集成之路怎么走？“摩爾定律Plus”接班

　　4月14日消息，據TechCrunch報道，我們現在正處于計算領(lǐng)域真正的轉折點(diǎn)上，我們正在使用的技術(shù)每天都在進(jìn)化。嵌入式傳感器和網(wǎng)絡(luò )接入的快速融入，正將我們使用的大部分電器變成“智能設備”，它們可對我們的語(yǔ)音指令做出回應，同時(shí)產(chǎn)生的大量數據又可在尖端網(wǎng)絡(luò )計算機或云端進(jìn)行分析。

　　我們看到虛擬現實(shí)(VR)和增強現實(shí)(AR)技術(shù)已經(jīng)被開(kāi)始采用，這些技術(shù)要求大量計算和圖形處理能力才能為人類(lèi)提供更真實(shí)的生活體驗。加上機器學(xué)習的應用，它可通過(guò)大量數據訓練及時(shí)提供符合情境的信息，或是接管大量普通任務(wù)。這些新的應用都在對計算機行業(yè)發(fā)起挑戰，它需要在改進(jìn)承受水平的情況下提供更多計算能力。

　　然而，提供更多計算能力存在巨大挑戰，因為摩爾定律中半導體更新?lián)Q代的步伐已經(jīng)減緩。所謂摩爾定律，是指通過(guò)縮小電路體積、改進(jìn)性能以及能源效率，集成電路上可容納的元器件數量每2年就會(huì )增加一倍。過(guò)去，半導體技術(shù)非常依賴(lài)下一代計算機芯片，而這些芯片的價(jià)格更便宜，速度也更快。

　　物理法則是無(wú)法被欺騙的，我們已經(jīng)達到晶體管小型化的物理極限。然而在未來(lái)10年中，新的半導體技術(shù)節點(diǎn)將依然需要顯著(zhù)小型化和降低功耗，但是成本正在增加，歷史性的改進(jìn)速度也還未實(shí)現?，F在我們正面臨這樣的情況：摩爾定律的歷史性進(jìn)步依然緩慢，而新的計算密集型應用卻要求更強大的就算能力。這受到永不滿(mǎn)足的消費需求所驅動(dòng)，我們渴望更多數據、更強大的數據處理能力、更多實(shí)時(shí)信息以及更快的服務(wù)等。無(wú)人駕駛汽車(chē)、無(wú)人機以及機器等，都要求大量的實(shí)時(shí)信息處理、推理以及解釋支持。

　　對于安全故障操作或迅速響應，計算可能無(wú)法全部在云端完成。我們發(fā)現計算需要移出網(wǎng)絡(luò )邊緣，并向用戶(hù)靠攏。新興智能電器和AR/VR接口需要高性能的計算能力分配到本地，包括汽車(chē)、住宅、企業(yè)或細胞塔中，同時(shí)依然需要連接到云端。

　　數以百萬(wàn)計的“物聯(lián)網(wǎng)”設備中普遍存在的傳感器，以及隨著(zhù)我們工作和個(gè)人生活大部分實(shí)現數字化，都會(huì )創(chuàng )造數據大爆炸。海量數據需要新的技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析。我們希望以全新的方式利用這些數據，比如在AR和VR混合環(huán)境中，我們可以在所在空間中看到覆蓋的信息和混合呈現的圖像。從根本上說(shuō)，這樣的要求改變了我們與技術(shù)互動(dòng)的方式，要求更高的計算性能。

　　這種力量能讓虛擬現實(shí)和增強現實(shí)渲染逼真的圖像，將符合情境的信息或圖形覆蓋到真實(shí)世界的視覺(jué)上。英國皇家醫學(xué)院已經(jīng)在VR中記錄手術(shù)，你可以很容易想象AR覆蓋提供的實(shí)時(shí)信息幫助醫生更精確地完成手術(shù)。這些都是真正的顛覆性應用。如果計算能夠按照當前步伐進(jìn)步，這種顛覆將會(huì )影響所有行業(yè)?？墒?，如何能夠在摩爾定律衰落時(shí)保持這種進(jìn)步速度?如何才能提供更多計算能力?

　　事實(shí)證明，工程師們可以操縱更多杠桿以推動(dòng)未來(lái)計算性能提高。這就是我所謂的摩爾定律+(Moore’s Law Plus)，它將要求工程師更具創(chuàng )意，進(jìn)行跨學(xué)科、跨行業(yè)協(xié)作。摩爾定律+在四個(gè)方面打開(kāi)了“創(chuàng )新之門(mén)”：

　　1.更小的半導體設備與更具成本效益的包裝和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結合，這將使芯片技術(shù)以更新穎的方式靈活結合。

　　2.利用計算處理器(CPU和GPU)的異構混合以及專(zhuān)門(mén)的孵化器，使用來(lái)自高級記憶中的數據訓練這些引擎。

　　3.打造易于編程和利用異構計算的開(kāi)源軟件項目和開(kāi)發(fā)框架

　　4.開(kāi)發(fā)新的軟件應用生態(tài)結構，即使用先進(jìn)的機器學(xué)習、數據分析以及VR與AR渲染幫助程序更易于使用。

　　在摩爾定律+的時(shí)代，大學(xué)和行業(yè)將將利用這些杠桿提高性能。在鑄造前沿，遠紫外光刻將是有效的技術(shù)，可以驅動(dòng)小型進(jìn)程節點(diǎn)制造業(yè)向前發(fā)展，進(jìn)而催生更小的新式晶體管。它們將與新的金屬結構連線(xiàn)，以降低電阻。在半導體行業(yè)，制造業(yè)將進(jìn)一步發(fā)展。

　　未來(lái)電器也將需要更多內存，無(wú)論是PC、移動(dòng)設備還是服務(wù)器。對于服務(wù)器來(lái)說(shuō)，某些特定工作負載，特別是機器學(xué)習、虛擬化應用以及數據處理等，都對內存有著(zhù)無(wú)止境的要求。然而，我們過(guò)去每年增加的內存密度都在下降。這同樣需要創(chuàng )新拉動(dòng)，我們可能看到非易失性?xún)却婊蚨褩却嬲Q生。

　　在我看來(lái)，如果你無(wú)法輕松規劃這些新方法，保持摩爾定律+18到24個(gè)月的增長(cháng)率依然是徒勞的。生態(tài)系統中有CPU，但是如果你想利用CPU和其他加速器，你需要開(kāi)放的方案。有些人采用專(zhuān)門(mén)的方案，這很有用，但成本高昂。AMD幫助開(kāi)發(fā)的Heterogeneous Systems Architecture (HSA) Foundation允許這些不同的技術(shù)協(xié)同工作、分享內存以及從系統角度進(jìn)行優(yōu)化，包括CPU、GPU以及FPGA等固定功能加速器。

　　要想在摩爾定律+的世界保持繼續進(jìn)步，需要半導體行業(yè)與不同的制造商、學(xué)術(shù)界進(jìn)行工程合作，創(chuàng )造易于編程環(huán)境的開(kāi)放標準。這就是我為何相信公司可以添加更多晶體管，并能管理成本曲線(xiàn)的原因。將這一切結合起來(lái)，它真的能夠促進(jìn)計算進(jìn)一步加速。有了摩爾定律+，摩爾定律的前進(jìn)步伐就不會(huì )減速，而且會(huì )繼續為顛覆提供動(dòng)力。