近日，由中國信息通信研究院、四川省經濟和信息化廳、達州市人民政府主辦的“首屆全國先進計算技術創新大賽總決賽暨先進計算產業發展大會”在四川達州舉辦。為把握新一輪科技革命和產業變革機遇，推進先進計算技術創新，中國信息通信研究院在會上發布了《先進計算技術發展白皮書（2023 年）》，中國信息通信研究院、聯想、長城科技、浪潮信息、鯤云科技等多家單位參編。

白皮書系統介紹了當前全球及我國先進計算技術發展背景與總體發展態勢，并從計算芯片、系統架構、計算模式、綠色和安全技術四方面研究了產業技術創新進展，同時介紹了量子計算、類腦計算、光電計算、生物計算等前沿計算技術研究進展，并結合當前我國先進計算技術發展現狀提出了先進計算技術發展推進建議。

▲ 《2023先進計算技術發展白皮書》封面

先進計算技術成為新一輪科技革命的關鍵突破點

當前，在以大模型為代表的人工智能技術創新與應用驅動下，社會對計算能力的需求空前高漲，但隨著“摩爾定律”演進趨勢放緩，計算技術的傳統演進路徑面臨挑戰，先進計算技術創新成為破局關鍵，驅動著芯片演進、架構創新，推動計算產品向綠色安全方向發展，探索前沿計算技術落地應用。

白皮書指出，先進計算并非特指某項具體技術，而是指面向未來，相較于傳統計算技術在理論、硬件、系統以及應用等方面進行的創新與優化，旨在提高算力、能效、靈活性，實現人、機、物更高效互通的計算技術的統稱。先進計算是涵蓋理論、材料、工藝、器件、系統、算法、架構、應用等在內的系統工程，具備先進性、泛在性和多樣性的特點，是解決計算技術發展問題的集合。

當前，全球先進計算技術正處于密集創新階段，國內外政府、龍頭企業高度重視先進計算技術創新發展，計算芯片、整機系統、前沿技術創新突破不斷。白皮書分享到，傳統計算硬件不斷演進，可重構數據流計算、異構計算、存算一體等多種創新架構涌現，以及量子計算、類腦計算、光計算等前沿計算技術的持續探索，為先進計算產業提供了更多可能性。

可重構數據流計算—從底層創新的計算架構

作為行業內有代表性的創新架構之一，白皮書梳理了“可重構數據流計算”的原理、優勢、發展路徑及應用現狀。據白皮書定義，可重構數據流架構是一種基于可重構的空間連接關系定義計算次序的計算架構方式。

如下圖所示，可重構數據流計算單元之間有可重構的計算連線，根據計算次序定義計算單元之間的連接關系，從而定義一個依次計算乘法、累加、激活、池化的案例，無需指令實現對應的計算次序，節省由于數據讀寫帶來的計算單元閑置。

▲ 可重構數據流計算示意圖

在這種計算方式下，可重構數據流架構解決指令集架構的幾大核心問題：

（1） 數據流架構中數據流動次序即計算執行次序，沒有指令概念，移除了由于指令帶來的控制冗余以及等待指令讀取譯碼帶來的計算單元閑置；

（2） 數據流架構支持時鐘級的精確計算，每個數據流動及計算在每個時鐘都可精確預計，從而支持將數據流動與計算深度重疊，大幅降低計算單元閑置；

（3） 數據流架構中一個數據流流水線中可深度整合大量計算單元，從而打破指令集架構中峰值算力提升與芯片利用率的沖突問題：通過不斷加深數據流流水線，可以在提升峰值算力同時，不降低流水線中計算單元閑置時間。

2020 年，鯤云科技推出全球首款可重構數據流 AI 芯片 CAISA，CAISA 芯片利用率最高可達 95.4%，在芯片成本為國際同類產品 1/3 的情況下，最高可提供 4.12 倍以上的實測性能。目前，CAISA 芯片已與飛騰、麒麟、浪潮、open 歐拉等完成產品兼容，在算力性價比、芯片利用率、實測性能和處理延時等指標實現了業界領先，為底層的 AI 算力支撐提供了新的選擇。

▲ 全球首款可重構數據流AI芯片CAISA

除鯤云科技外，全球研發數據流 AI 芯片的團隊還有脫胎于斯坦福大學的 SambaNova、前谷歌 TPU 核心團隊創辦的 Groq，目前仍處于小規模應用階段。同時，部分指令集架構芯片也在局部采用了數據流架構，比如 TPU 的 Systolic Array，GPU 里的 Tensor Core 等，以提升芯片利用率。由此可見，可重構數據流計算作為一種新的技術路線獲得市場充分認可。

放眼先進計算產業未來發展，白皮書強調，應加強產業鏈上下游各方協同，加強核心關鍵技術研發，以技術驅動標準制定，推進示范應用，助力產業加快成熟。作為行業“排頭兵”，鯤云科技將基于“可重構數據流計算”持續加強產品、解決方案的研發迭代，為社會提供下一代計算平臺，加速人工智能在各行業應用場景落地。

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