《電子技術(shù)應(yīng)用》
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異構(gòu)計算成主流 芯片大整合時代到來

2018-06-26
關(guān)鍵詞: 半導(dǎo)體 芯片 NVDLA 加速器

一、異構(gòu)時代正在到來

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我們知道,,此前在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),,一般的芯片公司都只專注于少數(shù)幾種種芯片,但近年來,,芯片公司除了之前的縱向發(fā)展提升速度外,,也越來越注重橫向發(fā)展,開始整合各種不同類型的芯片,。

前不久,,英偉達(dá)發(fā)布了其機器人平臺——Jetson Xavier,我們可以看到,,這個平臺包含了6種處理器:1個Volta TensorCore GPU,、1個8核ARM64 CPU、2個NVDLA深度學(xué)習(xí)加速器,、1個圖像處理器、1個視覺處理器和1個視頻處理器,。

我們再來看之前英特爾的AI大會,,其AI平臺也包括一票不同的處理核心,包括:CPU,、GPU,、DSP、NNP,、FPGA等,。

手機SoC也是功能不斷的豐富,,在傳統(tǒng)的CPU、GPU,、ISP,、基帶芯片之外,現(xiàn)在越來越多的廠商還會加入另外的加速DSP,、用來加速AI的NPU等處理核心,。

隨著應(yīng)用越來越多樣化,這種通過多種芯片進(jìn)行異構(gòu)計算已經(jīng)成為行業(yè)的主流,,目前看來這種趨勢可能會繼續(xù)加速,。

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二、摩爾定律越來越接近物理極限

摩爾定律是由英特爾(Intel)創(chuàng)始人之一戈登·摩爾(Gordon Moore)提出來的,。其內(nèi)容為:當(dāng)價格不變時,,集成電路上可容納的元器件的數(shù)目,約每隔18-24個月便會增加一倍,,性能也將提升一倍,。換言之,每一美元所能買到的電腦性能,,將每隔18-24個月翻一倍以上,。

這一定律到今天為止,基本上準(zhǔn)確預(yù)測了半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展節(jié)奏,。此前摩爾定律幾乎每年都會推動微處理器的性能提升50%,,而半導(dǎo)體的物理學(xué)限制卻讓其放慢了腳步。如今,,CPU的性能每年只能提升10%左右,。英偉達(dá)CEO黃仁勛在每年的GTC上都會提到同一件事——摩爾定律失靈了。

現(xiàn)在最先進(jìn)的處理器為10nm制程,,目前壟斷半導(dǎo)體光刻市場的ASML 將光刻機的技術(shù)藍(lán)圖推至 2030 年 1.5 納米,,給了摩爾定律10年左右的壽命,誰也不知道最后的極限到底是多少,,但是維持摩爾定律越來越難一家是業(yè)界共識,。

在這樣的情況下,單純的提升一種芯片性能變的代價越來越高,,我們可以看到,,目前可以支持高端芯片研發(fā)的企業(yè)已經(jīng)越來越少,因為芯片的研發(fā)成本已經(jīng)超過了一般商業(yè)公司的承受能力,。

當(dāng)單一芯片發(fā)展遇到瓶頸時,,橫向的發(fā)展就變得更加重要,拓展多種芯片可以將自己的市場快速擴大,現(xiàn)在已經(jīng)成為芯片廠商的主流發(fā)展方向,。

三,、單一芯片應(yīng)對不同形式計算力不從心

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在移動和云時代到來之前,大家對計算的需求主要集中在運行順序執(zhí)行的桌面應(yīng)用程序,,而娛樂需求,,催生了專門用于3D計算的顯卡。

那時的計算設(shè)備更多的放在固定的地方,,沒有太多的移動需求,,因為連接著電網(wǎng),其對功耗的控制也沒有太多的需求,。但是移動和云時代的到來改變了這種情況,。

移動設(shè)備需要處理各種各樣的信息,包括通訊,、執(zhí)行程序,、處理圖片、娛樂游戲,、處理各種傳感器的信息等等,。傳統(tǒng)依靠類似CPU這樣通用處理器來處理這些信息的效率非常低。

一個是時間上效率低,,CPU這種為順序計算而設(shè)計的處理器,,一旦被占用,其他處理請求就只能等待,。這樣任務(wù)一多,,很多請求就得不到及時處理。另外一個是能源使用上效率低,,為了應(yīng)對各種不同的情況,,CPU的功耗會比專門處理相應(yīng)數(shù)據(jù)的處理器更高,這也是為什么 iPhone在5S引入了協(xié)處理器來處理陀螺儀等傳感器的數(shù)據(jù),,來為設(shè)備省電,。

高通SoC構(gòu)架

于是一開始就精通SoC技術(shù)的高通,在移動市場到來時便如魚得水,。高通一直以集成度高著稱,。高通的SoC里面包括了各種各樣的處理單元:包括加速3D的GPU,處理照片的ISP,,處理通信的基帶芯片,,處理音頻的編解碼器,加速向量計算的DSP等,。

在移動平臺上,各種芯片各司其中,大大提升了手機等移動設(shè)備各項功能的響應(yīng)速度,,同時其功耗也可以得到保證,,畢竟依靠電池的移動設(shè)備對用電非常敏感。

而到數(shù)據(jù)中心這一端,,處理海量數(shù)據(jù)成為數(shù)據(jù)中心的主要工作,,而傳統(tǒng)的處理器并行計算能力受限,超級計算機常常要并聯(lián)上萬顆處理器,。特別是AI計算越來越受重視后,,CPU并行能力差的弱點更加暴露無疑。

而這個時候,,更適合并行計算的GPU就成了很好的選擇,,2008年前后,通過GPU構(gòu)造的超級電腦越來越多,,而2013年之后來爆發(fā)的AI計算熱潮,,更將GPU應(yīng)用推向了高潮。于此同時,,像FPGA這樣的產(chǎn)品,,也被發(fā)現(xiàn)可以很好的加速于AI算法,成為數(shù)據(jù)中心的???。

相對于個人,數(shù)據(jù)中心也十分在意能耗,,電費開支是數(shù)據(jù)中心的一個大項開支出,。所以利用特別的硬件加速算法,節(jié)省用電,,也是數(shù)據(jù)中心的追求,,這和移動的的需求類似。所以在云端,,越來越多不同種類的芯片也開始被應(yīng)用,。

四、資本為紐帶,,大整合時代到來

正是由于計算需求的多樣化,,不同的應(yīng)用需要不同的芯片來支持,也使得芯片廠商不得不進(jìn)行橫向擴展,。

我們看到,,近幾年,高通32億美元收購了Atheros,,25億美元收購了英國芯片廠商CSR公司,,還開出380億美元來收購MCU龍頭老大恩智浦。另外還有很多小型的公司也陸續(xù)被高通收購。雖然收購恩智浦這個巨型收購還沒被批準(zhǔn),,還有博通意圖收購高通的驚天合并案被美國政府否決,,但是芯片行業(yè)的大整合從這些收購案中便可見一斑。其實相比以業(yè)務(wù)拓展為目的來不斷收購的高通,,博通才是近年來通過資本杠桿不斷并購公司,,并且將市值推高的資本高手。

再來看英特爾,,簡直就是買買買的典范,。153億美元收購自動駕駛公司Mobile Eye;130億美元收購Altera,;4.08億美元收購人工智能(AI)創(chuàng)業(yè)公司Nervana Systems,,還有做視覺處理器的Movidius,英特爾已經(jīng)將各種人工智能芯片全部買齊,。

而國內(nèi)這邊,,以紫光為代表的財團(tuán),也開始大力整合,,紫光集團(tuán)在2013年-2015年收購了展訊,、銳迪科、新華三,。并擬38億美元投資硬盤龍頭西部數(shù)據(jù)成為為大股東,、并通過西部數(shù)據(jù)190億美元收購存儲芯片商Sandisk。2016年,,紫光集團(tuán)通過二級市場低調(diào)收購FPGA芯片企業(yè)萊迪斯6.07%股權(quán),。也大有買遍天下的氣勢。

從資本角度看,,由于摩爾定律基本失效,,低于28nm的工藝已經(jīng)無法降低成本,必須通過企業(yè)的整合來擴大規(guī)模來獲得規(guī)模優(yōu)勢,,才能在市場競爭中獲得成本優(yōu)勢,,否則就會被市場淘汰。所以,,近年來芯片行業(yè)并購異常激烈,,并購規(guī)模屢創(chuàng)新高,并且沒有看到有停歇的意思,。

在技術(shù)和商業(yè)的雙重因素推動,,將半導(dǎo)體行業(yè)真正帶入了寡頭壟斷階段。無數(shù)創(chuàng)業(yè)公司競相斗艷的時代日漸遠(yuǎn)去,,大概只有在AI等新興領(lǐng)域還有吉光片羽,。

從整個行業(yè)的資本涌動來看,,大多數(shù)的芯片企業(yè)都已經(jīng)拋棄了之前偏居一隅細(xì)心經(jīng)營自己的一畝三分地的做法而開始大肆整合,之后全面出擊,,不同領(lǐng)域之間的競爭也越來越激烈,。我們看到,高通和英特爾在筆記本和基帶上已經(jīng)開打,,英偉達(dá)和英特爾在數(shù)據(jù)中心開打,但這種沖突可能才剛剛開始,,真正的大戲可能還在后頭,。


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