百度、字节、腾讯云纷纷加入自研DPU的队伍，2022年6月，阿里云也发布了自己的CIPU处理器，DPU初创公司们，一时间也成为投资人眼中的香饽饽。

从整个产业链条来看，云计算向CIPU/IPU/DPU为中心的全新云计算体系架构深度演进，是未来不可阻挡的科技趋势。“云计算体系架构基础技术的不断革新，正在推动云上基础计算能力开始大幅超越线下服务器， 而企业只要上云就能从云计算资源或云服务中， 低成本获得这些还在不断扩大的系统红利。”阿里云研究院、阿里云神龙计算平台负责人蒋林泉说到。
04连续第五年发布科技趋势报告，多个趋势已被市场验证

芯粒、存算一体和软硬融合的云计算体系架构，是达摩院对后摩尔时代的预测，这些预测的底层逻辑和背景并不仅仅是着眼于“摩尔定律的失效”，而是更宏大的工业革命的变迁与规律。秦钖表示，历史上的三次工业革命都有十分明显的上下半场，每半场的时间持续50年左右，上半场是各式各样的技术涌现，下半场是技术与传统行业的融合所产生的技术固化。“例如云计算是整个信息革命上半场产生的技术的集大成者，那么下半场，就有可能由量子计算开启。判断一个技术短期内能不能应用非常困难，预测结果准确率超过一半已是罕见。”秦钖说到。今年已经是达摩院连续第五年预测十大科技趋势，此前已经有不少趋势被市场精准验证，例如在达摩院这一次走访对谈的过程中，发现AI for Science已经被学术界专家广泛接受，对大模型的判断也被产业界所肯定。这让我们不由得期待，2023十大科技趋势中所描绘的世界，又会在哪些领域命中未来。

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本文转自雷峰网，原标题为《达摩院预测后摩尔时代的三驾马车：芯粒、存算一体与CIPU》，作者言论不代表本平台观点。部分图片来自网络，且未能核实版权归属，不为商业用途，如有侵犯，敬请作者与我们联系info@gsi24.com。

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