安谋科技吴雄昂:以核芯动力,定义全新的融合计算架构

到了移动互联网时代，人们把更多是通过Arm+安卓或Arm+苹果的平台，把算力交付到每个人手中。这时候产生的算力，不仅仅用于工作上的记录和数据库，也用在越来越多地用在图像和视频上，摄像头成为我们和物理世界的新接口。因此在数据流的产生上，除了PC时代很重要的CPU，GPU也开始扮演越来越重要的角色。FDhesmc

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安谋科技执行董事长兼首席执行官吴雄昂（Allen Wu）FDhesmc

双轮驱动之“XPU芯架构”

据介绍，安谋科技创立于2017年，但要追溯其背景的话，历史非常长。2018年，安谋科技通过合资公司的方式，并入Arm在中国的所有IP业务，目前是全球唯一一家能开发、兼容Arm CPU核，并在中国做CPU核业务的公司。吴雄昂介绍道：“也就是说，我们不仅仅荣幸地继承了Arm在中国的专利、业务等，更重要的是我们有完全自主开发处理器和相关IP的能力。”FDhesmc

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今年7月，安谋科技发布了新业务品牌“核芯动力”。据悉这个品牌来源于公司的使命——“创造核芯价值”，致力于在新一波计算浪潮中服务芯片产业。具体到战略则是“双轮驱动”，因为根据安谋科技的观察，整个计算趋势和产业在不断演进，“而Arm架构在CPU和控制层上的优势，是全球数一数二的。随着智能计算的发展，感知、决策、反应以及针对新变化和数据层需要新的处理器架构，我们将为之统称为超域架构（xDSA），也就是XPU的芯架构。”吴雄昂说到，其中数据流处理采用高密度数据流处理中心的专有核心计算单元，域计算采用智能处理专用架构，其他扩展则支持多样化算例堆叠。FDhesmc

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数据大幅增长趋势已定，光靠CPU本身已经不够

在这波全新的智能物联网发展过程中，万物互联、5G和人工智能很重要，但吴雄昂认为更重要的是，未来是“机器产生数据”的时代，而不是“用户产生数据”的时代。这一点从Facebook改名Meta（元宇宙）可以窥见端倪，这是一个从“我们在数字化世界里产生数据”，逐渐迈向“数字世界和现实世界全面连接、混合”的过程。FDhesmc

对于做CPU的安谋科技来说，这个过程的核心是计算，因为算力提升是每一代技术革命的基础。以最新的iPhone 13为例，初代iPhone采用的是一颗700MHz的Arm 11架构CPU核，而iPhone13处理器的总算力相较一代提升了约300多倍，这里面包含了工艺、CPU、GPU以及苹果NPU等各类“XPU”算力的提升叠加。FDhesmc

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再比如特斯拉最近发布的超级计算机处理器Dojo，主要用在自动驾驶的机器学习培训系统。回顾model S第一代，车载应用上的算例短短几年就从几个TOPS提升到几百甚至上千TOPS。FDhesmc

虽然算力提升速度很快，但业界也面临很多挑战，例如从2000年开始，CPU架构本身带来的演进效率提升越来越缓慢。这与CPU核架构本身和工艺提升趋缓有关，随着工艺从7nm、5nm到3nm，纯粹通过工艺提升算力方式效率已经不高，更多的创新开始聚焦于CPU和整个计算系统算力提升。FDhesmc

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同时如果纯粹用原来的计算架构，也无法在现有基础上提升上百倍的算力。从CISC到RISC，再到Multi-core，从感知、处理到反应，必须提升新一代算力演进的方式，给下一代技术革命提供充沛算力。FDhesmc

新架构如何与现有体系融合？

机器产生的数据流呈现出高密度、实时性和多样性的特征，吴雄昂举例到，如今汽车上的视觉传感器从一个、两个逐渐增加到四个、八个，还在不断演进；分辨率从2K到4K，也在不断演进。“包括激光雷达、毫米波雷达等多感知计算流是需要实时处理的，这对我们未来的计算提出了挑战和很高的要求。”FDhesmc

但也正因为有这样的需求，xDSA架构过去几年中取得了飞速发展，据介绍该架构针对新领域可以提升百倍效率。但这个架构怎样和现有的CPU、GPU以及计算体系融合？吴雄昂认为，这不是简单的加法，这对整个计算行业的技术提出了新的要求。“在安谋科技多年来一直针对MPU、视频、ISP等数据流处理方面的核心技术研发进行投入。因此我们提出超域架构，也就是通过一个新的融合计算架构，既能有DSA高效率的优点，也能同时提供足够的通用性。”FDhesmc

在物联网计算时代，智能家居、机器人和汽车的需求都非常广泛，而单一芯片虽然效率高，但是在硬件算法和软件开发上面临挑战，只有用新架构面对同一群软件开发环境和开发者，轻松地把这些算力用到极致，才能达到算力百倍的集成效果。FDhesmc

纵观历史，所有算力的基础无外乎是芯片本身处理的能力，主要依赖从架构到工艺，加上软件开发者在软硬件耦合上的效率和能力提供最终的算力效果。“而全新的计算架构，必须得到广大芯片合作伙伴和开发者的认可，只有大的开发者群体基础，这个架构才能真正给产业带来所需要的算力提升。”吴雄昂说到，FDhesmc

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具体来说，xDSA架构主要针对大幅增长的数据流、计算处理需求，不仅仅需要传统的CPU，还有多样计算元素的需求，从视频处理器到神经网络处理器，包括安全加密、可信计算。据介绍，安谋科技通过对Arm CPU的了解和设计能力，结合公司近年来在NPU各方面的不断投入以及与产业合作伙伴取得的合作经验，加上工具、软件、设计服务，以可定制化的应用场景、新客户计算需求为主导，提供了一个融合解决方案。FDhesmc

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融合计算架构不仅仅是用在车载平台上，在物联网应用上也能更好地提高安全性，提供更高的效率。因为这项技术不仅仅融合了原来的CPU、GPU以及Arm模块，从安全模块、物理IP、开发工具、算法模型上也需要和产业广泛合作，这样打造出的计算架构才能灵活针对IoT行业的各种需求，提供更加有效、快捷、便利、低成本的可定制解决方案。FDhesmc

吴雄昂表示，在未来，不管是家用机器人、智能家居、自动驾驶，或是未来的元宇宙计算，核心都是产业链上下游如何一起合作，通过新老架构技术的融合、可定制化的方案，给产业提供更有效率的计算力。“但是这个新生态，在过去的PC行业需要几十年发展；在Arm主导的移动互联网时代，我有幸一路走过来，也经历了数十年的发展历程。在中国半导体产业发展最快的市场上，如何以有效且符合中国速度的方式打造这个生态？我们需要一个新的模式。”FDhesmc

开源推动，共享共建

因此，今年安谋科技和产业链上下游一起合作，发起了针对新一代NPU超域计算架构的开源联盟（ONIA）。该创新联合体也是第一次在NPU处理器的核心指令级上，在中国发起开源项目，在不到半年的时间里已有近百家芯片公司、系统公司、软件公司加入这个创新联盟。FDhesmc

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吴雄昂表示，安谋科技除了在联盟中作出贡献以外，也会在今后所有NPU相关的IP产品上对这个开源架构进行全面兼容。“现有的NPU相关产品针对ONIA的成员提供免费使用的新商业模式，推动整个产业在新一代技术上能够一起投入，共享共建。在未来新的计算时代，再打造一个像Arm这样的优秀的新计算生态，助力我们在新一代计算革命的发展中，大家共同发展。”FDhesmc