计算机架构未来面临的挑战.docx

第PAGE\*Arabic\*MERGEFORMAT12页共NUMPAGES\*Arabic\*MERGEFORMAT12页第PAGE\*MERGEFORMAT12页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT12页第PAGE\*MERGEFORMAT12页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT12页第PAGE\*MERGEFORMAT12页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT12页第PAGE\*MERGEFORMAT12页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT12页第PAGE\*MERGEFORMAT12页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT12页第PAGE\*MERGEFORMAT12页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT12页第PAGE\*MERGEFORMAT12页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT12页第PAGE\*MERGEFORMAT12页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT12页第PAGE\*MERGEFORMAT12页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT12页第PAGE\*MERGEFORMAT12页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT12页计算机架构未来面临的挑战计算机架构将来面临的挑战过去10年，许多计算机体系结构探讨学者都在感叹体系结构的探讨步履维艰，计算机架构将来面临的挑战，又会有哪些呢，我们一起来看看!专用化的鸿沟：硬件设计大众化为了持续计算机工业创新的光荣历史，开发硬件必需像开发软件一样简洁、便宜和敏捷。广泛和新兴的看法始终认为，经典的CMOS工艺缩放路途——基于晶体管越来越小、集成度越来越高的摩尔定律的技术引擎——将在不到3代半导体工艺(6~9年)之后面临终结。而且，登纳德缩放——随着CMOS的集成度提高但能够使每个芯片的功耗保持不变的技术趋势——也将在21世纪中叶终结，这将导致处理器设计的巨大变革：运算能效已经取代面积效率或峰值逻辑门开关，成为最重要的一项限制峰值性能的设计约束。从近期工业界的动向中可以窥见到经典工艺缩放路途即将到来的后果。例如，英特尔已经放弃了长期奉行的“工艺年-构架年(tick-tock)”开发模式，从原先每代工艺推出两款主要芯片设计，现已改为三款。这个变更意在通过维系“苟延残喘”的摩尔定律从而延长每代产品的市场寿命。更有甚者，美国半导体行业协会(SemiconductorIndustryAssociation)也已放弃维持了数十年、每两年更新一次的国际半导体技术路途图(InternationalTechnologyRoadmapforSemiconductors,ITRS)的老传统，这一技术文档为整个半导体产业界协调技术、制造与系统开发供应了指导。由于没有明确的方向维系缩放路途，ITRS的价值也在渐渐衰退。然而，新应用的不断涌现，对计算实力的需求在日益增长。其中最突出的就是那些由大规模机器学习所驱动的、从前不可思议的应用：从图像和语音识别到无人驾驶汽车，再到击败围棋顶尖高手。同样可以看到对视觉数据处理和理解的需求的爆发式增长，有些前瞻性应用或许要求为世界上每个人供应每秒千兆像素级的运算实力。过往计算技术的进步主要来源于对通用计算设计的巨大投入，而这些设计依靠于经典的缩放路途，并且完全由少数几家处理器制造商完成。得益于这些通用设计的计算机应用综合市场的浩大体量，足以分摊这些厂商的大量投入。随着传统缩放路途的衰落，只通过改进少数通用计算平台将无法接着满意新兴应用对计算性能的需求。相反，在过去的5~10年里，在一些计算密集型应用领域，一种新的性能优化手段策略已经兴起——专用硬件设计。与在通用处理芯片上运行软件的方案相比，专用硬件方案(如专用集成电路)单位操作上可提高能效10000倍。此能效的提升对于新兴的物联网的丰富应用是至关重要的。专用化已经在图形渲染和视频播放等方面取得了巨大胜利。机器学习应用也起先取得商业胜利。事实上，计算机体系结构领域的科研人员已经相识到专用化的重要性并投身其探讨：年体系结构领域三大顶级会议(ISCA、HPCA、MICRO)共收录论文175篇，其中38篇是关于图形处理器(GPU)和专用加速器设计的，还有17篇是关于机器学习专用化设计的。然而，迄今为止，专用设计的商业化的胜利，只限于拥有巨大市场的应用(例如视频嬉戏、移动视频播放等)，值得像通用处理器厂商那样投资。以上市时间和金钱来衡量，设计和制造专用硬件的成本极高，只有极少数的设计可以在这样巨大的市场逐步摊销。为了接着有效创新的周期，关键是解除专用系统设计的障碍，从而在全部应用中体现出专用化在能效方面的优势