推荐谢源教授的报告@Architecture 2030 Workshop of ISCA2016

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标  题: 推荐谢源教授的报告@Architecture 2030 Workshop of ISCA2016
发信站: 水木社区 (Thu Sep  8 23:25:08 2016), 站内

前一段IEEE发起了Rebooting Computing Initiative，要彻底重构计算机体系结构。这不今年ISCA (International Symposium on Computer Architectures)就搞了个大新闻。一群ISCA名人堂级别的人物坐在一起设想15年后的计算机的模样。现在这个workshop终于把录像放出来了，推荐大家当成一个连续剧慢慢看。

其中特别有意思的一个报告来自于ucsb的谢源教授。谢源教授是清华电子系1991级的本科生，相信水木上会有不少老人认识他。熟悉AMD的人肯定也听说过这个名字，他的3D die-stacking技术是AMD Fiji架构中HBM的基础，而Fiji架构为AMD赢得了游戏机市场上的主导地位。他还有一篇文章专门探讨为啥学术界那么火热的3D die-stacking技术（曾经）在工业界推广不起来(3D Stacked Microprocessor: Are We There Yet? IEEE Micro 2010）。之后他2012加入AMD公司，最终为AMD公司带来了Fiji架构。现在Nvidia(Pascal架构)和Intel新Xeon都要上3D-stacking技术了，目测谢教授能吃到好多好多专利授权费。可以说谢教授是一个真正打通了工业界学术界任督二脉的大仙。

那么这次workshop上大仙要为我们传授些什么呢？

既然要预测15年后的架构，一个很有参考价值的地方就是从近15年出发，看看这15年间大家的研究方向有什么变化。所以谢教授的两个学生将1991-2016年所有ISCA的论文按照几个标准进行分类统计。这里我就摘取几个特别有意思的观点分享给大家。各位有条件还是去看看谢教授的报告，相信会有更大收获。

(1) 按照要解决问题是体系结构中哪一部分来分类，可以分成处理器(CPU)计算架构、存储架构、互联结构，以及GPU、专用加速器。
从2004年开始，计算架构的论文数量，如ISA设计、分支预测、超标量处理器及矢量处理单元等topic急速下滑(从2004年的20篇到2016年的1篇……）。这反应了Dennard Scaling终结及多核架构兴起后，处理器计算架构基本已经定型，可以研究的点越来越少。
存储架构的研究稳步上升，从2003年的5篇到巅峰时2015年的25篇。这反应了多核架构及分布式计算兴起后，内存模型及分布式存储越来越重要。
互联结构从2002年前的无人问津，到2008~2010达到巅峰。之后有了一系列专门探讨NoC (Network on Chip)设计的会议，所以互联的问题现在依然重要，只是不在ISCA上讨论了而已。
从2008年开始，GPU的文章开始出现，然后在2012年急速上升（2011年0篇->2012年5篇），这反应了GPGPU概念出现后，经过了大约4年的时间，终于在高性能计算领域广泛应用。
从2007年开始，专用加速器的文章数量异军突起，2016年更是达到16篇。最开始专用加速器主要用在mobile上，而且完全是工业界推动学术界进行的研究。但近两年深度学习的火爆彻底带起了专用加速器的研究。

(2) 按照设计目标分类，可以分成性能、功耗、可靠性。2012年之前以性能为目标的论文一直稳步下降，而功耗、可靠性稳步上升。但2012年后，新型异构计算架构使得目标为性能的论文数量急剧上升。这或许反应了当一个架构成熟到性能没啥可做的时候，大家会从其他目标挖掘出一些东西来做；而当新架构出现，所有人还是一窝蜂的优先优化性能啦。

(3) 按照研究的出发点，可以分为新型半导体工艺驱动，新应用驱动，现有体系结构设计中已有问题驱动。1996年以前，ISCA上所有论文都是为了解决当前架构已有问题。到2016年，论文数量的分布已经大致是新工艺驱动+新应用驱动=当前架构问题了。这反应体系结构方面的研究正在慢慢与微电子、软件融合。具体来看：
a. 新工艺驱动，又可以分为3D die-stacking，非易失存储器，Nanophotonics（不会翻译...），量子计算。这其中非易失存储器占绝对优势，主要研究点集中在用RRAM等新存储器件做特定计算（如矩阵转秩啥的）。非易失存储器很可能在未来深度学习处理器中有重要应用。
b. 新应用，又可以分为神经网络、数据中心、移动计算。数据中心在2009~2015年都非常重要，但今年被神经网络抢了风头。2016年ISCA上有9篇论文是做神经网络的。。。今年ISCA被吐槽该改名叫ISNNA（Neural Network Architecture）。。。

(4) 还有很多topic曾经很重要，现在完全消失了。。。比如分支预测（这个真的是做到人类的极限了），比如VLIW（现在只有DSP用），比如指令集和ALU设计（做了40年了真没坑可挖了）。所以你要是不幸掉到这些坑里面，呵呵哒。。。

其实最重要的一个结论，可能是从现在预测15年以后的架构完全不靠谱…………比如说1998年要是有人告诉你，你寝室N个人凑钱攒出来玩星际的那个PC机，里面的那个Voodoo卡10年后会占领超算，你肯定会觉得这哥们星际玩多了脑子烧坏了；或者2008年有人告诉你抓紧去研究神经网络，这玩意就是20XX年的天网雏形，你肯定会觉得这哥们看科幻看多了得迫害妄想症了。。。
唯一可以确定的，大概就是未来体系结构的研究出发点，和15年前专注于指令集、分支预测、Cache的时代完全不同。未来体系结构研究，必然会和微电子、软件应用紧密结合，越来越多的研究将会从工艺出发，从应用出发。

http://arch2030.cs.washington.edu/
有整个workshop的视频录像。

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