加速器墙:后摩尔定律世界的新问题

2019-02-12
14:00:16
来源: 半导体行业观察

加速器墙:后摩尔定律世界的新问题

插图 来源 : iStockphoto

加速器已经无处不在 : 世界上的比特币是由旨在加速这种加密货币的关键算法的芯片采矿得来,几乎每一种能发出声音的数字产品都使用硬连线音频解码器,数十家初创公司正在追逐能让深度学习AI无处不在的快速硅。这种专用化,使得各类原本运行在通用CPU之上的软件及其内部常见算法得以在定制化硬件上带来更快的处理速度 ,被认为 是摩尔定律失效之后,我们能够在接下来一到两代芯片当中继续驱动计算能力保持增长的 一种 方法。

但 这 不会 奏效 。至少,它不会 长时间奏效 。这是普林斯顿大学电气工程副教授David Wentzlaff和他的博士生Adi Fuchs 即将 在本月的IEEE高性能计算机架构国际研讨会 ( IEEE International Symposium on High-Performance Computer Architecture ) 上 发表 的研究结论。他们计算出,芯片 专用 化不能产生摩尔定律所能产生的那种收益。换句话说,加速器的 发展 会像晶体管的缩小 那样 碰壁,而且 这 会比预期的更快 发生 。

为了证明他们的观点,Fuchs和Wentzlaff必须弄清楚最近的性能提升有多少来自芯片 专用 化 调整,有多少来自 摩尔定律 本身 。这意味着要检查1000多 份 芯片数据表,弄清楚一代又一代芯片的改进 有多少部分 要归功于更好的算法和 更巧妙 电路的巧妙实现 方法 。换句话说,他们试图量化人类的聪明才智。

为此,他们做了工程师 们 擅长的事: 他们将它 转换为 一个 无量纲 的 量。他们将其称为芯片专用化 回报 ,希望借此 回答 这样一个问题:“在晶体管的固定物理预算下,芯片的计算能力提高了多少 ? ”

使用该指标,他们评估了特定应用集成电路( 简称 ASIC)上的视频解码 、 GPU上的游戏帧速率 、 FPGA上的卷积神经网络以及ASIC上的比特币 采矿 。结果并不令人振奋:专用芯片的增益很大程度上取决于每平方毫米硅 上 可用晶体管 数量的增加 。换句话说, 离开了摩尔定律 ,芯片专 用化本身 的 力量 是有限的。

因此, 如果专用化无法给出理想的答案,那么未来的出路在哪里?Wentzlaff建议半导体业界学习使用那些能够在逻辑停止时仍可实现扩展的 东西 进行计算。例如,每平方厘米可用闪存的比特数在不受摩尔定律影响的情况下持续增长,因为业界已经转向使用能够制造出256层甚至更高单元层数的3-D技术。Fuchs和Wentzlaff已经开始研究这个问题,他们开发了一种计算机架构,通过让处理器查找存储在内存中的先前计算而不是重新计算它们来加速计算。

摩尔定律的终结 “ 不是世界末日 。 ”Wentzlaff说 。 “但我们需要为此做好准备。 ”

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