二零二二先進計算七大趨勢：破局摩爾桎梏， 決勝算力時代

算力作為智能社會的底座、數(shù)字經(jīng)濟的引擎，它的重要性已經(jīng)被提到一個前所未有的高度。當下，算力的提升仍然面臨著來自多個維度的挑戰(zhàn)。不論是硬件層面還是架構(gòu)層面，算力發(fā)展都亟需變革。

先進計算技術(shù)指代一切從計算理論、計算架構(gòu)、計算系統(tǒng)等層面有效提升現(xiàn)有算力規(guī)模、降低算力成本、提高算力利用效率的創(chuàng)新性技術(shù)。

為了解決算力挑戰(zhàn)，打破后摩爾時代的算力危機，先進計算技術(shù)將從單點計算性能的提升與算力系統(tǒng)的高效利用兩個方向著手突破。

通過科研數(shù)據(jù)分析、專家訪談等方式洞悉先進計算領(lǐng)域發(fā)展趨勢，探尋具備技術(shù)顛覆性、有商業(yè)化前景的先進計算技術(shù)，并提煉出2022年先進計算技術(shù)及應用七大趨勢，以饗讀者。

算力是多領(lǐng)域多技術(shù)融合的載體，人類對于算力的追求沒有止境。未來，隨著先進計算技術(shù)的不斷發(fā)展，計算的效能與能效都將迎來全新的突破，算力體系將得到顛覆性的變革。

在先進計算技術(shù)的支撐下， 更多智慧化、智能化的應用將會涌現(xiàn)，綠色低碳、開放開源的算力也將成為數(shù)字經(jīng)濟時代生態(tài)共建的趨勢。

量子芯片

航海梯山 無遠弗屆

當下，量子計算已經(jīng)邁入NISQ時代。量子芯片作為量子計算機的核心，在2 0 2 1年迎來了大爆發(fā)。根據(jù)統(tǒng)計，2021年度量子計算硬件及軟件公司共完成42筆融資，融資總額約26.91億美元，超過以往的總和。

2021年底，IBM公司推出的全球首個127超導量子比特芯片“Eagle”，成功突破超導量子芯片百位量子比特的大關(guān)。

想要跨入通用量子計算時代，量子比特的數(shù)量與質(zhì)量，比特間的連通性以及容錯能力仍有待進一步突破。國際學術(shù)界一般認為真正實現(xiàn)可編程通用量子計算機還需15年甚至更久，但在政策的推動、相關(guān)產(chǎn)業(yè)的升級和資本的不斷加持下，規(guī)模化與商業(yè)化的量子計算將加速到來。

硅光芯片

摩爾的盡頭有“光”

硅光芯片兼具微電子與納米光子的技術(shù)優(yōu)勢，既具有微電子尺寸小、成本低、集成度高的特點，又將光電子高帶寬、高速率、多通道的長處發(fā)揮得淋漓盡致，實現(xiàn)了兩種物理體系的高效整合。

當下，硅光芯片仍然面臨著產(chǎn)業(yè)鏈與工藝水平的制約，還未形成系統(tǒng)化的設(shè)計方法與標準化的制造工藝，光學器件的密度有待進一步的提升。

硅光芯片的商業(yè)化是一個持續(xù)且漫長的過程。未來3年，硅光芯片的商業(yè)化產(chǎn)品將首先出現(xiàn)在對算力、延時和功耗有特定需求的應用場景，如量化交易、自動駕駛和大數(shù)據(jù)中心。未來10年，隨著技術(shù)的不斷演進，光計算將會在硅光芯片和電子芯片長期互補共存的基礎(chǔ)下走向大規(guī)模普及。

類腦芯片

來自大腦的答案

人腦是自然界中最完美的信息處理系統(tǒng)，類腦計算借鑒人腦處理信息的方式，以更少的器件、更低的能耗與更快的速度顛覆傳統(tǒng)計算范式。類腦芯片是類腦計算落地應用的硬件載體，具備“事件驅(qū)動”與“存算一體”的特性。

目前能夠量產(chǎn)的類腦芯片，基本還是采用電路模擬人工神經(jīng)突觸的方式來實現(xiàn)類腦計算，這樣做不僅對制造工藝要求較高，生產(chǎn)效率也十分低下。探尋更加理想的材料，將是類腦芯片實現(xiàn)突破的關(guān)鍵卡口。

未來，人工智能的發(fā)展必將從狹隘的弱人工智能走向更具魯棒性與通用性的人工通用智能。類腦芯片與硅基計算架構(gòu)的深度融合，將為人工通用智能的實現(xiàn)提供必要的條件。

DPU

以數(shù)據(jù)為中心的計算

隨著云計算的普及，數(shù)據(jù)中心在快速擴容的同時也面臨著來自性能、規(guī)模、能耗與安全的問題。為更好地解決數(shù)據(jù)中心的瓶頸并實現(xiàn)云服務(wù)的降本增效，DPU（數(shù)據(jù)處理芯片）替代傳統(tǒng)的智能網(wǎng)卡， 成為了完美的解決方案。目前，DPU芯片的核心競爭要素是性能與可編程能力的極致平衡。

數(shù)據(jù)中心正在從“以CPU為中心”的時代走向“以數(shù)據(jù)為中心”的時代，數(shù)據(jù)是貫穿計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲三要素的一根主線。未來，DPU、CPU、GPU將成為大型數(shù)據(jù)中心內(nèi)的三駕馬車，DPU作為整個數(shù)據(jù)中心的大腦，通過數(shù)據(jù)流鏈接并管理著整個計算系統(tǒng)。

分布式云

云邊端協(xié)同的關(guān)鍵樞紐

分布式云靠近數(shù)據(jù)的源頭，搭載在數(shù)據(jù)中心與終端設(shè)備之間的邊緣基礎(chǔ)設(shè)施之上，能夠提供低延時、廣連接、大帶寬的云服務(wù)。當下，分布式云仍然還面臨著部署成本、軟硬件異構(gòu)管理、安全體系等多方面的難題。

隨著硬件設(shè)備的發(fā)展，分布式云節(jié)點將具備部分中心云的能力，但并不能完全取代中心云，而是以云邊端深度協(xié)同的形式構(gòu)建更加完備的云計算架構(gòu)。未來，分布式云將服務(wù)于自動駕駛、工業(yè)制造、智慧城市等對時延和連接有苛刻要求的應用，釋放更多邊緣智能的價值。

泛在算力

無處不在的算力網(wǎng)絡(luò)

隨著數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長與算力單點性能極限之間的矛盾日益突出，以網(wǎng)絡(luò)連接泛在算力，構(gòu)建云邊端一體的立體算力網(wǎng)絡(luò)成為大勢所趨。

未來，算力將呈現(xiàn)泛在分布、多元異構(gòu)、位置無感的趨勢。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計算技術(shù)的并行發(fā)展，算網(wǎng)的深度融合，智能可調(diào)度的泛在算力網(wǎng)絡(luò)將加速到來。

下一個10年，算力將如同水電煤等基礎(chǔ)資源，滲透進人類生產(chǎn)生活的點滴，成為智能社會運行的核心要素。

科學復興

先進計算加速科學復興

每一次計算能力的革新都助推著科技的發(fā)展。邁入算力時代，隨著全球算力的不斷提升，計算技術(shù)應用于科學研究的勢頭也日增月益。計算技術(shù)作為科學研究的基石力量，為人類解開了蛋白質(zhì)折疊等眾多科學難題，也開辟了全新的研究領(lǐng)域。

我們相信在未來，以量子計算、光計算為代表的先進計算技術(shù)將為人工智能等工具搭載全新的引擎， 加速人類科學復興。05308953-195D-42EC-BEC4-215FA310447F