2021年是“十四五”的起步之年，要開好局謀好篇，加快發展現代產業體系，推動經濟體系優化升級。發展大數據、人工智能（AI）、5G、工業互聯網等戰略性新興產業，是推進產業基礎高級化、產業鏈現代化的重要一環。

集成電路是信息化發展的基礎，在人工智能、5G開啟的萬物互聯時代，數據的量和質都發生了很大的變化，計算架構也需要作出相應的調整。異構計算是繼單核突破、多核堆疊之后的第三次算力提升方向，能更靈活地協調性能、成本和功耗，滿足多樣化場景的計算需求，正在成為智能時代的主流芯片架構。

為國內集成電路發展提供良好契機

大數據、人工智能、5G等場景的海量計算需求和算法迭代，讓數據量呈現爆發式增長，也讓數據類型趨向多元。在這種趨勢下，以CPU為代表的通用計算顯得越來越吃力，面向多變應用場景的異構計算正在逐漸成為主流的芯片架構。

同時，集成電路作為具有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目之一，是“十四五”期間推動創新驅動和科技自立的重要組成。而異構計算，正在為中國集成電路產業提供良好的發展機遇。

從算力提升的技術路線來看，異構計算在AI和5G時代有著充足的發揮空間，將助力突破傳統處理器芯片的算力瓶頸。如果說PC時代的計算生態被英特爾與微軟的“Wintel”聯盟主宰，移動互聯網時代被ARM+Android主導，而AI與5G時代則開啟了全新的生態或者多生態并存的局面。異構計算能靈活協調性能和功耗，為萬物互聯的碎片化場景提供性價比最優的計算方案，發展潛力可期。

其次，從異構計算本身來看，還沒有一個國際企業能夠提供全套完整的知識產權（IP）核。當市場沒有被壟斷，技術、創新和應用成為決定性因素的時候，中國企業就有了打破天花板的可能。目前，中國相關企業做了大量基礎性研究工作。如果能抓住這一難得的歷史機遇，從異構計算的IP領域切入，完全有可能深度影響甚至推動全球異構計算產業的發展。

對異構計算發展的三點建議

發展異構計算要解決的核心問題是掌握異構計算單元以及讓不同計算單元有機結合的設計。對中國企業來說，核心問題是能否基于自主IP推動異構芯片設計的原始創新。現在，大多數異構計算芯片使用的是基于不同架構的IP，每個架構都需要一支獨立的大型設計團隊，去完成包括IP設計和驗證、工具鏈開發和軟件生態建立等工作。這種“拉郎配”式的傳統異構設計方式需要極為復雜的異構編程開發環境，是異構計算推廣的主要障礙。

建議一：從底層IP開始做原始創新。異構計算的實現需要從異構芯片的底層IP開始做芯片設計領域的原始創新。IP相當于建筑物的地基，打好地基才有可能建設高樓大廈。

如果企業延續傳統思路，獨立開發CPU、DSP、GPU和AI等基礎計算IP，會不可避免地重走傳統行業巨頭的路。一方面，會遭遇“拉郎配”問題;另一方面，行業巨頭在核心IP上有相當嚴苛的專利保護，新開發的IP會受到行業巨頭的專利限制。企業需要采用全新的理念來設計核心IP，建立全新的框架，在這個全新框架下設計和實現不同的IP，讓IP不再是相互獨立的單元，而是一個結構內可以有機共存的組合體。

建議二：軟硬件“兩條腿走路”。發展異構計算，要跳出比拼硬件性能的思維，用軟硬件“兩條腿走路”，為異構硬件提供統一的異構編程環境。

傳統異構編程計算任務要在多個供應商提供的不同計算單元上運行，需要熟悉不同計算單元之間數據流的調度、交換和決策機制，這些對于異構計算系統開發者來說，都是門檻很高的難題。一個統一的編程環境可以大幅簡化編程復雜度、大幅降低工作量并提升程序運行效率。

建議三：從三個維度形成市場競爭力。異構計算的競爭維度有三個，即生態、計算能力和計算效率，以及可配置性。其中生態決定了產業的吸引力和發展前景，誰掌握了生態誰就有發展的主動權，可以主導產業的發展方向，同時獲取豐厚的商業利益。

計算能力和計算效率直接影響產品的競爭力。AI、5G等應用對算力和效率需求的增加速度超過底層軟硬件系統的發展速度，算力和效率已成為決定產品市場前景的主要指標。

應用的多樣性在不斷增加和變化，不可能為每一類應用定制硬件和軟件，底層的硬件必須具有較強的可配置性，用一個設計滿足多類應用的需求和同一類應用不斷變化的需求。

新一代信息基礎設施建設為異構計算處理器開拓廣闊的應用空間，國內企業需要從IP層面的原始創新出發，抓住整個集成電路產業鏈的上游節點。沒有自主創新的國產IP鏈條，中國的IC設計難以改變被國外IP公司“卡脖子”的局面。不重視芯片的設計創新、架構創新，中國的IC設計很可能是大而不強。同時，各地也不宜一哄而上，需要集中力量，重點突破，著重支持2~3家自主知識產權的指令集、微架構與工具鏈廠商，避免資源浪費和惡性競爭，營造良好的產業發展環境。
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