過去70年，計算機一直遵循馮·諾依曼架構(gòu)設(shè)計，運行時數(shù)據(jù)需要在處理器和內(nèi)存之間來回傳輸。

隨著時代發(fā)展，這一工作模式面臨較大挑戰(zhàn)：在人工智能等高并發(fā)計算場景中，數(shù)據(jù)來回傳輸會產(chǎn)生巨大的功耗；目前內(nèi)存系統(tǒng)的性能提升速度大幅落后于處理器的性能提升速度，有限的內(nèi)存帶寬無法保證數(shù)據(jù)高速傳輸。

12月3日，快科技獲悉，達摩院成功研發(fā)新型架構(gòu)芯片。該芯片是全球首款基于DRAM的3D鍵合堆疊存算一體AI芯片，可突破馮·諾依曼架構(gòu)的性能瓶頸，滿足人工智能等場景對高帶寬、高容量內(nèi)存和極致算力的需求。

在特定AI場景中，該芯片性能提升10倍以上，能效比提升高達300倍。

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達摩院存算一體芯片

在摩爾定律逐漸放緩的背景下，存算一體成為解決計算機性能瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)。

存算一體芯片類似人腦，將數(shù)據(jù)存儲單元和計算單元融合，可大幅減少數(shù)據(jù)搬運，從而極大地提高計算并行度和能效。

這一技術(shù)早在上世紀90年代就被提出，但受限于技術(shù)的復雜度、高昂的設(shè)計成本以及應用場景的匱乏，過去幾十年，業(yè)界對存算一體芯片的研究進展緩慢。

達摩院研發(fā)的存算一體芯片集成了多個創(chuàng)新型技術(shù)，是全球首款使用混合鍵合3D堆疊技術(shù)實現(xiàn)存算一體的芯片。該芯片內(nèi)存單元采用異質(zhì)集成嵌入式DRAM（SeDRAM），擁有超大帶寬、超大容量等特點；計算單元方面，達摩院研發(fā)設(shè)計了流式的定制化加速器架構(gòu)，對推薦系統(tǒng)進行“端到端”的加速，包括匹配、粗排序、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算、細排序等任務(wù)。

得益于整體架構(gòu)的創(chuàng)新，該芯片同時實現(xiàn)了高性能和低系統(tǒng)功耗。在實際推薦系統(tǒng)應用中，相比傳統(tǒng)CPU計算系統(tǒng)，存算一體芯片的性能提升10倍以上，能效提升超過300倍。該技術(shù)的研究成果已被芯片領(lǐng)域頂級會議ISSCC 2022收錄，未來可應用于VR/AR、無人駕駛、天文數(shù)據(jù)計算、遙感影像數(shù)據(jù)分析等場景。

達摩院計算技術(shù)實驗室科學家鄭宏忠表示：“存算一體是顛覆性的芯片技術(shù)，它天然擁有高性能、高帶寬和高能效的優(yōu)勢，可以從底層架構(gòu)上解決后摩爾定律時代的芯片性能和能耗問題，達摩院研發(fā)的芯片將這一技術(shù)與場景緊密結(jié)合，實現(xiàn)了內(nèi)存、計算以及算法應用的完美融合。”

據(jù)悉，達摩院計算技術(shù)實驗室專注研究芯片設(shè)計方法學和新型計算機體系結(jié)構(gòu)技術(shù)，已擁有多項領(lǐng)先成果，在ISSCC、ISCA、MICRO、HPCA等頂級會議上發(fā)表多篇論文。

馮·諾依曼和馮·諾依曼計算機