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达摩院突破冯·诺依曼架构性能瓶颈,新型AI芯片性能提升10倍
2021-12-03 23:42:37
来源:
达摩院
12月3日,记者获悉,达摩院成功研发新型架构
芯片
。该
芯片
是全球首款基于DRAM的3D键合堆叠存算一体
AI
芯片
,可突破冯·诺依曼架构的性能瓶颈,满足
人工智能
等场景对高带宽、高容量内存和极致算力的需求。在特定
AI
场景中,该
芯片
性能提升10倍以上,能效比提升高达300倍。
达摩院存算一体
芯片
过去70年,计算机一直遵循冯·诺依曼架构设计,运行时数据需要在
处理器
和内存之间来回传输。随着时代发展,这一工作模式面临较大挑战:在
人工智能
等高并发计算场景中,数据来回传输会产生巨大的功耗;目前内存系统的性能提升速度大幅落后于
处理器
的性能提升速度,有限的内存带宽无法保证数据高速传输。
冯·诺依曼和冯·诺依曼计算机
在摩尔定律逐渐放缓的背景下,存算一体成为解决计算机性能瓶颈的关键技术。存算一体
芯片
类似人脑,将数据存储单元和计算单元融合,可大幅减少数据搬运,从而极大地提高计算并行度和能效。这一技术早在上世纪90年代就被提出,但受限于技术的复杂度、高昂的设计成本以及应用场景的匮乏,过去几十年,业界对存算一体
芯片
的研究进展缓慢。
达摩院研发的存算一体
芯片
集成了多个创新型技术,是全球首款使用混合键合3D堆叠技术实现存算一体的
芯片
。该
芯片
内存单元采用异质集成嵌入式DRAM(SeDRAM),拥有超大带宽、超大容量等特点;计算单元方面,达摩院研发设计了流式的定制化加速器架构,对推荐系统进行“端到端”的加速,包括匹配、粗排序、神经网络计算、细排序等任务。
得益于整体架构的创新,该
芯片
同时实现了高性能和低系统功耗。在实际推荐系统应用中,相比传统
CPU
计算系统,存算一体
芯片
的性能提升10倍以上,能效提升超过300倍。该技术的研究成果已被
芯片
领域顶级会议ISSCC 2022收录,未来可应用于VR/AR、无人驾驶、天文数据计算、遥感影像数据分析等场景。
达摩院计算技术实验室科学家郑宏忠表示:“存算一体是颠覆性的
芯片
技术,它天然拥有高性能、高带宽和高能效的优势,可以从底层架构上解决后摩尔定律时代的
芯片
性能和能耗问题,达摩院研发的
芯片
将这一技术与场景紧密结合,实现了内存、计算以及算法应用的完美融合。”
据悉,达摩院计算技术实验室专注研究
芯片
设计方法学和新型计算机体系结构技术,已拥有多项领先成果,在ISSCC、ISCA、MICRO、HPCA等顶级会议上发表多篇论文。
关键词:
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