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計算機(jī)體系架構(gòu)獲“圖靈獎”

mK5P_AItists ? 來源:未知 ? 作者:鄧佳佳 ? 2018-04-02 10:05 ? 次閱讀
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日前,有著“計算機(jī)界的諾貝爾獎”之稱的“圖靈獎”揭開面紗。國際計算機(jī)協(xié)會宣布,美國科學(xué)家約翰·軒尼詩和大衛(wèi)·帕特森獲得2017年度圖靈獎,以表彰二人開創(chuàng)了一種系統(tǒng)的、可量化的方法用以設(shè)計和評價計算機(jī)體系架構(gòu),并對精簡指令集(RISC微處理器行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

在國際計算機(jī)協(xié)會(ACM)官網(wǎng)公布的信息中,微軟公司創(chuàng)始人比爾·蓋茨評價軒尼詩和帕特森的貢獻(xiàn)為“已被證明為整個行業(yè)蓬勃發(fā)展的基石”。

將靈感設(shè)計變成可重復(fù)科學(xué)

說到此次獲獎的RISC系統(tǒng)是什么,中科院計算技術(shù)研究所研究員、中科院“龍芯”CPU首席科學(xué)家胡偉武用工廠生產(chǎn)線向記者作了比喻。

“比如工廠生產(chǎn)線生產(chǎn)的產(chǎn)品大小、規(guī)格都一樣,效率就會很高。如果每個產(chǎn)品大小、規(guī)格都不同,則效率很低。”胡偉武說,RISC系統(tǒng)表面現(xiàn)象就是指令變得簡單通用,而內(nèi)在邏輯則是系統(tǒng)實現(xiàn)起來比較高效,這是它的核心所在。

事實上,在計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的歷程中,人類一直在孜孜不倦地追求對其性能的提升,并獲得了一定的突破。

中科院計算所計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)國家重點(diǎn)實驗室研究員、中科院計算所先進(jìn)計算機(jī)系統(tǒng)研究中心常務(wù)副主任包云崗告訴《中國科學(xué)報》記者,這其中一方面是工藝層面的貢獻(xiàn),也就是將晶體管做得越來越小,以便在同一芯片上安放更多的晶體管;另一方面在于如何充分利用晶體管,而這就需要體系結(jié)構(gòu)來設(shè)計。

“有研究顯示,在過去20余年,體系結(jié)構(gòu)處理器性能提升了大約1萬倍,這其中體系結(jié)構(gòu)和工藝方面的貢獻(xiàn)各自占100倍左右。”包云崗說。“體系結(jié)構(gòu)使得處理器的性能變得很高效,程序的執(zhí)行時間從幾天變成幾分鐘。”

此次兩位科學(xué)家獲獎更讓硬件研究者看到了希望。“在當(dāng)下各類應(yīng)用都比較多,人工智能區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)也都比較熱的情況下,‘圖靈獎’卻頒給了計算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)做底層硬件的兩位大師,這對我們做硬件的研究人員是一個極大的認(rèn)可和鼓舞。”中科院計算所研究員韓銀和說。

顛覆設(shè)計理念

“如今,每年生產(chǎn)的超過160億枚微處理器中,99%都使用了RISC處理器,幾乎所有智能手機(jī)、平板電腦嵌入式設(shè)備都會用到。”國際計算機(jī)協(xié)會網(wǎng)站有關(guān)軒尼詩和帕特森研究成果的介紹中,如此評價二者研究對產(chǎn)業(yè)的影響。

“整個芯片產(chǎn)業(yè)每年有幾千億美元的產(chǎn)值,他們確實對信息技術(shù)做出了巨大的貢獻(xiàn)。”包云崗稱。不過,專家分析稱,兩位科學(xué)家此次獲獎還與其開創(chuàng)的新處理器設(shè)計方法對處理器設(shè)計帶來的顛覆性影響密切相關(guān)。

包云崗將此前處理器設(shè)計比作藝術(shù)設(shè)計。“設(shè)計出來,好就是好,不好就是不好,高手可以設(shè)計出佳作,而普通人卻只能望洋興嘆。”然而,軒尼詩和帕特森卻把處理器設(shè)計“為什么好”“怎么才能好”變成了一門可重復(fù)的科學(xué)。

二人不僅將處理器設(shè)計的透徹分析撰寫成《計算機(jī)體系結(jié)構(gòu):量化研究方法》一書,并且自己通過研制RISC處理器親自對書中的思想進(jìn)行了驗證。

“這本書在全世界銷售了近百萬本,幾乎所有處理器設(shè)計者和系統(tǒng)軟件設(shè)計者人手一本,相當(dāng)于改變了人們傳統(tǒng)設(shè)計處理器的思想和觀念。”包云崗說。

近年來,我國在體系結(jié)構(gòu)研究上發(fā)展迅速,但國內(nèi)對體系結(jié)構(gòu)的研究特別是核心芯片和系統(tǒng)設(shè)計放,卻存在“跟隨美國的思維方式太重”的問題。

“在這個人工智能新時代背景下,中國企業(yè)需要用自己的發(fā)展思維,不斷縮小差距并趕超乃至領(lǐng)先。” 中科院計算所研究員、中科睿芯董事長范東睿說。

對此胡偉武表現(xiàn)的更有信心。他表示,國內(nèi)指令體系技術(shù)已實現(xiàn),比如龍芯CPU已實現(xiàn)了多指令發(fā)射和可程序“超車”功能,“只是火候上還差一點(diǎn)”。在他看來,再經(jīng)過兩三年的時間,我國自主研發(fā)的CPU性能將與國外主流CPU相當(dāng)。

未來前景可期

在各國積極構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)和發(fā)展人工智能的當(dāng)下,兩位科學(xué)家成果的影響還有望在新技術(shù)的推動中進(jìn)一步得到延展。

“體系結(jié)構(gòu)是整個計算機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)搭建的重要基石,在當(dāng)前最火熱的人工智能等熱點(diǎn)技術(shù)中都體現(xiàn)著最核心的價值。”范東睿表示。

物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展,其本質(zhì)上是處理能力和效率的提升。在范東睿看來,物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等應(yīng)用本身所體現(xiàn)出的高通量特性逐漸突出并成為瓶頸,高通量計算技術(shù)則成為了突破這一瓶頸的核心。

“芯片和系統(tǒng)能夠在限定功耗、限定時間的條件下算的更多更快,是物聯(lián)網(wǎng)、人工智能不斷發(fā)展的核心因素,這不但依靠工藝的進(jìn)步,更得益于體系結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷突破。”他說。

事實上,物聯(lián)網(wǎng)比較重視處理器能耗,如果能夠設(shè)計一種很高性能功耗比的處理器,對于物聯(lián)網(wǎng)具有很大吸引力。包云崗指出,二人的方法不僅可以用來指導(dǎo)高性能處理器,也可以指導(dǎo)低功耗處理器,并在兩者之間尋得平衡。

此外,采訪中專家也表示,此次“圖靈獎”有可能為未來埋下了伏筆。包云崗介紹稱,此次獲獎的帕特森對計算機(jī)產(chǎn)業(yè)還有兩大貢獻(xiàn)。“比如存儲技術(shù)——磁盤冗余技術(shù)RAID,這項技術(shù)也開辟了一個新產(chǎn)業(yè),今天的存儲市場有500億美元的產(chǎn)值,他在其中扮演了重要的角色。”他說。

專家預(yù)測,未來獲獎?wù)呋蛟S并非軒尼詩和帕特森本人,但極有可能他們的合作者會因為其技術(shù)研發(fā)摘得“圖靈獎”。

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原文標(biāo)題:專家談計算機(jī)體系架構(gòu)研究獲“圖靈獎”

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