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作者：新思科技Synopsys 2021年，疫情使遠(yuǎn)程工作和在線學(xué)習(xí)模式成為常態(tài)，對(duì)更高計(jì)算能力和更少延遲的需求大幅增加，高性能計(jì)算（HPC）市場(chǎng)因此得到了超出預(yù)期的高速發(fā)展。未來(lái)將有更多行業(yè)需要芯片互聯(lián)架構(gòu)與高速網(wǎng)絡(luò)，HPC市場(chǎng)也將進(jìn)一步擴(kuò)張。 新應(yīng)用領(lǐng)域?qū)映霾桓F 去年，HPC更多地被用于疫苗生產(chǎn)。未來(lái)，HPC除在醫(yī)學(xué)研究和監(jiān)測(cè)領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)揮作用外，也將在在新市場(chǎng)中進(jìn)一步拓展。 全球?yàn)?zāi)難性氣候事件正在不斷增加，提前預(yù)測(cè)此類事件對(duì)保護(hù)人類安全越來(lái)越重要，因此未來(lái)一年與氣候預(yù)測(cè)相關(guān)的應(yīng)用程序?qū)⒃贖PC領(lǐng)域備受關(guān)注。此外，隨著HPC在云端的使用，將有更多HPC應(yīng)用于消費(fèi)導(dǎo)向的軟件程序開發(fā)，虛擬世界和元宇宙概念的出現(xiàn)，也讓HPC迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，既可用于游戲（AR/VR）等娛樂(lè)應(yīng)用，也可用于數(shù)字孿生等模擬應(yīng)用。 現(xiàn)在被邊緣化的HPC將成為未來(lái)的主流。工業(yè)部門將在機(jī)器人、視覺系統(tǒng)和預(yù)防性維護(hù)及監(jiān)控中使用HPC，例如將HPC用于解決裝配線上的預(yù)定或預(yù)測(cè)故障。除此之外，基本上所有需要計(jì)算能力并將設(shè)備用于減少停機(jī)需求的工業(yè)領(lǐng)域都可以使用HPC。 HPC市場(chǎng)正在擴(kuò)展新的領(lǐng)域，在傳統(tǒng)的模擬和建模過(guò)程中加入人工智能（AI）和數(shù)據(jù)分析技術(shù)。新冠疫情的爆發(fā)增加了對(duì)靈活、可擴(kuò)展的云端HPC解決方案的需求，這一需求連同各個(gè)垂直行業(yè)（生命科學(xué)、汽車、金融、游戲、制造業(yè)、航空航天等）對(duì)快速處理數(shù)據(jù)和高精度日益增長(zhǎng)的需求，將會(huì)是未來(lái)幾年推動(dòng)HPC應(yīng)用增長(zhǎng)的主要因素。AI、邊緣計(jì)算、5G和Wi-Fi 6等技術(shù)將拓寬HPC的功能，從而形成新的芯片/系統(tǒng)架構(gòu)，為各個(gè)行業(yè)提供高效處理和分析能力。 Susheel Tadikonda | 新思科技系統(tǒng)設(shè)計(jì)事業(yè)部工程副總裁 提高HPC安全性將成為關(guān)鍵 2022年要處理的數(shù)據(jù)量將成倍增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)的價(jià)值也將大幅提升。安全性應(yīng)是設(shè)計(jì)HPC組件時(shí)的基本要素，而確保安全性也將是開發(fā)者今后面臨的最大設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)之一。 HPC系統(tǒng)包含高度定制化的硬件和軟件棧，可在性能優(yōu)化、能效和互操作性等方面進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)和保護(hù)具有獨(dú)特使用模式和獨(dú)特組件的此類系統(tǒng)是通用計(jì)算系統(tǒng)的差異所在。HPC系統(tǒng)的安全威脅不僅限于網(wǎng)絡(luò)或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)泄露，還包括側(cè)信道攻擊，如從電源狀態(tài)、排放物和處理器等待時(shí)間推斷數(shù)據(jù)模式。更多創(chuàng)新將圍繞內(nèi)存和存儲(chǔ)技術(shù)、智能互連、芯片功能安全和云安全展開，以便高效管理海量數(shù)據(jù)。涵蓋系統(tǒng)生命周期架構(gòu)、設(shè)計(jì)和芯片后組件的安全驗(yàn)證將成為安全保證中最重要的部分之一。 零信任框架也將被更廣泛采用，這意味著希望訪問(wèn)數(shù)據(jù)的人需要進(jìn)行身份驗(yàn)證，并證明其有數(shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)限。我們預(yù)計(jì)未來(lái)一年左右，零信任框架將逐漸擴(kuò)大落地規(guī)模。事實(shí)上，我們已經(jīng)看到一些必要硬件的投入使用。此外，基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)的每個(gè)元素中都將嵌入信任根，以便各組件之間相互驗(yàn)證，并確保設(shè)備在與其他設(shè)備共享數(shù)據(jù)之前擁有數(shù)據(jù)使用和處理權(quán)限。 當(dāng)市場(chǎng)整體的數(shù)字化程度提升，則安全風(fēng)險(xiǎn)也將隨之增加。越來(lái)越多的高性能計(jì)算正在遠(yuǎn)離數(shù)據(jù)中心，這將直接導(dǎo)致無(wú)法通過(guò)軟件補(bǔ)丁處理的攻擊數(shù)量增加。這給開發(fā)團(tuán)隊(duì)帶來(lái)巨大壓力，迫使他們緊急推出硬件來(lái)解決這些問(wèn)題，由此縮短硬件設(shè)計(jì)周期。因此提高開發(fā)者的生產(chǎn)效率以緊跟上市需求的步伐將成為下一步布局重點(diǎn)。 Ruben Molina | 新思科技芯片實(shí)現(xiàn)事業(yè)部產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān) HPC處理器架構(gòu)多樣化 隨著數(shù)據(jù)量增加，不僅是安全性，基礎(chǔ)設(shè)施存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)處理的算力必須得到提升。此外，新的架構(gòu)包括3DIC和芯片間的連接也是推動(dòng)新需求所必需的。 受到不斷變化的AI工作負(fù)載、靈活的計(jì)算（CPU、GPU、FPGA、DPU等）、成本、內(nèi)存和IO吞吐量等因素共同驅(qū)動(dòng)，HPC架構(gòu)正在經(jīng)歷巨變。微架構(gòu)層面變得互連更快、計(jì)算密度更高存儲(chǔ)可拓展、基礎(chǔ)設(shè)施效率更高、生態(tài)友好性、空間管理和安全性更高。從系統(tǒng)的角度來(lái)看，下一代HPC架構(gòu)將出現(xiàn)分解架構(gòu)和異構(gòu)系統(tǒng)的爆炸式增長(zhǎng)，不同的專用處理架構(gòu)將集成在單個(gè)節(jié)點(diǎn)中，在模塊之間實(shí)現(xiàn)精密、靈活的切換。如此復(fù)雜的系統(tǒng)也帶來(lái)了巨大的驗(yàn)證挑戰(zhàn)，尤其是系統(tǒng)的IP或節(jié)點(diǎn)、軟硬件動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)、基于工作負(fù)載的性能、電源等相關(guān)驗(yàn)證。要滿足這些驗(yàn)證需求，需要開發(fā)新的軟硬件驗(yàn)證方法。 移動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)電力和時(shí)間有很大的需求，這是系統(tǒng)管理者現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)之一，減少數(shù)據(jù)移動(dòng)量將成為未來(lái)的一種趨勢(shì)。我們需要繼續(xù)擴(kuò)展資源，利用高級(jí)封裝和芯片間接口來(lái)支持更高性能的設(shè)備，即通過(guò)使用多裸晶來(lái)擴(kuò)展設(shè)備內(nèi)的處理能力，這在未來(lái)一年內(nèi)有望真正實(shí)現(xiàn)。 Scott Durrant | 新思科技解決方案事業(yè)部戰(zhàn)略營(yíng)銷經(jīng)理 除了通過(guò)將數(shù)據(jù)移動(dòng)到更靠近處理元件的位置來(lái)減少延遲之外，多裸晶集成還能將多個(gè)芯片組合到一個(gè)封裝中以擴(kuò)展計(jì)算能力，且這一過(guò)程無(wú)需負(fù)擔(dān)尖端工藝技術(shù)的成本。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，開發(fā)者需要能夠?qū)Ψ庋b內(nèi)多個(gè)芯片的時(shí)序和功率進(jìn)行布局規(guī)劃、布線和分析。另一種擴(kuò)展計(jì)算能力的方法是為特定任務(wù)定制計(jì)算架構(gòu)。半導(dǎo)體公司已經(jīng)開始將此方法用于網(wǎng)絡(luò)處理器和圖形應(yīng)用程序，但要將其正確用于RTL，需要進(jìn)行大量前期架構(gòu)探索，并將大量精力放在早期設(shè)計(jì)周期中可以權(quán)衡這些的工具上。 此外，類似3DIC的架構(gòu)正成為處理特定計(jì)算路徑的關(guān)鍵。開發(fā)者可以使用3DIC和 die-to-die 連接來(lái)設(shè)計(jì)封裝，然后將其從特定組件外推到發(fā)生內(nèi)存系統(tǒng)分解的機(jī)器上，從而為我們用不同類型的設(shè)計(jì)和架構(gòu)來(lái)處理特定工作流任務(wù)提供了專門路徑。 2022年，HPC的應(yīng)用場(chǎng)景將更加廣泛，在著重提升HPC安全性的同時(shí)，還必須同步提升基礎(chǔ)設(shè)施存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)計(jì)算能力，以應(yīng)對(duì)不斷增加并復(fù)雜化的市場(chǎng)需求。 |
