英特爾宋繼強：摩爾定律是一面旗幟，異構集成是推動(dòng)其發(fā)展的重要方式

2021年4月24日，英特爾中國研究院院長(cháng)宋繼強受邀參加了由中國工程院信息與電子工程學(xué)部創(chuàng )辦的信息與電子工程前沿論壇，發(fā)表了主題為《全景透視英特爾異構計算技術(shù)》的報告，內容覆蓋英特爾在產(chǎn)品級先進(jìn)的異構集成技術(shù)以及研究院正在探索的前沿技術(shù)。宋繼強表示，目前已經(jīng)不太可能僅通過(guò)CMOS晶體管微縮的形式推動(dòng)摩爾定律的發(fā)展，摩爾定律實(shí)際上已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)的一面旗幟，而異構集成是推動(dòng)摩爾定律繼續發(fā)展的重要方式。

為此，英特爾一直在驅動(dòng)轉型。早在2015年，英特爾洞察到了數據發(fā)生的顛覆性變化，并在2017年正式開(kāi)始以數據為中心的轉型。通過(guò)自身的技術(shù)累積以及系列收購，英特爾已經(jīng)從一家CPU的公司轉型為包含多種計算架構XPU的公司，并在此基礎上推出了適配的軟件，并構建相應的生態(tài)，引領(lǐng)異構計算的發(fā)展。

在今年3月份，英特爾新任CEO帕特·基辛格宣布英特爾將從傳統的IDM升級至IDM2.0的戰略，增加制造業(yè)務(wù)比重，服務(wù)全球客戶(hù)。宋繼強在此次演講中表示，英特爾之所以能夠實(shí)現XPU以及IDM2.0，其六大底層的核心技術(shù)以及分解技術(shù)起到了關(guān)鍵的作用。除此之外，宋繼強也介紹了英特爾正在大力推進(jìn)的前沿計算研究，為更快、更高能效比的計算未來(lái)奠定了重要基礎。

圖注：英特爾中國研究院院長(cháng)宋繼強

異構計算的基礎：六大技術(shù)支柱

根據宋繼強介紹，英特爾六大技術(shù)支柱中，制程和封裝、架構是英特爾“Tick-tock”模式最基礎也是最根本的能力。在此之上，英特爾也提供先進(jìn)的內存以及多種范圍的互連技術(shù)。除硬件之外，英特爾的軟件能力也是釋放硬件性能至關(guān)重要的一環(huán)。最后，英特爾還擁有貫穿全程的安全技術(shù)，確保整個(gè)系統更加安全。

宋繼強在此次演講中特別介紹了英特爾在異構集成領(lǐng)域一種創(chuàng )新性的方法，即將單節點(diǎn)芯片分解為多節點(diǎn)異構集成。這種方法是將帶有不同屬性的計算晶片（Compute Die），如CPU晶片或GPU晶片，以及一些不同功能的IO做成Chiplet，再將這些Chiplet通過(guò)英特爾先進(jìn)的封裝技術(shù)按需進(jìn)行組合，可以快速實(shí)現目標芯片，靈活性強，同時(shí)減少了測試以及系統驗證時(shí)間，效率極高。

要實(shí)現這樣的操作，封裝技術(shù)是至關(guān)重要的一環(huán)。目前英特爾封裝技術(shù)領(lǐng)先業(yè)界，EMIB、3D Foveros已經(jīng)運用在產(chǎn)品中，CO-EMIB、ODI擁有一些開(kāi)放標準，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現更多規?；厣a(chǎn)制造。在去年的“架構日”上，英特爾還率先推出了混合結合（Hybrid Bonding）封裝技術(shù)，這項新技術(shù)能夠加速實(shí)現10微米及以下的凸點(diǎn)間距，提供更高的互連密度、帶寬和更低的功率。同時(shí)，英特爾在硬件產(chǎn)品領(lǐng)域的積累也是實(shí)現這種分解設計的必要基礎。宋繼強表示，英特爾產(chǎn)品覆蓋從物聯(lián)網(wǎng)到云端、通訊，而整個(gè)通訊中從基站到核心網(wǎng)的產(chǎn)品都有，這些性能都可以成為實(shí)現Chiplet的重要資源，從而讓芯片擁有更強大的能力。

除了在硬件層面的異構，英特爾特別強調軟件對于異構計算的重要性。在將不同硬件集成到一起之后，如果不能通過(guò)軟件進(jìn)行調優(yōu)和優(yōu)化，性能無(wú)法達到要求。宋繼強舉了一個(gè)例子，在經(jīng)過(guò)軟件優(yōu)化后，英特爾最新的異構計算硬件所實(shí)現的性能是此前沒(méi)有軟件優(yōu)化性能的200倍。因此，軟件是釋放異構計算性能的重要一環(huán)。

為此，早在2019年年底，英特爾就推出了開(kāi)源的跨架構編程模型oneAPI, 致力于解決異構計算痛點(diǎn)，幫助軟件人員可以在不同計算架構上通過(guò)統一語(yǔ)言進(jìn)行編程。英特爾oneAPI是一個(gè)開(kāi)源系統，目前已經(jīng)有40多家企業(yè)、大學(xué)機構宣布支持oneAPI，其中包括微軟、谷歌等，成為一股重要的生態(tài)力量。

圖注 Loihi芯片架構

前沿計算，奠定未來(lái)計算創(chuàng )新基礎

英特爾同時(shí)也著(zhù)眼于未來(lái)，在顛覆性計算領(lǐng)域投入巨大，并取得了矚目的成果。宋繼強在此次演講中也重點(diǎn)介紹了英特爾在神經(jīng)擬態(tài)計算（類(lèi)腦計算）和量子計算的最新研究成果。

神經(jīng)擬態(tài)計算模擬的是大腦的計算模式，包含很多并行計算和異步計算，不需要提前進(jìn)行數據訓練，可以在工作的過(guò)程中自我進(jìn)行學(xué)習，大幅提升效率和能耗。英特爾已經(jīng)推出了神經(jīng)擬態(tài)計算基礎芯片Loihi，擁有128個(gè)核，每個(gè)核里面可以去模擬1000個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元又可以跟1000個(gè)另外的神經(jīng)元構建聯(lián)系，就是所謂的突觸。宋繼強表示，Loihi可以構造出13萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，1.3億個(gè)突觸，支持自學(xué)習，內部是異步網(wǎng)絡(luò )，而且沒(méi)有浮點(diǎn)運算，沒(méi)有乘加器，和現在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )加速器完全不同，同時(shí)它深度整合了計算和存儲。

英特爾還推出了由768個(gè)Loihi組成的神經(jīng)擬態(tài)計算系統Pohoiki Spring，擁有1億個(gè)神經(jīng)元，相當于一個(gè)小倉鼠的大腦。神經(jīng)擬態(tài)計算的實(shí)際應用需要由更多合作伙伴來(lái)探索，英特爾也成立了神經(jīng)擬態(tài)計算社區，推動(dòng)神經(jīng)擬態(tài)計算落地。

量子計算已經(jīng)成為全球科技領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)，英特爾在其中也扮演了重要的角色，是唯一一家推動(dòng)量子實(shí)用性的廠(chǎng)商。據宋繼強介紹，要想真正實(shí)現量子計算商業(yè)化使用，必須要進(jìn)行全棧式的考量。在硬件上，英特爾獨創(chuàng )的硅自旋量子位契合了英特爾在半導體領(lǐng)域的優(yōu)勢，并提高了量子計算運行的溫度，為以后規?；l(fā)展奠定了基礎。芯片商業(yè)化的必要步驟之一是測試，英特爾的量子低溫探測儀，就是為硅自旋量子位建立的一條300mm的大容量制造和測試線(xiàn)。

僅有硬件還不夠，量子計算需要通過(guò)一套控制系統，讓芯片對軟件暴露出一個(gè)可控制的操作界面也很重要。英特爾為此推出了代號為“Horse Ridge”的低溫控制芯片，實(shí)現了對多個(gè)量子位的控制，可以實(shí)現更大的量子系統擴展。

作為領(lǐng)先的半導體公司，英特爾始終致力于為全世界計算提供重要基石。不僅前瞻性地布局異構計算，引領(lǐng)異構計算發(fā)展，同時(shí)著(zhù)眼于未來(lái)，為更復雜、要求更高的計算需求提供解決方案。在全球化數字變革加速之際，英特爾的計算創(chuàng )新將成為濃墨重彩的一筆。