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

2021年4月24日，英特爾中國研究院院長宋繼強受邀參加了由中國工程院信息與電子工程學部創(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(gòu)計算技術(shù)》的報告，內(nèi)容覆蓋英特爾在產(chǎn)品級先進的異構(gòu)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CMOS晶體管微縮的形式推動摩爾定律的發(fā)展，摩爾定律實際上已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)的一面旗幟，而異構(gòu)集成是推動摩爾定律繼續(xù)發(fā)展的重要方式。

為此，英特爾一直在驅(qū)動轉(zhuǎn)型。早在2015年，英特爾洞察到了數(shù)據(jù)發(fā)生的顛覆性變化，并在2017年正式開始以數(shù)據(jù)為中心的轉(zhuǎn)型。通過自身的技術(shù)累積以及系列收購，英特爾已經(jīng)從一家CPU的公司轉(zhuǎn)型為包含多種計算架構(gòu)XPU的公司，并在此基礎(chǔ)上推出了適配的軟件，并構(gòu)建相應(yīng)的生態(tài)，引領(lǐng)異構(gòu)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(tǒng)的IDM升級至IDM2.0的戰(zhàn)略，增加制造業(yè)務(wù)比重，服務(wù)全球客戶。宋繼強在此次演講中表示，英特爾之所以能夠?qū)崿F(xiàn)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的前沿計算研究，為更快、更高能效比的計算未來奠定了重要基礎(chǔ)。

圖注：英特爾中國研究院院長宋繼強

異構(gòu)計算的基礎(chǔ)：六大技術(shù)支柱

根據(jù)宋繼強介紹，英特爾六大技術(shù)支柱中，制程和封裝、架構(gòu)是英特爾“Tick-tock”模式最基礎(chǔ)也是最根本的能力。在此之上，英特爾也提供先進的內(nèi)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)，確保整個系統(tǒng)更加安全。

宋繼強在此次演講中特別介紹了英特爾在異構(gòu)集成領(lǐng)域一種創(chuàng)新性的方法，即將單節(jié)點芯片分解為多節(jié)點異構(gòu)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通過英特爾先進的封裝技術(shù)按需進行組合，可以快速實現(xiàn)目標芯片，靈活性強，同時減少了測試以及系統(tǒng)驗證時間，效率極高。

要實現(xiàn)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擁有一些開放標準，推動產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)更多規(guī)模化地生產(chǎn)制造。在去年的“架構(gòu)日”上，英特爾還率先推出了混合結(jié)合（Hybrid Bonding）封裝技術(shù)，這項新技術(shù)能夠加速實現(xiàn)10微米及以下的凸點間距，提供更高的互連密度、帶寬和更低的功率。同時，英特爾在硬件產(chǎn)品領(lǐng)域的積累也是實現(xiàn)這種分解設(shè)計的必要基礎(chǔ)。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現(xiàn)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(gòu)，英特爾特別強調(diào)軟件對于異構(gòu)計算的重要性。在將不同硬件集成到一起之后，如果不能通過軟件進行調(diào)優(yōu)和優(yōu)化，性能無法達到要求。宋繼強舉了一個例子，在經(jīng)過軟件優(yōu)化后，英特爾最新的異構(gòu)計算硬件所實現(xiàn)的性能是此前沒有軟件優(yōu)化性能的200倍。因此，軟件是釋放異構(gòu)計算性能的重要一環(huán)。

為此，早在2019年年底，英特爾就推出了開源的跨架構(gòu)編程模型oneAPI, 致力于解決異構(gòu)計算痛點，幫助軟件人員可以在不同計算架構(gòu)上通過統(tǒng)一語言進行編程。英特爾oneAPI是一個開源系統(tǒng)，目前已經(jīng)有40多家企業(yè)、大學機構(gòu)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(gòu)

前沿計算，奠定未來計算創(chuàng)新基礎(chǔ)

英特爾同時也著眼于未來，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介紹了英特爾在神經(jīng)擬態(tài)計算（類腦計算）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，不需要提前進行數(shù)據(jù)訓(xùn)練，可以在工作的過程中自我進行學習，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(chǔ)芯片Loihi，擁有128個核，每個核里面可以去模擬1000個神經(jīng)元，每個神經(jīng)元又可以跟1000個另外的神經(jīng)元構(gòu)建聯(lián)系，就是所謂的突觸。宋繼強表示，Loihi可以構(gòu)造出13萬個神經(jīng)元，1.3億個突觸，支持自學習，內(nèi)部是異步網(wǎng)絡(luò)，而且沒有浮點運算，沒有乘加器，和現(xiàn)在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器完全不同，同時它深度整合了計算和存儲。

英特爾還推出了由768個Loihi組成的神經(jīng)擬態(tài)計算系統(tǒng)Pohoiki Spring，擁有1億個神經(jīng)元，相當于一個小倉鼠的大腦。神經(jīng)擬態(tài)計算的實際應(yīng)用需要由更多合作伙伴來探索，英特爾也成立了神經(jīng)擬態(tài)計算社區(qū)，推動神經(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，英特爾在其中也扮演了重要的角色，是唯一一家推動量子實用性的廠商。據(jù)宋繼強介紹，要想真正實現(xiàn)量子計算商業(yè)化使用，必須要進行全棧式的考量。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(dǎo)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(guī)?；l(fā)展奠定了基礎(chǔ)。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。

僅有硬件還不夠，量子計算需要通過一套控制系統(tǒng)，讓芯片對軟件暴露出一個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，實現(xiàn)了對多個量子位的控制，可以實現(xiàn)更大的量子系統(tǒng)擴展。

作為領(lǐng)先的半導(dǎo)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(gòu)計算，引領(lǐng)異構(gòu)計算發(fā)展，同時著眼于未來，為更復(fù)雜、要求更高的計算需求提供解決方案。在全球化數(shù)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。