大芯片面临的共同挑战(下)

原创 Chaobowx 软硬件融合

3 大芯片面临的共同挑战

3.1 挑战一:复杂大系统,对灵活性的要求高于对性能的要求

有一个非常经典的问题:终端非常流行SOC,但为什么数据中心服务器却依然是CPU打天下?

越是复杂的场景,对系统灵活性的要求越高。CPU作为云计算场景的主力计算平台有其合理性,主要体现在四个方面:

硬件的灵活性。软件应用迭代很快,支持软件运行的硬件处理引擎要能够很好地支持这些迭代。CPU因为其灵活的基础指令编程的特点,是最适合云计算的处理引擎。

硬件的通用性。云计算厂家购买硬件服务器,很难预测这些硬件服务器会运行哪类工作任务,最好的办法是采用完全通用的服务器。CPU由于其绝对的通用性,成为云计算场景最优的选择。

硬件的利用率。云计算的基础技术是虚拟化,通过虚拟化把资源切分,实现资源共享,以此提高资源利用并降低成本。只有CPU能够实现非常友好的硬件级别的虚拟化支持,从而实现更高的资源利用率。而其他硬件加速平台,(相对的)资源利用率很难做到很高,这就约束了其性能优势。

硬件的一致性。在云计算数据中心,软件和硬件是需要相互脱离的。同一个软件实体会在不同的硬件实体迁移,同样的同一个硬件实体也需要运行不同的软件实体。这对硬件平台的一致性提出了很高的要求。

在性能满足要求的情况下,CPU当仁不让的就成了数据中心计算平台的最佳选择。

可惜的是,目前,CPU的性能无法满足要求了。在CPU性能不满足要求的情况下,就需要创新的硬件来进行性能加速。如何在整个系统保持跟传统CPU接近的通用性、灵活性、可编程性、易用性的约束条件下,实现性能显著提升,成为了重要的挑战。

3.2 挑战二:如何数量级的提升综合性能?

我们之前都讲过,性能和单位指令的复杂度是正相关的。指令越简单,性能相对越低;指令越复杂,性能相对越好。但指令简单,我们就可以随心所欲组合各种各样的场景的应用程序;而指令越复杂,引擎所能覆盖的领域和场景就会越来越小。

如上图所示:

CPU性能最差,但几乎可以覆盖所有的计算场景,是最通用的处理器;

DSA覆盖某个特定领域,性能可以做到很好。但覆盖的领域如果算法更新迭代快或者领域的范围较小不足以支撑大算力芯片的大范围落地的话,这样的DSA芯片在商业上就很难成立。

GPU介于两者之间。

CPU软件,是通过基础的指令组合出来所需要的业务逻辑;而为了提升性能,硬件加速本质上是将业务逻辑固化成硬件电路。而将业务逻辑固化成电路,虽然提升了性能,但会约束芯片本身的场景覆盖。目前,很多算力芯片的设计陷入了一个怪圈:越优化性能,场景覆盖越狭窄;场景覆盖越狭窄,芯片出货量越低;芯片出货量低,无法覆盖芯片的一次性研发成本,商业逻辑不成立,后续的持续研发难以为继。

以AI为典型场景,目前AI芯片落地难的本质:很多AI芯片特别强调深度理解算法,然后把算法融入到芯片中。但受限于AI类算法多种多样,并且算法都在快速的迭代。这导致AI芯片一直无法大规模落地,芯片数以亿计的研发成本难以摊薄。因此,从目前来看,AI芯片在商业逻辑上无法成立。

AI芯片已经榨干了目前芯片所能达到的性能极限;未来,L4/L5级别的自动驾驶芯片需要算力十倍百倍的提升;而要想达到元宇宙所需的良好体验,则需要算力千倍万倍的提升。如何在确保芯片的场景覆盖如CPU一样通用全面,并且还能够十倍百倍甚至千倍万倍的快速性能提升,是大算力芯片需要直面的挑战。

3.3 挑战三:业务的横向和纵向差异性

业务的横向差异指的是不同客户之间相近业务的细节差异性;而纵向差异指的是单个用户业务的长期迭代的差异性。

不同用户的业务存在差异,即使同一大公司内部,不同的团队对相同场景的业务需求也是不完全一致的。并且,即使同一客户,受限于软件的快速更新迭代,其业务逻辑更新也会很快,显著的快于硬件芯片的更新迭代(软件迭代通常在3-6个月,而芯片迭代则是2-3年,还要考虑芯片4-5年的生命周期)。

针对横向和纵向的差异性,目前行业有几种显著的做法:

一些芯片大厂,针对自身对场景的理解,提供自认为最优的业务逻辑加速方案给到用户。但站在用户的视角,这样会丧失自身的差异性和创造性。用户需要修改自身的业务逻辑,这个风险也非常的高;并且,会对芯片公司形成强依赖关系。

一些大客户。针对自身差异化场景,自研芯片。可以满足自身差异化的竞争能力,但大用户内部也是由许多不同的小团队组成,不同团队业务场景仍然存在差异性;并且,单个业务纵向的长期迭代差异依然是需要考虑的。定制芯片在商业上是可行的,但需要考虑技术层面的通用芯片设计。

第三方通用的解决方案。“授人以鱼,不如授人以渔”,通过通用的设计,确保在每个领域,都能够实现一定程度上的软硬件解耦。芯片公司提供“通用”的硬件平台,让用户通过编程的方式实现业务差异化,“让用户掌控一切”。

3.4 挑战四:芯片的一次性成本过高

在先进工艺的设计成本方面,知名半导体研究机构Semiengingeering统计了不同工艺下芯片所需费用(费用包括了):16nm节点则需要1亿美元;7nm节点需要2.97亿美元;到了5nm节点,费用高达5.42亿美元;3nm节点的研发费用,预计将接近10亿美元。

就意味着,大芯片需要足够通用,足够大范围落地,才能在商业逻辑上成立。做一个基本的估算:在数据中心场景,则需要50万以上的销售量,才能有效摊薄研发成本。在数据中心领域,这个门槛非常高。

3.5 挑战五:宏观算力要求芯片能够支撑大规模部署

性能和灵活性是一对矛盾,很多性能优化的芯片设计方案,显著的提升性能的同时,也显著的降低了芯片的通用性、灵活性和易用性,同时降低了芯片的场景和用户覆盖。从而导致芯片落地规模很小。

芯片落地规模小,单芯片再高的性能,都相当于无源之水,没有了意义。

因此,一个综合性的芯片平台,需要考虑芯片性能提升的同时,也要考虑如何提高芯片的宏观规模落地:需要考虑芯片的场景覆盖;需要考虑芯片的用户覆盖;需要考虑芯片的功能横向和纵向的差异性覆盖。

只有兼顾了性能和更多用户和场景覆盖,才能实现大芯片的规模化部署,才能显著的提升宏观算力。

3.6 挑战六:计算平台的融合

算力需要池化,并且,算力不仅仅是数据中心基于x86 CPU的算力池化,算力池化,需要:

算力需要跨不同的CPU架构,比如能够把x86、ARM、RISCv等主流架构的算力整合到一个算力池;

算力需要跨不同类型的处理引擎。比如把CPU、GPU、FPGA、DSA的算力整合到一个算力池;

算力还需要跨不同厂家的硬件平台,算力需要把不同Vendor提供的算力资源都能够整合到一个算力池;

算力需要跨不同位置,算力可以部署云、边、端甚至网络,可以把这些算力整合到一个算力池。

云网边端融合,就是把所有的算力资源整合到一起,真正实现跨云网边端自适应的软件运行。挑战在于,如何构建统一的开放的硬件平台和系统堆栈。

3.7 挑战七:生态建设的门槛

大芯片一定需要平台化,一定需要开发框架并形成开发生态。而框架和生态门槛高,且需要长期积累,对小公司来说是一件非常难的事情。

RISC-v CPU已经如火如荼,很多公司,特别是一些初创小公司,大家都非常认可RISC-v的开源开放的理念和价值,众人拾柴火焰高,大家共同推动RISC-v开放生态的蓬勃发展。

未来,计算进一步走向异构和超异构计算,架构和平台越来越多,此时,开源开放已经不是可选项,而是成为必选项。因为,如果不是开源开放,那就会导致算力资源完全的碎片化,何谈算力池化,何谈云网边端融合。

开源开放,是大芯片平台和生态建设的必然选择。

3.8 挑战八:(用户视角)宏观跨平台的挑战,没有平台依赖

站在芯片厂家视角,给客户提供芯片以及配套的驱动软件,然后有SDK等开发工具包,用户基于此开发自己的应用程序,这样就万事大吉。但站在用户的视角,问题可不是这样。用户的软件应用和硬件平台是完全脱离的。

我们以VM计算机虚拟化为例。用户的VM需要在不同的硬件平台上能够实时热迁移,这样就对硬件平台的一致性就有了要求。通常,硬件一致性是通过虚拟化来完成的,虚拟化给上层的VM抽象出标准的硬件平台,使得VM可以跨不同架构的硬件服务器运行。随着CPU性能的瓶颈,虚拟化相关堆栈逐渐下沉到了硬件加速,这样,就需要把硬件接口直接暴露给业务VM,那么就需要硬件架构/接口原生支持一致性。

硬件架构/接口原生支持一致性,换个表述,就是不同厂家的芯片平台提供的是相同的架构和接口,使得软件可以方便的跨不同厂家的硬件平台迁移。如果某个厂家提供的是私有架构/接口的硬件平台,那么用户就会对平台形成强依赖关系,并且如果选择的个性化平台越多,使得用户自己的数据中心变成割裂的各自不同的资源池碎片,这样云的整个运营管理变得非常的复杂和困难。

(正文完)

塔罗占卜:你能最终冲破你们之间的矛盾和阻碍吗?

下面有4组牌卡,艰难万险四个字中,选择一组你最有感应的牌卡。大众整合,仅供参考,个人问题可看简介,找到我哈。

OK,选好了吗?接下来我们一起揭晓答案吧。

(1)选择第一组的小伙伴,对应的星座有水瓶,天秤,双子,射手,狮子,白羊,天蝎,巨蟹,双鱼。这组的小伙伴给我感觉是你与对方在过去这段时间的相处过程中,是有一些迷茫的,你们应该是忽略了自己内心的真是需求感受,不太了解自己在这段感情中当下你需要的,最重要的是什么,你们是需要去考虑清楚的和计划的,你们应该是刚刚经历了一段不太稳定的时期,现在还在磨合中,给我感觉是双方的事业心都很重,应该是忽略了情感方面的经营,使得彼此在过去这段时间的付出并不是很对等。

但是好在我看到你们有一方在开始协调你们的之间的感情了,你们未来的目标和方向也将会是一致的,两个人感情将会步入新的阶段,当然也会面临的新的挑战,即将面对的还有物欲层面与思想层面的整合。当你们一起走过这个阶段,你们也会逐渐的明白两个人能走到最后,原来是需要互相支持和照耀彼此的,并且在面对问题的时候,可以去找对方商量和协调,只要两个人在情感方面目标方向是对的,哪怕总有一个人要退一步,那也将迎来海阔天空的未来

所以选择这组的小伙伴,情感方面目前没有什么大的问题,只是要清楚两个人能成为伴侣,是需要共同经营,和一起努力进步的,只有你们的在更多方面产生共鸣的状态,两个人的感情才会走得更久远,目前注意下感情方面付出的平衡就好,如果你是爱对方多一点你则需克制,如果你是付出少一点的则需要行动起来。好了那第一组牌就先解析到这里了,如果说没有对应到你的情感问题,也可以单独找我抽牌看看,我们下期再见,拜拜。

(2)选择第二组的小伙伴,对应的星座有白羊,射手,狮子,天蝎,巨蟹,双鱼座。选择这组的小伙伴,我看到你们之间是存很多的竞争者的,对方应该是一个很有魅力的也很优秀的男性,是受到很多女性青睐的。而目前的你可能感觉到很大的压力很无助,因为这边两张牌显示你们内部的竞争冲突很明显,可能你自己也信心不足,处于不太有优势的处境之中。

当然最后我们看到一张圣杯国王,一方面他代表着你的追求者,是一个情场高手,另一方面圣杯国王也代表着一个情感专家了,他非常懂处理情感的心理状态,他可以处理好任何关于人际关系的感情的问题,也许你身边会有这样一位父亲,或者是你的追求者本身就是这样一位男性,温和优雅,亲切宽容,深受女性的喜欢,所以若想冲破竞争者的阻碍,还是需要多去了解对方的一些兴趣和喜好的。

目前来看的话,你是可以用圣杯国王这张牌去拯救前面两张有阻碍有压力的牌卡的。那么具体应该怎样去做,你可以单独找我抽牌看看,我想对你的帮助应该会更大,好了,那第二组牌就解析到这里了,我们下期再见,拜拜。

(3)选择第三组牌的小伙伴,对应的星座有双子,狮子,射手,白羊,巨蟹,天蝎,双鱼。选择这组牌的我看到你们在过去的这段感情中,应该是很快速的就步入了热恋期哈,两个人在外表上应该是有很大的吸引力很有魅力的一对,可能是先热恋,再去了解对方的这样一个过程,而在相处过程中呢,你们又比较喜欢去试探对方,去摸索对方,也许你是太在乎了,也产生了一些沟通不良的情绪,对方给我感觉是心理年龄应该会比你更成熟稳重一些,可能平时包容的也比较多,但是随着时间的流逝,包容和理解多了,他逐渐了变成不理会也不表态的状态。

因为时间久了,他也会逐渐感到疲惫,所以现在你们这段感情是已经处于失衡的状态,你的缺点和你们之间的矛盾,以及负面的情绪逐渐的覆盖了你们过往的美好回忆,你的优点逐渐被埋没。那么如果说想冲破这层阻碍,是需要去调节你们的情感频率,和消除你们之间的负面情绪的,是需要用到其他方式的,当然如果说你不知道怎么做,可以找我单独抽牌看看。

这样我想还是有机会去冲破你们之间的情感阻碍的,毕竟这里有两张牌是正位的,所以希望还是很大。好了,那第三组牌就解析到这里了,我们下期再见,拜拜。

(4)选择第四组的小伙伴,对应的星座有摩羯,金牛,处女座,狮子,射手,白羊。选择这组的小伙伴,我看到你们目前的相处状态是比较痛苦的,也许是两个人在物质层面的基础不稳定,又或者是两个人面对这段感情处理的方式不够成熟稳重,可能都比较各执己见,使得双方都不能理性的面对当下客观存在的问题,大家都不是很满足于当下的情感现状,但是却又无力改变,此时谁若是强行去改变什么,只会发生新的争吵,只好走一步看一步,等待时间带来的转机。
当然好在未来,我看到你们最终携手冲破了你们之间现实物欲层面的阻碍,在一起经历过风雨的你们,让这段感情会变得更加的稳固,我看到你们共同建造了新的家园,还有很多的家人朋友,过来庆祝,所以选择这组的小伙伴,如果你很在乎与对方的感情,当下最重要的事情,就是与对方共同的去面对现实的挑战,做能力范围内能做的事情,稳定当下的生活才是最要紧的事情,现在不是去讨论爱或者不爱的问题。

最后一张牌是正位权杖4,是十分巩固和谐美满的一张牌卡,塔罗牌想要告诉你们,只要你们继续向前走,互相扶持当下的生活,随着时间流转,上天也会将好运带给你们,好了,我们祝福第四组的小伙伴,今天的牌就解到这里了,我们下期再见,拜拜。

有时候不过是气话,却激发了你的情绪,最后假的也变成真的了,比如:“我对你一点感情都没有了”、“希望你赶紧消失”,这些话明显是气话,一定要分辨清楚。挽回过程二:分辨你们各自的需求。换句话说,分析你们分手的原因。找到原因才能够对症下药。原因也许有很多,双方家庭的悬殊,工作的压力,生活的变故等。还有彼此的性格,兴趣和做事方式不同等因素。归根结底,没有看到对方的真正需求,甚至也没有看到自己的真正需求,想当然的去索取,或沉浸在自己的付出中,让对方感到很累,或者厌倦!如果能协商解决的就可以协商解决,比如做事方式问题,解决不了的别急着讲道理,看看他是为什么会这样想,为什么会想放弃!挽回过程三:给彼此平复心情的时间。


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