智能计算之计算产业概述

计算产业就是与IT计算能力相关的各种产业,比如:PC、服务器、存储、操作系统、虚拟化、数据库等等,计算产业为IT新技术提供有力的基础设施支撑,华为智能计算关注的是如何提供更强更高效的算力支持。

计算产业发展历程

从宏观上看计算的发展历程主要有这三个方面,如下图所示
智能计算之计算产业概述_第1张图片
从最早期的大型机、小型机时代,是专用计算,称之为计算1.0;到了X86时代,在Intel的带领下,在摩尔定律的驱动下,计算由专用走向了通用,大量数据中心开始出现,也是当前计算产业所处的阶段,称之为计算2.0;随着数字化程度的加速发展,世界逐步走向智能化,计算已经不仅仅局限于数据中心,也开始走向全栈全场景,称之为计算3.0时代,而这个时代的主要特征就是“智能”,所以也称之为“智能计算”。

处理器采用多种架构

在智能计算时代,摩尔定律遭受了严重的挑战,硬件成本增加,处理器需要采用更多的架构,才能适应新时代的要求,如下图所示
智能计算之计算产业概述_第2张图片在通用处理器中,包括使用CISC复杂指令集的X86架构,和采用RISC精简指令集的鲲鹏,ARM,Power架构等等,同时还有用于专用领域的其他架构的处理器(如:CPU、GPU、用于数字信号处理的DSP和用于网络设备转发的NP)
注1:摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)提出来的。其内容为:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换句话说,我们现在花4000块所能买到的电脑性能,将每隔18-24个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。

计算产业面临新挑战

1.算力供应不足:芯片设计成本高昂,而且存在技术垄断的危险;
2.数据无法协同:云端与边缘数据的协同不足,需要强化边缘数据的计算能力;
3.部署场景多样:边缘设备的部署环境恶劣多变;
4.专业技术短缺:技术能力的培养和人才的构建。

全“芯”布局 华为A+K战略

面对上述挑战,华为提出了A+K的发展战略,如下图所示
智能计算之计算产业概述_第3张图片

A代表达芬奇架构的人工智能芯片(昇腾芯片)使用,适用于AI计算,K代表采用精简指令集的片上系统鲲鹏处理器,适用于通用计算。华为的A+K战略体现了智能计算的一个重要趋势:异构计算。

什么是异构计算

异构计算主要是指使用不同指令集,和体系结构的计算单元来组成系统的计算方式,从而应对了不同业务对算力的不同需求。
从芯片架构的发展来看,从单核到多核的演进是通用处理器能力的增强,然而通用处理器的体系结构在某些领域上(比如人工智能)是无法和专用芯片相比的,因此异构计算是未来必然的趋势。

计算单元特性对比

CPU作为通用处理器,兼顾计算和控制,其处理器系统是SISD(Single Instruction Single Data)型。
GPU主要擅长做类似图像处理的并行计算,其处理器系统是SIMD(Single Instruction Multiple Data)型。
FPGA更适合非规则性多并发,密集计算及协议解析处理场景,例如视频,基因,网络等应用领域的加速。FPGA作为一种高性能、低功耗的可编程芯片,可以根据客户定制来做针对性的算法设计。
ASIC与FPGA均为MIMD(Multiple Instruction Multiple Data)型处理器。ASIC是一种专用芯片,其具有体积小、功耗低、计算性能高、计算效率高但其算法固定,一旦算法变化就可能无法使用。
智能计算之计算产业概述_第4张图片
注:GPU(Graphics Processing Unit)是图形处理器又称显示核心、视觉处理器、显示芯片,是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备上运行图像运算工作的微处理器。

GPU与CPU的硬件逻辑架构对比

如下图所示,CPU有大量的缓存结构,这些缓存结构消耗了大量的晶体管,在运行的时候需要大量的电力,而GPU的缓存就很简单,目前主流的GPU芯片最多有两层缓存,而且GPU可以利用晶体管上的空间和能耗做成ALU单元,因此GPU比CPU的效率要高一些。
智能计算之计算产业概述_第5张图片

GPU指令执行模型

通过下图我们可以较为容易地理解串行运算和并行运算之间的区别。传统的串行编写软件具备以下几个特点:要运行在一个单一的具有单一中央处理器(CPU)的计算机上;一个问题分解成一系列离散的指令;指令必须一个接着一个执行;只有一条指令可以在任何时刻执行。
而对于并行计算来说m一个问题可以分解成可同时解决的离散指令;每个部分进一步细分为一系列指示;每个部分的问题可以同时在不同处理器上执行。提高了算法的处理速度。
CPU作为通用处理器,兼顾计算和控制,其处理器系统是SISD(Single Instruction Single Data)型。
GPU主要擅长做类似图像处理的并行计算,其处理器系统是SIMD(Single Instruction Multiple Data)型。
智能计算之计算产业概述_第6张图片

什么是ASIC

ASIC(专用集成电路)是一种专用芯片,与传统的通用芯片有一定的差异。是为了某种特定的需求而专门定制的芯片。ASIC芯片的计算能力和计算效率都可以根据算法需要进行定制。
优点:体积小、功耗低、计算性能高、计算效率高、芯片出货量越大成本越低。
缺点:算法是固定的,一旦算法变化就可能无法使用。

什么是FPGA

FPGA(Field Programmable Gate Array 现场可编程门阵列)是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

异构计算总结

智能计算之计算产业概述_第7张图片
如上图所示,异构计算的各自特点:
CPU主频高,核数有限,主要用于逻辑控制和管理调度功能;
GPU核心比较多,适用于高并发的并行计算任务;
FPGA是半定制化的芯片,可以用于芯片的开发测试和硬件加速场景;
ASIC专用定制芯片,适用于特定场景,算力强,但是功能单一

上期答案:CHAP认证方式需要交互3次报文,PAP认证方式需要交互2次报文。
本次博客中有不懂的专业词汇,可以看看下次的博客,bye-bye!

你可能感兴趣的:(智能计算,计算产业发展及趋势,运维)