人類對高性能處理器的追求永無止境，時至今日，在傳統的處理器技術框架下，同構多核CPU等處理器性能已經逼近物理極限，新一代異構多核處理器技術成為解決處理器性能、功耗、芯片尺寸等問題的必然選擇。

在近期北京亦莊召開的“高性能異構計算及網絡安全研討會”上，記者獲悉，華夏芯(北京)通用處理器技術有限公司即將推出全球首款完全支持異構系統架構(HSA)的處理器IP核，該產品在架構層面成功整合了CPU、GPU、DSP，實現了異構多核的內存統一尋址，使不同內核真正無縫地緊密聯系在一起，可以大幅提升處理器性能并降低功耗。IP核是處理器產業的最上游，決定著國家IC產業的整體競爭力。

華夏芯的突破表明我國在新一代異構計算上取得重大進展，有望在原本相對空白的處理器IP(知識產權)核授權領域打破國外壟斷，徹底改變中國處理器產業的核心知識產權基本依賴于國外許可的被動局面。

異構2.0時代即將到來

異構計算是當今芯片行業的一個熱門詞匯，應用范圍也越來越廣泛，從芯片到設備的產業鏈廠商，都對其表現出極大的興趣，但中國大多數處理器設計公司尚處在同構時代。采訪中，華夏芯公司相關技術負責人告訴記者：“所謂異構計算，主要是指使用不同類型指令集和體系架構的計算單元組成系統的計算方式。常見的計算單元類別包括CPU、GPU等處理器，以及DSP、ASIC、FPGA等。異構計算的概念早在20世紀60年代中期就已經誕生，但直到2000年以后，其編程方法才逐漸趨于理性”。

過去，處理器頻率的提升，并不需要結構性變化，通過特定的硬件加速，即可不斷提升芯片性能。但是現在，隨著芯片技術的進步，經常會碰到內存、功耗方面的限制。引入特定單元、讓計算系統變成混合結構，讓每一種不同類型的計算單元去執行自己最擅長的任務，就成了必然。“這是近年來異構計算得到更多關注的主要原因。”華夏芯相關技術負責人告訴記者。

同時，華夏芯還表示，目前國內市場上存在的異構多核芯片還算不上真正意義的異構計算，或者只是停留在“異構計算1.0”時代。因為，目前的SoC芯片基本上只是實現了將CPU、GPU等集成到單獨一顆芯片上，內核之間并沒有真正實現融合，從而強化內核間的交互能力。真正的異構計算只有通過架構和系統的整合才能實現，通過架構整合實現CPU、GPU、DSP等各種不同類型處理器的內存統一尋址，通過系統的整合，從硬件到軟件完全實現對異構計算的支持。

“如此，異構內核將會更加無縫地緊密聯系在一起。從硬件角度看，任何計算單元都能訪問統一的內存，任何一個單元的更新對其他所有單元都是透明可見的，應用程序能夠始終在最適合的計算單元上可靠執行。從軟件角度看，應用開發將變得輕松，任何程序都不必費心考慮不同處理器內核之間的存儲差異。這將給計算性能以革命性的提高。”華夏芯指出：“如果說前一階段可以叫做異構1.0的話，那么下一階段將進入異構計算2.0時代。”

中國發展異構計算存機遇

目前，國際主流芯片廠商大都已經意識到這一發展趨勢，Intel、IBM、ARM、AMD等國際巨頭紛紛投入巨資，布局下一代異構多核處理器。2015年英特爾斥資167億美元收購Altera，原因之一就是看中FPGA在下一代異構多核處理器中的重要作用。另一家FPGA大廠賽靈思將與高通等芯片巨頭整合的傳聞也不時傳出。

IC設計業異構計算的發展趨勢已經基本明確。近三五年來，處理器技術和產業正在發展到一個新的歷史時期。目前中國發展芯片設計業面臨兩大挑戰：一是芯片設計的創新能力不強，大多設計公司的核心技術方案仍然依賴國外公司的授權解決;二是自主知識產權的處理器生態體系尚未形成強大的生態圈。只有解決了這些問題，中國的芯片設計業發才有望做大做強。對此，有關專家在“高性能異構計算及網絡安全研討會”上指出，新的技術和產業變革給了我國IC產業縮小與國際水平差距的機會。如果我們能夠抓住這些發展機會，下決心加大投入，將有望從根本上解決發展處理器產業面臨的一系列問題。

華夏芯將推“統一處理器平臺”

目前國際上的異構計算出現三強鼎立之勢，分別是Intel的異構計算體系、IBM發起的OpenPower體系，以及包括AMD、ARM、高通、聯發科、三星、華夏芯等發起成立的HSA體系。目前，Intel在PC與高性能計算(HPC)領域的優勢明顯，而HSA在移動端(mPC)領域處于明顯優勢。OpenPower成立最晚，主要面向高性能計算(HPC)領域。

“我們建議，中國處理器和操作系統相關企業和從事異構計算研究的大學、科研院所積極參與HSA。不同于Intel完全獨家主導全部標準，或者OpenPower中由IBM這樣明顯占據壓倒性技術優勢的產業巨頭掌控話語權，HSA更加開放，強調的是通過合作制定一系列的軟硬件標準和協議，在降低異構多核處理器相關軟硬件開發難度的同時，構建兼容開放完善可持續發展的生態系統。對中國采用不同架構的處理器企業而言，按照HSA標準開發的軟硬件產品之間將能實現兼容。”華夏芯表示。

據了解，華夏芯正在開發并即將推出的“統一處理器平臺”是全球首次推出完全支持HSA標準的CPUGPUDSP的處理器IP核平臺，它從指令集、微架構到工具鏈具有完全自主知識產權。同時，華夏芯還可進行SoC定制設計服務。這將有效改善國產IP核設計及許可上的短板。

總之，處理器IP核與生態系統兩方面問題的解決，將使中國自主處理器產業有望在下一代異構計算時代，取得更快速的發展，趕上國際先進水平。

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