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作者：新思科技Synopsys 2021年，疫情使遠程工作和在線(xiàn)學(xué)習模式成為常態(tài)，對更高計算能力和更少延遲的需求大幅增加，高性能計算（HPC）市場(chǎng)因此得到了超出預期的高速發(fā)展。未來(lái)將有更多行業(yè)需要芯片互聯(lián)架構與高速網(wǎng)絡(luò )，HPC市場(chǎng)也將進(jìn)一步擴張。 新應用領(lǐng)域層出不窮 去年，HPC更多地被用于疫苗生產(chǎn)。未來(lái)，HPC除在醫學(xué)研究和監測領(lǐng)域繼續發(fā)揮作用外，也將在在新市場(chǎng)中進(jìn)一步拓展。 全球災難性氣候事件正在不斷增加，提前預測此類(lèi)事件對保護人類(lèi)安全越來(lái)越重要，因此未來(lái)一年與氣候預測相關(guān)的應用程序將在HPC領(lǐng)域備受關(guān)注。此外，隨著(zhù)HPC在云端的使用，將有更多HPC應用于消費導向的軟件程序開(kāi)發(fā)，虛擬世界和元宇宙概念的出現，也讓HPC迎來(lái)新的發(fā)展機遇，既可用于游戲（AR/VR）等娛樂(lè )應用，也可用于數字孿生等模擬應用。 現在被邊緣化的HPC將成為未來(lái)的主流。工業(yè)部門(mén)將在機器人、視覺(jué)系統和預防性維護及監控中使用HPC，例如將HPC用于解決裝配線(xiàn)上的預定或預測故障。除此之外，基本上所有需要計算能力并將設備用于減少停機需求的工業(yè)領(lǐng)域都可以使用HPC。 HPC市場(chǎng)正在擴展新的領(lǐng)域，在傳統的模擬和建模過(guò)程中加入人工智能（AI）和數據分析技術(shù)。新冠疫情的爆發(fā)增加了對靈活、可擴展的云端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(chē)、金融、游戲、制造業(yè)、航空航天等）對快速處理數據和高精度日益增長(cháng)的需求，將會(huì )是未來(lái)幾年推動(dòng)HPC應用增長(cháng)的主要因素。AI、邊緣計算、5G和Wi-Fi 6等技術(shù)將拓寬HPC的功能，從而形成新的芯片/系統架構，為各個(gè)行業(yè)提供高效處理和分析能力。 Susheel Tadikonda | 新思科技系統設計事業(yè)部工程副總裁 提高HPC安全性將成為關(guān)鍵 2022年要處理的數據量將成倍增長(cháng)，數據的價(jià)值也將大幅提升。安全性應是設計HPC組件時(shí)的基本要素，而確保安全性也將是開(kāi)發(fā)者今后面臨的最大設計挑戰之一。 HPC系統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)行調整。設計和保護具有獨特使用模式和獨特組件的此類(lèi)系統是通用計算系統的差異所在。HPC系統的安全威脅不僅限于網(wǎng)絡(luò )或存儲數據泄露，還包括側信道攻擊，如從電源狀態(tài)、排放物和處理器等待時(shí)間推斷數據模式。更多創(chuàng )新將圍繞內存和存儲技術(shù)、智能互連、芯片功能安全和云安全展開(kāi)，以便高效管理海量數據。涵蓋系統生命周期架構、設計和芯片后組件的安全驗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(zhù)希望訪(fǎng)問(wèn)數據的人需要進(jìn)行身份驗證，并證明其有數據訪(fǎng)問(wèn)權限。我們預計未來(lái)一年左右，零信任框架將逐漸擴大落地規模。事實(shí)上，我們已經(jīng)看到一些必要硬件的投入使用。此外，基礎設施內的每個(gè)元素中都將嵌入信任根，以便各組件之間相互驗證，并確保設備在與其他設備共享數據之前擁有數據使用和處理權限。 當市場(chǎng)整體的數字化程度提升，則安全風(fēng)險也將隨之增加。越來(lái)越多的高性能計算正在遠離數據中心，這將直接導致無(wú)法通過(guò)軟件補丁處理的攻擊數量增加。這給開(kāi)發(fā)團隊帶來(lái)巨大壓力，迫使他們緊急推出硬件來(lái)解決這些問(wèn)題，由此縮短硬件設計周期。因此提高開(kāi)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)現事業(yè)部產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監 HPC處理器架構多樣化 隨著(zhù)數據量增加，不僅是安全性，基礎設施存儲以及數據處理的算力必須得到提升。此外，新的架構包括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工作負載、靈活的計算（CPU、GPU、FPGA、DPU等）、成本、內存和IO吞吐量等因素共同驅動(dòng)，HPC架構正在經(jīng)歷巨變。微架構層面變得互連更快、計算密度更高存儲可拓展、基礎設施效率更高、生態(tài)友好性、空間管理和安全性更高。從系統的角度來(lái)看，下一代HPC架構將出現分解架構和異構系統的爆炸式增長(cháng)，不同的專(zhuān)用處理架構將集成在單個(gè)節點(diǎn)中，在模塊之間實(shí)現精密、靈活的切換。如此復雜的系統也帶來(lái)了巨大的驗證挑戰，尤其是系統的IP或節點(diǎn)、軟硬件動(dòng)態(tài)協(xié)調、基于工作負載的性能、電源等相關(guān)驗證。要滿(mǎn)足這些驗證需求，需要開(kāi)發(fā)新的軟硬件驗證方法。 移動(dòng)數據對電力和時(shí)間有很大的需求，這是系統管理者現在面臨的挑戰之一，減少數據移動(dòng)量將成為未來(lái)的一種趨勢。我們需要繼續擴展資源，利用高級封裝和芯片間接口來(lái)支持更高性能的設備，即通過(guò)使用多裸晶來(lái)擴展設備內的處理能力，這在未來(lái)一年內有望真正實(shí)現。 Scott Durrant | 新思科技解決方案事業(yè)部戰略營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理 除了通過(guò)將數據移動(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)封裝中以擴展計算能力，且這一過(guò)程無(wú)需負擔尖端工藝技術(shù)的成本。要實(shí)現這一點(diǎn)，開(kāi)發(fā)者需要能夠對封裝內多個(gè)芯片的時(shí)序和功率進(jìn)行布局規劃、布線(xiàn)和分析。另一種擴展計算能力的方法是為特定任務(wù)定制計算架構。半導體公司已經(jīng)開(kāi)始將此方法用于網(wǎng)絡(luò )處理器和圖形應用程序，但要將其正確用于RTL，需要進(jìn)行大量前期架構探索，并將大量精力放在早期設計周期中可以權衡這些的工具上。 此外，類(lèi)似3DIC的架構正成為處理特定計算路徑的關(guān)鍵。開(kāi)發(fā)者可以使用3DIC和 die-to-die 連接來(lái)設計封裝，然后將其從特定組件外推到發(fā)生內存系統分解的機器上，從而為我們用不同類(lèi)型的設計和架構來(lái)處理特定工作流任務(wù)提供了專(zhuān)門(mén)路徑。 2022年，HPC的應用場(chǎng)景將更加廣泛，在著(zhù)重提升HPC安全性的同時(shí)，還必須同步提升基礎設施存儲及數據計算能力，以應對不斷增加并復雜化的市場(chǎng)需求。 |
